Системный биотехнолог: Системный биотехнолог « Академия цифровых технологий

Содержание

Профессия Инженер-биотехнолог - описание, обязанности, навыки и знания, обучение

Подробности
Обновлено: 06.03.2021 10:53
Автор: Сергей Краковский
Поделитесь в сети:

 

Инженером - биотехнологом является специалист, занимающийся разработкой органических веществ, и помощь которого требуется привлекаемый на этапе создания различной продукции и кормов.

Содержание:

История профессии


Первыми микробиологами можно считать людей, которые применяли процесс брожения в ходе приготовления алкогольных напитков и выпекания хлебобулочной продукции.

Отдельной наукой биотехнология стала в XIX веке, когда ученые доказали, что брожение вызвано активной деятельностью микроорганизмов.

На сегодняшний день она задействована во всех сферах человеческой жизни. Целесообразное планирование и управление достижениями науки способствует поиску наиболее оптимальных решений ряда проблем, в число которых входит освоение пустующей местности и создание новых рабочих мест.


Особенности профессии


На сегодняшний день профессия инженер - биотехнолог входит в категорию востребованных и хорошо оплачиваемых. В список преимуществ также стоит отнести возможность дальнейшего трудоустройства специалиста на смежные специальности.

Что касается недостатков, то в некоторых случаях биотехнологи сталкиваются с неоправданно негативным отношением потребителей к продукции, изготовленной с применением различных технологий генной инженерии.

Многие считают, что такие продукты являются вредными для здоровья, что обесценивает достижения биотехнологов в глазах общественности.

Работа инженером - биотехнологом противопоказана людям с плохим зрением, страдающим нервно - психическими расстройствами либо аллергией на реактивы.


Обязанности


Инженер - биотехнолог - это специалист, должностные обязанности которого варьируются, в зависимости от отрасли, где он трудится. Вместе с тем, несмотря на место работы, в обязанности входит подготовка реактивов и растворов, контроль качества продукции, заполнение технической документации.

Также биотехнолог участвует в ходе производства биологически активных веществ, занимается переработкой сырья, используя микроорганизмы и ферменты.

Если деятельность специалиста направлена на защиту среды, то он занимается биологической очисткой сточных вод и участков с высокой степенью загрязнения, утилизацией различных видов отходов.

Многие образовательные учреждения также нуждаются в квалифицированных биотехнологах. Специалист преподает биологические дисциплины, передает опыт молодому поколению.


Важные качества


Необходимые качества, которыми должен обладать инженер:

  • умение анализировать;
  • широкий кругозор;
  • желание обучаться;
  • сосредоточенность;
  • ответственный подход к выполнению обязанностей;
  • скрупулезность;
  • коммуникабельность;
  • внимательность;
  • аккуратность;
  • умение работать в команде;
  • стрессоустойчивость;
  • пунктуальность.

Навыки и знания


Инженер - биотехнолог - это квалифицированный специалист, который должен знать технологию работы с пищевыми системами и отлично ориентироваться в биотехнологии изготовления продуктов питания, биологически активных добавок, ферментов и антибиотиков.

Приветствуется владение английским языком минимум на уровне разговорного. - Что дают знания иностранного языка?


Перспективы и карьера


Профессия инженер - биотехнолог является очень перспективной, если направить имеющийся потенциал в правильное русло, стремиться совершенствовать навыки, изучать передовой опыт более именитых коллег. Услуги специалистов подобного профиля востребованы как в отечественных, так и зарубежных НИИ, что дает возможность со временем сделать блестящую карьеру в мире науки.

Для новичков первой ступенькой к вершине становиться должность лаборанта в фармацевтической компании либо на предприятии пищевой промышленности. Повышая квалификацию, со временем появляется возможность стать начальником производства.

По желанию, биотехнолог посвящает себя занятию исключительно исследовательской деятельностью. В таком случае он может громко заявить о себе всему миру, совершив значимое открытие в области генетической либо клеточной инженерии.


Обучение


Работа инженером - биотехнологом предусматривает наличие у претендента на вакансию диплома о высшем образовании по одному из направлений:

  • Агрономия по профилю: «Селекция и генетика с/х культур».
  • «Биология».
  • «Биотехнология».
Поделитесь в сети:

Биотехнологии и медицина открывают новые профессии

11.03.2014

Состоялась презентация «Атласа новых профессий» — не имеющего аналогов документа, который стал результатом длительной работы Агентства стратегических инициатив и Московской школы управления «СКОЛКОВО», в котором приняли участие свыше 2500 российских и международных экспертов. Авторы исследования пытались понять, какие профессии окажутся востребованными в будущем.

Атлас — продукт российский и сделанный для России. Многие профессии, которые есть в нем, в мире уже существуют. Профессии в Атласе разбиты на 2 временных горизонта — до 2020 года и после 2020 года. Кроме этого, профессии делятся по специализации на кросс-отраслевые и внутриотраслевые. Помимо этого, все профессии сопровождаются кратким описанием и «надпрофессиональными навыками», которые необходимы для того, чтобы их освоить.

Биотехнологии

Профессии, которые появятся до 2020 года

Системный биотехнолог. Специалист по замещению существующих небиотехнологических решений в разных отраслях новыми продуктами отрасли биотехнологий (например, биотопливо вместо дизельного топлива, строительные биоматериалы вместо цемента и бетона и др.).

Сити-фермер. Специалист по обустраиванию и обслуживанию агропромышленных хозяйств (в том числе, выращиванию продуктов питания) на крышах и стенах небоскребов крупных городов. Вертикальные фермы — это уже повестка ближайшего будущего. Первая коммерческая вертикальная ферма появилась в Сингапуре в 2012 году, в настоящее время существуют планы по созданию вертикальных ферм в Южной Корее, Китае, ОАЭ, США, Франции и в других странах.

Урбанист-эколог. Проектировщик новых городов на основе экологических биотехнологий; специализируется в областях строительства, энергетики и контроля загрязнения среды. В целом, интерес экологов к городам существует уже давно, в конце 1970-х появились первые публикации, касающиеся предмета, а в середине 80-х экология крупных городов впервые была выделена, как отдельная дисциплина. Представляется, что сегодня в России это больше история про фриков, но с учётом того, что всё острее встаёт вопрос эффективного использования ресурсов и комфортной жизни в городах, специалисты прогнозируют рост спроса на подобных специалистов.

Биофармаколог. Специалист по проектированию новых биопрепаратов с заданными свойствами или по замене искусственно синтезированных препаратов на биопрепараты. Сама по себе тема биофармацевтики не нова, уже начиная с середины 60-х годов, когда стало понятно, что выделять эффективные антибиотики сложно и дорого, произошел переход от поиска новых антибиотиков к модификации структуры уже имеющихся. В частности, уже сегодня для производства таких препаратов, как пенициллин, инсулин и других вакцин, применяются генномодифицированные бактерии, производящие эти вещества. А завтра специалистов, способных работать в этой области, понадобится еще больше.

Профессии, которые появятся после 2020 года

ГМО-агроном. Специалист по использованию генномодифицированных продуктов в сельском хозяйстве; занимается внедрением биотехнологических достижений и получением продуктов с заданными свойствами. Несмотря на всю полемику, связанную с ГМО, их использование постоянно растёт. В 2013 году свыше 11% посевных площадей в мире заняты генно-модифицированными культурами, а в США 91% сои, 88% хлопка и 85% кукурузы — генетически модифицированы. В России пока что выращивать ГМ-культуры можно лишь на опытных участках, однако с 1 июля 2014 года будет открыт процесс регистрации ГМ-семян, и по мнению специалистов, первый урожай генно-модифицированной сои будет собран в 2016-2017 гг. Так что ГМО-агроном после 2020 года выглядит довольно востребованным.

Архитектор живых систем. Специалист по планированию, проектированию и созданию технологий замкнутого цикла с участием генетически модифицированных организмов, в том числе микроорганизмов (например, биореакторы, системы производства еды в городских условиях и др.).

Медицина

Сейчас в мировой медицине осуществляется переход от лечения конкретных болезней и дисфункций к системной работе со здоровьем, превентивной медицине и персональной работе с человеком на уровне генома. Как пишут авторы Атласа «Генетический код — это не сложнейший набор аминокислот, а амбулаторная карта на всю жизнь.»

Профессии, которые появятся до 2020 года

IT-медик. Специалист с хорошим знанием IT, создает базы физиологических данных и управляет ими, создает программное обеспечение для лечебного и диагностического оборудования. Важность ро

ли сильных IT-специалистов в медицине обусловлена не только ростом числа IT-систем, используемых в отрасли, но и растущей ролью big data в медицине. Пока, конечно, речь идет о США и ряде других развитых стран, но понятно, что этот тренд не обойдёт Россию. А значит, потребуется значительное число специалистов, способных решать подобные задачи.

Архитектор медоборудования. Специалист в области инженерной и компьютерной графики, материаловедения, сопромата, деталей машин, электротехники, обладает пространственным мышлением, понимает анатомию и физиологию человека, разбирается в биосовместимости материалов и приборов, является экспертом в области медицинской и технической безопасности. Ещё одна профессия, которая уже существует в мире, однако спрос на профессионалов превышает предложение. В ряде университетов существуют программы подготовки, например, на базе Ирландском университете искусства и дизайна NCAD совместно с еще двумя вузами есть магистерская программа подготовки архитекторов медоборудования (Medical Device Design). Сегодня основными игроками на российском рынке медоборудования являются западные компании, и если мы заинтересованы в импортозамещении в данном секторе, нам необходимы будут такие специалисты.

Биоэтик. Специалист, обеспечивающий нормативно-правовые и этические рамки деятельности медицинских, диагностических и биоинженерных центров, в которых осуществляется трансплантология и генетическое моделирование. Сама по себе тема биоэтики не нова (термин появился в 1970 году), однако развитие медицины, генетики и т.д. неизбежно приведёт к новым спорам. Уже сейчас, помимо философов и религиозных деятелей, вопросами биоэтики занимаются отраслевые специалисты, в ряде западных вузов существуют программы по биоэтике (например, в Йеле, на медицинском факультете). Появляются такие программы и в России, и хотя сегодня говорить об этом как об отдельной профессии не приходится, в будущем, очевидно, многое изменится.

Генетический консультант. Проводит первичный и плановый генетический анализ в диагностических центрах, обрабатывает данные с диагностических устройств, дает заключение и рекомендации по дальнейшей схеме лечения (выявление наследственных заболеваний, онкомаркеров и т.д. Сегодня генетические консультации нам известны, преимущественно благодаря компании 23andMe, которая предлагает частным заказчикам генетический анализ генома. Интересно, что сейчас компания проходит тот путь внешнего сопротивления регулирующих органов, который, вероятно, отражает общую судьбу новых технологий: в ноябре 2013 года FDA (Агентство Минздрава США по надзору за качеством продуктов и медикаментов) предписала 23andMe приостановить продажи тестов, поскольку компания нарушает закон, говоря, что на основе ее тестов можно определить более 250 заболеваний. Как авторитетно говорит агентство, утверждать это можно, только основываясь на медицинских тестах, одобренных FDA. Посмотрим, что будет дальше, но ясно, что запрос на первичный генетический анализ в ближайшее время будет расти, а значит, будут нужны генетические консультанты.

Клинический биоинформатик. В случае нестандартного течения болезни строит модель биохимических процессов болезни, чтобы понять первопричины заболевания (выявляет нарушения на клеточном и субклеточном уровне). Клиническая биоинформатика на западе также существует не первый год. Сегодня на Западе клиническая биоинформатика (или трансляционная биоинформатика) направлена на то, чтобы по максимуму использовать весь багаж накопленной информации — генетической, биологической и медицинской — может быть применен для того, чтобы разработать персонализированную терапию и траектории лечения пациента. В основе клинической биоинформатики лежит использование IT-методов для анализа фундаментальной биомедицинской и генетической научной информации для применения в клинической медицине. Трансляционная медицина есть и в России, и специалисты прогнозируют появление большого количества рабочих мест в этой области.

Медицинский маркетолог. Специалист по исследованию рынков в сфере фармакологии, медицинских услуг и медицинского оборудования, разрабатывает маркетинговую политику предприятия или исследовательского центра. Ещё одна профессия, давно существующая в мире, в России же достаточно новая (а значит, востребованная), поскольку до относительно недавнего времени вся медицина была государственной или окологосударственной.

Профессии, которые появятся после 2020 года

Оператор медицинских
роботов. Cпециалист по программированию диагностических, лечебных и хирургических роботов. Ну, здесь всё понятно: киборги заполонили всю планету. Тем не менее, тема роботов в здравоохранении достаточно регулярно освещается, все, наверняка, знают про да Винчи, подобных роботизированных систем существует намного больше. Они закупаются и в России, существует какая-то программа создания отечественного медицинского робота (хотя, судя по интернетам, говорит о ней только один человек, что настораживает), а люди пишут, что две основные проблемы с применением робототехники в России сегодня — это дороговизна расходников и недостаток квалифицированных кадров. Так что, возможно, эта профессия появится и до 2020 года.

IT-генетик. Cпециалист, который занимается программированием генома под заданные параметры, в том числе лечением наследственных заболеваний и других генетических проблем у детей. Последнее десятилетие одним из бурно развивающихся направлений в медицине стала генотерапия — внесение в генетический аппарат человека изменений для борьбы с заболеваниями. Пока, разумеется, пользуют, преимущественно животных, однако есть уже и успешные случаи применения генотерапии и для людей. В 2010 году сообщили об успешном применении генотерапии для лечения бета-талассемии, в 2011 от хронического лимфоцитарного лейкоза вылечились двое из трех участников пилотного исследования в США, в 2014 году в Великобритании объявили, что у 6 пациентов, больных хороидеремией (наследственным генетическим заболеванием, до настоящего момента неизлечимым и ведущим к слепоте), в результате генотерапии улучшилось зрение. Но это лишь первый шаг. Вторым шагом является прямая модификация генома. До недавнего времени такие эксперименты с ДНК проводились сначала только в чашках Петри, потом на мелких грызунах и рыбках данио-рерио. Однако в конце января 2014 года в журнале Cell была опубликована статья, описывающая китайский эксперимент, в результате которого на свет появились две макаки-близнецы, у которых были целенаправленно модифицированы два гена. Как сообщают исследователи, детеныши пока слишком маленькие, чтобы понять, насколько модификация генов повлияла на их физиологию и поведение, за ними продолжают наблюдать. Но уже сейчас понятно, что подобные исследования будут продолжаться, а значит, IT-генетики понадобятся. Если, конечно, биоэтики разрешат.

Специалист по киберпротезированию. Будет заниматься разработкой и вживлением функциональных искусственных устройств (киберпротезов) и органов, совместимых с живыми тканями. Т.н. «продвинутый нейрохирург». В настоящее время активно ведутся работы по созданию нейропротезов. Уже сегодня достаточно распространенным в мире является кохлеарный имплантант, позволяющий вернуть слух, относительно недавно создан биоимплантант, работающий как искусственный глаз, ведутся работы по созданию полноценной работы конечностей.

Специалист по кристаллографии. Профессионал с хорошим знанием диагностических и клинических аспектов использования кристаллов в медицине (диагностика опухолей, замещение костных тканей, проектирование медицинских инструментов). Кристаллография в медицине применяется не первый год, однако специалистов в данной области недостаточно.

Проектант жизни медицинских учреждений. Профессионал, занимающийся разработкой жизненного цикла медицинского учреждения и управляющий им — от проектирования до закрытия. Сегодня больница (как наиболее распространенная разновидность медицинских учреждений) — это уже не просто место, где оказывают какой-то спектр медицинских услуг. Кроме этого, всё большую роль в них начинают играть деятельность, связанная с R&D, образованием и обучением, освоением новых технологий. Так что для того, чтобы управлять такими комплексами, потребуются соответствующие специалисты.

Эксперт персонифицированной медицины. Специалист, анализирующий генетическую карту пациента, разрабатывающий индивидуальные программы его сопровождения (диагностика, профилактика, лечение) и предлагающий соответствующие страховые медицинские продукты. Про общий тренд к переходу к превентивной и персонализированной медицине уже было сказано выше, понятно, что нет двух одинаковых людей, а значит, что и лечение должно быть индивидуальным. А лучше всего — вообще сделать так, чтобы лечить не было необходимости (это дорого и для всей системы здравоохранения, и для человека).

Источник

19.03.01 Биотехнология - Бакалавриат - РТУ МИРЭА

Предлагаемая программа обеспечивает высокий уровень специальных научных знаний и высокое мастерство экспериментатора. В ходе обучения студенты получают теоретическую и практическую подготовку в области конструирования и получения лекарственных и диагностических препаратов, общей и прикладной микробиологии, прикладной энзимологии, генетической инженерии, биохимии. Занятия проходят в учебных лабораториях, оснащённых современным биотехнологическим и аналитическим оборудованием. Программа подготовки адаптирована под запросы конкретных работодателей: молекулярных биотехнологов, специалистов в области клеточных технологий и т.д.

Профессии, которые может выбрать выпускник
  • биотехнолог-исследователь
  • технолог биофармацевтического производства
  • специалист по контролю качества продукции
  • биотехнологического/биофармацевтического производства
Профильные дисциплины
  • Проектирование в биотехнологии
  • Основы биотехнологии
  • Химия биологически активных веществ
  • Технологии получения биологически активных веществ
  • Физико-химические методы в биотехнологии
  • Биопрепараты: получение, выделение и очистка
  • Система обеспечения качества биотехнологической продукции
  • Информационные технологии в биотехнологии
  • Бионанотехнология
  • Фармацевтическая химия
  • Технологии белковых препаратов медицинского назначения
  • Промышленная биотехнология
  • Основы биохимии и молекулярной биологии
Выпускающие кафедры:
  • Кафедра биотехнологии и промышленной фармации
  • Кафедра химии и технологии биологически активных соединений, медицинской и органической химии имени Н.А. Преображенского

Биотехнолог, ИТ-психотерапевт, руководитель

Михаил Климов, 
генеральный директор ГК «Хэдлайн»

— Начнем с вашей компании: где находитесь, чем занимаетесь?

— Недавно мы открыли филиал в Москве. Центральный офис находится в Ижевске, соответственно, работаем в Республике Удмуртия и в соседних Пермском крае и Татарстане. Наша команда специализируется на нетиповых решениях. Если говорить об 1С, то мы делаем не просто установку, а интеграцию 1С с каким-то ПО или оборудованием. Это отличает нас от других франчайзи. В основном мы занимаемся автоматизацией бизнес-процессов в дистрибуторских, производственных и торговых компаниях, в том числе, розничных.

— Почему вы решили связать свою жизнь с информационными технологиями?

— По образованию я не айтишник, а биотехнолог — это специалист по клонированию ДНК, синтезу белков. Там много расчетов, и в моей дипломной работе было больше математики, чем биологии. Я нисколько не жалею, что получил эту специальность, мне было очень интересно. Во время учебы в университете пошел работать в компанию, занимающуюся 1С. Потом, как это часто бывает, специалисты «отпочковались» и, совместно с айтишниками из других организаций, начали свое дело.

— Михаил, расскажите, какие качества нужны для того, чтобы успешно руководить ИТ-компанией и продавать ИТ-решения?

— Я не считаю себя руководителем с большой буквы, у меня не очень большой опыт. Но основной ресурс любой ИТ-компании — это люди. Поэтому для меня главное — умение мотивировать и вести своих сотрудников за собой. Каждому сотруднику должен быть понятен его вклад в общее дело, виден путь, по которому компания движется. Командный дух и непосредственное общение — вот мои приоритеты. У нас небольшая компания, всего 20 человек, получается работать индивидуально.

Все айтишники психотерапевты, как правило. Любое внедрение, интеграция ИТ-систем подразумевает новшества, выстраивание бизнес-процессов у клиентов. А к изменениям привычного уклада люди относятся очень настороженно и идут на них неохотно. Они привыкли работать определенным образом, им все нравится. И когда реакция не очень положительная, мы говорим: «Все будет хорошо, все будет нормально. Мы вам сейчас сделаем вот такую кнопочку, и вообще жизнь наладится». Это действует успокаивающе, и чаще всего помогает.

— Расскажите о самом значимом для компании проекте.

Также в этом номере журнала «Мобильная Торговля» №44, 02/2021:

— Акты еще не подписаны, но, я думаю, уже можно об этом говорить. Это автоматизация компании «ДИК» — крупнейшего в Удмуртской Республике дистрибутора, в штате которого 200 торговых агентов. «ДИК» значит Дело, Инициатива, Команда. И это не просто название: все сотрудники движутся в одном направлении, как рыбы, когда косяком плывут. Это очень приятно видеть. С крупными клиентами всегда интересно работать — бизнес-процессы уникальны и организованы нестандартно. По роду деятельности приходится в это вникать.

Одна из задач, возникшая в этом проекте — определить координаты торговых точек, так как их либо не было вообще, либо они были не верны. Мы предложили такое решение: собрать данные с помощью водителей-экспедиторов. Они брали бы с собой планшеты с установленным решением «ST-Мобильная торговля», фотографировали ТТ, к снимку автоматически привязывались бы координаты. И постепенно база наполнялась. Но так как в этом случае пришлось бы проводить дополнительное обучение, на практике сбор координат таким способом осуществляют именно торговые агенты.

— Как агенты реагируют на автоматизацию?

— Большинство из них — 70-80% — уже работали с подобными программами раньше, встречаются матерые торговые, которые сталкивались и со второй версией МТ. В основном, все относятся положительно. Единственное, что их не устраивает — GPS-отчет. В остальном же они довольны упрощением работы: не надо ездить в офис, звонить по телефону, носить с собой кучу бумажек и прайсов.

— Есть ли проблема кадров в вашем регионе?

— Хороших специалистов достаточно сложно найти. Чтобы они пришли работать в компанию, нужно отличаться и предлагать интересные задачи с адекватной оплатой. Как правило, потенциальные сотрудники знают работодателей, которые есть на рынке. Это касается не только ИТ-специалистов, но и продажников, и других профессий. У нас есть «костяк», но так как мы активно развиваемся, то решили, что будем «растить» людей внутри компании. Недавно приняли двух студентов, получается, что они учатся и в университете, и у нас.

Наш менеджер по продажам раньше занималась реализацией межкомнатных дверей. На собеседовании мы увидели, что человек быстро вникает в программный продукт, спокойно работает в CRM-системе, владеет компьютером на уровне уверенного пользователя. Перестройка прошла тяжело, ведь для нее это была абсолютно новая сфера. Сейчас очень активно занимается продажами: телемаркетингом, презентациями.

Иногда бывает, что сотрудники уходят от клиентов к нам и наоборот. Но мы не переманиваем никого, человек сам принимает решение, поэтому на отношениях между компаниями это не сказывается.

— Какие у вас планы по развитию компании на ближайшее время?

— Если московский филиал оправдает возложенные на него надежды, продолжим экспансию в другие регионы. Но для этого сначала необходимо отработать процессы, регламентации, выявить и устранить внутренние ограничения роста.

— Как вы развиваетесь профессионально?

— Сейчас записался на тренинг Левитаса «Секреты увеличения прибыли 2.0». Редко хожу на такие мероприятия, но Левитаса знаю по книгам, вебинарам, семинарам, и мне симпатизируют его идеи. Стараюсь читать книги, но не всегда получается. В интернете смотрю огромное количество тренингов и семинаров.

Что касается личного роста, мне не хватает управленческих навыков, я до сих пор плохо делегирую полномочия. Хочу разобраться в маркетинге, он мне очень интересен: и интернет-маркетинг, и контент-маркетинг. Все-таки я больше уже человек коммерции, чем ИТ. Финансы — это не так интересно, но так как приходится ими заниматься, какие-то вещи подтянуть надо.

— Много времени у вас работа отнимает?

— Очень. Но измеряется не в часах, а в задачах. Если мне нужно что-то выполнить, то могу делать очень долго. Я «сова» — люблю работать по ночам, сидеть допоздна, какую-то информацию получать, создавать.

— Как близкие на это реагируют?

— Они уже привыкли. Дочь еще пока маленькая, ложится рано, так что я успеваю её искупать и поговорить с ней на ее «детском» языке. Выходные стараюсь посвящать семье, хотя не всегда это получается.

— А на хобби время остается?

— К сожалению, нет. Раньше увлекался созданием музыки — играл на гитаре, записывал, обрабатывал. Идеи возникают и сейчас, но на реализацию просто нет времени. Очень хочется вернуться к этому, заниматься музыкой вместе с дочерью, когда она подрастет.

— Если бы не ИТ, стали бы музыкантом?

— Мне трудно представить, чем бы стал заниматься, если бы не ИТ. Во время учебы планировал посвятить себя науке и уехать в Наукоград в Пущино, но обстоятельства сложились иначе, о чем я нисколько не жалею. Вряд ли музыка стала бы моей профессией. Если бы была возможность, выступал для близких и друзей, раньше так и происходило.

— А как вы отдыхаете?

— Если выдаётся свободный денек, то я предпочитаю ничего не делать: отлежаться, с книжкой посидеть. После стадии «отлежаться» уже хочется активного отдыха. Очень люблю выезжать на природу, имею в виду не заграницу, а русские березки, а-ля «на дачу к тёще».

— Михаил, удачи в реализации планов и спасибо за беседу!

Атлас профессий будущего на ближайшие 15–20 лет: renodo — LiveJournal

«Атлас» – это альманах перспективных отраслей и профессий на ближайшие 15–20 лет. Он поможет вам понять, какие отрасли будут активно развиваться, какие в них будут рождаться новые технологии, продукты, практики управления и какие новые специалисты потребуются работодателям.
Смотреть онлайн и скачать PDF http://www.asi.ru/reports/16344/

БИОТЕХНОЛОГИИ


  • Системный биотехнолог

  • Архитектор живых систем

  • Урбанист-эколог

  • Биофармаколог

  • ГМО-агроном

  • Сити-фермер

МЕДИЦИНА


  • ИТ-медик

  • Архитектор медоборудования

  • Биоэтик

  • Генетический консультант

  • Клинический биоинформатик

  • Медицинский маркетолог

  • R&D менеджер здравоохранения

  • Молекулярный диетолог

  • Оператор медицинских роботов

  • ИТ-генетик

  • Специалист по киберпротезированию

  • Специалист по кристаллографии

  • Проектант жизни медицинских учреждений

  • Эксперт персонифицированной медицины

  • Консультант по здоровой старости

  • Сетевой врач

ЭНЕРГОГЕНЕРАЦИЯ И НАКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ


  • Менеджер по модернизации систем энергогенерации

  • Разработчик систем микрогенерации

  • Метеоэнергетик

  • Проектант систем рекуперации

  • Специалист по локальным системам энергоснабжения

  • Дизайнер носимых энергоустройств

  • Проектировщик энергонакопителей

ЭНЕРГОСЕТИ И УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ

  • Маркетолог энергетических рынков

  • Защитник прав потребителей электроэнергии

  • Энергоаудитор

  • Разработчик систем энергопотребления

  • Системный инженер интеллектуальных энергосетей

  • Электрозаправщик

  • Наладчик / контроллер энергосетей для распределенной энергетики

НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ


  • Оператор автоматизированных транспортных систем

  • Инженер по безопасности транспортной сети

  • Оператор кросс-логистики

  • Проектировщик интермодальных транспортных узлов

  • Техник интермодальных транспортных решений

  • Строитель «умных» дорог

  • Проектировщик композитных конструкций для транспортных средств

  • Проектировщик высокоскоростных железных дорог

  • Архитектор интеллектуальных систем управления

ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ

  • Портовый эколог

  • Системный инженер морской инфраструктуры

  • Специалист по навигации в условиях Арктики


АВИАЦИЯ


  • Проектировщик интерфейсов беспилотной авиации

  • Инженер производства малой авиации

  • Аналитик эксплуатационных данных

  • Технолог рециклинга летательных аппаратов

  • Проектировщик дирижаблей

  • Проектировщик инфраструктуры для воздухоплавания

  • Разработчик интеллектуальных систем управления динамической диспетчеризацией

КОСМОС

  • Проектировщик космических сооружений

  • Менеджер космотуризма

  • Инженер-космодорожник

  • Космобиолог

  • Космогеолог

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ


  • Глазир

  • Системный инженер композитных материалов

  • Проектировщик нанотехнологических материалов

  • Проектировщик «умной среды»

  • Специалист по безопасности в наноиндустрии

ИТ-СЕКТОР

  • Архитектор информационных систем

  • Дизайнер интерфейсов

  • Архитектор виртуальности

  • Системное мышление

  • Межотраслевая коммуникация

  • Управление проектами

  • Бережливое производство

  • Программирование/Робототехника/

  • Искусственный интеллект

  • Клиентоориентированность

  • Мультиязычность и мультикультурность

  • Работа с людьми

  • Работа в условиях неопределенности

  • Навыки художественного творчества

  • Дизайнер виртуальных миров

  • Сетевой юрист

  • Проектировщик

  • нейроинтерфейсов

  • Организатор интернет-сообществ

  • ИТ-проповедник

  • Цифровой лингвист

  • Разработчик моделей Big Data

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ


  • Системый горный инженер

  • Экоаналитик в добывающих отраслях

  • Инженер роботизированных систем

СТРОИТЕЛЬСТВО

  • Специалист по усилению / перестройке старых строительных конструкций

  • Архитектор «энергонулевых» домов

  • Специалист по модернизации строительных технологий

  • Проектировщик инфраструктуры «умного дома»

  • Прораб-вотчер

  • Проектировщик 3D-печати в строительстве

РОБОТОТЕХНИКА И МАШИНОСТРОЕНИЕ

  • Оператор многофункциональных

  • робототехнических комплексов

  • Проектировщик-эргономист

  • Инженер-композитчик

  • Проектировщик домашних роботов

  • Проектировщик промышленной робототехники

  • Проектировщик детской робототехники

  • Проектировщик нейроинтерфейсов по управлению роботами

  • Проектировщик медицинских роботов


ФИНАНСОВЫЙ СЕКТОР


  • Оценщик интеллектуальной собственности

  • Проектировщик индивидуальной финансовой траектории

  • Разработчик персональных пенсионных планов

  • Мультивалютный переводчик

  • Менеджер краудфангдиноговых и краудинвестинговых платформ

  • Менеджер фонда прямых инвестиций в талантливых людей

ЭКОЛОГИЯ


  • Экоаудитор

  • Рециклинг-технолог

  • Экопроповедник

  • Парковый эколог

  • Специалист по преодолению системных экологических катастроф

  • Эковожатый

МЕНЕДЖМЕНТ

  • Тайм-брокер

  • Координатор производств распределенных сообществ

  • Трендвотчер / форсайтер

  • Виртуальный адвокат

  • Менеджер портфеля корпоративных венчурных фондов

  • Корпоративный анрополог

  • Координатор программ развития сообществ

  • Персональный бренд-менеджер

  • Менеджер по кросс-культурной коммуникации

  • Модератор сообществ пользователей

  • Менеджер по управлению онлайн продажами

СОЦИАЛЬНАЯ СФЕРА

  • Специалист по краудсорсингу общественных проблем

  • Модератор платформы общения с госорганами

  • Медиатор социальных конфликтов

  • Модератор платформы персональных благотворительных программ

  • Специалист по организации государственно-частных партнерств в социальной сфере

  • Социальный работник по адаптации людей с ограниченными возможностями через Интернет

  • Специалист по адаптации мигрантов

ОБРАЗОВАНИЕ


  • Модератор

  • Разработчик образовательных траекторий

  • Тьютор

  • Организатор проектного обучения

  • Координатор образовательной онлайн платформы

  • Ментор стартапов

  • Игромастер

  • Игропедагог

  • Тренер по майнд-фитнесу

  • Разработчик инструментов обучения состояниям сознания


ИНДУСТРИЯ ДЕТСКИХ ТОВАРОВ И СЕРВИСОВ

  • Архитектор трансмедийных продуктов

  • Управленец детским R&D

  • Эксперт по «образу будущего» ребенка

  • Специалист по детской психологической безопасности

где и чему учиться, чтобы быть востребованным

Пхукет и Самуи открыты для всех привитых «Спутником»

Читать

Отельеры Кипра оплатят тесты для непривитых туристов

Читать

Виза в Венгрию: как все места в визовых центрах закончились, а потом нашлись

Читать

В Грузии снова ковид: ограничения ввели даже для туристов

Читать

Новый лоукост от S7: что о нём известно?

Читать

Теперь точно: Венгрия открылась для привитых россиян

Читать

Технологии изменили всё, в том числе и рынок труда. Кто останется у руля, какие профессии исчезнут совсем и, главное, на кого идти учиться — или переучиваться — в этом сумасшедшем мире? Почитайте как раз на выходных.

Что нас ждёт, или как не остаться без работы

Собственные исследования в области востребованных профессий будущего проводят издания Forbes, The Economist, Inc., IT-корпорация Cognizant и другие серьёзные ребята.
Вот какие тенденции сегодня наблюдаются, согласно их отчётам, и какие профессии необходимы, чтобы быть востребованным специалистом в следующем десятилетии:

  • Обучение становится пожизненным. Технологии развиваются, постоянно появляется новая информация, поэтому схема «выучился один раз на всю жизнь» больше не работает. Наши навыки, как мобильные приложения, требуют постоянных обновлений.
  • Смена профессии стала доступна в любом возрасте. Прогнозы говорят, что в будущем мы будем менять 4–6 профессий в течение жизни.
  • Обучение массово кочует в онлайн.
  • Многие популярные профессии можно получить не за 4–5 лет, а за 4–5 месяцев. Этого достаточно для «входа в специальность». Дальше можно начинать работать и в процессе наращивать скилы (помним про первый пункт).
  • Для многих профессий будут нужны междисциплинарные знания. В первую очередь в области технологий и маркетинга.

Перспективные профессии и где их получить

Медицина и биотехнологии

Медицина развивается стремительно. Люди в развитых странах нацелены жить долго и сохранять здоровье до старости. В Америке уже сегодня есть те, кто планирует дожить до 120, а то и до 150 лет. Тренд на биохакинг, то есть анализ своих жизненных показателей и омоложение организма на его основе, существует не один год. В целом люди стали жить дольше, больше заботиться о своём здоровье и качестве жизни, в том числе, с помощью технологий.

Чтобы поддерживать эту индустрию нужны специалисты. Как непосредственно в сфере медицины, так и на стыке медицины с генетикой, биохимией, экологией, робототехникой, IT. Остаются востребованными врачи, диетологи, косметологи. Развиваются такие профессии, как IT-генетик, молекулярный диетолог, консультант по здоровой старости, биофармаколог, системный биотехнолог, урбанист-эколог. 

Где учиться

  • На «классического» врача — в отечественном или зарубежном медвузе. В мире лидируют медицинские и биологические вузы Великобритании, США и Австралии. 
  • В США очень дорого учиться на врача и практически нереально поступить, но можно пойти в младший медицинский персонал и неплохо зарабатывать в перспективе. Другой вариант — пойти в науку. Например, в области разработки лекарств или биопротезов. 
  • Зато вполне реально учиться в Европе или Австралии: в Германии и Чехии на немецком и чешском соответственно обучение бесплатное. Венгрия, Словакия, Польша, Ирландия и Австралия считаются странами, которые дружественны к иностранным студентам.
  • Для тех, кому интересна работа в науке или в сфере проектирования медтехники, подойдут некоторые технологические вузы. Например, Университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) в Питере, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева в Москве и другие. Посмотрите наш подробный гид по университетам мира.
  • Чтобы попасть в отрасль, не обязательно даже учиться 7–8 лет: можно получить одну из околомедицинских специальностей на курсах.

Анализ больших данных

Данные собирают все. Это трафик с сайтов, звонки, информация из приложений, сведения о финансовых транзакциях. Делается это не ради праздного интереса. Все гигантские массивы информации — big data — необходимо анализировать, структурировать, хранить и использовать для бизнеса, политики и прочего. Data scientist, он же аналитик данных, занимается как раз тем, что выявляет закономерности в потоках информации и интерпретирует их.

Основные скилы для этой специальности: разбираться в математике и статистике, уметь извлекать нужную информацию из потока данных и разных источников, устанавливать закономерности в массивах данных и анализировать их для принятия решений. Часто в анализ больших данных приходят математики.

Где учиться

Робототехника

Мир будущего из книг писателей-фантастов ХХ века уже наступил. Видеозвонки, всемирный «информаторий» и, конечно же, роботы — наша реальность. С каждым годом они будут отвоёвывать у людей рабочие места, выполнять всю рутинную механическую работу. С другой стороны, потребуется всё больше и больше специалистов для их проектирования, настройки и обслуживания. 

Роботы нужны в промышленности, военном деле, сфере безопасности, медицине, быту. Перспективное направление — разработка киберпротезов и специальных устройств для поддержания качества жизни. 

Где учиться

  • В России сильная школа робототехники. Её единственный существенный недостаток — фокус на промышленной робототехнике. Специализированных направлений в области медицины или сервисных услуг пока нет. Получить специальность можно в технических и технологических вузах, которые традиционно сосредоточены в Москве и Питере. Например, Московский политех, Российский технологический университет (МИРЭА), МГТУ Баумана. 
  • Также робототехнике учат в Республике Татарстан в Университете Иннополис, в Томском государственном и политехническом университетах, в Уральском федеральном университете, в Новосибирском государственном техническом университете.
  • За границей медицинскую, бытовую и сервисную робототехнику, как правило, объединяют в программу Computer Science. В рамках таких курсов изучают ряд компьютерных дисциплин — от программирования до нейронных сетей. 
  • Сильные бакалаврские, магистерские и докторские программы по робототехнике есть в США, Австралии, Канаде, Китае, Японии, странах Западной Европы, в частности в Германии и Швейцарии. Вот несколько вузов: Centennial College в Канаде, ETH Zurich в Швейцарии, The Hong Kong Polytechnic University в Гонконге. 

Программы и курсы легко находятся по поиску robotics или computer science.

Креативные специальности и создание контента

Контент по-прежнему король. Всё, что связано с созданием контента останется востребованным. Дизайнеры всех мастей — от UX до VR, иллюстраторы, копирайтеры, фотографы, видеографы, блогеры, ютьюберы и другие творцы от бизнеса могут быть спокойны.

Оптимистичные прогнозы говорят, что скоро простые профессии будут переданы роботам, а у людей высвободится больше ресурсов для занятий творчеством и наукой. Так что профессии вроде художника или писателя также останутся в строю. Искусственный интеллект и нейросети ещё далеки до того, чтобы тягаться с человеком в креативе. 

Спокойны могут быть и маркетологи: всем нужно продавать то, что создаётся. 

Где учиться

  • Прелесть креативных специальностей в том, что большинство из них можно получить на курсах и попасть в профессию довольно быстро. Другое дело, что опытным специалистом сразу не стать. Но это везде так, хоть после полугода курсов и тренингов, хоть после четырёх лет университета. 
  • Разбираться придётся в нескольких смежных специальностях одновременно. Всё происходит на стыке творчества, компьютерных технологий, маркетинга и рекламы. Видеоблогер должен не только уметь снимать и монтировать, но и понимать основы журналистики и продвижения. Дизайнеру нужно знать хоть что-то о копирайтинге, копирайтеру — уметь работать с изображениями и так далее. 
  • Всему этому учат на онлайн-курсах Coursera, Udemy, The Vlog Academy. Онлайн-обучение можно дополнять поездками на «живые» тренинги и мастер-классы. В идеале нужно проходить курсы не только по основной специальности, но и по смежным.
  • Традиционные вузовские программы тоже никто не отменял. Большой выбор креативных специальностей и направлений в учебных заведениях США, Великобритании, Франции, Нидерландов: Институт искусств Сотбис (Нью-Йорк), Дрексельский университет (Филадельфия), Кингстонский университет (Лондон), Istituto Marangoni (Лондон), Утрехтский университет прикладных наук (Утрехт и Амерсфорт), Амстердамская академия моды (Амстердам), ISAL Paris (Париж).

Сфера образования

Хорошие новости для учителей и преподавателей. Во всяком случае, для тех, кто интересуется новыми методиками, хочет менять и развивать систему образования. На самом деле, эта система уже меняется, начиная от школ и до последипломного образования.

В школах уходит в прошлое «зубрёжка». На первый план выходит умение найти и структурировать информацию. В странах Скандинавии, где педагогика находится на высоком уровне, обучение уже сегодня строится на предпочтениях и склонностях учеников.

Меняется и образование для взрослых, в том числе последипломное. Набирает обороты онлайн-обучение. Становится больше курсов переквалификации. Люди начинают понимать необходимость учиться всю жизнь. Возраст перестаёт быть проблемой для смены профессии. 

Одна моя знакомая из Швейцарии еще лет пять назад рассказывала, что у них люди нередко меняют две профессии за жизнь. И это никого не удивляет. Причём перемена может быть радикальной: стоматолог становится архитектором, например.

Где учиться

  • Педагогические вузы либо аспирантуры других вузов — для того, что иметь возможность преподавать в школе или институте.
  • На онлайн и офлайн-курсах: OpenEdu.ru, Сontented. Там прокачаете скилы ораторского искусства, создания презентаций, узнаете новые техники и веяния.
  • За границей хорошее педобразование можно получить в Великобритании (University of Warwick), Ирландии (University of Limerick), Австралии (Edith Cowan University), Канаде (Trent University).

Игровая индустрия и киберспорт

Киберспорт перерос из развлечения в бизнес и уже составляет конкуренцию обычному спорту по количеству зрителей и фанатов. Помимо, собственно, разработчиков игр, зарабатывать в киберспорте могут профессиональные игроки, тренера команд, киберспортивные комментаторы. 

Киберспорт — это не просто многочасовое сидение за компьютером, это целая культура. У профессиональных спортсменов есть команды, тренера, графики тренировок — всё как в реальной жизни. Хотя понятие «реальная жизнь» в их случае уже и так чуть размыто.

Где учиться

  • Разработчик игр или gamedev учится там же, где и другие разработчики: в вузах, на курсах и самостоятельно. Из популярных онлайн-курсов: курсы от GeekBrains, Coursera, Udemy, Lynda (онлайн-платформа, ориентированная на программистов), курс Design and Development of Games for Learning на платформе eDx от разработчиков Массачусетского технологического института и Гарвардского университета. Как правило, это курсы по дизайну и разработке игр для разных платформ. 
  • Для киберспортсмена образование не принципиально, но нужно знать английский. Среди скилов, которые помогут стать хорошим игроком: аналитический склад ума, терпение, усидчивость, коммуникативные навыки для игры в команде. Ну и само собой, нужно уметь играть хотя бы в одну игру.
  • Кроме разработчиков и игроков любому проекту нужны менеджеры, дизайнеры, юристы, экономисты, маркетологи. Всем им необходимо разбираться в специфике отрасли, знать основные игры. Эти навыки и знания также можно получить онлайн на перечисленных площадках.

Психологи и психотерапевты

Скорость мира, все эти перемены, новые требования и бесконечный стресс привели к тому, что даже у нас пойти к психологу почти перестало считаться зазорным. В развитых странах это давно нормальная практика. Люди понимают, что заботиться нужно не только о здоровье тела, но и о здоровье психики. Так что в ближайшее время психологи и психотерапевты точно не останутся без клиентов.

Где учиться

  • Базовое образование психологи получают в многопрофильных, педагогических или медицинских университетах. Психотерапевты могут сделать это обычно только в медицинских вузах. Затем нужно постоянно проходить курсы повышения квалификации, изучать новые методики и техники, работать с супервайзером и проходить личную терапию.
  • В России хорошо готовят психологов и психотерапевтов в МГУ,  Российском государственном гуманитарном университете, Московском педагогическом государственном университете, Сеченовском университете.
  • Европейские и американские университеты, само собой, предлагают много качественных программ по психологии и психотерапии. Вот только некоторые из них: Университет Зигмунда Фрейда (Вена, Австрия), Вебстерский университет (Вена, Австрия), Университет Данди (Данди, Шотландия), Florida Institute of Technology (Мелборн, Флорида, США), University of Delaware (Ньюарк, Делавэр, США).

Есть и другие, пока ещё малоразвитые, но перспективные специальности: пилот дрона, специалист по утилизации и переработке мусора — Trash Engineer, специалист по восстановлению экосистем, космический гид, сотрудник по этическим вопросам. Держите руку на пульсе и помните, что сейчас выбранная профессия — не приговор на всю жизнь.

Полезные ресурсы

  • Атлас новых профессий.
  • Индекс Cognizant Jobs of the Future.
  • Онлайн-курсы от разных университетов по всему миру Coursera.
  • EdX — бесплатная платформа интерактивных курсов, основанная Массачусетским технологическим институтом и Гарвардским университетом.
  • Codecademy — интерактивная онлайн-платформа по обучению 12 языкам программирования.

Кем стать: 8 профессий, которые будут востребованы в будущем | Фоксфорд.Медиа

То, о чём мы ещё недавно читали в фантастических романах, становится реальностью: многими процессами — вычислениями, обслуживанием, уборкой — уже управляют роботы, и учёные утверждают, что это только начало. Нобелевский лауреат по экономике Кристофер Писсаридес считает, что в мире осталось не так много профессий, где человека в будущем не вытеснят роботы: это работа в сфере здравоохранения, гостеприимства, недвижимости и персональных услуг. А вот специальностями, которые ещё пару десятилетий назад считались престижными и перспективными, — экономистов, бухгалтеров, переводчиков — постепенно овладевают роботы. Какие профессии будут востребованы через десять-двадцать лет?

Эти люди будут заниматься замещением устаревших продуктов новыми, более эргономичными и экологичными. Так, они заменят дизельное топливо биотопливом, а цемент и бетон — экологичными строительными материалами. Одним словом, с их помощью произойдёт полная модернизация производства. Эта профессия потребует глубоких знаний сразу в нескольких сферах: химия, биология, инженерное дело. Также понадобятся навыки программирования и умение мыслить системно.

Архитекторы будут планировать, проектировать и создавать технологии замкнутого цикла с участием генетически модифицированных организмов. Например, городские фермы. Раздельный сбор и переработка мусора также будут находиться в зоне их ответственности. Для этой профессии важно не только обладать техническими навыками, но также экологично мыслить и ориентироваться на бережное производство и устойчивое развитие.

В ближайшем будущем нам понадобятся люди, которые смогут не просто грамотно организовать городскую среду, но и разобраться в том, почему всё устроено именно так, а не иначе. Почему люди любят сидеть под деревьями и у воды, и возможно ли существование парков на крышах домов? В условиях постоянного роста очень важно сохранить городское биоразнообразие и придумать, что делать с мусором, машинами и многоэтажными домами. В целом, урбанисты-экологи будут заниматься теми же проблемами, что и сегодняшние урбанисты. Поэтому особый упор для получения этой профессии стоит делать на архитектуру, историю, психологию и, конечно, экологическое образование.

Профессия на стыке программирования и медицины: специалисты этого профиля будут разрабатывать и создавать медицинское оборудование для лечения и диагностики. Атлас профессий будущего Московской школы управления Сколково утверждает, что для этой специальности очень важны системное мышление, навыки робототехники и программирования, коммуникабельность и умение управлять проектами.

Учитывая скорость, с которой роботы «захватывают» мир, в ближайшее время нам понадобятся специалисты по этическим и правовым вопросам в этой сфере. Клонирование, вмешательство в генетический код, эвтаназия для роботов — всё это каким-то образом необходимо регулировать. Биоэтики должны будут соотносить философию и биологию, а также просчитывать влияние научного прогресса на человечество.

Эта профессия существует уже сегодня. Однако исследования генома стоят дорого, а специалистов в этой области совсем немного. В будущем такие консультации станут обыкновенной практикой и помогут предотвращать развитие болезней, находить «слабые места» в геноме и проводить профилактические работы. Эта работа требует комплексного подхода: важно не просто быть врачом, но и хорошим психологом.

В будущем все предметы индивидуального пользования (одежда, обувь и т. д.) смогут самостоятельно генерировать энергию, и задача дизайнеров — сделать эти предметы не только функциональными, но и красивыми. Вот почему для этой профессии одинаково важны технические навыки и умение мыслить свободно и креативно. Готовьтесь быть одновременно экспертом по энергетике и дизайнером.

Если раньше детей пугали профессией дворника, то скоро такой «страшилкой«станет фраза: «Будешь плохо учиться — электрозаправщиком станешь». Когда на смену машинам на дизельном топливе придут электромобили, миру понадобятся люди, которые знают, как с ними обращаться. Это простая на первый взгляд работа требует определённых знаний об устройстве автомобилей, а также клиентоориентированности и коммуникабельности.

По прогнозам докладчиков Экономического форума в Давосе, сегодняшние первоклассники будут изучать предметы, о которых люди пока не слышали: Появится ещё больше новых профессий и функций, и уже в ближайшие десять-пятнадцать лет мир кардинально изменится. И это ещё один повод действовать на опережение и изучать что-то новое.

Традиционная модель образования, которая сегодня тяготеет к узким специализациям, постепенно уйдёт в прошлое. Востребованными будут специалисты, обладающие навыками сразу в нескольких областях, а также люди, обладающими развитыми гибкими навыками.

Несмотря на пессимистичные прогнозы, учёные (например, авторы исследования Microsoft) уверены, что роботы не заменят людей полностью, и даже напротив: у людей появится больше возможностей для карьерного роста и образования. В будущем большинство профессий потребуют от нас глубоких знаний в совершенно разных, порой не относящихся друг к другу сферах. Это значит, что «мигрировать» из одной специальности в другую станет проще. Главное — не прерывать образовательный процесс.

Синтетическая и системная биотехнология - Журнал

Синтетическая и системная биотехнология направлена ​​на содействие распространению информации об оригинальных исследованиях в области синтетической и системной биологии с уделением особого внимания приложениям в области биотехнологии.

Этот журнал является ежеквартальным рецензируемым журналом, который возглавляет главный редактор Лисинь Чжан. Журнал публикует качественные исследования; сосредоточение внимания на интегративных подходах, позволяющих понять и проектировать биологические системы, и исследованиях для разработки приложений систем и синтетической биологии к естественным системам.В этом журнале будут публиковаться статьи, короткие заметки, методы, мини-обзоры, комментарии и обзоры конференций.

Журнал охватывает широкий круг тем, включая новые технологии, процессы, методы, материалы, системы и приложения в области синтетической и системной биотехнологии и биомедицины. Области, представляющие особый интерес, включают, но не ограничиваются ими:

  • Производство натуральных продуктов и других малых молекул (например, антибиотиков и других терапевтических средств, биотоплива, пептидов, химикатов, ароматизаторов и ароматизаторов)
  • Разработка биологических путей и цепей , включая вычислительное проектирование и моделирование
  • Проектирование оптимизированных организмов общего шасси, e.g., метаболической инженерией и минимизацией генома
  • Конструирование, редактирование и проектирование генома
  • Аналитические платформы для отладки инженерных биосистем, включая метаболомику, РНК-секвенирование, проточную цитометрию и масс-спектрометрию с визуализацией
  • Новый синтез, сборка ДНК и методы редактирования
  • In vitro, бесклеточные и искусственные системы для производства биомолекул и прототипирования путей
  • Синтетическая биология млекопитающих
  • Ферментная / белковая инженерия путем рационального проектирования и направленной эволюции
  • Создание строительных блоков или частей библиотек для синтетических биология, включая библиотеки катализаторов, регуляторов и элементов управления
  • Лабораторная автоматизация и робототехника для синтетической биологии и инженерии биосистем
  • Прогнозные вычислительные и статистические подходы к моделированию для синтетической биологии
  • Интеграция данных и управление данными для систем и синтетической биологии
  • Sta стандарты и лучшие практики для экспериментов в синтетической биологии и ее приложений
  • Экономические, нормативные, социальные и этические аспекты передовых промышленных приложений синтетической биологии

Чем занимается биотехнолог?

Джаред Оклер, заместитель декана по профессиональным программам и работе с выпускниками Северо-Восточного научного колледжа и директор лаборатории биофармацевтического анализа Северо-Востока, обсуждает роли и обязанности профессионалов в области биотехнологии.


Что такое биотехнолог?

Это вопрос, который мне задают все время и над которым я серьезно размышлял. Биотехнологи используют биологические процессы в своих интересах в промышленных и других приложениях. То есть они используют биологию в практическом применении, таком как производство антител или белковых препаратов, таких как Humira® (abbvie). Однако «биотехнолог» - это общий термин, который применяется не только к производству белковых лекарств, но и к сельскому хозяйству, косметике и другим продуктам и отраслям промышленности.

Быстрый поиск Indeed по запросу «биотехнология» обнаруживает 8 665 вакансий (по состоянию на 24.09.18), включая такие названия, как научный сотрудник, производственные операции, контроль качества и биотехнолог по водорослям. Эта небольшая выборка должностей подчеркивает вышеупомянутое разнообразие. Из-за этого разнообразия при поиске позиций биофармацевтов и ученых не используйте поисковый термин «биотехнолог», поскольку это просто общий термин для большой группы должностей, и вы получите очень ограниченные результаты.


Загрузите наше бесплатное руководство по продвижению вашей карьеры в области биотехнологий

Узнайте, как изменить свою карьеру в отрасли, которая меняет мир.

СКАЧАТЬ


Чем занимается биотехнолог?

Технические обязанности

Несмотря на семантику, давайте посмотрим, чем занимаются многие биотехнологи: они работают в области биофармацевтики, производя белковые препараты. Только в этой части области существует несколько различных ролей, в зависимости от того, какая часть процесса разработки лекарств задействована.

В начале процесса разработки белкового лекарственного препарата биотехнолог может манипулировать или мутировать ДНК (гены), чтобы ввести определенные мутации, которые могут увеличить выход продукта или сделать продукт более эффективным. Или, возможно, биотехнолог попытается оптимизировать экспрессию белкового лекарственного средства в разных клеточных линиях или в разных условиях, а затем определит лучший способ очистки конечного лекарственного продукта. После этих фундаментальных исследований и разработок необходимо «масштабирование».Таким образом, биотехнологи сосредоточатся на наилучших условиях для масштабирования производства до производства больших объемов своего продукта, а затем будут следить за качеством жизненного цикла продукта. Наконец, биотехнолог может охарактеризовать конечный продукт, используя биопробы, аналитическую химию и другие методы, чтобы гарантировать доставку безопасного и эффективного лекарства.

В других областях, таких как сельское хозяйство, биотехнолог может манипулировать ДНК (генами), чтобы получить более здоровый урожай, который сможет противостоять различным климатам и вредителям.В косметике биотехнологи могут пытаться манипулировать микроорганизмами для производства новых пигментов или способов сохранить вашу кожу моложе.

В каждом примере это некоторые из наиболее технических аспектов работы биотехнологов; однако, как и любая работа, это лишь малая часть того, что влечет за собой их роль.

Ответственность нетехнического характера

Биотехнологи также возглавляют команды и помогают руководить научным направлением компании и проектов. Возможно, им придется написать бизнес-обоснования для проектов, чтобы продолжить работу над ними или получить дополнительное финансирование.Биотехнолог также передает информацию, которую они собрали в своей работе, многим аудиториям: через презентации другим сотрудникам своей компании, внешним членам научного сообщества через презентации и публикации, а также часто и широкой публике. Но самое главное, что делает биотехнолог, - это решает проблемы. Недостаточно просто быть технически опытным; нужно также уметь функционировать в рамках корпоративной культуры.

Хорошая новость заключается в том, что биотехнология процветает, и конца ей не видно.То, что когда-то было очень узкой и специализированной областью, теперь включает рабочие места по всему миру; из Бостона, Массачусетс, в Сан-Франциско, Калифорния, в такие страны, как Торонто, Онтарио, Сеул, Южная Корея и другие. Разнообразие работ, которые биотехнологи выполняют во многих отраслях, от практических до офисных, открывает широкие возможности для карьеры и, что самое главное, увлекательное занятие.

Чтобы узнать больше о доступных ролях в области биотехнологии, включая описание должностей, заработную плату и навыки для достижения успеха, загрузите наше руководство ниже.

востребованных вакансий, формирующих наше будущее

Размышляя о биотехнологии, многие люди представляют себе ученого в лабораторном халате, разрабатывающего спасительное лекарство или медицинское устройство. Хотя это изображение представляет собой и один из обычных биотехнологических направлений карьеры, работа в лаборатории - не единственный вариант. Сделав много интересных открытий и решив новые проблемы, профессионалы в области биотехнологии могут во многом изменить жизнь других.

Есть еще хорошие новости для ищущих работу. Отрасль биотехнологий является основным двигателем экономики, принося около 140 миллиардов долларов дохода. В настоящее время в биотехнологических компаниях США работает более 1,66 миллиона человек, но с учетом потребности в быстрых инновациях спрос на квалифицированных специалистов будет продолжать расти.

Итак, какие типы рабочих мест доступны в биотехнологической отрасли? И какие навыки дадут вам конкурентное преимущество на рынке труда? Кевин Бродбелт, адъюнкт-профессор магистратуры Северо-Востока в области биотехнологии, обсуждает сегодняшние лучшие биотехнологические карьеры и то, как вы можете подготовиться, чтобы прорваться в отрасль.


Загрузите наше бесплатное руководство по продвижению вашей карьеры в области биотехнологий

Узнайте, как изменить свою карьеру в отрасли, которая меняет мир.

СКАЧАТЬ


Что можно сделать со степенью в области биотехнологии?

«Чего большинство людей не понимают в биотехнологии, - говорит Бродбелт, - так это того, что у студентов есть много разных карьерных путей. Им не обязательно делать карьеру «на рабочем месте» в качестве младшего научного сотрудника или техника в медицинской или фармацевтической компании.”

Broadbelt описывает эту область как «сложную» и «междисциплинарную», отмечая, что биотехнология выходит за рамки биологии и химии. По его словам, эта дисциплина применяется во многих отраслях. Профессионалы могут найти интересную и значимую работу в областях, не связанных с начальной разработкой лекарств.

Область - и ее карьера - охватывают другие функциональные области, которые столь же важны для вывода на рынок значимого биотехнологического продукта. Эти области включают:

  • Исследования и разработки
  • Обеспечение качества / нормативно-правовые вопросы
  • Производство
  • Клинические исследования
  • Правительство (формирование политики)
  • Программная инженерия
  • Наука о продуктах питания, животных и окружающей среде
  • Продажа и техническая поддержка
  • Управление бизнесом
  • Управление проектами

Поскольку биотехнология применяется во многих отраслях промышленности, профессионалы могут работать в различных организациях, включая государственные учреждения, частные компании, регулирующие органы или клинические лаборатории.Наниматели в области биотехнологии варьируются по размеру и типу от небольших стартапов до мировых лидеров фармацевтической отрасли и до финансируемых из федерального бюджета организаций, таких как Министерство сельского хозяйства и Национальные институты здравоохранения.

Broadbelt подчеркивает выдающиеся разработки, происходящие в этой области, включая персонализированную медицину, генную терапию, лечение промышленных заболеваний и даже контроль опасных отходов. Но что самое захватывающее в отрасли, по его словам, так это то, что независимо от того, в какой области вы работаете, вы действительно можете повлиять на мир вокруг себя.

Вот некоторые из наиболее востребованных профессий в области биотехнологий, которые определяют наше будущее.

Востребованные вакансии в сфере биотехнологий

Инженер-биомедик

Средняя зарплата: 88 040 долларов

Прогнозируемый рост к 2026 году: 7%

Биомедицинские инженеры объединяют инженерные и биологические знания для разработки решений проблем биологии и медицины. С целью повышения качества и эффективности медицинского обслуживания пациентов они разрабатывают биомедицинское оборудование, устройства и медицинское программное обеспечение, такое как искусственные органы, протезы и диагностические машины.

Биохимик

Средняя зарплата: 91 190 долл. США

Прогнозируемый рост к 2026 году: 11%

Биохимики изучают химические свойства живых существ и биологические процессы, такие как развитие клеток, рост клеток, наследственность и болезни. Они проводят сложные исследовательские проекты и часто выделяют, анализируют и синтезируют белки, липиды (жиры), ДНК, углеводы (сахара) и другие молекулы. Они также исследуют влияние лекарств, гормонов и питательных веществ на ткани и биологические процессы, чтобы разработать продукты и процессы, которые могут улучшить здоровье человека.

Ученый-медик

Средняя зарплата: 82090 долларов США

Прогнозируемый рост к 2026 году: 13%

Ученые-медики проводят клинические исследования для улучшения здоровья пациентов путем изучения болезней и методов профилактики. Они также могут разрабатывать и тестировать медицинские устройства. Они часто готовят и анализируют медицинские образцы, чтобы исследовать причины и методы лечения токсичности, патогенов и хронических заболеваний. Эти ученые также помогают стандартизировать эффективность, дозы и методы лекарств для массового производства и распространения лекарств и лекарственных соединений.

Биологический / клинический техник

Median Pay : 51 770 долларов США

Прогнозируемый рост к 2026 году: 13%

Также известные как ученые-медики, биологические техники собирают образцы, проводят тесты и анализируют результаты биологических жидкостей, тканей, культур бактерий и других веществ. Эти специалисты используют лабораторные инструменты, передовую робототехнику, специализированное компьютерное программное обеспечение и автоматизированное оборудование для сбора, анализа и моделирования экспериментальных данных.

Микробиолог

Средняя зарплата: 69 960 долларов США

Прогнозируемый рост к 2026 году: 8%

Микробиологи изучают вирусы, бактерии и иммунную систему для производства биомедицинских и промышленных продуктов. Эти специалисты проводят сложные исследовательские проекты и лабораторные эксперименты, чтобы помочь в диагностике и лечении инфекционных заболеваний.

Ученый-разработчик

Средняя зарплата: 94739 долларов США

Ученые-разработчики процессов наблюдают за производственным процессом в лаборатории организации, ища способы повышения качества и эффективности.После того, как новый продукт был разработан и одобрен для производства, эти ученые разрабатывают методы масштабирования производства, соблюдая стандартные протоколы.

Специалисты по биопроизводству

Средняя зарплата: 80 629 долларов США

Специалисты в области биопроизводства используют инструменты и методы, чтобы гарантировать соответствие продукции строгим требованиям чистоты, безопасности, эффективности и качества на протяжении всего производственного процесса. Биопроизводство часто включает в себя крупномасштабное производство белков, используемых для лечения или лечения заболеваний человека, что требует от этих специалистов глубоких знаний федеральных, государственных и отраслевых нормативных стандартов.

Менеджер по развитию бизнеса

Средняя зарплата: $ 113 769

Менеджеры по развитию бизнеса предоставляют подробный анализ рынка и конкурентную информацию, чтобы помочь биотехнологическим компаниям сформулировать и реализовать стратегии роста и инвестиций. Они помогают в оценке и реализации возможностей расширения, приобретения, совместных исследований и партнерства с другими биотехнологическими учреждениями для достижения роста бизнеса в соответствии со стратегическими целями компании.

Директор по продуктовой стратегии / коммерциализации

Средняя зарплата: $ 124 726

Специалисты в области биотехнологии, занимающие эти должности, связанные с бизнесом, несут ответственность за разработку и реализацию стратегии коммерциализации новых биотехнологических продуктов, включая запуск, развитие рынка, маркетинг, продажи и логистику, стимулирование роста и прибыльности при соблюдении нормативных требований и требований к качеству.

Как подготовиться к карьере в биотехнологической отрасли

Broadbelt сообщает, что есть пять ключевых стратегий, которые могут использовать начинающие профессионалы для продвижения своей карьеры в области биотехнологий.

1. Создайте образовательную базу.

Broadbelt утверждает, что первый ключ к успешной биотехнологической карьере - это прочная образовательная база, основанная на учебных курсах, связанных с наукой. Продвинутые программы, такие как «Магистр биотехнологии», , могут дать вам возможность изучить множество направлений, которые вы можете выбрать в своей карьере, - что он считает очень важным.

«Ищите программу на получение степени, которая даст вам возможность получить практический опыт. Это поможет имитировать подотчетность и ответственность реальной компании, где работа заключается не только в обучении, но и в владении проектами и достижении результатов.”

2. Оставайтесь непредубежденными.

В такой области, как биотехнология, Бродбелт говорит: «Не закрывайте глаза». Он говорит, что при выборе своего пути важно учитывать множество потенциальных ролей, которые вы можете сыграть в отрасли, а не ограничивать свои возможности, основываясь на вашем первом опыте работы в этой области.

Поскольку существует так много вариантов, бывает сложно сразу найти подходящую. В то время как многие предпочитают работать в фармацевтическом гиганте - «всемирно известных компаниях Pfizers и Mercks», другие предпочитают стартап-культуру, в которой ожидается, что они будут носить много шляп.

Он предлагает спросить себя: «Помимо денег, я действительно вижу себя здесь работающим?» - отмечая, что, вероятно, вы будете хорошо зарабатывать, независимо от того, какой путь вы выберете. Согласно исследованию, средняя годовая заработная плата биотехнологического рабочего в США составляет 94 543 доллара.

3. Оттачивайте свои навыки межличностного общения.

Хотя на скамейке запасных важно разбираться в деталях, Бродбелт говорит, что не менее важно оттачивать свои навыки межличностного общения. На сегодняшнем рынке биотехнологий научный опыт - лишь одна часть уравнения найма.

На сегодняшнем рынке биотехнологий научная экспертиза - только одна часть уравнения найма. Нажмите, чтобы твитнуть

«Хотя технические навыки и научные знания являются обязательной базой, этого сейчас недостаточно для компаний, желающих нанять профессионалов в области биотехнологий. Насколько эффективно вы общаетесь? Как вы взаимодействуете с другими? Отстаивать свои гипотезы? Устранить проблемы? Урегулировать конфликт? »

Когда вы придете на собеседование, менеджер по найму захочет поговорить о ваших мягких навыках, говорит он.Они хотят знать, что нанимают весь пакет. Дело не только в том, «насколько хорошо вы умеете дозировать», но и в том, как вы можете сообщить и сформулировать свои идеи другим сотрудникам компании.

4. Создайте свою профессиональную сеть.

Создание прочной профессиональной сети имеет решающее значение для карьерного успеха. Фактически, исследования показывают, что 85 процентов всех рабочих мест заполняются через сети. Поэтому, хотя может показаться трудным найти время, сделайте своим приоритетом налаживание значимых связей с окружающими, включая коллег, руководителей, советников, профессоров и профессионалов отрасли.Присоединяйтесь к профессиональным организациям, посещайте местные отраслевые встречи или просто попросите коллегу поговорить за обедом. Наличие прочного набора профессиональных контактов может открыть двери для новых возможностей, дать вам доступ к отраслевым экспертам и даже помочь вам получить следующее продвижение по службе.

5. Продолжайте учиться и приспосабливаться.

По его словам, одна из самых серьезных проблем, с которыми сталкиваются профессионалы в области биотехнологии, - это подготовка к постоянным изменениям, происходящим в отрасли.

«Студенты должны быть подготовлены: как бы вы ни хотели создать значимый продукт, в работе есть большая финансовая составляющая.Мы по-прежнему работаем в рамках бизнес-модели. Работа может быть прекращена; департаменты могут быть быстро ликвидированы ».

Но хорошая новость заключается в том, что, поскольку единственная постоянная вещь - это изменения, на его месте, скорее всего, быстро появится новый продукт или новая команда, - говорит он. Один из способов подготовиться к этой динамичной отрасли - никогда не переставать учиться. Broadbelt предлагает повышать квалификацию за счет получения дополнительных сертификатов по дисциплине, посещения конференций и использования вашей сети.

Сделайте следующий шаг в своей карьере в области биотехнологий

Если вы заинтересованы в том, чтобы быть в авангарде новых достижений в области биотехнологии, сейчас подходящее время для получения ученой степени.Поскольку эта область продолжает развиваться, растет потребность в квалифицированных специалистах для внедрения инноваций и вывода новых технологий на рынок.

Если вы заинтересованы в получении степени магистра наук в области биотехнологии, посетите страницу программы Northeastern , чтобы узнать больше о том, как эта степень может продвинуть вашу карьеру.

границ | Микрофлюидика для биотехнологии: устранение пробелов в развитии микрофлюидных приложений

Введение

За последние 10 лет интерес к устройствам типа «лаборатория на кристалле» для их применения в биотехнологии быстро вырос (Oliveira et al., 2016; Маркес и Сита, 2017; Бьорк и Йоэнссон, 2019). В настоящее время многие стартапы предлагают специализированные микрофлюидные решения для различных приложений и научных вопросов. Заявления экспертов за последнее десятилетие были похожими: «Будущее микрогидравлических устройств - или лаборатории на кристалле - выглядит весьма многообещающим» (Caicedo and Brady, 2016) или «Микрофлюидика, как развивающаяся технология, открывает новые горизонты. подходы к точному контролю жидкостных условий в небольших масштабах и сбору данных с высокой пропускной способностью и количественными методами »(Bai et al., 2018).

Тем не менее, большинство биотехнологов до сих пор не привыкли регулярно интегрировать микрофлюидные системы в свои типичные экспериментальные процедуры. Эту проблему 14 лет назад признали Хелен Андерссон и Альберт ван ден Берг, задавая вопрос: «Где биологи?» и с тех пор ученые пытаются найти решение. Они отметили, что технический прогресс в микрофлюидных системах достигнут, но исследователи микрофлюидики все еще должны привлекать внимание биологов.Более того, они предложили инновационные «нестандартные» эксперименты с высоким потенциалом для большого воздействия в обеих областях и впечатляющие демонстрации новых результатов, которые были бы недостижимы с помощью обычных технологий (Andersson and van den Berg, 2006).

В то же время отсутствие «убийственного приложения» было обвинено в недостаточном успехе микрофлюидных технологий в фундаментальных и прикладных исследованиях в биологии (Blow, 2007; Becker, 2009; Volpatti and Again, 2014). Здесь «убийственное приложение» относится к методу, который значительно превосходит существующие методы в отношении желаемого результата (Sackmann et al., 2014). Недавно Кайседо и Брэди (2016) предположили, что это скорее «преодоление разрыва», чем поиск убийственного приложения для сближения обеих областей, потому что, по их мнению, «использование микрофлюидики очень ограничено за пределами академического инженерного сообщества». Они называют два пробела, которые могут объяснить плохое внедрение микрофлюидики в основные биомедицинские исследования и биотехнологическую промышленность. Это, во-первых, отсутствие интеграции помимо экономических причин и, во-вторых, разработка сложных, но не относящихся к делу микрофлюидных систем.В качестве потенциального решения они предложили «продуманное партнерство» между академическими инженерами, биологами и отраслевыми исследователями, чтобы «повысить надежность и достоверность их результатов» и чтобы «потребности пользователей академических наук о жизни и промышленных исследователей были удовлетворены» (Caicedo и Брэди, 2016).

Этого достаточно или нужно использовать дополнительные подходы? Есть ли общий подход к преодолению разрыва? Каковы потребности биотехнологов, работающих в академических и промышленных кругах? Как их можно решить с помощью микрофлюидики? Более того, если смотреть с практической точки зрения, возникает много других вопросов.

В этом обзоре мы более подробно рассмотрим эти вопросы и постараемся найти ответы, почему микрофлюидика до сих пор не используется регулярно в биотехнологических лабораториях. Цель этой статьи - выделить наиболее важные пробелы и тем самым способствовать более сбалансированному обсуждению того, как микрофлюидика может быть интегрирована в биотехнологию. Поэтому мы кратко представляем наиболее важные потребности биотехнологов и то, как микрофлюидика может способствовать их удовлетворению. Мы в качестве примера анализируем четыре возникающие биотехнологические области, которые чрезвычайно выигрывают от применения микрофлюидных систем, а именно исследования микробной гетерогенности, скрининг клеток, анализ синтетических совместных культур и подходы «орган на чипе».На основе анализа мы обсуждаем наиболее очевидные пробелы и вносим предложения по улучшению интеграции микрофлюидных систем в различные области исследований. Примеры могут служить руководством для дальнейших дискуссий о том, как интегрировать микрофлюидику в биотехнологические процедуры.

Что микрофлюидика может предложить биотехнологу?

Чтобы объяснить, почему биотехнологические исследования должны получать прибыль от включения микрофлюидных методов и более интенсивного диалога между исследователями микрофлюидики и биотехнологии, мы сначала перечислим уникальные сильные стороны микрофлюидики.Обычно микрофлюидные системы представляют собой каналы, заполненные жидкостью, такой как реакционная среда или буферы. Характерными размерами являются высота и / или ширина канала в диапазоне от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров. Очевидные преимущества микрофлюидики - это использование малых объемов и точная обработка жидкостей, которые позволяют проводить рентабельные высокопроизводительные биохимические анализы и диагностику (Salieb-Beugelaar et al., 2010), но есть и другие, потенциально имеющие отношение к биотехнологические исследования (рисунок 1).

Рисунок 1. Обзор предложений наборов инструментов для микрофлюидики в сравнении с требованиями биотехнологических исследований.

Низкий расход реагента

Первое и наиболее очевидное преимущество микрофлюидных устройств состоит в том, что из-за характерно малых размеров требуется лишь очень небольшое количество реагентов. Это очень важно, если необходимо анализировать дорогостоящие компоненты, например, реагенты или ферменты, которые трудно очистить.Примерами являются разработка новых биокатализаторов или антибиотиков (Hage-Hülsmann et al., 2018). Кроме того, использование небольших объемов является преимуществом в случае опасных реагентов, поскольку их количество может быть уменьшено в микрожидкостных приложениях (Singh et al., 2016).

Высокое отношение площади поверхности к объему

Наряду с низким расходом реагентов микрофлюидики обладают преимуществом в том, что системы обеспечивают очень высокое соотношение поверхности к объему. Это обеспечивает быстрый перенос массы и тепла, жизненно важный для различных приложений, например.g., биотрансформация (Gervais, Jensen, 2006). Например, микрофлюидика идеально подходит для приложений, где реакции происходят на поверхности, например, ферменты с иммобилизованной поверхностью или сенсорные приложения. Для зондирования часто специфические антитела иммобилизуются на поверхности, и их концентрации или кинетика связывания определяются различными методами, такими как поверхностный плазмонный резонанс или электрический импеданс (Páez-Avilés et al., 2016; Wang and Fan, 2016).

Высокое пространственно-временное разрешение

Microfluidics - универсальный инструмент для изучения отдельных клеток.В основном это связано с достижимым высоким пространственным и временным разрешением. Например, отдельные клетки или небольшое количество клеток могут быть захвачены или зафиксированы, так что физиологию отдельной клетки или небольших субпопуляций можно изучать с течением времени (Greif et al., 2010; Grünberger et al., 2014). Помимо наблюдений с высоким разрешением, микрофлюидика дает возможность контролировать микросреду (Dusny and Grünberger, 2020). В этом контексте, например, концентрацию и / или градиент субстратов можно регулировать в разных местах из-за ламинарного потока (Kim et al., 2010).

Приложения с высокой пропускной способностью

Благодаря небольшим рабочим объемам и способности распараллеливать реакционные участки, микрофлюидные системы идеально подходят для высокопроизводительных приложений, таких как скрининговые эксперименты. Хорошо зарекомендовавший себя и уже коммерчески доступный метод микрофлюидики - это капельная микрофлюидика (Teh et al., 2008). В этих устройствах капли воды в масле или масла в воде образуются с контролируемым объемом и скоростью. Небольшие отсеки обеспечивают возможность скрининга клеток или новых ферментов с высокой пропускной способностью, сравнимой с FACS (сортировка флуоресцентно активированных клеток) (Kaushik et al., 2018; Wang et al., 2019). Преимущество скрининга ферментов на основе капель заключается в том, что ферменты инкапсулируются в небольшой среде, и, таким образом, можно обнаружить даже небольшие количества продукта из-за высоких локальных концентраций (Colin et al., 2015; Bornscheuer, 2016). Это также относится к цельноклеточным биокатализаторам, которые немедленно выводят продукты из организма. В отличие от традиционных методов, таких как FACS, микрофлюидные устройства обеспечивают отличные возможности для высокого распараллеливания из-за своих малых размеров. Таким образом, большое количество параллельных экспериментов может обеспечить размер выборки, позволяющий сделать статистически обоснованные выводы из одного запуска.

Быстрое прототипирование

Микрожидкостные устройства, используемые в академических исследованиях, чаще всего изготавливаются на заказ на основе мягкой литографии PDMS [поли (диметилсилоксан)]. Этот метод позволяет быстро создавать прототипы и, таким образом, гибко адаптировать устройство к конкретным потребностям индивидуальных экспериментов (Sia and Whitesides, 2003). В последние годы были разработаны новые технологии изготовления для быстрого прототипирования с различными типами сополимеров; например, измельчение микроструктур (Guckenberger et al., 2015) или систем 3D-печати (Viefhues et al., 2017; Weisgrab et al., 2019).

Портативные системы

Когда была изобретена микрофлюидика, первой целью было разработать систему, которая объединяла бы все лабораторные приборы и аналитические возможности, но в переносном формате, чтобы обеспечить портативную систему. Хотя это направление исследований значительно развилось за последние 30 лет, эта цель еще не полностью реализована. Тем не менее, небольшие размеры устройств позволяют до некоторой степени проводить эксперименты в различных интересных местах, например.g., для тестирования в месте оказания помощи и в месте использования (Wang et al., 2017, 2019).

Несмотря на различные преимущества микрофлюидики, существует явное несоответствие между ожиданиями экспериментатора и реальной емкостью доступных устройств (рис. 2). Биотехнологи, использующие микрофлюидику и даже микрофлюидику, всегда мечтали об одном устройстве "лаборатория на кристалле", позволяющем измерять несколько параметров или автоматизировать обработку многоступенчатого рабочего процесса (рис. 2).Однако даже самые современные микрожидкостные устройства не обладают множеством функций и часто представляют собой специально разработанные системы, работающие в статусе подтверждения концепции. Большинство этих микрофлюидных систем можно рассматривать как решение «чип в лаборатории» (рис. 2; Streets and Huang, 2013; Mohammed et al., 2015), выполняющее отдельные шаги в рамках уже существующих рабочих процессов. Чтобы быть функциональными, необходимы различные вспомогательные устройства (например, насосы, микроскопы) для выполнения желаемой задачи.

Рисунок 2. Несоответствие между ожиданиями биотехнологов и последним уровнем развития микрофлюидики. Одним из предложений по устранению разрыва и отсутствующей связи между обоими полями может быть решение «чип в коробке», объединяющее микрожидкостный чип и всю необходимую периферию в одной установке для проведения эксперимента.

Какие из текущих требований биотехнологии могут быть удовлетворены с помощью микрофлюидики?

Биотехнология - это очень разнообразная область, в которой ферменты, экстракты клеток или целые организмы используются для технических приложений и производства ценных соединений (Thieman and Palladino, 2019).В то время как белая биотехнология посвящена производству промышленно значимых продуктов экономически эффективным способом, красная биотехнология в значительной степени сосредоточена на медицинских приложениях, например, терапевтических белках или устройствах «орган на чипе». Голубая биотехнология использует морские биоресурсы, а зеленая биотехнология использует фотосинтезирующие микроводоросли и растения для преобразования неорганического углерода в различные продукты. Следует также упомянуть другие, более свежие области биотехнологии, такие как серая (окружающая среда) и желтая (насекомые) биотехнология, поскольку эти дисциплины также опираются на культивируемые клетки.Учитывая, что биотехнология использует разные типы организмов, способы внедрения микрофлюидики в исследовательские проекты, естественно, также различаются. В следующем разделе мы попытаемся определить, какой вид микрофлюидики, релевантный для любого типа исследования одноклеточных организмов (гетеротрофных бактерий, клеток млекопитающих или фототрофных микробов), требуется биотехнологам (рис. 1).

Удовлетворение потребности в увеличении пропускной способности скрининга

В биотехнологии белых чрезвычайно важно, чтобы штаммы-продуценты обладали высокой способностью продуцировать представляющие интерес соединения, которые являются результатом итеративных подходов к инженерии штаммов, состоящих из повторяющихся циклов мутагенеза и отбора.Особенно в ситуациях, когда мутанты создаются путем случайной интеграции трансгенов в ядерные геномы, необходимо анализировать библиотеки мутантов в диапазоне от нескольких сотен (Wichmann et al., 2018) до нескольких тысяч (De Jaeger et al., 2014). для определения желаемых фенотипов.

В других областях биотехнологии потребность в мощных методах скрининга еще выше. Направленная эволюция ферментов помогает создавать индивидуальные ферментативные активности для повышения их пригодности для промышленных процессов.Такие методы, как случайный мутагенез или перетасовка генов, применяются (Arnold, 2019) для создания мутантных библиотек, которые легко достигают сложности> 10 12 вариантов (Galán et al., 2016). Часто для достижения желаемого каталитического эффекта необходимо присутствие нескольких одновременных мутаций (Markel et al., 2020). Это разнообразие требует новых высокопроизводительных методов скрининга, поскольку традиционные методы, такие как микротитровальные планшеты, позволяют анализировать только до 10 4 вариантов в день (Xiao et al., 2015), в то время как анализы на чашках с агаром могут обрабатывать библиотеки размером до 10 5 (Leemhuis et al., 2009; Tee and Wong, 2013). Точно так же микробные консорциумы могут быть сокровищницей для новых соединений или ферментов с высоким биокаталитическим потенциалом, но их необходимо проверять с помощью достаточного количества инструментов, гарантирующих достаточную пропускную способность (Lee et al., 2019).

Удовлетворение потребности в дополнительных исследованиях помимо массовых

В стандартных экспериментах, т. Е. Без использования микрофлюидики, биотехнологи традиционно исследуют реакцию клеток данного организма путем анализа всей популяции клеток, таким образом, фактически рассматривая «усредненный ответ», маскируя бесспорную фенотипическую и генотипическую гетерогенность, присутствующую во встряхиваемых колбах. или биореакторы (Lidstrom, Konopka, 2010).Например, неоднородность от клетки к клетке может быть вредной для стабильности и общей производительности производственных процессов, и понимание их на молекулярном уровне должно помочь избежать этих явлений (Xiao et al., 2016). Существующие методы, такие как проточная цитометрия, позволяют получить представление о гетерогенности популяции, но не дает дополнительных сведений о динамическом поведении отдельных клеток (Dusny and Grünberger, 2020).

Новые инструменты, которые обеспечивают понимание динамических процессов ячеек с полным временным разрешением, были бы полезны.Поэтому центральный интерес представляет разработка новых подходов с разрешением по одной ячейке, которые в настоящее время выполняются массово, измеряя «усредненный отклик». Сюда входят технологии одноклеточной омики, такие как одноклеточное секвенирование, одноклеточная транскриптомика (Rich-Griffin et al., 2020) или одноклеточная протеомика (Wang and Bodovitz, 2010; Lazar et al., 2019; Marx, 2019). ).

Культивирование клеток традиционно проводят в массовом масштабе. Хотя условия культивирования можно определить как «хорошо контролируемые», существуют микроградиенты в пределах различных параметров окружающей среды (Delvigne and Goffin, 2014).Сюда входят градиенты концентрации питательных веществ (Demling et al., 2018), давления CO 2 (Mostafa and Gu, 2003) или световые градиенты (Jacobi et al., 2012). Эти эффекты даже усиливаются при увеличении масштаба выращивания (Crater and Lievense, 2018).

Таким образом, центральный интерес представляют новые методы, позволяющие культивировать клетки в определенных и / или постоянных условиях. Во-первых, это позволит точно исследовать физиологию клетки. Во-вторых, такие методы можно использовать для имитации сложных условий окружающей среды, например, природных или технических систем культивирования (Täuber et al., 2020).

Удовлетворение спроса на совместимые, готовые к использованию приборы для микрофлюидного анализа

Работа биотехнологов и других исследователей-экспериментаторов часто ограничивается доступностью оборудования, что накладывает ограничения на их экспериментальный дизайн. Новые технологии, такие как микрофлюидика, должны предоставить решения для управления лабораторными процедурами в одном устройстве (лаборатория на кристалле), которое является доступным и может анализировать различные параметры за один эксперимент. Кроме того, микрофлюидная система должна позволять интеграцию в существующую экспериментальную процедуру (Dusny and Grünberger, 2020).

Большинство биотехнологов ищут решения, которые обеспечивают весь аналитический рабочий процесс за один шаг. Это требование уже было признано и упрощено, универсальные устройства все чаще разрабатываются для удовлетворения потребностей конечных пользователей. Установление стандартных операций и возможность проводить эксперименты в биологическом контексте дают возможность разрабатывать более сложные рабочие процессы для решения задач биологических исследований (Kintses et al., 2010). В идеале доступны системы «чип в коробке», в которых микрожидкостные платформы, инфраструктура управления и технология анализа реализованы в одном настольном устройстве (Streets and Huang, 2013).Таким образом, экспериментаторам не нужна ни дополнительная периферия, такая как насосы, ни блоки управления или анализа. Отсутствие необходимости в дорогостоящем оборудовании дает возможность микрофлюидике найти свое применение в небольших лабораториях.

Исследователи, включая биотехнологов, все больше и больше вынуждены быстро получать экспериментальные результаты. Таким образом, выгодно наличие готовых к использованию систем. Следовательно, существует высокий спрос на усовершенствования микрофлюидных устройств, которые часто имеют подтверждение статуса концепции.

Тематические исследования для анализа недостающих связей микрофлюидики и биотехнологии

Четыре различных области были выбраны, чтобы проиллюстрировать, как микрофлюидные системы нашли применение в биотехнологии. В качестве устоявшейся области был выбран скрининг клеток на основании его научной значимости, в то время как три новых области (гетерогенность, «орган на чипе» и смешанные культуры) были выбраны из-за их предполагаемого инновационного потенциала. С 2000-х годов область анализа отдельных клеток постоянно расширяется, в результате чего более 2000 публикаций появилось в тематическом поиске по базам данных с использованием Web of Science (Clarivate Analytics) с комбинацией ключевых слов «одна ячейка» плюс «микрофлюидика».”Анализ отдельных клеток можно разделить на множество различных подгрупп (Gao et al., 2019). Самая важная подгруппа - это прикладная тема скрининга клеток, которая началась в 2000-х годах на основе технологического развития капельной микрофлюидики (Teh et al., 2008). Всего с 2000 года было найдено 1286 публикаций, сочетающих ключевые слова «скрининг» и «микрофлюидика», из которых 43% были опубликованы за последние 3 года.

С 2010 г. проводятся исследования гетерогенности популяций клеток (Schmid et al., 2010) и приложения «орган на чипе» (Marx et al., 2012) появляются и представляют две растущие темы в исследовательском сообществе. В последнее время растет интерес к использованию микрожидкостных одноклеточных систем для исследования смешанных культур (Burmeister et al., 2018; Burmeister, Grünberger, 2020).

Достижение сверхвысокой пропускной способности скрининга клеток с помощью микрофлюидных устройств

Мотивированные новыми достижениями микрофлюидики, позволяющими ученым анализировать сообщества на уровне отдельных клеток, подходы к скринингу, направленные на поиск высоких продуцентов, оказались в центре внимания биотехнологов.До настоящего времени большинство подходов к скринингу на уровне отдельных клеток проводилось с использованием традиционной сортировки клеток, активируемой флуоресценцией отдельных клеток (Becker et al., 2008). Большой и неотъемлемый недостаток этого подхода - исключительное обнаружение сигналов внутри клетки (Wang et al., 2014). Поэтому метод не подходит для продуктов, которые выделяются. Однако, учитывая стоимость и простоту последующей обработки, выведение продукта из организма часто является предпочтительной стратегией. Альтернативой FACS является капельная микрофлюидика с использованием эмульсий вода / масло / вода.Недавно в исследовании сравнили оба метода в отношении улучшенного фенотипа продукции рибофлавина у Yarrowia lipolytica . Исследование адаптивной эволюции продемонстрировало, что скрининг с помощью одноклеточной FACS благоприятствовал отбору штаммов с высоким внутриклеточным накоплением рибофлавина, тогда как капельный FACS в первую очередь привел к идентификации штаммов с высокой способностью к секреции рибофлавина. Основываясь на этих результатах, авторы пришли к выводу, что FACS с микрокаплями обладает большим потенциалом для инженерии штаммов (Wagner et al., 2018).

В последние годы исследования с использованием высокопроизводительного и сверхвысокопроизводительного скрининга в капельной микрофлюидике нацелены на направленную эволюцию ферментов (Agresti et al., 2010; Zeymer and Hilvert, 2018), отбор по конкретным фенотипам (Wang et al., 2014; Beneyton et al., 2016) и желаемые продукты (El Debs et al., 2012; Sjostrom et al., 2014; Wagner et al., 2018).

Направленная эволюция ферментов с целью адаптации субстратной специфичности, регио- и энантиоселективности или устойчивости (например,g., термотолерантность) часто также зависит от скрининга клеток. Монодисперсные капли воды и масла (без масла) представляют собой систему, которую можно использовать для захвата отдельных клеток в отсек, который содержит все реагенты, необходимые для реакции скрининга (субстраты, буферы, реагенты для лизиса клеток, флуоресцентные красители и т. Д.) (Markel и др., 2020). Монодисперсные безводные капли успешно использовались в микрожидкостных микросхемах для сортировки капель на основе повышенной активности ферментов перед прямым восстановлением ДНК (Kintses et al., 2012), генерация и сортировка капель на одном чипе (Obexer et al., 2017) или сортировка, для которой требуются два разных субстрата и флуоресцентные сигналы (Ma et al., 2018).

Эти исследования наглядно показывают, как микрофлюидика, особенно капельная микрофлюидика, уже удовлетворяет потребности биотехнологов в высокопроизводительном скрининге. Тем не менее, микрофлюидные устройства в процессе скрининга не используются.

Но что ограничивает применение этих методов скрининга, основанных на микрофлюидике?

Хотя можно предположить, что капельная микрофлюидика станет незаменимым инструментом в биотехнологии для скрининга больших клеточных библиотек (Suea-Ngam et al., 2019), технологический прогресс необходим для преодоления разрыва от микромасштабного скрининга до биотехнологически значимых масштабов. Более того, интеграции в рабочие процедуры и широкому признанию в биотехнологическом сообществе можно облегчить формирование необходимых компетенций для работы с этими платформами и постепенного улучшения функциональности и распространения знаний о микрофлюидах. Возможным сокращением времени для ускорения интеграции в лабораторные процедуры могло бы стать отсутствие коммерчески доступных решений plug and play (Hengoju et al., 2020).

Неоднородность - эксклюзивные сведения о динамике населения

Микрожидкостные одноклеточные культивирования обладают огромным потенциалом для исследования гетерогенности популяций (Dusny and Schmid, 2015). Искусственные среды обитания микробов, способы культивирования, методы сбора и анализа данных могут применяться в модульном режиме, предлагая выдающееся понимание динамики популяции, обычно наблюдаемой в рамках массовых измерений (Lidstrom and Konopka, 2010). Камеры однослойного роста и так называемые материнские машины (Mather et al., 2010; Grünberger et al., 2015) регулярно применяются для понимания разнообразных клеточных процессов на уровне отдельной клетки, начиная от роста (Wang et al., 2010), стохастической экспрессии генов (Kaiser et al., 2018), старения (Lee et al. al., 2012), метаболическое перекрестное кормление (Moffitt et al., 2012; Burmeister et al., 2018) с распознаванием кворума (Prindle et al., 2011).

Новые идеи уже меняют взгляд на метаболические процессы, такие как диауксические сдвиги (Boulineau et al., 2013; Solopova et al., 2014) или производство метаболитов (Mustafi et al., 2014). Во время лаг-фазы при массовом культивировании у большинства клеток наблюдается остановка роста при переключении источников углерода. Boulineau et al. (2013) смогли показать, что значительная часть клеток (~ 15%) сохраняла высокие скорости удлинения без какой-либо обнаруживаемой лаг-фазы, что было связано с тем фактом, что эти клетки уже экспрессировали ген lac в результате случайных процессов. . Мустафи и др. (2014) показали значительную неоднородность роста и продукции во время производства L-валина C.glutamicum (Mustafi et al., 2014). Эти идеи были замаскированы традиционным анализом. Оба исследования наглядно показывают, как микрожидкостные одноклеточные инструменты могут способствовать лучшему пониманию микробной неоднородности, что было бы невозможно с использованием традиционных технологий.

Несмотря на эти примеры успешного применения микрофлюидики, рутинное использование не установлено. Это не может быть удовлетворительно объяснено тем, что методика не готова к более широкому использованию.Ученые научились применять технологию мягкой литографии для изготовления одноразовых чипов PDMS. Студенты могут освоить базовую технологию довольно просто, поскольку методология и технология расширились до готовой к использованию технологии для быстрого прототипирования микрожидкостных микросхем (Xia and Whitesides, 1998). Мы считаем, что основным фактором, препятствующим систематическому использованию, является отсутствие «мотивации», поскольку массовые измерения принимаются как действительные и широко распространены в биотехнологическом сообществе. С технологической точки зрения только отсутствующие конвейеры автоматизации и анализа изображений ограничивают его повседневное использование микрофлюидики.Более удобные для пользователя системы и автоматизированные рабочие процессы анализа, вероятно, увеличат частоту применения.

«Орган на чипе» - как избежать испытаний на животных

При разработке лекарств необходимо преодолеть несколько препятствий, прежде чем новое лекарство будет сертифицировано, например, Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Во время процесса утверждения необходимо провести многочисленные доклинические испытания, чтобы оценить желаемые, помимо нежелательных побочных эффектов. Пока что испытание на животных является признанным методом для тех испытаний, которые имеют известные недостатки, например.g., переносимость результатов. Таким образом, потребность в альтернативных доклинических исследованиях огромна. Так называемые устройства «орган на чипе» (OOC) позволяют изучать эффекты фармацевтических агентов и разрабатывать модели заболеваний для органа, имеющего особое значение (Prantil-Baun et al., 2018). Несколько групп рассмотрели тему «орган на чипе», подчеркнув преимущества методов и текущие проблемы (Huh et al., 2011; van der Meer and van den Berg, 2012; Wikswo et al., 2013; Zhang and Радишич, 2017).

Микрожидкостные устройства OOC состоят из (небольших отсеков) клеток человеческого органа и характерного окружения. Например, легкое на чипе состоит из структур, которые обеспечивают периодическое растяжение клеток, поддержки мембраны, которая разделяет два вида клеток, то есть эндотелиальные и эпителиальные клетки, вентиляцию и перфузию жидкости (Huh et al., 2010) . Maschmeyer et al. (2015) продемонстрировали микрофлюидную систему, которая обеспечивает долгосрочное совместное культивирование четырех органов человека, то есть кишечника, печени, кожи и почек.Такую систему можно использовать для тестирования воздействия новых лекарств на соответствующие органы, что очень важно для будущих медицинских и фармацевтических исследований. Исследования с использованием устройств OOC позволяют по-новому взглянуть на (сложные) клеточные взаимодействия различных типов клеток, таких как эндотелиальные и нервные клетки (Maoz et al., 2018). Первые мультиорганные устройства были успешно продемонстрированы. Первые коммерческие устройства OOC доступны и используются (Hübner et al., 2018; Sances et al., 2018; Kane et al., 2019).

Системы «орган на чипе» являются примером успешного междисциплинарного сотрудничества между микрофлюидиками и медицинскими исследователями. Коммуникация и связанная с ней передача знаний между дисциплинами работает очень хорошо. Это вызвано спросом на новые технологии в тестировании на наркотики, поскольку старые методы / технологии подлежат дальнейшим ограничениям, таким как Закон о благополучии животных, пересмотренный в 2008 году. На сегодняшний день только очень немногие системы «Орган на чипе» соответствуют требованиям конечной эффективности. требования к удобству использования для пользователей (Junaid et al., 2017). Можно предположить, что дальнейшее развитие технологии, затрагивающей более сложные приложения, такие как интеграция встроенных датчиков и анализ выводимых метаболитов, приведет к появлению множества готовых к использованию систем, доступных на коммерческом рынке (Rothbauer and Эртл, 2020).

Смешанные культуры - имитирующие микробные сообщества и среду обитания

Вне контролируемой искусственной лабораторной среды микроорганизмы обычно процветают в довольно сложных многовидовых сообществах (Boetius et al., 2000). Это имеет большое биотехнологическое значение, поскольку (спроектированные) сообщества могут выполнять задачи синтеза и деградации, которые не могут быть выполнены одним отдельным видом (Hays et al., 2015). Кроме того, существование «микробной темной материи», содержащей очень интересные виды, существование которых предсказано метагеномным анализом, но которую нельзя культивировать с использованием современных методов культивирования (Bernard et al., 2018), требует более глубокого понимания межвидовых взаимодействий. . Исследования, проведенные в течение последнего десятилетия, ясно продемонстрировали, что микрожидкостные системы совместного культивирования могут значительно способствовать лучшему пониманию факторов, формирующих микробные сообщества (Nichols et al., 2010; Надь и др., 2014, 2018).

Микрожидкостные системы

могут обеспечивать определенную микросреду, разрешение отдельных ячеек и предлагать либо контактные, либо бесконтактные исследования. Микролунки, обеспечивающие определенную пространственную структуру и обеспечивающие химическую связь между членами консорциума, стабилизировали синтрофное минимальное сообщество (Kim et al., 2008). Микроорганизованные среды обитания использовались для анализа пространственного воздействия на динамику двухкомпонентного сообщества, состоящего из «обманщика» и взаимодействующей бактерии.В своем исследовании Hol et al. (2013) показали, что создание пространственно структурированной среды обитания предотвращает доминирование мошенника, открывая путь к объяснениям, почему в естественных сообществах таких членов можно держать под контролем. Различные сопряженные микрокамеры, которые физически разделяют клетки, но все же позволяют химическое связывание, были применены для исследования реакции хемотаксиса или обмена метаболитов в бактериальных популяциях (Moffitt et al., 2012; Nagy et al., 2014; Burmeister et al., 2018).

Довольно молодая область исследований, работающая над связью между микрофлюидикой и смешанными культурами, с небольшими группами, опубликовавшими 73 статьи и 6 обзоров (Web of Science), имеет высокий потенциал.Так почему же лишь небольшая часть групп, работающих со «смешанными культурами», чаще использует микрофлюидики?

Хотя многие факторы одновременно контролируют состав сообщества (Hays et al., 2015), существующая микрофлюидная технология может скорее представлять небольшую часть микробных систем, чем имитировать сложную среду. Это приводит к методологическому пробелу, поскольку возникает важный вопрос, достаточно ли имитируют результаты, полученные в мелкомасштабных микрофлюидных средах, естественную среду обитания.

В целом, эти примеры уже указывают на огромный будущий потенциал микрофлюидных платформ в качестве экспериментальной среды для изучения обмена метаболитами, физического взаимодействия, колонизации ландшафта и влияния микросреды на стабильность совместного культивирования (синтетического сообщества).

Обсуждение и заключение

Определение и преодоление разрыва между биотехнологами и микрофлюидиками

Биотехнологический интерес к применению микрофлюидики быстро расширился, и многочисленные исследования показывают потенциал микрофлюидных систем для биотехнологических исследований.Мы обсудили неотъемлемые преимущества микрофлюидных систем (рис. 1) для их использования в биотехнологии и разработали актуальность для конкретных случаев в конкретных областях исследований. На основе представленных предложений микрофлюидных технологий, требований биотехнологов (Рисунок 1) и обсуждаемых тематических исследований можно определить и определить несколько центральных пробелов, которые могут объяснить слабую интеграцию микрофлюидики в биотехнологические исследования (Рисунок 3A): коммуникационный разрыв , пробел в знаниях, пробел в мотивации, пробел в методологии, пробел в технологии и пробел в коммерциализации.

Рис. 3. Выявление соответствующих пробелов, которые мешают междисциплинарным исследованиям (A) и предложения по устранению обсуждаемых пробелов между микрофлюидикой и биотехнологией в будущем (B) .

Эти основные пробелы необходимо устранить и обсудить, чтобы продвигать применение микрофлюидики в проектах биотехнологических исследований. Но как восполнить определенные пробелы, препятствующие слиянию обоих полей? (Рисунок 3B).

Чтобы объединить нынешнее поколение ученых, следует организовать совместные конференции биотехнологов и исследователей в области микрофлюидики для содействия междисциплинарным исследованиям. Живой обмен, широкие дискуссии и информация о текущих разработках не только помогают преодолеть коммуникационный барьер, но и расширяют знания о другой области исследований. Вторым предложением по развитию коммуникации, а также знаний между инженерами в области микрофлюидов и биотехнологами в будущем является интеграция курсов по микрофлюидным жидкостям в программы получения степени биотехнологии и , наоборот, .Студенты, разрабатывающие микрофлюидные устройства, должны соответствовать ожиданиям и требованиям биотехнологов. Молодые исследователи, изучающие биотехнологию, должны знать о возможностях микрофлюидных инструментов, а также о проблемах, связанных с разработкой этой довольно новой технологии. В качестве альтернативы можно было бы рассмотреть возможность внедрения совершенно новых учебных курсов, таких как «Биомикрофлюидика», «Биопроцессмикрофлюидика» или «Микрофлюидика для наук о жизни», которые охватывают основы и детали обеих дисциплин.Междисциплинарный учебный курс «Биомехатроника» может служить планом для работы. Это закладывает основу для плодотворного сотрудничества начинающих исследователей в будущем.

Наше третье предложение касается того, что исследователи микрофлюидов должны учитывать потребности биотехнологов и разрабатывать нетрадиционные и творческие решения (микрожидкостные устройства «из коробки»). Чрезвычайно важно, чтобы новые микрофлюидные методы превосходили функциональность уже установленных методов.В качестве альтернативы, должно быть явное увеличение пропускной способности или цены. Еще один важный фактор интеграции и применения новых технологий - это экономия времени на эксперименты.

Наше четвертое предложение касается потребности в доступных и устоявшихся рабочих процессах обработки данных. В настоящее время рабочие процессы анализа для большинства специализированных микрофлюидных систем не существуют. Чтобы продвигать методы излишнего пространства к приложениям конечного пользователя, необходимо создать не только микрожидкостные установки, но и рабочие процессы анализа, которые должны быть доступны в удобной для пользователя форме.К сожалению, существующие инструменты и рабочие процессы часто трудно перенести и адаптировать к новым приложениям. Например, доступны инструменты для анализа данных изображений, полученных с помощью микрожидкостного культивирования отдельных клеток и визуализации живых клеток (Leygeber et al., 2019), но их необходимо адаптировать для каждого конкретного приложения. Даже когда подходящий инструмент или рабочий процесс найдены, часто отсутствует общедоступная инфраструктура для обработки больших объемов данных. В то время как устройства становятся быстрее и лучше и, таким образом, генерируют все больше и больше данных, их обработка также становится более сложной, а необходимые навыки часто отсутствуют.Достижения в развитии технологий, например биоинформатика и новые подходы к машинному обучению для анализа данных, позволят обрабатывать большие наборы данных и, таким образом, ускорить анализ и применение микрофлюидных систем в биотехнологии.

Еще одним подходом к преодолению упомянутых пробелов будет стандартизация микрофлюидных систем и рабочих процессов. В настоящее время существует огромное количество микрожидкостных систем и рабочих процессов, и поставщики расходных материалов микрожидкостных систем могут работать только с частью общей системы анализа.Конечным пользователям часто приходится настраивать платформы на основе разных поставщиков, что часто несовместимо. Это затрудняет работу, а также сравнение экспериментальных результатов. Поэтому интерфейсы «от мира к микросхеме» и основные микрофлюидные операции должны быть стандартизированы. Здесь разработка стандартизованных микрожидкостных модулей может быть полезной для преодоления разрыва в воспроизводимых, простых в эксплуатации и стандартных блочных системах (Dekker et al., 2018). Более того, компании должны предлагать большой портфель стандартизированных систем и рабочих процессов для интеграции конечных пользователей.

Еще одним важным моментом является разработка надежных и надежных систем / решений для микросхем (предложение 6). Современные микрофлюидные системы в академических кругах являются узкоспециализированными и часто лишены адаптируемости и надежности. Большинству микрожидкостных микросхем требуется выделенная, часто сложная периферия, состоящая из держателей микросхем, трубок, насосов и высокопроизводительных интерфейсов считывания (см. Chip-in-a-lab). Следовательно, эти устройства должны эксплуатироваться обученными техниками (во многих случаях их изобретателями), которые обладают необходимыми навыками и временем для настройки, мониторинга и постоянного устранения неполадок работающих систем, иногда в течение ночных экспериментальных сессий.Вложение денег и времени в создание и внедрение новой технологии сопровождается ожиданием гарантированной 24-часовой работоспособности и воспроизводимости. Эти ожидания должны быть оправданы, чтобы избежать замедления внедрения микрофлюидики в большом количестве биотехнологических лабораторий.

Наконец, мы предлагаем сделать упор на разработку удобных и готовых к использованию устройств «лаборатория на кристалле», совместимых с биотехнологическими процедурами.Мы прогнозируем, что коммерчески доступные и готовые к использованию микрофлюидные устройства повысят мотивацию пользователей к внедрению новых методов в повседневную лабораторную работу. Это можно решить только в том случае, если микрофлюидные компании и исследователи микрофлюидов будут тесно сотрудничать при разработке (новых) микрофлюидных устройств. Наряду с исследованиями и разработками следует учитывать, что отдельные устройства служат строительными блоками (стандартизация), которые совместимы друг с другом и в то же время готовы к использованию в режиме plug-and-play.Кроме того, конструкция микросхемы и ее материал должны быть пригодны для массового производства. Например, необходимо рассмотреть возможность перехода от типичных чипов PDMS, часто используемых в академических кругах, к литью полистирола под давлением или новой 3D-печати. Существует явный спрос на приобретаемые системы, способствующие широкому внедрению микрофлюидики в эту развивающуюся дисциплину биотехнологии и интеграции в повседневные лабораторные процедуры. Более того, признание новых технологий возрастает, если они предоставляют удобное программное обеспечение, включая понятный пользовательский интерфейс и техническую поддержку.С другой стороны, биотехнологи должны знать об усилиях и времени, необходимых для разработки таких устройств. Это может предотвратить недоразумения, а также разочарования. Идеальной реализацией были бы решения в виде чипа в коробке, которые предлагали бы простые в обращении, готовые к использованию экспериментальные рабочие процессы, которыми могут легко управлять биотехнологы, не имеющие опыта проведения микрофлюидных экспериментов.

Заключение

Преодоление разрыва между микрофлюидикой и биотехнологией в междисциплинарных исследованиях - непростая задача.Мы пришли к выводу, что уже существует большое количество успешных совместных работ, связывающих эти две дисциплины. Технические достижения микрофлюидики, а также биотехнологические приложения ясно демонстрируют потенциал для новаторских исследований. Интересно, что по мере того, как все больше исследовательских групп и компаний применяют микрофлюидные подходы, возникают все более творческие решения и приложения. Учитывая, что пробелы восполняются с помощью вышеперечисленных предложений, микрофлюидика обладает огромным потенциалом, обеспечивая мощную платформу для биотехнологических исследований.Однако все еще трудно предсказать, когда микрофлюидика станет технологией, полностью внедренной почти в каждой лаборатории биотехнологов в ближайшем будущем.

Взносы авторов

VO, LW, MV и AG внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. VO и LW разработали и написали разделы биотехнологической рукописи. MV и AG разработали и написали микрофлюидные разделы рукописи. Все рисунки рукописи оформил В.О. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

AG благодарит Немецкий исследовательский фонд (DFG, 428038451) за финансирование. AG, MV и LW частично финансировались за счет гранта Немецкого исследовательского фонда (DFG, SFB1416 / 1). AG, MV, LW и VO выражают признательность за финансовую поддержку Немецкому исследовательскому фонду (DFG) и Фонду публикаций открытого доступа Билефельдского университета за оплату обработки статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Джулиана Дросте, Олафа Крузе и Нильса Любке за ценные комментарии и обсуждения.

Список литературы

Агрести, Дж. Дж., Антипов, Э., Абате, А. Р., Ан, К., Роват, А. С., Барет, Ж.-К. и др. (2010). Сверхвысокопроизводительный скрининг в капельной микрофлюидике для направленной эволюции. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 4004–4009. DOI: 10.1073 / pnas.0

1107

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бай, Ю., Gao, M., Wen, L., He, C., Chen, Y., Liu, C., et al. (2018). Применение микрофлюидики в количественной биологии. Biotechnol. J. 13: e1700170. DOI: 10.1002 / biot.201700170

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Becker, S., Höbenreich, H., Vogel, A., Knorr, J., Wilhelm, S., Rosenau, F., et al. (2008). Одноклеточный высокопроизводительный скрининг для выявления энантиоселективных гидролитических ферментов. Angew. Chem. Int. Эд. 47, 5085–5088. DOI: 10.1002 / anie.200705236

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бенейтон Т., Виджая И. П., Построс П., Наджа М., Леблон П., Кувент А. и др. (2016). Высокопроизводительный скрининг мицелиальных грибов с использованием капельной микрофлюидики нанолитрового диапазона. Sci. Отчет 6: 27223. DOI: 10.1038 / srep27223

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бернар, Г., Патманатан, Дж. С., Ланн, Р., Лопес, П., и Баптест, Э.(2018). Исследования темной материи микробов: как исследования микробов трансформируют биологические знания и эмпирически обрисовывают логику научных открытий. Genome Biol. Evol. 10, 707–715. DOI: 10.1093 / GBE / evy031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Boetius, A., Ravenschlag, K., Schubert, C.J., Rickert, D., Widdel, F., Gleseke, A., et al. (2000). Консорциум морских микробов, по-видимому, опосредует анаэробное окисление метана. Природа 407, 623–626.DOI: 10.1038 / 35036572

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Булино, С., Тостевин, Ф., Кивиет, Д. Дж., Тен Вольде, П. Р., Нге, П., и Танс, С. Дж. (2013). Динамика отдельных клеток показывает устойчивый рост во время диуксических сдвигов. PLoS One 8: e0061686. DOI: 10.1371 / journal.pone.0061686

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бурмейстер А., Грюнбергер А. (2020). Микрожидкостное культивирование и инструменты анализа для изучения взаимодействия совместных культур микробов. Curr. Opin. Biotechnol. 62, 106–115. DOI: 10.1016 / j.copbio.2019.09.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бурмейстер А., Хильгерс Ф., Лангнер А., Вестервальбесло К., Керкхофф Ю., Тенхаф Н. и др. (2018). Микрожидкостная платформа для совместного культивирования для исследования микробных взаимодействий в определенных микросредах. Лабораторный чип 19, 98–110. DOI: 10.1039 / c8lc00977e

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кайседо, Х.Х., Брэди С. Т. (2016). Микрофлюидика: задача состоит в том, чтобы восполнить пробел вместо того, чтобы искать «приложение-убийцу». Trends Biotechnol. 34, 1–3. DOI: 10.1016 / j.tibtech.2015.10.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Колин П. Ю., Кинцес Б., Гилен Ф., Митон К. М., Фишер Г., Мохамед М. Ф. и др. (2015). Сверхвысокопроизводительное открытие беспорядочных ферментов с помощью пикодроплетной функциональной метагеномики. Nat. Коммуна . 6: 10008.DOI: 10.1038 / ncomms10008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

De Jaeger, L., Verbeek, R. E. M., Draaisma, R. B., Martens, D. E., Springer, J., Eggink, G., et al. (2014). Повышенное накопление триацилглицерина (ТАГ) у некрахмалистых мутантов Scenedesmus obliquus: (I) создание и характеристика мутантов. Biotechnol. Биотопливо 7:69. DOI: 10.1186 / 1754-6834-7-69

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Деккер, С., Buesink, W., Blom, M., Alessio, M., Verplanck, N., Hihoud, M., et al. (2018). Стандартизированная и модульная микрофлюидная платформа для быстрой разработки системы Lab on Chip. Датчики Приводы B Chem. 272, 468–478. DOI: 10.1016 / j.snb.2018.04.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Delvigne, F., and Goffin, P. (2014). Гетерогенность микробов влияет на надежность биопроцессов: динамический анализ отдельных клеток способствует пониманию микробных популяций. Biotechnol.J. 32, 608–616. DOI: 10.1002 / biot.201300119

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Демлинг, П., Вестервальбесло, К., Ноак, С., Вихерт, В., и Колхейер, Д. (2018). Количественные измерения в одноклеточном анализе: к масштабируемости в развитии микробных биопроцессов. Curr. Opin. Biotechnol. 54, 121–127. DOI: 10.1016 / j.copbio.2018.01.024

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дусны, с., и Грюнбергер, А. (2020). Микрофлюидный одноклеточный анализ в биотехнологии: от мониторинга к пониманию. Curr. Opin. Biotechnol. 63, 26–33. DOI: 10.1016 / j.copbio.2019.11.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дусни, К., Шмид, А. (2015). Микрофлюидный одноклеточный анализ связывает пограничные среды и индивидуальные микробные фенотипы. Environ. Microbiol. 17, 1839–1856. DOI: 10.1111 / 1462-2920.12667

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эль-Дебс, Б., Утхарала Р., Балясникова И. В., Гриффитс А. Д., Мертен К. А. (2012). Функциональный скрининг одноклеточной гибридомы с использованием капельной микрофлюидики. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109, 11570–11575. DOI: 10.1073 / pnas.1204514109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галан А., Комор Л., Хорватич А., Кулеш Й., Гийемин Н., Мрляк В. и др. (2016). Технологии отображения на основе библиотек: где мы находимся? Мол. Биосист. 12, 2342–2358.DOI: 10.1039 / c6mb00219f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао Д., Цзинь Ф., Чжоу М. и Цзян Ю. (2019). Последние достижения в области манипуляции с отдельными клетками и биохимического анализа микрофлюидики. Аналитик 144, 766–781. DOI: 10.1039 / c8an01186a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Жерве Т. и Йенсен К. Ф. (2006). Массоперенос и поверхностные реакции в микрофлюидных системах. Chem.Англ. Sci. 61, 1102–1121. DOI: 10.1016 / J.CES.2005.06.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грейф Д., Побигайло Н., Фраге Б., Беккер А., Регтмайер Дж. И Ансельметти Д. (2010). Динамика белка с пространственным и временным разрешением в отдельных бактериальных клетках, наблюдаемая на чипе. J. Biotechnol. 149, 280–288. DOI: 10.1016 / j.jbiotec.2010.06.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Grünberger, A., Probst, C., Helfrich, S., Nanda, A., Stute, B., Wiechert, W., et al. (2015). Пространственно-временной анализ одноклеточных микробов с использованием высокопроизводительной микрожидкостной платформы для культивирования. Cytom. Часть A 87, 1101–1115. DOI: 10.1002 / cyto.a.22779

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Grünberger, A., Wiechert, W., and Kohlheyer, D. (2014). Одноклеточная микрофлюидика: возможность развития биопроцессов. Curr. Opin. Biotechnol 29, 15–23. DOI: 10.1016 / j.copbio.2014.02.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гукенбергер, Д. Дж., Де Гроот, Т. Э., Ван, А. М. Д., Биб, Д. Дж., Янг, Э. В. К. (2015). Микро-фрезерование: метод сверхбыстрого прототипирования пластиковых микрофлюидных устройств. Лабораторный чип 15, 2364–2378. DOI: 10.1039 / c5lc00234f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hage-Hülsmann, J., Grünberger, A., Thies, S., Santiago-Schübel, B., Klein, A. S., Pietruszka, J., et al. (2018). Натуральные биоцидные коктейли: комбинаторное антибиотическое действие продигиозина и биосурфактантов. PLoS One 13: e0200940. DOI: 10.1371 / journal.pone.0200940

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хейс, С. Г., Патрик, В. Г., Зисак, М., Оксман, Н., Сильвер, П. А. (2015). Вместе лучше: разработка и применение микробных симбиозов. Curr. Opin. Biotechnol. 36, 40–49. DOI: 10.1016 / j.copbio.2015.08.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хенгоджу, С., Товар, М., Ман, Д. К. У., Буххайм, С., и Розенбаум, М. А. (2020). «Капельная микрофлюидика для микробной биотехнологии», в Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology , ed A. Fiechter (Berlin: Springer), 1-29. DOI: 10.1007 / 10_2020_140

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хол, Ф. Дж., Галайда, П., Надь, К., Вултуис, Р. Г., Деккер, К., и Кеймер, Дж. Э. (2013). Пространственная структура облегчает сотрудничество в социальной дилемме: эмпирические данные бактериального сообщества. PLoS One 8: e0077042. DOI: 10.1371 / journal.pone.0077042

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hübner, J., Raschke, M., Rütschle, I., Gräßle, S., Hasenberg, T., Schirrmann, K., et al. (2018). Одновременная оценка опухоли, индуцированной анти-EGFR, и неблагоприятных кожных эффектов в микрожидкостной трехмерной модели совместного культивирования человека. Sci. Отчет 8: 15010. DOI: 10.1038 / s41598-018-33462-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хью Д., Мэтьюз Б. Д., Маммото А., Монтойя-Завала М., Синь Х. Ю. и Ингбер Д. Э. (2010). Восстановление функций легких на уровне органов на чипе. Наука 328, 1662–1668. DOI: 10.1126 / science.1188302

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Якоби А., Стейнвег К., Састре Р. Р. и Постен К.(2012). Усовершенствованная система светодиодного освещения фотобиореактора: масштабный подход к изучению кинетики роста микроводорослей. Eng. Life Sci. 12, 621–630. DOI: 10.1002 / elsc.201200004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джунаид А., Машаги А., Ханкемайер Т. и Вулто П. (2017). Взгляд конечного пользователя на Organ-on-a-Chip: анализы и аспекты удобства использования. Curr. Opin. Биомед. Англ. 1, 15–22. DOI: 10.1016 / j.cobme.2017.02.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кайзер, М., Jug, F., Julou, T., Deshpande, S., Pfohl, T., Silander, O.K., et al. (2018). Мониторинг регуляции одноклеточных генов в динамически контролируемых условиях с помощью встроенной микрофлюидики и программного обеспечения. Nat. Commun. 9: 212. DOI: 10.1038 / s41467-017-02505-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кейн, К. И. У., Морено, Э. Л., Хачи, С., Уолтер, М., Харазо, Дж., Оливейра, М. А. П. и др. (2019). Автоматизированная микрофлюидная культура клеток дофаминергических нейронов стволовых клеток. Sci. Отчет 9: 1796. DOI: 10.1038 / s41598-018-34828-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кошик, А. М., Се, К., и Ван, Т.-Х. (2018). Капельная микрофлюидика для высокочувствительного и высокопроизводительного обнаружения и скрининга биомаркеров болезней. Wiley Interdiscip. Преподобный Наномед. Nanobiotechnol. 10: e1522. DOI: 10.1002 / wnan.1522

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Х. Дж., Бёдикер, Дж.К., Чой, Дж. У., и Исмагилов, Р. Ф. (2008). Определенная пространственная структура стабилизирует синтетическое многовидовое бактериальное сообщество. Proc. Natl. Акад. Sci. США 105, 18188–18193. DOI: 10.1073 / pnas.0807935105

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кинцес, Б., Хайн, К., Мохамед, М. Ф., Фишлехнер, М., Куртуа, Ф., Лайне, К., и др. (2012). Анализ лизата клеток пиколитера в микрожидкостных капельках для направленной эволюции ферментов. Chem.Биол. 19, 1001–1009. DOI: 10.1016 / j.chembiol.2012.06.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кинцес, Б., ван Влит, Л. Д., Девениш, С. Р. А., и Холлфельдер, Ф. (2010). Микрожидкостные капли: новые интегрированные рабочие процессы для биологических экспериментов. Curr. Opin. Chem. Биол. 14, 548–555. DOI: 10.1016 / j.cbpa.2010.08.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лазар И. М., Дэн Дж., Стремлер М.А., и Ахуджа, С. (2019). Микрожидкостные реакторы для усовершенствования МС-анализа быстрых биологических реакций. Микросист. Nanoeng . 5: 7. DOI: 10.1038 / s41378-019-0048-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К. С., Палатинский, М., Перейра, Ф. К., Нгуен, Дж., Фернандес, В. И., Мюллер, А. Дж. И др. (2019). Автоматизированная платформа на основе комбинационного рассеяния света для сортировки живых клеток по функциональным свойствам. Nat. Microbiol. 4, 1035–1048.DOI: 10.1038 / s41564-019-0394-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С. С., Вискарра, И. А., Хубертс, Д. Х. Э. У., Ли, Л. П., и Хайнеманн, М. (2012). Наблюдение под микроскопом в течение всей жизни за старением почкующихся дрожжей с помощью микрожидкостной диссекции. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109, 4916–4920. DOI: 10.1073 / PNAS.1113505109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лейгебер, М., Линдеманн, Д., Sachs, C.C., Kaganovitch, E., Wiechert, W., Nöh, K., et al. (2019). Анализ неоднородности микробной популяции - расширение набора инструментов для микрожидкостных одноклеточных культур. J. Mol. Биол . 431, 4569–4588. DOI: 10.1016 / j.jmb.2019.04.025

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, Ф., Чунг, М. Т., Яо, Ю., Нидец, Р., Ли, Л. М., Лю, А. П. и др. (2018). Эффективная молекулярная эволюция для создания энантиоселективных ферментов с использованием двухканальной платформы для скрининга микрожидкостных капель. Nat. Commun. 9: 1030. DOI: 10.1038 / s41467-018-03492-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маоз, Б. М., Херланд, А., Фитцджеральд, Э. А., Гревесс, Т., Видудес, К., Пачеко, А. Р. и др. (2018). Связанная модель «орган на чипе» нервно-сосудистой единицы человека показывает метаболическое соединение эндотелиальных и нейрональных клеток. Nat. Biotechnol. 36, 865–874. DOI: 10.1038 / NBT.4226

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маркель У., Эссани, К. Д., Бесирлиоглу, В., Шиффельс, Дж., Штрайт, В. Р., и Шванеберг, У. (2020). Достижения в области сверхвысокопроизводительного скрининга направленной эволюции ферментов. Chem. Soc. Rev. 49, 233–262. DOI: 10.1039 / c8cs00981c

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маркес, М. П. К. и Сита, Н. (2017). Микрофлюидика биопроцессов: применение микрофлюидных устройств для биотехнологии. Curr. Opin. Chem. Англ. 18, 61–68. DOI: 10.1016 / j.coche.2017.09.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маркс У., Валлес Х., Хоффманн С., Линднер Г., Хорланд Р., Зоннтаг Ф. и др. (2012). Разработки «Человек на чипе»: передовая альтернатива системной оценке безопасности и эффективности веществ у лабораторных животных и человека? Альтерн. Лаборатория. Anim. 40, 235–257. DOI: 10.1039 / c6lc01554a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Машмайер, И., Лоренц, А.К., Шимек, К., Хазенберг, Т., Рамме, А.П., Хюбнер, Дж. И др. (2015). Чип с четырьмя органами для взаимосвязанного длительного совместного культивирования эквивалентов кишечника, печени, кожи и почек человека. Lab Chip 15, 2688–2699. DOI: 10.1039 / c5lc00392j

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Матер В., Мондрагон-Паломино О., Данино Т., Хасти Дж. И Цимринг Л. С. (2010). Потоковая нестабильность в растущих популяциях клеток. Phys. Ред.Lett. 104: 208101. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.104.208101

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моффитт, Дж. Р., Ли, Дж. Б. и Клюзел, П. (2012). Одноклеточный хемостат: микрожидкостное устройство на основе агарозы для высокопроизводительных одноклеточных исследований бактерий и бактериальных сообществ. Лабораторный чип 12, 1487–1494. DOI: 10.1039 / c2lc00009a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мохаммед, М. И., Хасуэлл, С., Гибсон, И. (2015). Lab-on-a-chip или chip-in-a-lab: проблемы коммерциализации теряются при переводе. Proc. Технол . 20, 54–59. DOI: 10.1016 / j.protcy.2015.07.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мустафи Н., Грюнбергер А., Мар Р., Хельфрих С., Нё К., Бломбах Б. и др. (2014). Применение генетически закодированного биосенсора для визуализации живых клеток продукции L-валина в штаммах Corynebacterium glutamicum , дефицитных по комплексу пируватдегидрогеназы. PLoS One 9: e85731. DOI: 10.1371 / journal.pone.0085731

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Надь К., Абрахам А., Кеймер Дж. Э. и Галайда П. (2018). Применение микрофлюидики в экспериментальной экологии: важность пространственности. Фронт. Microbiol. 9: 496. DOI: 10.3389 / fmicb.2018.00496

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Надь, К., Сипос, О., Гомбай, Э, Кереньи, А., Валкаи, С., Ормос П. и др. (2014). Взаимодействие бактериальных популяций в связанных микрокамерах. Chem. Biochem. Англ. Q. 28, 225–231. DOI: 10.15255 / CABEQ.2013.1934

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Николс, Д., Кахун, Н., Трахтенберг, Э. М., Фам, Л., Мехта, А., Белангер, А., и др. (2010). Использование ichip для высокопроизводительного выращивания «невозделываемых» in situ. Микробные виды. Заявл. Environ. Microbiol. 76, 2445–2450. DOI: 10.1128 / AEM.01754-09

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Обексер Р., Година, А., Гаррабу, X., Миттл, П. Р. Э., Бейкер, Д., Гриффитс, А. Д. и др. (2017). Возникновение каталитической тетрады в процессе эволюции высокоактивной искусственной альдолазы. Nat. Chem. 9, 50–56. DOI: 10.1038 / nchem.2596

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оливейра А.Ф., Пессоа А.С.С.Н., Бастос Р.Г., Шоссе К.А., Бокс П.О. и Де Торре Л.Г. (2016). Микрожидкостные инструменты в сторону промышленной биотехнологии. Biotechnol. Прог. 32, 1372–1389. DOI: 10.1002 / btpr.2350

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паес-Авилес, К., Хуанола-Фелиу, Э., Пунтер-Виллаграса, Дж., Дель Морал Самора, Б., Хомс-Корбера, А., Коломер-Фарраронс, Дж. И др. (2016). Комбинированные системы диэлектрофореза и импеданса для анализа бактерий в микрожидкостных микропроцессорных платформах. Датчики 16: 1514. DOI: 10.3390 / s160

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Прантил-Баун, Р., Новак Р., Дас Д., Сомаяджи М. Р., Прзеквас А. и Ингбер Д. Э. (2018). Фармакокинетический и фармакодинамический анализ, основанный на физиологии, на основе микрофлюидно связанных органов на чипах. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 58, 37–64. DOI: 10.1146 / annurev-pharmtox-010716-104748

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Приндл, А., Самайоа, П., Разинков, И., Данино, Т., Цимринг, Л.С., и Хасти, Дж. (2011). Чувствительный массив радикально связанных генетических «биопикселей».'. Природа 481, 39–44. DOI: 10.1038 / nature10722

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рич-Гриффин, К., Стехмессер, А., Финч, Дж., Лукас, Э., Отт, С., и Шефер, П. (2020). Одноклеточная транскриптомика: путь к функциональной геномике растений с высоким разрешением. Trends Plant Sci. 25, 186–197. DOI: 10.1016 / j.tplants.2019.10.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ротбауэр М. и Эртль П.(2020). «Новые тенденции в области биосенсоров в органах на кристалле», в Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology , ed A. Fiechter (Berlin: Springer), 1–12. DOI: 10.1007 / 10_2020_129

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Salieb-Beugelaar, G. B., Simone, G., Arora, A., Philippi, A., and Manz, A. (2010). Последние разработки в области микрожидкостной клеточной биологии и систем анализа. Анал. Chem. 82, 4848–4864. DOI: 10.1021 / ac1009707

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сансес, С., Ho, R., Vatine, G., West, D., Laperle, A., Meyer, A., et al. (2018). Эндотелиальные клетки, полученные из ИПСК человека, и микрочипы органов улучшают развитие нейронов. Stem Cell Rep. 10, 1222–1236. DOI: 10.1016 / j.stemcr.2018.02.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шмид А., Кортманн Х., Диттрих П. С. и Бланк Л. М. (2010). Химический и биологический анализ отдельных клеток. Curr. Opin. Biotechnol. 21, 12–20. DOI: 10.1016 / j.copbio.2010.01.007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сиа, С. К., и Уайтсайдс, Г. М. (2003). Микрожидкостные устройства из полидиметилсилоксана для биологических исследований. Электрофорез 24, 3563–3576. DOI: 10.1002 / elps.200305584

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сингх Р., Ли Х.-Дж., Сингх А.К. и Ким Д.-П. (2016). Последние достижения в области серийных процессов с опасными химическими веществами в полностью интегрированных микрофлюидных системах. Korean J. Chem. Англ. 33, 2253–2267. DOI: 10.1007 / s11814-016-0114-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sjostrom, S. L., Bai, Y., Huang, M., Liu, Z., Nielsen, J., Joensson, H. N., et al. (2014). Высокопроизводительный скрининг промышленных хозяев для производства ферментов с помощью капельной микрофлюидики. Лабораторный чип 14, 806–813. DOI: 10.1039 / c3lc51202a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Солопова А., Ван Гестель Дж., Weissing, F. J., Bachmann, H., Teusink, B., Kok, J., et al. (2014). Хеджирование пари во время бактериального диуксического сдвига. Proc. Natl. Акад. Sci. США 111, 7427–7432. DOI: 10.1073 / pnas.1320063111

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Streets, A. M. и Huang, Y. (2013). Чип в лаборатории: микрофлюидика для исследований в области наук о жизни следующего поколения. Биомикрофлюидика 7: 11302. DOI: 10.1063 / 1.4789751

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Суэа-Нгам, А., Хоус, П. Д., Сриса-Арт, М., и де Мелло, А. Дж. (2019). Капельная микрофлюидика: от проверки концепции до практического применения? Chem. Commun. 55, 9895–9903. DOI: 10.1039 / c9cc04750f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тойбер, С., фон Лиерес, Э., и Грюнбергер, А. (2020). Динамический контроль окружающей среды в микрожидкостных одноклеточных культурах: от концепции к применению. Малый 16: 1

0. DOI: 10.1002 / smll.201

0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тиман, В., и Палладино, М. (2019). Введение в биотехнологию , 4-е изд. Лондон: Pearson Education.

Google Scholar

ван дер Меер, А. Д., и ван ден Берг, А. (2012). Органы на чипах. Integr. Биол. 4, 461–470.

Google Scholar

Viefhues, M., Sun, S., Valikhani, D., Nidetzky, B., Vrouwe, E.X., Mayr, T., et al. (2017). Повторно закрывающиеся микро (био) реакторы по индивидуальному заказу, обеспечивающие простую интеграцию датчиков in situ. J. Micromechanics Microeng. 27: 065012. DOI: 10.1088 / 1361-6439 / aa6eb9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вагнер, Дж. М., Лю, Л., Юань, С. Ф., Венкатараман, М. В., Абате, А. Р., и Альпер, Х. С. (2018). Сравнительный анализ одноклеточной и капельной FACS для улучшения производственных фенотипов: гиперпродукция рибофлавина в Yarrowia lipolytica. Metab. Англ. 47, 346–356. DOI: 10.1016 / j.ymben.2018.04.015

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Б.L., Ghaderi, A., Zhou, H., Agresti, J., Weitz, D.A., Fink, G.R., et al. (2014). Микрожидкостное высокопроизводительное культивирование отдельных клеток для отбора на основе производства или потребления внеклеточных метаболитов. Nat. Biotechnol. 32, 473–478. DOI: 10.1038 / NBT.2857

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Х., Чжан Х., Сюй Х., Чжан К., Ван Х., Ли Д. и др. (2017). Портативная микрофлюидная платформа для экспресс-молекулярной диагностики пациентов с миелопролиферативными новообразованиями. Sci. Отчет 7: 8596. DOI: 10.1038 / s41598-017-08674-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, P., Robert, L., Pelletier, J., Dang, W. L., Taddei, F., Wright, A., et al. (2010). Устойчивый рост Escherichia coli . Curr. Биол. 20, 1099–1103. DOI: 10.1016 / j.cub.2010.04.045

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вайсграб Г., Овсяников А. и Коста П. Ф. (2019). Функциональная 3D-печать микрожидкостных чипов. Adv. Матер. Technol. 4: 1

  • 5. DOI: 10.1002 / admt.201
  • 5

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Вичманн, Дж., Байер, Т., Вентнагель, Э., Лауэрсен, К. Дж., И Круз, О. (2018). Специальное разделение углерода для фототрофного производства (E) -α-бисаболена из зеленой микроводоросли Chlamydomonas reinhardtii. Metab. Англ. 45, 211–222. DOI: 10.1016 / j.ymben.2017.12.010

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Виксво, Дж.П., Блок, Ф. Е., Клиффель, Д. Е., Гудвин, К. Р., Мараско, К. С., Марков, Д. А. и др. (2013). Инженерные задачи для измерения и управления интегрированными системами "орган на кристалле". IEEE Trans. Биомед. Англ. 60, 682–690. DOI: 10.1109 / TBME.2013.2244891

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ся Ю. и Уайтсайдс Г. М. (1998). Мягкая литография. Angew. Chemie Int. Эд. 37, 550–575. DOI: 10.1146 / annurev.matsci.28.1.153

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сяо, Ю., Боуэн, К. Х., Лю, Д., и Чжан, Ф. (2016). Использование негенетических межклеточных вариаций для улучшенного биосинтеза. Nat. Chem. Биол. 12, 339–344. DOI: 10.1038 / nchembio.2046

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Чжан Б. и Радишич М. (2017). На рынок выходят устройства «орган на кристалле». Лабораторный чип 17, 2395–2420.

    Google Scholar

    Что такое биотехнология: типы, примеры, отрасли и приложения

    Биотехнология - это использование биологических систем, обнаруженных в организмах, или использование самих живых организмов для достижения технологических достижений и адаптации этих технологий к различным областям.К ним относятся приложения во многих областях, от сельскохозяйственной практики до медицинского сектора. Он не только включает приложения в областях, связанных с живым, но также и в любых других областях, где может быть применена информация, полученная из биологического аспекта организма.

    Биотехнология особенно важна, когда речь идет о разработке крохотных и химических инструментов, поскольку многие из инструментов, используемых биотехнологией, существуют на клеточном уровне. Чтобы лучше понять биотехнологию, вот ее типы, примеры и приложения.

    Источник: Canva

    По данным Biotechnology Innovation Organization,

    .

    «Биотехнология - это технология, основанная на биологии. Биотехнология использует клеточные и биомолекулярные процессы для разработки технологий и продуктов, которые помогают улучшить нашу жизнь и здоровье нашей планеты. Мы использовали биологические процессы микроорганизмов более 6000 лет для производства полезных пищевых продуктов, таких как хлеб и сыр, и для консервирования молочных продуктов ».

    Виды биотехнологии

    1.Медицинская биотехнология

    Медицинская биотехнология - это использование живых клеток и других клеточных материалов для улучшения здоровья человека. В первую очередь, он используется для поиска лекарств, а также для избавления от болезней и их предотвращения.

    Занимаемая наука включает использование этих инструментов для исследований, направленных на поиск различных или более эффективных способов поддержания здоровья человека, понимания патогенов и понимания биологии клеток человека.

    Здесь этот метод используется для производства фармацевтических препаратов, а также других химикатов для борьбы с болезнями.Он включает изучение бактерий, клеток растений и животных, чтобы сначала понять, как они функционируют на фундаментальном уровне.

    Это в значительной степени связано с изучением ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), чтобы узнать, как манипулировать генетическим составом клеток, чтобы увеличить производство полезных характеристик, которые люди могут найти полезными, таких как производство инсулина.

    Эта область обычно ведет к разработке новых лекарств и методов лечения, новых для данной области.

    Примеры медицинской биотехнологии

    Вакцины

    Вакцины - это химические вещества, которые стимулируют иммунную систему организма, чтобы лучше бороться с патогенами, когда они атакуют организм.Они достигают этого, вводя ослабленные (ослабленные) версии болезни в кровоток организма.

    Он заставляет организм реагировать так, как если бы он был атакован неослабленной версией болезни. Организм борется с ослабленными болезнетворными микроорганизмами и в ходе этого процесса принимает во внимание клеточную структуру патогенов и имеет некоторые клетки, которые «запоминают» болезнь и хранят информацию внутри тела.

    Когда человек подвергается действительному заболеванию, организм человека немедленно распознает его и быстро формирует защиту от него, поскольку он уже имеет некоторую информацию о нем.Это приводит к более быстрому заживлению и меньшему количеству симптомов.

    Аттенуированные патогены болезней извлекаются с использованием биотехнологических методов, таких как выращивание антигенных белков в генно-инженерных культурах. Примером может служить разработка вакцины против лимфомы с использованием генно-инженерных растений табака, которые содержат РНК (химическое вещество, аналогичное ДНК) злокачественных (активно раковых) В-клеток.

    Антибиотики

    Достигнуты успехи в разработке антибиотиков, которые борются с болезнетворными микроорганизмами человека.Многие растения выращиваются и генетически модифицированы для производства антител.

    Этот метод более рентабелен, чем использование клеток или извлечение этих антител у животных, поскольку растения могут производить эти антитела в больших количествах.

    2. Сельскохозяйственная биотехнология

    Сельскохозяйственная биотехнология направлена ​​на создание генетически модифицированных растений для повышения урожайности или придания свойств тем растениям, которые обеспечивают им преимущество при произрастании в регионах, которые оказывают на растение какой-либо стрессовый фактор, а именно погодные условия и вредителей.

    В некоторых случаях практика предполагает, что ученые идентифицируют характеристику, находят ген, который ее вызывает, а затем помещают этот ген в другое растение, чтобы оно приобрело эту желаемую характеристику, сделав его более долговечным или увеличив урожайность. раньше делал.

    Примеры

    сельскохозяйственной биотехнологии
    Устойчивые к вредителям культуры

    Биотехнология предоставила методы для создания сельскохозяйственных культур, которые естественным образом проявляют свойства защиты от вредителей, что делает их очень устойчивыми к вредителям, вместо того, чтобы постоянно вытирать их пыль и опрыскивать их пестицидами.Примером этого может быть передача генов грибка Bacillus thuringiensis сельскохозяйственным культурам.

    Причина этого в том, что гриб производит белок (Bt), который очень эффективен против вредителей, таких как европейский кукурузный мотылек. Белок Bt - это желаемая характеристика, которую ученые хотели бы иметь у растений, и по этой причине они идентифицировали ген, вызывающий экспрессию белка Bt в грибах, и перенесли его на кукурузу.

    Затем кукуруза естественным образом вырабатывает белковый токсин, что снижает стоимость производства за счет исключения затрат на опудривание урожая пестицидом.

    Растениеводство и животноводство

    Селективное разведение - практика, которой люди занимаются с самого начала земледелия. Практика включает в себя выбор животных с наиболее желательными характеристиками для скрещивания друг с другом, чтобы полученное потомство также выражало эти черты.

    Желательные характеристики включали более крупных животных, животных, более устойчивых к болезням, и большее количество домашних животных, которые были направлены на то, чтобы сделать процесс земледелия максимально прибыльным.

    Эта практика была перенесена на молекулярный уровень с той же целью. У животных отбираются различные признаки, и после того, как генетические маркеры указаны, животные и растения с этими признаками отбираются и разводятся для передачи этих признаков.

    Геномное понимание этих черт - это то, что определяет решения о том, будут ли желаемые черты выражаться или будут потеряны как рецессивные черты, которые не проявляются.

    Такая информация обеспечивает основу для принятия обоснованных решений, повышающих способность ученых предсказывать экспрессию этих генов.Примером может служить его использование в производстве цветов, где усиливаются такие свойства, как цвет и запах.

    3. Промышленная биотехнология

    Промышленная биотехнология - это применение биотехнологии в промышленных целях, включая промышленную ферментацию. Применяя методы современной молекулярной биологии, он повышает эффективность и снижает многостороннее воздействие на окружающую среду промышленных процессов, включая производство бумаги и целлюлозы, химическое производство и текстиль.

    Он включает в себя практику использования клеток, таких как микроорганизмы, или компонентов клеток, таких как ферменты, для производства продуктов в промышленных отраслях, таких как продукты питания и корма, химикаты, моющие средства, бумага и целлюлоза, текстиль, биотопливо и биогаз.

    В текущем десятилетии был достигнут значительный прогресс в создании генетически модифицированных организмов (ГМО), которые увеличивают разнообразие применений и повышают экономическую жизнеспособность промышленной биотехнологии.

    Он также активно продвигается к снижению выбросов парниковых газов за счет использования возобновляемого сырья для производства различных химикатов и топлива и отхода от экономики, основанной на нефтехимии.

    Примеры промышленной биотехнологии

    Биокатализаторы

    Биокатализаторы, такие как ферменты, были разработаны промышленными биотехнологическими компаниями для синтеза химических веществ. Ферменты - это белки, производимые всеми организмами. Желаемый фермент можно производить в коммерческих количествах с использованием биотехнологии.

    Ферментация

    Сахар урожая можно сбраживать до кислоты, которую затем можно использовать в качестве промежуточного продукта для производства другого химического сырья для различных продуктов.Некоторые растения, такие как кукуруза, можно использовать вместо нефти для производства химикатов.

    Микроорганизмы

    Микроорганизмы находят свое применение в химическом производстве для конструирования и производства новых пластмасс / текстиля и разработки новых устойчивых источников энергии, таких как биотопливо.

    4. Экологическая биотехнология

    Экологическая биотехнология - это технология, используемая для обработки отходов и предотвращения загрязнения, которая может более эффективно очищать многие отходы по сравнению с традиционными методами и значительно снижает нашу зависимость от методов утилизации на суше.

    Каждый организм поглощает питательные вещества, чтобы жить, и в результате производит побочные продукты. Но разные организмы нуждаются в разных типах питательных веществ. Некоторые бактерии также размножаются на химических компонентах отходов.

    Инженеры-экологи вводят питательные вещества, чтобы стимулировать активность бактерий, уже существующих в почве на свалке, или добавить в почву новые бактерии. Бактерии помогают переваривать отходы прямо на месте, превращая их в безвредные побочные продукты.

    После употребления отходов бактерии либо погибают, либо возвращаются к нормальному уровню популяции в окружающей среде. Бывают случаи, когда побочные продукты микроорганизмов, борющихся с загрязнением, сами по себе полезны.

    Примеры экологической биотехнологии

    Биовосстановление

    Биоремедиация относится к применению биотехнических методов, которые помогают в разработке ферментных биореакторов, которые не только будут предварительно обрабатывать некоторые компоненты промышленных и пищевых отходов, но также позволят их эффективно удалять через канализационную систему без использования механизмов удаления твердых отходов.

    Источник: Canva

    Цветовая классификация отраслей биотехнологии

    Золотая биотехнология или биоинформатика , обозначаемая как вычислительная биология и может быть определена как «концептуальная биология» для решения биологических проблем с использованием вычислительных методов и делает возможными быструю организацию, а также анализ биологических данных.

    Red Biotechnology (Биофарма) относится к медицине и ветеринарии. Он может помочь в разработке новых лекарств, регенеративных методов лечения, производстве вакцин и антибиотиков, методов молекулярной диагностики и методов генной инженерии для лечения болезней с помощью генетических манипуляций.

    White Biotechnology черпает вдохновение в промышленной биотехнологии для разработки более энергоэффективных, менее загрязняющих и ресурсоемких процессов и продуктов, которые могут превзойти традиционные.

    Желтая биотехнология относится к использованию биотехнологии в производстве продуктов питания, например, при производстве вина, сыра и пива путем ферментации.

    Gray Biotechnology относится к экологическим приложениям для поддержания биоразнообразия и удаления загрязняющих веществ или загрязняющих веществ с использованием микроорганизмов и растений для изоляции и удаления многих видов веществ, таких как тяжелые металлы и углеводороды.

    Зеленая биотехнология делает упор на сельское хозяйство, которое включает создание новых видов растений, представляющих интерес для сельского хозяйства, биопестицидов и биоудобрений.

    Эта область биотехнологий основана исключительно на трансгенах (генетической модификации), то есть на дополнительном гене или генах, вставленных в их ДНК. Дополнительный ген может происходить от того же вида или от другого вида.

    Blue Biotechnology основана на использовании морских ресурсов для создания продуктов и приложений в потенциально огромном диапазоне секторов, чтобы получить выгоду от использования этого вида биотехнологии.

    Violet Biotechnology занимается юридическими, этическими и философскими вопросами, связанными с биотехнологией.

    Темная биотехнология связана с биотерроризмом или биологическим оружием и биологической войной с использованием микроорганизмов и токсинов, вызывающих болезни и смерть людей, домашних животных и сельскохозяйственных культур.

    Приложения биотехнологии

    1. Пищевые добавки

    Одним из наиболее важных применений биотехнологии является добавление питательных веществ в пищу в таких ситуациях, как помощь.Следовательно, он обеспечивает пищу тяжелыми питательными веществами, которые необходимы в таких обстоятельствах.

    Примером этого приложения является производство Golden Rice , в котором рис пропитан бета-каротином. В рисе есть витамин А, который организм может быстро синтезировать.

    2. Устойчивость к абиотическому стрессу

    На самом деле очень мало пахотных земель, по некоторым оценкам, около 20 процентов. С увеличением населения мира необходимо, чтобы имеющиеся источники питания были как можно более эффективными, чтобы производить как можно больше продуктов питания на минимально возможном пространстве.Также необходимо выращивать урожай, чтобы можно было использовать менее пахотные регионы мира.

    Это означает, что существует потребность в выращивании сельскохозяйственных культур, способных справиться с такими абиотическими стрессами, как засоление, засуха и заморозки от холода.

    Например, в Африке и на Ближнем Востоке, где климат может быть неумолимым, эта практика сыграла значительную роль в выращивании сельскохозяйственных культур, способных противостоять преобладающим суровым климатическим условиям.

    3. Промышленная биотехнология

    Промышленная биотехнология - это применение биотехнологии, которое варьируется от производства клеточных структур до производства биологических элементов для различных целей.

    Примеры включают создание новых материалов в строительной отрасли, производстве пива и вина, моющих средств и средств личной гигиены.

    4. Прочность волокон

    Паутина - один из материалов с самой высокой прочностью на разрыв. Среди других материалов с такой же шириной поперечного сечения паутина может выдерживать большее растягивающее усилие перед разрывом, чем даже сталь.

    Этот шелк вызвал большой интерес к возможному производству материалов из шелка, в том числе бронежилетов, таких как пуленепробиваемые куртки.Шелк используется, потому что он прочнее, чем кевлар (материал, наиболее часто используемый для изготовления бронежилетов).

    Биотехнологические методы были использованы для отбора генов, обнаруженных у пауков, и их введения козам для производства шелковых белков в их молоке.

    Благодаря этой инициативе производство значительно упростилось, так как с козами намного проще обращаться по сравнению с пауками, а создание шелка с помощью молока также помогает сделать обработку и обращение с ними намного удобнее по сравнению с обращением с настоящими прядями шелка.

    5. Биотопливо

    Одно из самых больших приложений биотехнологии - в секторе производства энергии. Из-за опасений по поводу истощающихся нефтяных ресурсов в мире и связанных с ними воздействий на окружающую среду растет потребность в защите будущего земного шара путем поиска альтернативных экологически чистых источников топлива.

    Биотехнология позволяет этому случиться благодаря таким достижениям, как использование кукурузы для производства горючего топлива для работающих двигателей автомобилей. Эти виды топлива благоприятны для окружающей среды, поскольку не производят парниковых газов.

    6. Здравоохранение

    Биотехнология применяется в секторе здравоохранения при разработке фармацевтических препаратов, производство которых с помощью других традиционных средств оказалось проблематичным из-за соображений чистоты.

    7. Пищевая промышленность

    Применяется метод ферментации с использованием микробных организмов и их производных, при котором невкусное и легко портящееся сырье превращается в пищевые и питьевые продукты и напитки с более длительным сроком хранения.

    8. Топливо из отходов

    Отходы биологической очистки могут быть преобразованы в биотопливо для работы генераторов. Можно заставить микробы производить ферменты, необходимые для превращения растительных и растительных материалов в строительные блоки для биоразлагаемых пластиков.

    Метан может быть получен из бактерий, разлагающих серный щелок, который является отходом бумажной промышленности. Полученный метан можно использовать в других промышленных процессах или в качестве топлива.

    9.Товарные химикаты и химикаты специального назначения

    Их можно производить с использованием биотехнологических приложений. Традиционный химический синтез использует часто нежелательные продукты, такие как HCl, и требует большого количества энергии.

    Производство тех же химикатов можно сделать более экономичным и экологически безопасным с помощью биокатализаторов. Например, акриламид полимерного сорта.

    10. Высокотехнологичные отделочные ткани

    Биотехнология используется в текстильной промышленности для отделки тканей и одежды.Он производит хлопок, полученный из биотехнологий, который более теплый, прочный, устойчивый к морщинкам и усадке, с улучшенным поглощением и удерживанием красителя, повышенной впитывающей способностью.

    11. Детергентные протеазы

    Это незаменимые компоненты современных моющих средств, которые удаляют белковые примеси и используются для расщепления крахмала, белка и жирных кислот, присутствующих на стираемых вещах. Производство протеазы приводит к получению биомассы, которая, в свою очередь, дает полезный побочный продукт - органическое удобрение.

    12.Повязки для ран

    Он также применяется для перевязок ран, покрытых хитозаном, который представляет собой сахар, который обычно получают из панцирей креветок и крабов.

    Артикул:

    Часто задаваемые вопросы по биотехнологиям

    Что такое биотехнология?

    Тенденции и продукты

    Использование живых систем для решения проблем

    • Жиры и масла играют важную роль во многих аспектах повседневной жизни. Правильный баланс жирных кислот в нашем рационе важен для здоровья, не говоря уже о бесчисленных продуктах, которые содержат масла и их производные в качестве ключевых ингредиентов.
    • По мере того, как население Земли продолжает расти, потребность в жирах и маслах также будет расти. В ожидании исследователи масличных культур готовятся удовлетворить растущий спрос на жиры и масла.
    • Один из ключевых путей продвижения вперед будет заключаться в использовании биотехнологии для создания новых масличных культур с улучшенным содержанием жирных кислот и урожайностью для пищевых продуктов, средств личной гигиены и промышленного применения. В этой статье дается обзор того, что такое биотехнология и как ее инструменты и методы применяются в масложировой промышленности.

    На протяжении многих тысячелетий люди использовали биологические системы для создания полезных продуктов. Задолго до того, как была изучена основная биология, люди использовали дрожжи для создания хлеба и вина, плесень для создания выдержанных сыров, бактерии для ферментации огурцов в соленые огурцы и микробы для выполнения процесса вымачивания, в результате которого лен превращается в полотно. Если мы применим определение Мерриам-Вебстера, это одни из самых ранних примеров биотехнологии, которая в самом широком смысле включает «использование живых клеток, бактерий и т. Д.», чтобы производить полезные продукты ».

    Применение биотехнологии в сельском хозяйстве насчитывает сотни лет, когда фермеры начали выращивать сельскохозяйственные культуры в новых условиях, таких как завоз сои в Северную Америку из Китая в 18 веке. Они использовали традиционные методы селекции, скрещивая растения с определенными желательными характеристиками, чтобы создать новые сорта с такими характеристиками, как устойчивость к болезням и устойчивость к вредителям, химическим веществам и экстремальным условиям окружающей среды. Хотя лежащая в основе биология в то время не была понята, это было началом вмешательства человека, которое привело к генетическим изменениям сельскохозяйственных культур.

    Современная биотехнология началась с первой демонстрации генной инженерии (GE) в 1970-х годах, когда ученый Пол Берг провел первый успешный эксперимент по сплайсингу генов . Вскоре после этого исследователи Герберт В. Бойер и Стэнли Н. Коэн перенесли генетический материал в бактерию и продемонстрировали, что новые гены воспроизводятся вместе с природной ДНК организма. С тех пор ученые использовали ГЭ для придания посевам устойчивости к вредителям, гербицидам и засухе, а также для улучшения их профиля питательных веществ.Кроме того, GE привела к инновациям в медицине, биотопливе и биоремедиации.

    Как работает генная инженерия

    Два наиболее распространенных подхода к созданию растений GE включают использование технологии рекомбинантной ДНК и могут быть разбиты на два основных этапа. Сначала исследователи идентифицируют и выделяют интересующий ген, затем они вводят этот ген в клетки растений, чтобы создать трансгенное растение или генетически модифицированное растение .

    В одном методе исследователи набирают естественную почвенную бактерию Agrobacterium tumefaciens и заменяют некоторые из ее генов на те, которые кодируют желаемый признак. Затем бактерии дают возможность заразить растение, во время чего она переносит свою ДНК в геном растения в процессе, который биологи называют трансформацией . В результате получается новое генетически модифицированное растение, также известное как трансгенная культура.

    Другой подход заключается в прикреплении интересующей ДНК к поверхности микрочастиц золота или вольфрама.Затем исследователи используют инструмент, известный как биолистическая генная пушка, для взрыва частиц в клетки растений. Этот метод также известен как бомбардировка микрочастицами. Часть ДНК будет вставлена ​​в геном посредством процесса, известного как гомологичная рекомбинация ( Biocat. Agric. Biotech., 3 : 31-37, 2014).

    Эти методы преобразования были описаны как методы «грубой силы» из-за их высокой частоты отказов, которые требуют многочисленных попыток, прежде чем будет определен кандидат на коммерческий продукт.Согласно недавнему опросу разработчиков сельскохозяйственных биотехнологий, в среднем оценивается более 10 000 генов для каждого коммерческого продукта (http://tinyurl.com/PhillipsMcDougallStudy). Оценка включает биоинформатических оценок , которые включают использование компьютеров для сравнения генетических последовательностей и помогают обеспечить безопасность генетически модифицированных культур за счет исключения последовательностей, которые являются генетически похожими или гомологичными , с известными аллергенами и токсинами. Согласно обзорной статье Лоры С., опубликованной в журнале Journal of Agricultural and Food Chemistry , биоинформатика также может помочь предсказать, будет ли ген выполнять желаемую функцию.Привалле и соавторы (61 : 8260-8266, 2013).

    Из этих 10 000 генов примерно 500 выбраны для экспериментальных экспериментов. Затем дополнительно оценивают более 1000 трансгенных организмов, как описано ниже. Наконец, один или два из этих организмов выбираются для коммерциализации. Неудивительно, что процесс разработки одного коммерческого продукта GE требует значительных затрат времени и денег, в среднем около 13 лет и 150 миллионов долларов. (См. Врезку: «Интересная статистика о генетически модифицированных культурах.”

    Оценка кандидата на генетически модифицированную культуру

    Чтобы выбрать наиболее многообещающие кандидаты на генетически модифицированные культуры из сотен созданных трансгенных организмов, исследователи проводят многочисленные тесты. Прежде чем кандидат сможет продолжить, он должен продемонстрировать, что ген был вставлен в место, которое не нарушает основные клеточные функции, что вставленный ген экспрессируется на желаемых уровнях и что желаемый признак присутствует и передается потомству.ГМ-растение также должно быть оценено на предмет того, насколько хорошо оно работает как культура: адекватна ли урожайность и соблюдается ли желаемый фенотип - характеристика, для которой растение было спроектировано? Простое наличие правильного генотипа - или генетического состава - не гарантирует, что предполагаемая характеристика проявится в организме, поскольку условия окружающей среды и развития могут играть роль в экспрессии гена (J. Ag. Food Chem., 61 : 8260-8266, 2013).

    Подавляющее большинство созданных трансформированных организмов будут иметь нежелательные места встраивания или одно или несколько других неблагоприятных свойств, поэтому исследователи работают с большими размерами выборок на этой стадии.

    На пути к коммерциализации

    После выбора кандидата на товарную культуру вид подвергается дополнительному анализу, как описано Привалле и соавторами, (J. Ag. Food Chem., 61 : 8260-8266, 2013) для определения «безопасности урожая». белок, продуцируемый геном, производительность растений, влияние выращивания биотехнологических культур на окружающую среду, агрономические показатели и эквивалентность урожая / продуктов питания традиционным культурам / продуктам питания ».

    Часть оценки безопасности включает анализ состава , в котором исследователи проводят параллельное сравнение содержания питательных веществ и антинутриентов в генетически модифицированной культуре по сравнению с ее родительской линией, а также другими традиционными или нетрансгенными культурами. , линии.Целью композиционного анализа является определение того, является ли ГМ-культура практически эквивалентной культуре, которая имеет историю безопасного использования. Специфика композиционного анализа и других оценок безопасности зависит от нормативных стандартов, установленных страной, в которой будет продаваться генетически модифицированный урожай (J. Ag. Food Chem., 61 : 8260-8266, 2013), но обычно включает исследования от механизма действия, уровней экспрессии, токсичности и аллергенности встроенного признака. Более подробную информацию об общих рекомендациях по оценке безопасности можно найти в Комиссии Codex Alimentarius 2013 (http: // tinyurl.com / CODEX-рДНК-растения).

    Обеспокоенность воздействием ГМ-культур на окружающую среду и здоровье

    В своей обзорной статье 2014 года Махешвари и Каволчук подчеркивают некоторые из основных опасений общественности по поводу роста использования генетически модифицированных культур во всем мире ( Biocat. Agric. Biotech., 3 : 31-37, 2014).

    • Во многих частях мира использование генетически модифицированных культур является спорным и оспариваемым: «Страх перед неизвестными опасностями, связанными с этим методом, и лежащие в его основе факторы риска были серьезной проблемой», - пишут авторы.«Основные проблемы включают безопасность пищевых продуктов, передачу генетического материала от трансгенных растений другим видам, включая другие растения, микробы, животных, кумулятивное воздействие на экосистемы и биоразнообразие, корпоративный контроль над поставками продуктов питания и семян и другие моральные / религиозные / этические проблемы ».
    • Они пишут, что риски, связанные с генетически модифицированными культурами, зависят от функции встроенного гена. «Генная инженерия по-прежнему является неточной технологией, и случайное включение генов может привести к непредсказуемым нарушениям в геноме, физиологии и биохимии растений… Но на сегодняшний день нет четких доказательств того, что генно-инженерные культуры вредны.”
    • Для защиты от неизвестных опасностей для здоровья Махешвари и Ковальчук рекомендуют исследователям «разработать набор тестов для анализа потенциальной токсичности, мутагенности и аллергенности [ГМ] культур».

    Алан МакХьюген, молекулярный генетик, который активно участвует в общественной работе по теме продуктов GE, поделился своими советами по ответам на вопросы широкой общественности на заседании AOCS 2014 года. См .: «Разоблачение распространенных мифов о генно-инженерных организмах.”

    Генно-инженерные масличные культуры

    Несколько десятилетий исследований биосинтеза масличных семян привели к общему пониманию того, какие гены участвуют в модификации масличных семян, что, по словам Дж. М. Дайер и RT Маллен в обзоре 2005 г. в Seed Science Research ( 15 : 255-267, 2005).«Хотя традиционные методы селекции успешно использовались для изменения жирнокислотного состава масел, - писали они, - GE предлагает более быстрый и прямой метод управления жирным кислотным составом и может значительно расширить типы жирных кислот, производимых в масличных семенах. ”

    Среди многих важных направлений исследований с участием генетически модифицированных культур - создание масличных культур с ценными характеристиками, такими как повышенное содержание витаминов, более высокие уровни полезных жирных кислот, устойчивость к неблагоприятным условиям выращивания, таким как засуха и различные биотические и абиотические стрессы ( Biocat.Agric. Biotech., 3 : 31-37, 2014). Таблица 1 содержит список ведущих производителей основных масличных культур во всем мире, а таблица 2 содержит выборку генетически модифицированных культур сои, которые были модифицированы для увеличения производства определенных желаемых жирных кислот.

    Еще одна важная область исследования масличных семян GE - разработка масличных культур, которые производят масла, которые обычно не встречаются в растениях. Таблица 1 содержит список ведущих производителей основных масличных культур во всем мире, а таблица 2 содержит выборку генетически модифицированных культур сои, которые были модифицированы для увеличения производства определенных желаемых жирных кислот.

    По словам Сьюзан Ноултон, старшего менеджера по исследованиям DuPont, исследователи отрасли могут быть спокойны, зная, что состав и качество масла, полученного из культур GE, будут такими же, как и масла, полученные из традиционных культур. По словам Ноултона, «практически нет разницы» между процессами производства масел, независимо от того, получены ли они из генетически модифицированных или других культур. «Любое масло, прошедшее стандартные операции очистки, отбеливания и дезодорирования», не будет содержать ДНК, белков и остаточных химикатов, таких как пестициды.

    Таблица 1: Производство основных масличных культур варьируется по всему миру. Данные представляют собой средние значения за вегетационный период 2012-2013 гг. Источник: USDA World Crop Production Summary .

    Таблица 2: В течение почти двух десятилетий исследователи использовали инструменты генной инженерии для создания сельскохозяйственных культур с более высоким уровнем желаемых жирных кислот. Вот образцы соевых бобов GE.Взято из : Biocat. Agric. Биотех., 3: 31-37, 2014

    Основные технические проблемы генетически модифицированных масличных культур

    Хотя ГМ масличные культуры существуют уже 20 лет, есть еще много возможностей для улучшения, что потребует лучшего понимания биохимических процессов, лежащих в основе биосинтеза жирных кислот, согласно Махешвари и Каволчук.

    Поскольку «содержание масла в семенах растений контролируется несколькими этапами пути биосинтеза масла», - пишут они, - нереально ожидать, что внедрение одного гена приведет к резкому увеличению урожайности масла.Чтобы повысить урожайность, необходимы не только правильные гены, но и белки, которые они кодируют, должны экспрессироваться на нужном уровне, в нужных тканях и в нужное время. Но есть несколько простых стратегий, включающих модификации отдельных генов, которые обещают улучшить содержание масла, например, подавляющая регуляция генов для снижения уровней нежелательных жирных кислот или сверхэкспрессия других генов для увеличения желаемых. (См. Таблицу 2).

    После создания ГМ масличных семян исследователи также должны убедиться, что (1) масла, хранящиеся в семенах, не мешают процессу прорастания, в результате чего семена становятся нежизнеспособными, (2) трансгены экспрессируются на оптимальном уровне и ( 3) производимые масла не токсичны для самого растения и не мешают другим клеточным процессам ( Biocat.Agric. Biotech., 3 : 31-37, 2014).

    Перспективные методы редактирования ДНК

    Два обычно используемых подхода к созданию генетически модифицированных культур - Agrobacterium tumefaciens и бомбардировка микрочастицами - имеют один главный недостаток: оба метода вызывают случайную вставку интересующего гена в ДНК хозяина, что может привести к нарушению и / или или усечение собственных генов.

    Чтобы устранить этот недостаток, исследователи работали над разработкой других методов трансформации, которые позволили бы ученым определить точное место, в которое будет вставлен ген.

    Вот некоторые из перспективных методов редактирования генома:

    • Кластеры с регулярным расположением коротких палиндромных повторов (CRISPR) - это молекулы ДНК, вдохновленные естественными CRISPR, обнаруженными у бактерий и архей, которые могут быть созданы для вставки в организм в любом желаемом месте ( Nat. Rev. Genetics, 11 : 181-190, 2010).
    • Эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции ( Nat.Biotech, 29, : 135-136, 2011) и нуклеазы цинкового пальца ( Gen. Soc. Am., 188 : 773-782, 2011) принадлежат к семейству ферментов, известных как искусственные рестрикционные ферменты. Они содержат два основных компонента: ДНК-связывающий домен, который распознает конкретную последовательность ДНК, и домен расщепления ДНК, который разрезает ДНК, чтобы геном, представляющий интерес, мог быть вставлен в геном в заранее определенном месте.
    Будущее генной инженерии

    Самым большим толчком для коммерциализации ГМ масличных культур до сих пор была продукция устойчивых к гербицидам и вредителям культур, которые непосредственно удовлетворяют потребности фермеров.Но некоторые эксперты ожидают, что отрасль скоро перейдет к выращиванию сельскохозяйственных культур, которые напрямую отвечают потребностям и запросам потребителей, например, путем создания масел с более полезными для здоровья профилями жирных кислот. «Эта история как раз происходит сейчас», - сказал Ноултон.

    Еще одно важное направление исследований генетически модифицированных масличных культур включает разработку «метаболических путей для производства экзотических жирных кислот в более традиционные масличные культуры», - писали Дайер и Маллен ( Seed Sci. Res., 15 : 255-267, 2005).Завод, способный производить масла, обычно производимые из рыбы, такие как широко популярные омега-3 жирные кислоты DHA и EPA, будет иметь огромное значение как для промышленности, так и для потребителей. В качестве шага в этом направлении исследователи из Monsanto объявили о планах коммерциализации соевого масла GE, богатого стеаридоновой кислотой, которую организм может преобразовать в EPA, жирную кислоту омега-3, которая может помочь поддерживать здоровье сердца ( Lipids, 43 : 805-811, 2008).

    Были предприняты другие усилия для увеличения содержания масла в листьях растений, что могло бы привести к развитию новых источников биотоплива ( inform, 23 : 206-210, 2012).В одном исследовании исследователи сконструировали растения, которые производят в листьях в шесть раз больше липидов, чем их неинженерные аналоги ( Plant Biotechnol. J., 9 : 874-883, 2011).

    Однако самой большой проблемой в области выращивания ГМ-культур станет завоевание доверия общественности к ГМ-продуктам. Ноултон объяснил, что без потребительского спроса у компаний нет гарантии, что они смогут покрыть затраты на производство генетически модифицированных культур, специально разработанных с учетом их потребностей.«Это дорогостоящая технология… и [компании] должны иметь некоторую уверенность в том, что в конце концов они окупятся», - сказала она. Но «до тех пор, пока потребители не осознают, что что-то можно сделать, чтобы улучшить их жизнь, им будет трудно легко принять эту технологию».

    Ноултон считает, что образовательные инициативы, такие как GMO Answers (http://gmoanswers.com/), веб-сайт, который позволяет людям задавать вопросы и получать ответы от сторонников биотехнологии, включая ученых, фермеров и представителей науки, помогут привлечь внимание общественности к GE. продукты.«У нас очень светлое будущее, - сказала она, - потому что можно внести множество изменений, особенно в области жиров и масел, с добавлением в масла таких веществ, как омега-3 [и другие полезные жирные кислоты]. Все эти изменения технически осуществимы, но для их внедрения требуется одобрение потребителя ». GMO Answers, финансируемый членами Совета по биотехнологической информации, в который входят BASF, Bayer CropScience, Dow AgroSciences, DuPont, Monsanto Company и Syngenta, подчеркивает огромный потенциал генетически модифицированных культур в увеличении урожайности, максимальном увеличении площади суши и воды. ресурсы, и обеспечить едой постоянно увеличивающееся население мира.Успех таких инициатив, которые все еще находятся на начальной стадии, еще предстоит определить.

    В то время как образовательные инициативы в Интернете, направленные на решение проблем общества в широком масштабе, важны, МакХьюген считает, что каждый ученый несет ответственность за то, чтобы высказаться и взаимодействовать с людьми, находящимися в их сфере влияния, по теме продуктов GE (для совета Макхьюгена относительно общественных см. раздел «Рассмотрение распространенных мифов о генетически модифицированных растениях». Хотя иногда это может быть чрезвычайно неприятно, сказал он, «это может быть очень полезным, когда вы говорите с людьми, которые говорят:« Спасибо, я так много узнал ».«И это может быть единственная надежда на реализацию всего потенциала генетически модифицированных культур на благо всего мира.

    Боковая панель

    Глоссарий терминов по сельскохозяйственной биотехнологии

    • Биотехнология: Использование биологических систем для создания полезных продуктов.
    • Традиционное разведение растений: Старинная практика, которая включает отбор и селекцию или скрещивание растений для получения новых культур с ценными характеристиками, включая повышенное качество и урожайность, а также устойчивость к болезням и устойчивость к вредителям, химическим веществам и экстремальным условиям. среды.
    • Генная инженерия (GE ): современный инструмент сельскохозяйственной биотехнологии, который включает изменение генетической структуры организма с использованием технологии рекомбинантной ДНК (рДНК). ГЭ может включать передачу генов между видами, что отличает его от традиционного разведения. ГМ-культуры также описываются как трансформированные, трансгенные или генетически модифицированные. *
    • Трансформация: Стабильное генетическое изменение, возникающее в результате включения клеткой экзогенной или ненативной ДНК в свой геном.Если процесс происходит в клетках животных, он известен как трансфекция .
    • Трансген: Ген, который передается от одного организма к другому в результате традиционного разведения или ГЭ.
    • Нуклеотиды: Отдельные химические единицы, из которых состоит ДНК и РНК.
    • Сплайсинг: Процесс объединения фрагментов ДНК для создания генетического материала, известного как рекомбинантная ДНК.
    • Гомологичная рекомбинация: Процесс обмена нуклеотидными последовательностями между двумя похожими молекулами ДНК.
    • Технология рекомбинантной ДНК (рДНК): Метод, который включает использование ферментов для вырезания, размножения, изменения и вставки фрагментов ДНК в организм.
    • Генотип: Генетический состав организма.
    • Фенотип: Наблюдаемые признаки организма.
    • Биоинформатика: Использование компьютеров для сравнения генетической информации. При оценке генетически модифицированных культур ученые используют биоинформатику, чтобы избежать встраивания генов, которые имеют сходство с известными аллергенами или токсинами.
    • Агрономические показатели: Как культура ведет себя на поле, включая такие факторы, как урожайность, состав и другие желаемые характеристики.
    • Анализ состава: Выполняется специалистами по растениеводству для определения эквивалентности генетически модифицированных культур обычным культурам на основе оценки пищевой ценности.

    Сноска: * ГМ-культуры часто называют генетически модифицированными организмами (ГМО), но поскольку традиционные методы селекции также приводят к генетической модификации, более точным термином для описания метода, используемого для создания новых организмов с помощью технологии рДНК, является генетический инженерное дело.

    Боковая панель

    Интересная статистика о генетически модифицированных культурах

    • Фермеры выращивают коммерческие генетически модифицированные культуры почти два десятилетия. Ведущие биотехнологические культуры (в порядке убывания): соя, кукуруза, хлопок и рапс.
    • По данным Международной службы по приобретению агробиотехнологических приложений (ISAAA), 18 миллионов фермеров во всем мире выращивают генетически модифицированные культуры в 27 странах на площади примерно 400 миллионов акров земли.Крупнейшие производители генетически модифицированных культур (в порядке убывания): США, Бразилия, Аргентина, Индия и Канада.
    • Во всем мире примерно 80% всей сои и хлопка и 35% кукурузы приходится на долю ГЭ. В США около 90% всей кукурузы, хлопка, канолы, сахарной свеклы и сои составляет ГМ.
    • По словам Синтии Людвиг, бывшего ученого и специалиста по связям с общественностью компании Monsanto (США), которая является лидером на мировом рынке патентованных семян, на получение среднего урожая GE требуется около 13 лет и 150 миллионов долларов США, от начала до конца.
    Боковая панель

    Разоблачение распространенных мифов о генетически модифицированных растениях
    Алан МакХьюэн - профессор молекулярной генетики в Калифорнийском университете в Риверсайде и автор книги «Корзина Пандоры: потенциал и опасности генетически модифицированных продуктов».

    МакХьюген выступил на Национальном собрании AOCS в 2014 году на тему политики в отношении ГМО, где он дал ученым несколько советов о том, как взаимодействовать с общественностью по этой спорной теме. Общественность имеет множество неправильных представлений о GE.Но обычные ученые могут и должны помочь передать некоторые опасения общественности, помогая им понять несколько основных концепций:

    • Сам по себе процесс генной инженерии безопасен. Достоинства каждого продукта GE необходимо оценивать индивидуально, а не предполагать, что, поскольку продукт был изготовлен с использованием методов GE, он автоматически является небезопасным.
    • Научные исследования в подавляющем большинстве случаев подтверждают безопасность ГМО-продуктов. Многочисленные национальные и международные организации здравоохранения, включая Всемирную организацию здравоохранения, Национальную академию наук и Американскую ассоциацию развития науки, заявляют, что преимущества продуктов GE перевешивают риски.
    • То, что GE «неестественно», не означает, что это небезопасно. Существует множество природных химикатов и организмов, которые чрезвычайно опасны.
    • Доза вырабатывает токсин. Большая доза безвредного вещества, такого как питательный цинк, может быть смертельной, в то время как низкие дозы химикатов, таких как пестицид глифосат (Roundup), могут быть безопасными.
    • Корреляция не равняется причинно-следственной связи. «Я слышал, что люди говорят, что ГМО были введены в середине 90-х годов, и они увеличились так же, как аутизм», - сказал МакХьюэн.Используя эту логику, можно утверждать, что продажа органических продуктов питания, которые также коррелируют с уровнем аутизма, являются причиной аутизма, сказал он.
    • Масла, полученные как из генетически модифицированных, так и из обычных масличных семян, обрабатываются для удаления ДНК и белков, поэтому они идентичны по составу (если только они не были намеренно изменены для получения другого состава жирных кислот).

    часто задаваемых вопросов по биотехнологии | USDA

    Биотехнология Часто задаваемые вопросы (FAQ)

    1.Что такое сельскохозяйственная биотехнология?

    Сельскохозяйственная биотехнология - это набор инструментов, включая традиционные методы селекции, которые изменяют живые организмы или части организмов для производства или модификации продуктов; улучшить растения или животных; или разрабатывать микроорганизмы для конкретных сельскохозяйственных целей. Современная биотехнология сегодня включает в себя инструменты генной инженерии.

    2. Как используется сельскохозяйственная биотехнология?

    Биотехнология предоставляет фермерам инструменты, которые могут сделать производство более дешевым и управляемым.Например, некоторые биотехнологические культуры можно спроектировать так, чтобы они выдерживали определенные гербициды, что делает борьбу с сорняками более простой и эффективной. Другие культуры были спроектированы так, чтобы быть устойчивыми к определенным болезням растений и насекомым-вредителям, что может сделать борьбу с вредителями более надежной и эффективной и / или может снизить использование синтетических пестицидов. Эти варианты растениеводства могут помочь странам идти в ногу с спросом на продукты питания при одновременном снижении производственных затрат. Ряд культур, полученных с помощью биотехнологии, которые были отменены Министерством сельского хозяйства США и проверены на безопасность пищевых продуктов Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) и / или Агентством по охране окружающей среды (EPA), были приняты производителями.

    Многие другие культуры сейчас находятся на стадии исследований и разработок. Хотя невозможно точно знать, какие из них будут реализованы, безусловно, биотехнология будет иметь самые разнообразные применения в сельском хозяйстве в будущем. Достижения в области биотехнологии могут предоставить потребителям продукты, богатые питательными веществами или более долговечные, или содержащие более низкие уровни определенных природных токсичных веществ, присутствующих в некоторых пищевых растениях. Разработчики используют биотехнологии, чтобы попытаться уменьшить количество насыщенных жиров в кулинарных маслах, уменьшить количество аллергенов в пищевых продуктах и ​​увеличить количество питательных веществ, борющихся с болезнями, в пищевых продуктах.Они также изучают способы использования генетически модифицированных культур для производства новых лекарств, что может привести к созданию новой фармацевтической промышленности, производящей растения, которая могла бы снизить затраты на производство, используя устойчивый ресурс.

    Генно-инженерные растения также разрабатываются с целью, известной как фиторемедиация, при которой растения выводят токсины из почвы или поглощают и накапливают загрязняющие вещества из почвы, чтобы растения можно было безопасно собирать и утилизировать.В любом случае результатом является улучшение качества почвы на загрязненном участке. Биотехнология также может использоваться для сохранения природных ресурсов, позволяя животным более эффективно использовать питательные вещества, присутствующие в кормах, уменьшать сток питательных веществ в реки и заливы и помогать удовлетворять растущие мировые потребности в продуктах питания и земле. Исследователи работают над выращиванием более выносливых культур, которые будут процветать даже в самых суровых условиях и потребуют меньше топлива, рабочей силы, удобрений и воды, что поможет снизить нагрузку на землю и среду обитания диких животных.

    Помимо выращивания генетически модифицированных культур, биотехнология помогла внести другие улучшения в сельское хозяйство, не связанные с растениями. Примеры таких достижений включают повышение эффективности производства антибиотиков с помощью микробной ферментации и производство новых вакцин для животных с помощью генной инженерии для лечения таких заболеваний, как ящур и бешенство.

    3. Каковы преимущества сельскохозяйственной биотехнологии?

    Применение биотехнологии в сельском хозяйстве принесло пользу фермерам, производителям и потребителям.Биотехнология помогла сделать как борьбу с насекомыми-вредителями, так и борьбу с сорняками более безопасными и легкими, одновременно защищая посевы от болезней.

    Например, генетически модифицированный устойчивый к насекомым хлопок позволил значительно сократить использование стойких синтетических пестицидов, которые могут загрязнять грунтовые воды и окружающую среду.

    Что касается улучшенной борьбы с сорняками, устойчивые к гербицидам соевые бобы, хлопок и кукуруза позволяют использовать гербициды с пониженным риском, которые быстрее разлагаются в почве и не токсичны для диких животных и людей.Устойчивые к гербицидам культуры особенно совместимы с системами земледелия с нулевой или сокращенной обработкой почвы, которые помогают защитить верхний слой почвы от эрозии.

    Сельскохозяйственная биотехнология использовалась для защиты сельскохозяйственных культур от разрушительных болезней. Вирус кольцевой пятнистости папайи угрожал подорвать гавайскую индустрию папайи до тех пор, пока с помощью генной инженерии не были созданы устойчивые к этой болезни папайи. Это спасло индустрию папайи в США. Аналогичным образом продолжаются исследования картофеля, кабачков, помидоров и других культур, чтобы обеспечить устойчивость к вирусным заболеваниям, которые в противном случае очень трудно контролировать.

    Биотехнологические культуры могут сделать сельское хозяйство более прибыльным за счет повышения качества урожая и в некоторых случаях могут повысить урожайность. Использование некоторых из этих культур может упростить работу и повысить безопасность фермеров. Это позволяет фермерам тратить меньше времени на выращивание урожая и больше времени на другую прибыльную деятельность.

    Зерновые культуры

    Biotech могут обладать улучшенными качествами, такими как повышенный уровень бета-каротина в рисе, чтобы помочь в сокращении дефицита витамина А, и улучшенные масляные композиции в рапсе, сое и кукурузе.Культуры, способные расти на соленых почвах или лучше выдерживающие засушливые условия, также находятся в разработке, и первые такие продукты только выходят на рынок. Такие нововведения могут приобретать все большее значение для адаптации к изменению климата или, в некоторых случаях, для смягчения его последствий.

    Инструменты сельскохозяйственной биотехнологии неоценимы для исследователей, помогая понять основную биологию живых организмов. Например, ученые определили полную генетическую структуру нескольких штаммов Listeria и Campylobacter, бактерий, часто вызывающих серьезные вспышки болезней пищевого происхождения у людей.Эта генетическая информация открывает множество возможностей, которые помогают исследователям повысить безопасность наших продуктов питания. Инструменты биотехнологии имеют «открытые двери», а также помогают в разработке улучшенных разновидностей животных и растений, как произведенных традиционными способами, так и произведенных с помощью генной инженерии.

    4. Каковы соображения безопасности при использовании сельскохозяйственной биотехнологии?

    Селекционеры на протяжении веков оценивают новые продукты, созданные с помощью сельскохозяйственной биотехнологии.В дополнение к этим усилиям Министерство сельского хозяйства США (USDA), Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) работают над тем, чтобы культуры, полученные с помощью генной инженерии для коммерческого использования, должным образом тестировались и изучались. чтобы убедиться, что они не представляют значительного риска для потребителей или окружающей среды.

    Культуры, полученные с помощью генной инженерии, являются единственными культурами, официально прошедшими проверку для оценки возможности передачи новых признаков диким родственникам.Когда новые признаки генетически модифицированы в культуру, новые растения оцениваются, чтобы убедиться, что они не обладают характеристиками сорняков. Если биотехнологические культуры выращиваются рядом с родственными растениями, перед выпуском необходимо оценить возможность обмена признаками между двумя растениями через пыльцу. Культурные растения всех видов могут обмениваться признаками со своими близкими дикими родственниками (которые могут быть сорняками или полевыми цветами), когда они находятся поблизости. В случае сельскохозяйственных культур, полученных из биотехнологий, EPA и USDA проводят оценку риска, чтобы оценить эту возможность и минимизировать возможные вредные последствия, если таковые имеются.

    Другие потенциальные риски, рассматриваемые при оценке генно-инженерных организмов, включают любые воздействия окружающей среды на птиц, млекопитающих, насекомых, червей и другие организмы, особенно в случае признаков устойчивости к насекомым или болезням. Вот почему Служба инспекции здоровья животных и растений Министерства сельского хозяйства США (APHIS) и Агентство по охране окружающей среды рассматривают любые воздействия на окружающую среду таких устойчивых к вредителям культур, полученных с помощью биотехнологии, до утверждения полевых испытаний и коммерческого выпуска. Тестирование проводится на многих типах организмов, таких как медоносные пчелы, другие полезные насекомые, дождевые черви и рыба, чтобы гарантировать отсутствие непредвиденных последствий, связанных с этими культурами.

    Что касается безопасности пищевых продуктов, когда EPA и FDA исследуют новые признаки, присущие растениям, полученным с помощью биотехнологий, белки, продуцируемые этими признаками, изучаются на предмет их потенциальной токсичности и способности вызывать аллергическую реакцию. Тесты, предназначенные для изучения тепловой и пищеварительной стабильности этих белков, а также их сходства с известными аллергенными белками, завершаются до их попадания в пищу или корм. Чтобы рассмотреть эти соображения в перспективе, полезно отметить, что, хотя конкретные используемые биотехнологические признаки часто являются новыми для сельскохозяйственных культур, поскольку они часто не происходят от растений (многие из них - от бактерий и вирусов), одни и те же основные типы признаков часто можно найти в естественных условиях в большинстве растений.Эти основные черты, такие как устойчивость к насекомым и болезням, позволили растениям выживать и развиваться с течением времени.

    5. Насколько широко используются биотехнологические культуры?

    По данным Национальной службы сельскохозяйственной статистики (NASS) Министерства сельского хозяйства США, биотехнологические насаждения в процентах от общего количества посевов сельскохозяйственных культур в Соединенных Штатах в 2012 году составляли около 88 процентов для кукурузы, 94 процентов для хлопка и 93 процентов для соевых бобов. NASS проводит сельскохозяйственное обследование во всех штатах в июне каждого года.Отчет, выпущенный по результатам исследования, содержит раздел, посвященный основным полевым культурам, полученным с помощью биотехнологии, и предоставляет дополнительную информацию о биотехнологических насаждениях. Самый последний отчет можно просмотреть на следующем веб-сайте: https://www.ers.usda.gov/data-products/adoption-of-genetically-engineered-crops-in-the-us.aspx

    Сводку этих данных см. В разделе данных Службы экономических исследований Министерства сельского хозяйства США по адресу: https://www.ers.usda.gov/data-products/adoption-of-genetically-engineered-crops-in-the-us.aspx

    USDA не хранит данные о международном использовании генетически модифицированных культур. Независимая международная служба по приобретению агробиотехнологических приложений (ISAAA), некоммерческая организация, оценивает, что глобальные площади под биотехнологическими культурами в 2012 году составили 170,3 миллиона гектаров, выращенных 17,3 миллионами фермеров в 28 странах, при этом среднегодовой прирост посевных площадей составляет около 6 процентов. Более 90 процентов фермеров, выращивающих биотехнологические культуры, являются фермерами с ограниченными ресурсами в развивающихся странах.ISAAA сообщает различные статистические данные о глобальном внедрении и выращивании сельскохозяйственных культур, полученных с помощью биотехнологий. Веб-сайт ISAAA: https://www.isaaa.org

    .

    6. Какова роль государства в сельскохозяйственной биотехнологии?

    Обратите внимание: эти описания не являются полным или тщательным обзором всей деятельности этих агентств в отношении сельскохозяйственной биотехнологии и предназначены только в качестве общих вводных материалов. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайты соответствующих агентств.

    Нормативный

    Федеральное правительство разработало Скоординированную структуру регулирования биотехнологии в 1986 году, чтобы обеспечить регулирующий надзор за организмами, полученными с помощью генной инженерии. Три основных агентства, которые на сегодняшний день предоставили первичное руководство по экспериментальному тестированию, утверждению и возможному коммерческому выпуску этих организмов, - это Служба инспекции здоровья животных и растений Министерства сельского хозяйства США (APHIS), Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Департамент здравоохранения США. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) в сфере здравоохранения и социальных служб.Подход, принятый в Скоординированной основе, основан на заключении Национальной академии наук о том, что потенциальные риски, связанные с этими организмами, относятся к тем же общим категориям, что и риски, создаваемые традиционно разводимыми организмами.

    Продукты регулируются в соответствии с их предполагаемым использованием, при этом некоторые продукты регулируются более чем одним ведомством. Все государственные регулирующие органы несут ответственность за обеспечение того, чтобы выполнение регулирующих решений, включая утверждение полевых испытаний и возможное прекращение регулирования утвержденных биотехнологических культур, не оказало неблагоприятного воздействия на здоровье человека или окружающую среду.

    Служба инспекции здоровья животных и растений (APHIS) отвечает за защиту сельского хозяйства США от вредителей и болезней. Правила APHIS предусматривают процедуры для получения разрешения или для предоставления уведомления до "введения" (акт внесения включает любое перемещение в США или через США или выпуск в окружающую среду за пределами зоны физического ограничения) регулируемой статьи в США. изделия - это организмы и продукты, измененные или произведенные с помощью генной инженерии, которые являются вредителями растений или которые есть основания полагать, являются вредителями растений.

    Регламент также предусматривает процедуру подачи петиции для определения нерегулируемого статуса. После определения нерегулируемого статуса организм (и его потомство) больше не требует проверки APHIS на предмет перемещения или выпуска в США

    Для получения дополнительной информации о регулирующих обязанностях FDA, EPA и APHIS см .:

    https://www.fda.gov

    https://www.epa.gov

    Правила биотехнологии APHIS

    Облегчение рынка

    Министерство сельского хозяйства США также помогает промышленности реагировать на запросы потребителей в Соединенных Штатах и ​​за рубежом, поддерживая маркетинг широкого спектра сельскохозяйственных продуктов, произведенных традиционными, органическими и генно-инженерными методами.

    Служба аграрного маркетинга (AMS) и Управление зерновых инспекций, упаковщиков и складов (GIPSA) разработали ряд услуг для облегчения стратегического маркетинга традиционных и генетически модифицированных пищевых продуктов, волокон, зерна и масличных культур как на внутреннем, так и на международном рынке. рынки. GIPSA предоставляет эти услуги для оптовых рынков зерновых и масличных культур, в то время как AMS предоставляет услуги для продовольственных товаров, таких как фрукты и овощи, а также для пищевых волокон.

    Эти услуги включают:

    1. Оценка тестовых наборов: AMS и GIPSA оценивают коммерчески доступные тестовые наборы, разработанные для обнаружения наличия определенных белков в генно-инженерных сельскохозяйственных товарах. Агентства подтверждают, работают ли тесты в соответствии с заявлениями производителей, и, если наборы работают так, как указано, результаты публикуются на их соответствующих веб-сайтах.

    GIPSA Ссылка: https: //www.gipsa.usda.gov/fgis/rapidtestkit.aspx

    GIPSA оценивает работу лабораторий, проводящих тесты на основе ДНК для обнаружения генетически модифицированных зерновых и масличных культур, предоставляет участникам их индивидуальные результаты и публикует сводный отчет на веб-сайте GIPSA. AMS разрабатывает аналогичную программу, которая может оценивать и проверять возможности независимых лабораторий по проверке других продуктов на наличие генетически модифицированного материала.

    2. Услуги по сохранению идентичности / проверке процессов: AMS и GIPSA предлагают услуги аудита для подтверждения использования письменных методов обеспечения качества и / или производственных процессов производителями, которые дифференцируют свои товары с помощью сохранения идентичности, тестирования и брендинга продукции.

    Ссылка GIPSA: https://www.gipsa.usda.gov/fgis/inspectionweighing.aspx

    Ссылка на AMS: https://www.ams.usda.gov/fv/ipbv.htm

    Дополнительные услуги AMS: AMS предоставляет платные услуги по тестированию ДНК и белков для пищевых продуктов и пищевых волокон, а ее Управление по защите сортов растений предлагает защиту прав интеллектуальной собственности на новые генно-инженерные сорта семян путем выдачи сертификатов защиты.

    Дополнительные услуги GIPSA: GIPSA предоставляет маркетинговые документы, касающиеся наличия генетически модифицированных разновидностей определенных оптовых товаров в коммерческом производстве в Соединенных Штатах.Министерство сельского хозяйства США также работает над улучшением и расширением доступа к рынкам для сельскохозяйственной продукции США, в том числе произведенной с помощью генной инженерии.

    Зарубежная сельскохозяйственная служба (FAS) поддерживает или управляет многочисленными программами обучения, информирования и обмена, разработанными для улучшения понимания и принятия генетически модифицированных сельскохозяйственных продуктов во всем мире

    1. Программа доступа к рынкам и Программа развития иностранных рынков: поддерживает группы американских фермеров (называемых «Кооператоры») в сбыте сельскохозяйственной продукции за границу, в том числе произведенной с использованием генной инженерии.

    2. Программа для развивающихся рынков: поддерживает деятельность по оказанию технической помощи для продвижения экспорта американских сельскохозяйственных товаров и продуктов на развивающиеся рынки, в том числе произведенных с использованием генной инженерии. Также проводятся мероприятия по поддержке принятия решений, основанных на научных данных. Такие мероприятия включали обучение по вопросам безопасности пищевых продуктов в Мексике, курс по биотехнологии для участников развивающихся рынков в Университете штата Мичиган, семинары между фермерами на Филиппинах и в Гондурасе, политические обсуждения на высоком уровне в рамках группы Азиатско-Тихоокеанского экономического сотрудничества, а также в виде многочисленных ознакомительных поездок и семинаров с участием журналистов, регулирующих органов и политиков.

    3. Программа стипендий Кокрана: Поддерживает краткосрочное обучение в области биотехнологии и генной инженерии. С момента создания программы в 1984 г. Программа стипендий Кокрана предоставила образование и обучение 325 международным участникам, в первую очередь регулирующим органам, политикам и ученым.

    4. Программа стипендий Borlaug: поддерживает совместные исследования в области новых технологий, включая биотехнологию и генную инженерию. С момента создания программы в 2004 году Программа стипендий Борлауга профинансировала 193 стипендии в этой области исследований.

    5. Техническая помощь для специальных культур (TASC): Поддержка мероприятий по технической помощи, направленных на устранение санитарных, фитосанитарных и технических барьеров, которые запрещают или угрожают экспорту специальных культур США. Эта программа поддерживает деятельность по биотехнологии папайи.

    Исследования

    Исследователи USDA стремятся решить основные сельскохозяйственные проблемы и лучше понять основы биологии сельского хозяйства. Исследователи могут использовать биотехнологию для более эффективного проведения исследований и открытия вещей, которые могут быть невозможны с помощью более традиционных средств.Это включает введение новых или улучшенных признаков у растений, животных и микроорганизмов и создание новых продуктов на основе биотехнологии, таких как более эффективные диагностические тесты, улучшенные вакцины и лучшие антибиотики. Любые исследования Министерства сельского хозяйства США, связанные с разработкой новых биотехнологических продуктов, включают анализ биобезопасности.

    Ученые Министерства сельского хозяйства США также совершенствуют инструменты биотехнологии для более безопасного и эффективного использования биотехнологии всеми исследователями. Например, разрабатываются более совершенные модели для оценки генно-инженерных организмов и уменьшения количества аллергенов в пищевых продуктах.

    Исследователи Министерства сельского хозяйства США отслеживают потенциальные экологические проблемы, такие как появление у насекомых-вредителей устойчивости к Bt, веществу, которое генетически модифицировано для производства некоторых культур, таких как кукуруза и хлопок, для защиты от вреда насекомыми. Кроме того, в партнерстве со Службой сельскохозяйственных исследований (ARS) и Лесной службой, Исследовательским центром кооперативных государств Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства (NIFA) управляет Программой грантов на исследования в области оценки биотехнологических рисков (BRAG), которая разрабатывает научно обоснованную информацию. относительно безопасности интродукции генно-инженерных растений, животных и микроорганизмов.Списки исследовательских проектов в области биотехнологии можно найти на https://www.ars.usda.gov/research/projects.htm для ARS и на https://www.nifa.usda.gov/funding-opportunity/biotechnology-risk- оценка-исследования-гранты-программа-хвастовство для НИФА.

    USDA также разрабатывает и поддерживает централизованные веб-сайты, которые обеспечивают доступ к генетическим ресурсам и геномной информации о сельскохозяйственных видах. Обеспечение легкого доступа к этим базам данных имеет решающее значение для исследователей во всем мире.

    Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США (NIFA) обеспечивает финансирование и руководство программами для заочных исследований, высшего образования и распространения знаний в области пищевых продуктов и сельскохозяйственных биотехнологий.NIFA администрирует и управляет фондами биотехнологии посредством различных программ конкурсных и совместных грантов. Программа конкурсных грантов Национальной исследовательской инициативы (NRI), крупнейшая конкурсная программа NIFA, поддерживает проекты фундаментальных и прикладных исследований, а также проекты комплексных исследований, образования и / или распространения знаний, многие из которых используют или разрабатывают инструменты, подходы и продукты биотехнологии. Программа инновационных исследований малого бизнеса (SBIR) финансирует конкурсные гранты для поддержки исследований квалифицированных малых предприятий по передовым концепциям, связанным с научными проблемами и возможностями в сельском хозяйстве, включая разработку продуктов на основе биотехнологий.NIFA также поддерживает исследования, связанные с биотехнологией и производными биотехнологическими продуктами, через программы совместного финансирования в сочетании с государственными сельскохозяйственными экспериментальными станциями при университетах, предоставляющих земельные участки. NIFA сотрудничает с другими федеральными агентствами в рамках межучрежденческих программ конкурсных грантов для финансирования сельскохозяйственных и пищевых исследований, в которых используются или разрабатываются инструменты биотехнологии и биотехнологии, такие как метаболическая инженерия, секвенирование генома микробов и секвенирование генома кукурузы.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *