Биоинженерия и не только: где осваивать профессии будущего

Зачем ребёнку, который будет поступать на биофак, углублённое знание английского? Чтобы читать научную литературу, ездить на международные конференции и стажировки и стать, например, крутым биоинженером. Наш блогер Яна Полянских рассказывает, какие новые сложные и увлекательные направления деятельности есть в современной науке.

Вы уже поняли, кем хотите стать в будущем? Я написала список интересных специальностей, о которых вы, возможно, не знали. Начну со своей.

1. Медицинская химия

Это смесь химии, биологии, фармацевтики, медицины, а в моём случае ещё и математического моделирования. Специалисты в этой отрасли занимаются поиском, оптимизацией, синтезом, модификацией и тестированием новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов. Работают со сложными веществами (эти методы носят название тонкого органического синтеза), самыми современными методами анализа и очистки, компьютерным молекулярным моделированием и конструированием (тот самый drug design).

Сложности:

• нет русскоязычной литературы (очень молодая отрасль науки);
• масштабный стык наук, требующий дополнительного обучения и стажировок;
• кропотливые методы синтеза с выходом в 2%;
• весьма нелёгкие для освоения методы анализа (тот же ЯМР);
• работа с животными (необязательно).

Где учат:

• химфак МГУ;
• МИТХТ;
• МФТИ;
• Санкт-Петербургский химико-фармацевтический университет;
• Казанский федеральный университет.

2. Биотехнология и нанобиотехнология

Выпускники этого направления могут заниматься получением и применением ферментов, вирусов, микроорганизмов и клеточных культур для решения технологических и исследовательских задач. Например, инсулин уже давно получают с помощью генной инженерии. Если совсем просто, то для этого синтезируют особым образом модифицированную нуклеотидную последовательность инсулина и встраивают её в lac-ген плазмид, потом берут колонию кишечной палочки E.Coli и трансформируют её клетки этими плазмидами. Получается, что мы заставляем бактерии синтезировать чужеродный им белок, встраивая информацию о нём в геном. Таким образом получают не только инсулин, но и многие вакцины и ферменты. Вирусы сейчас активно используют в качестве систем доставки лекарственных препаратов (они ведь чудесно проникают в организм). Их модифицируют, чтобы сделать безопасными, заменяют генетический материал на нужный нам и такой вирусный вектор отправляют в путь. Вирусная оболочка надежно защищает нуклеиновые кислоты и отлично доставляет препарат в клетку-мишень. Однако этот способ, как и многие другие, имеет ряд недостатков. Над решением подобных проблем и работают специалисты по биотехнологиям.

Сложности:

• очень тонкая работа, зачастую длительная и кропотливая (сидишь и умоляешь клеточки расти нормально, «ну пожалуйста»);
• обязательный экскурс в сопромат, детали машин, конструирование, процессы и аппараты (эта специализация предполагает выход на промышленные масштабы);
• опять же почти нет информации на русском языке;
• научиться делать хорошие real-time ПЦР (полимеразные цепные реакции) — весьма нелёгкая задача.

Где учат:

• биофак МГУ;
• биотехнологический факультет МГУ (совсем недавно созданный);
• МИТХТ;
• ММА;
• МВА;
• СПбГУ.

Всё ещё легко живётся? Держите смесь физики, химии, биологии, математики и медицины.

3. Молекулярная биофизика

Исследования этих ребят очень помогают специалистам по медицинской химии, потому что они изучают физические свойства молекул и сложные физико-химические процессы, лежащие в основе функционирования живых систем. В их компетенцию входит вычисление электрических зарядов по поверхности молекул и их передача, изучение подвижности участков и изменения параметров структуры при изменении свойств среды. Они умеют прогнозировать структуру молекулы и её свойства ещё до того, как молекула будет синтезирована (компьютерное и математическое моделирование), а значит, существенно экономят время и ресурсы химиков.

Сложности:

• надо круто разбираться во всех перечисленных дисциплинах;
• программировать;
• делать визуализацию;
• производить грамотные расчёты;
• ездить на конференции на английском.

Где учат:

• МФТИ как базовый институт этого направления;
• биофак и физфак МГУ;
• РНИМУ;
• Университет «Дубна»;
• СПбГУ.

Добавим к перечисленному в специальности выше шикарное программирование на C++, Python, R на самом высоком уровне, владение методами работы с большими объёмами данных на SQL, отличное знание MATLAB и получим следующее направление.

4. Биоинженерия и биоинформатика

Это область, где математика встречается с молекулой. Здесь занимаются сложным компьютерным анализом в геномике, ищут сходство и различие между геномами разных живых организмов, разрабатывают алгоритмы и программы для предсказания структуры белков, изучают эволюцию на уровне ДНК, а не просто физиологии, строят компьютерные модели популяций, чтобы предсказывать их поведение во времени, помогают биохимикам делать тест-системы для быстрого анализа на генетические заболевания и/или предрасположенность к ним и многим другим.

Сложности:

• порядка 30 основных биоинформатических программ и ещё куча баз данных;
• отсутствие литературы на русском языке;
• сложная учёба.

Всё это компенсирует зарплата. У хорошего биоинформатика она начинается от 100 000 рублей. Ещё во многих компаниях есть возможность удалённой работы. Например, я сотрудничаю со специалистом, который живет на Бали.

Где учат:

• профильный факультет биоинженерии и биоинформатики в МГУ, МФТИ, ВШЭ;
• Институт биоинформатики;
• Сколковский институт науки и технологий;
• СПбГУ;
• ИТМО;
• СПбАУ РАН.

Не пропустите генную революцию! А лучше — возглавьте её!

5. Молекулярная и трансляционная медицина

Долой обычных терапевтов, грядёт эра высоких медицинских технологий! На этом направлении изучают персонифицированную медицину, ядерную медицину, радиофармацевтику, геномные и постгеномные технологии, разрабатывают био- и фармацевтические препараты и тест-системы, занимаются математическим биомоделированием. Здесь не учат симптомы болезней, а пытаются понять физико-химические причины закономерности развития заболеваний для того, чтобы лечить не симптом, а истинную причину на молекулярном уровне. Для лечения применяют знания не из классической медицины, а из физики, математики, ИКТ и других дисциплин.

Сложности и где учат:

Обучение специалистов ведут всего два вуза в стране (ИТМО и МФТИ), и обучение весьма напряженное, но невероятно интересное (опять же стык наук). У этих вузов уже есть базовые институты, где студенты и выпускники могут применять свои знания на практике. У ИТМО это кластер «институт трансляционной медицины», у МФТИ — федеральный научно-клинический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева.

6. Молекулярная и клеточная биология

Изначально молекулярная биология называлась биохимией нуклеиновых кислот, из названия понятно, что работать предстоит с носителями генетической информации. Специалисты в этой области разрабатывают и создают новые технологии для фундаментальной биологии и медицины. Например, тестируют биологические микрочипы для «чтения» нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК, иммуноферментных и других анализов, изучают ответ клеток на стрессы. Одна из наиболее интересных их задач сейчас — это разработка экспресс-методов биологических микроанализов, методов анализа генетических дефектов, предрасположенности к наследственным заболеваниям (в том числе и онкологическим).

Основные методы, которые предстоит освоить:

• генная инженерия;
• искусственная экспрессия и нокаут генов;
• выделение, очистка и анализ белков;
• работа с big data.

Сложности:

• опять нет ничего на русском;
• аккуратная работа руками;
• стык наук.

Где учат:

• МФТИ;
• биофак МГУ.

7. Наноструктуры, материалы и их свойства

Новое слово в физике, электронике, использующей квантовые принципы, и медицине. Изучают сверхпроводниковые гибридные наноструктуры, разрабатывают квантовые компьютеры на этих сверхпроводниках, работают с оптимизацией солнечных батарей. Теперь вместо дорогого кристаллического кремния можно использовать довольно дешёвую плёнку из наноструктур фуллерена без потери качества. Недавно благодаря исследованиям в области нанотехнологий начался промышленный выпуск литий-ионных аккумуляторов, содержащих наночастицы, — они заряжаются с немыслимой ещё вчера скоростью: на 80% всего лишь за минуту (обычно для этого требуется несколько часов). Эти технологии применяются не только в электронике, несколько лет назад появились противоопухолевые препараты в форме нанокапсул. Они действуют сильнее обычных, но атакуют главным образом клетки опухоли, не поражая организм в целом (в отличие от традиционных онкологических средств), эффективность лечения за счёт этого вырастает во много раз. Это современная и очень активно развивающаяся отрасль, научные проекты которой проводятся в ряде институтов совместно со Сколтехом.

Где учиться:

• МФТИ;
• МИФИ;
• РХТУ;
• «Дубна»;
• ИТМО;
• МИТХТ.

8. Биостатистика

Основа грамотного планирования эксперимента и действительно показательная обработка результатов. Наука, которая знает, что ошибки — наше всё. Например, биостатистика является неотъемлемой частью доклинических и клинических исследований лекарственных средств. Это связано с тем, что в целях наиболее полного изучения действия лекарственных средств на организм необходимо оценить как можно больше параметров как в доклинических исследованиях, так и в исследованиях с участием человека (клинические исследования). Поэтому при изучении влияния лекарственного препарата на различные органы и ткани исследователь имеет дело с огромным объёмом данных, который надо обработать, сделать по нему выводы и представить их в визуально понятной форме. Специалисты по биостатистике работают в специальных программах, чаще всего в SPSS, STATISTICA или в пакете R. Красивого видео не будет, но расскажу, что в работе будут графики, диаграммы, тонны чисел, вероятности, случайные события и благодарные глаза исследователя.

Где учат:

• мехмат МГУ;
• экономфак МГУ;
• РМАНПО;
• МФТИ;
• СПбГУ.

На этом на сегодня всё. Учитесь интересно! Следующий пост будет посвящён необычным и самым востребованным специальностям в области физики-математики.