Генная инженерия: что это, методы, примеры, достижения

Современная генная инженерия позволяет «включать» и «выключать» отдельные гены, программируя новый генотип, в том числе, и человеческий. Это вызывает немало опасений, хотя многие открытия уже принесли человечеству пользу

Содержание:

  • История развития
  • Технологии генной инженерии
  • Сферы применения генной инженерии
  • Изменение ДНК человека
  • Этическая сторона вопроса

Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов.

Перестройка генотипов происходит путем внесения изменений в ДНК (макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и РНК (одну из трех основных макромолекул, содержащихся в клетках всех живых организмов).

Если внести в растение, микроорганизм, организм животного или даже человека новые гены, можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. С этой целью сегодня генная инженерия используется во многих сферах. Например, на ее основе сформировалась отдельная отрасль фармацевтической промышленности, представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии.

История развития

Истоки

Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя. Открытые им на примере растений принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания у современников, и только в 1900 году Хуго де Фриз и другие европейские ученые независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследственности.

Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано важнейшее открытие — американец Джон Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.

На подъеме

К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.

Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.

Техника ПЦР была впервые разработана в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии (1993 года), обнаружил в специфический фермент — ДНК-полимеразу, который участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает отрезки цепи нуклеотидов молекулы и использует их в качестве шаблона для последующего копирования генетической информации.

Новая эра

В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, потому что впервые стало возможным серьезно говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.

Технологии генной инженерии

Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания генетического аппарата.

Так, появилась технология CRISPR — инструмент редактирования генома. В 2014 году MIT Technology Review назвал его «самым большим биотехнологическим открытием века». Он основан на защитной системе бактерий, которые производят специальные ферменты, позволяющие им защищаться от вирусов.

«Каждый раз, когда бактерия убивает вирус, она разрезает остатки его генома, будь то ДНК или РНК, и сохраняет их внутри последовательности CRISPR, как в архив.

Как только вирус атакует снова, бактерия использует информацию из «архива» и быстро производит защитные белки Cas9, в которых заключены фрагменты генома вируса. Если вдруг эти фрагменты совпадают с генетическим материалом нынешнего атакующего вируса, Cas9 как ножницами разрезает захватчика, и бактерия снова в безопасности», — поясняет Алевтина Федина, медицинский директор Checkme.

Уникальное открытие состоялось в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если дать ему искусственную РНК, синтезированную в лаборатории, то он, найдя в «архиве» соответствие, нападет на нее. Таким образом, с помощью этого белка можно резать геном в нужном месте — и не просто резать, а еще и заменять другими генами.

Теоретически, технология CRISPR может позволить редактировать любую генетическую мутацию и излечивать заболевание, которое она вызывает. Но практические разработки CRISPR в качестве терапии еще только в начальной стадии, и многое еще непонятно.

Есть и другие методы генной инженерии, например, ZFN и TALEN.

  • ZFN разрезает ДНК и вставляет туда заготовленный заранее новый фрагмент с помощью белков с ионами цинка (отсюда название — Zinc Finger Nuclease).
  • TALEN делает то же самое, только используя TAL-белки. Для обеих технологий приходится создавать отдельные белки, а это очень долгая работа, поэтому пока два этих метода особого применения не нашли.

Где и как применяется генная инженерия

Медицина

Уже сейчас активно применяется инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. С 1982 года компании США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин.

Кроме того, несколько сотен новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику. Среди лекарств, находящихся в стадии клинического изучения, препараты, потенциально лечащие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, онкологию и СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% заняты именно разработкой и производством лекарственных и диагностических средств.

«В медицине среди достижений генной инженерии сегодня можно выделить терапию рака, а также другие фармакологические новинки — исследования стволовых клеток, новые антибиотики, прицельно бьющие по бактериям, лечение сахарного диабета. Правда, пока все это на стадии исследований, но результаты многообещающие», — говорит Алевтина Федина.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве одна из важнейших задач генной инженерии — получение растений и животных, устойчивых к вирусам. В настоящее время уже есть виды, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника — к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке.

Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали более устойчивы к климатическим условиям, кроме того появилась возможность увеличить количество витаминов и полезных веществ в продукте. Например, можно обогатить рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где люди имеют массовую нехватку этого элемента.

С помощью генной инженерии пытаются решить и экологические проблемы. Так, уже созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных промышленными отходами почв.

Скотоводство

В Кемеровской области работа генетиков позволила получить устойчивое к вирусу лейкоза племенное поголовье высокопродуктивных животных. Для проведения эксперимента кузбасские ученые отобрали здоровых коров черно-пестрой породы массой до 500 кг. Животным трансплантировали модифицированные эмбрионы, устойчивые к вирусу лейкоза. В середине сентября 2020 года родилось 19 телят с измененными генами.

«В месячном возрасте была проведена оценка, которая показала, что телята отличаются от своих сверстников только устойчивостью к вирусу. Пять особей отобрали для дальнейшей селекционной работы. Это позволит закрепить наследственные признаки устойчивости к вирусу лейкоза у последующих поколений», — пояснила руководитель проекта, доктор биологических наук, профессор кафедры зоотехнии Кузбасской ГСХА Татьяна Зубова.

По словам Зубовой, лейкоз крупного рогатого скота — вирусная хронически неизлечимая болезнь, при которой возникают поражение кроветворной системы и новообразования. Данное заболевание наносит значительный ущерб генофонду пород и мясной промышленности в целом, потому что мясо зараженных животных запрещено употреблять в пищу. Единственным доступным методом борьбы с лейкозом ранее было только уничтожение зараженного скота.

Этот успех позволяет говорить о том, что в дальнейшем будет возможно редактировать гены крупного рогатого скота и от других болезней.

С прицелом на человека

В 2009 году группа ученых под руководством молодого исследователя Джея Нейтца из Вашингтонского университета сумели с помощью генной терапии вернуть обезьянам способность различать оттенки зеленого и красного, которой они были лишены от рождения.

В область сетчатки глаза двух подопытных обезьян был введен безвредный вирус, несущий недостающий ген фоточувствительного рецептора. Вскоре после процедуры обе обезьяны начали различать оттенки красного и зеленого на сером фоне. Два года наблюдения не выявили у них каких-либо нарушений, поэтому ученые не исключают, что данную методику уже вскоре можно будет применять у людей, страдающих дальтонизмом.

Ученые шагнули еще дальше и уже пробуют выращивать в теле животных органы для трансплантации людям. Для минимизации риска отторжения тканей животным вводят специальные гены. Этими опытами занимается научная лаборатория Рослинского института в Великобритании, которая представила миру овцу Долли.

В 2019 году британские ученые вывели кур, яйца которых содержат два вида человеческих белков, способных противодействовать артриту и некоторым видам онкологических заболеваний. В яйцах содержится человеческий белок под названием IFNalpha2a, обладающий мощными противовирусными и противораковыми свойствами, а также человеческий и свиной вариант белка под названием макрофаг-CSF, который планируют использовать для создания препарата, стимулирующего самостоятельное заживление поврежденных тканей.

Изменение ДНК человека

Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.

14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей наследственным иммунодефицитом, обусловленным мутацией в гене аденозиндезаминазы (АDA), были пересажены ее собственные лимфоциты.

Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови с помощью модифицированного вируса, в результате чего клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.

После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию и некоторые виды онкологии.

Генная терапия

Генная терапия — введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетке пациента для лечения определенного заболевания.

Существует три основных стратегии использования генной терапии:

  1. Замена мутировавшего гена, вызывающего заболевание, здоровой копией.
  2. Инактивация или «выбивание» мутировавших генов, которые функционируют неправильно.
  3. Введение нового гена в организм, помогающего бороться с болезнью.

Наиболее часто применяемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь».

В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда американке Элизабет Пэрриш 44 лет ввели в организм препарат, влияющий на ДНК, а в 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что с его помощью у двух детей-близнецов якобы изменены гены для выработки у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец.

Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадеживает, но с другой, — вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.

После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов у новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций.

Этическая сторона вопроса

В 1997 году ЮНЕСКО выпустила Всеобщую декларацию о геноме человека и его правах, рекомендовав мораторий на генетическое вмешательство в зародышевую линию человека, а в декабре 2015 года на международном саммите по геномному редактированию человека изменение гаметоцитов и эмбрионов для генерации наследственных изменений у людей было объявлено безответственным.

Российское сообщество генетиков в большинстве своем считает, что такие эксперименты на данный момент преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждений.

«Вопрос клонирования уже давно стоит на горизонте. Этично ли выращивать клонов, чтобы потом забирать их органы для трансплантации человеку… Большой вопрос. Само собой, это абсолютно нормально, что нет единой точки зрения, ведь смысл подобных дискуссий как раз в том, чтобы найти правильные формулировки и отрегулировать потенциально спасительное, но при этом очень опасное знание», — говорит Алевтина Федина.

Страх неизвестности

Вариантов развития событий в области генной инженерии существует множество, и далеко не все они изучены и, в принципе, известны. Поэтому они должны быть последовательно зафиксированы и регламентированы.

Естественно, больше всего опасений вызывают плохие сценарии развития событий. Как правило, все начинается с помощи людям и изобретения новых лекарств. Но потом человек может прийти к желанию сделать своего ребенка светловолосым и зеленоглазым или создать армию универсальных солдат, не боящихся боли и не ведающих страха.

Олег Долгицкий, социальный философ, отмечает, что современное общество настолько неоднородно в культурном и экономическом плане, что любые методы, способные существенно изменить геном, могут создать условия не только для классового, но и видового расслоения, где представители «первого мира» смогут существенно продлевать свою жизнь и не бояться никаких болезней, в отличие от менее богатых людей. Это является серьезнейшей почвой для конфликтов и столкновений.

Эксперты убеждены, что генная инженерия — это будущее медицины. Возможность избавить младенца от пожизненного гнета заболевания, излечить людей от рака, найти лекарство против ВИЧ — за всем этим будет стоять генная инженерия. При этом желание человека изменить, например, цвет глаз или предотвратить наследственное заболевание, несмотря на все риски, будет только расти. И похоже, что остановить этот процесс уже не представляется возможным.

Лучшие университеты мира для изучения генетики и генной инженерии

Обучение за границей: Cпециализации

Изучение генетики и генной инженерии за границей: лучшие университеты разных регионов мира

Российские студенты, которые хотят построить карьеру в области научной или прикладной генетики и генной инженерии, все чащей выбирают обучение за рубежом.

Иностранные университеты предлагают студентам англоязычные учебные программы разных академических уровней в области генетики, а также предоставляют лучшие возможности для научной работы над исследовательскими проектами в прекрасно оборудованных лабораториях. Кроме того, за рубежом студенты получают возможность сотрудничать с лучшими учеными-генетиками и принимать участие в интернациональных генетических разработках.

Планируете изучать генетику за границей? Предлагаем вам узнать о лучших университетах мира, предлагающих академические и исследовательские программы в области генетики и генной инженерии.

Европа

University of Sheffield, Англия

Ориентировочная стоимость обучения: $28,900 в год

Расположенный в самом сердце Англии Шеффилдский университет объединяет студентов и молодых ученых со всего мира. Сегодня здесь учатся представители 144 стран! В состав вуза входит востребованный Факультет молекулярной биологии и биотехнологий, на базе которого студентам предлагаются разнообразные опции изучения генетики. На уровне бакалавриата здесь можно получать степени BSc в генетике, медицинской генетике, генетике и молекулярной клеточной биологии, биохимии и генетике, генетике и микробиологии, а также степени BBiolSci в генетике и микробиологии и медицинской генетике.

На уровне магистратуры доступны степени MBiolSci. Все программы вуза предполагают работу над лабораторными исследовательскими проектами, а их выпускники работают в области фармацевтики и здравоохранения, обеспечения безопасности пищевых продуктов, пивоварения и производства агрохимикатов, криминалистики, а также в сфере образования, научной государственной службы и биоинформатики.

Trinity College Dublin, Ирландия

Ориентировочная стоимость обучения: $16,500 в год

Тринити-колледж Дублина является ведущим вузом Ирландии для изучения генетики и генной инженерии. Этим направлением в вузе заведует специализированный Институт генетики Смарфита, который объединяет лучших педагогов, научных сотрудников и студентов со всего мира. На базе института проводятся углубленные генетические исследования, а студенты могут получить степени бакалавра, магистра и доктора, изучая генетику, генную инженерию, медицинскую генетику, нейрогенетику, молекулярную и клеточную биологию, биоинформатику и эволюционную генетику, популяционную генетику.

После окончания третьего курса студенты вуза также получают возможность проводить месяцы за рубежом, занимаясь исследовательской работой в лабораториях. Чаще всего студенты Тринити-колледжа Дублина отправляются для практики в США.

Ludwig Maximilian University of Munich, Германия

Ориентировочная стоимость обучения: бесплатно

Мюнхенский университет им. Людвига и Максимилиана считается лучшим вузом Германии для получения образования в области генетики. В состав университета входит Институт генетики и Генетический центр, которые проводят исследования в области биохимии, генетики, генной инженерии и клеточной биологии. Здесь также предлагаются программы бакалавриата, магистратуры и докторантуры на английском и немецком языках. Обучение в вузе носит интернациональный характер, студентам предоставляются возможности для обучения за рубежом и проведения исследований совместно с иностранными учеными.

Северная Америка

University of British Columbia, Канада

Ориентировочная стоимость обучения: $6,400 в год

Отделение медицинской генетики в составе канадского Университета Британской Колумбии предлагает не только качественные, но и доступные по меркам Северной Америки программы магистратуры и докторантуры в области медицинской генетики.

Студенты вуза учатся у ведущих преподавателей мира, которые используют передовые генетические, эпигенетические, геномные и биоинформационные методики для нахождения новых способов лечения таких заболеваний, как рак, диабет, ожирение, нейродегенеративные и неврологические расстройства и другие генетические заболевания. Учащиеся университета являются обладателями многочисленных международных грантов, занимаются научной и исследовательской работой в лаборатория и медицинских учреждениях разных стран мира.

Purdue University, США

Ориентировочная стоимость обучения: $18,800 в год

В Университете Пердью генетику можно изучать на уровне бакалавриата, магистратуры и докторантуры. Помимо основных направлений, таких как общая генетика и генная инженерия, студенты могут получить узкую специализацию в генетике дикой природы, консервационной генетике, популяционной генетике, генетики лесных хозяйств, экологической генетике или токсикогеномике. В рамках академических и исследовательских программ студенты вуза изучают общую микробиологию, генетику человека, молекулярную генетику бактерий и многие другие дисциплины, а также занимаются научной работой в современных лабораториях университета.

University of Alberta, Канада

Ориентировочная стоимость обучения: $6,900 в год

Отделение медицинской генетики входит в состав Факультета медицины и стоматологии канадского Университета Альберты. Посредством интеграции клинической помощи, образования и фундаментальных исследований отделение стремится к открытиям в области медицинской генетики и улучшению здоровья людей. Студенты отделения могут получить степени магистра и доктора в генетике с узкими специализациями в генетике развития, генетике рака, генетике глаз, регуляции генов при развитии рака, мышечной дистрофии и клинической генетике.

Азия

Chinese University of Hong Kong, Гонконг

Ориентировочная стоимость обучения: $14,000 в год

Недавно в партнерстве с Медицинским колледжем Бейлор Техасского медицинского центра в Хьюстоне азиатский Китайский университет Гонконга открыл инновационный Центр медицинской генетики, что стало новым шагом на пути к развитию генетического образования и исследований не только в самом Гонконге, но и во всем азиатском регионе. Уже сейчас вуз предлагает разнообразные англоязычные программы магистратуры со специализациями в общей генетике, генной инженерии, генетике человека, медицинской генетике, геномике и биоинформатике. Программы предполагают активную работу студентов над научными проектами, а лучшие учащиеся получают возможность стажироваться за рубежом, в том числе в США.

Universiti Putra Malaysia, Малайзия

Ориентировочная стоимость обучения: $2,450 в год

По доступной цене Университет Путра Малайзия предлагает разнообразные программы магистратуры и докторантуры в области генетики и генной инженерии, которые готовят лучших в стране ученых-генетиков. Особое вниманием в университете уделяется изучению генной инженерии и молекулярной биологии. На академических и исследовательских программах студентов учат применению методов генной инженерии и молекулярной биологии в медицине, сельском хозяйстве, животноводстве, биотехнологиях и профилактике заболеваний. В процессе обучения студенты могут выбрать наиболее интересующую их специализацию и пройти по ней стажировку в Малайзии или за ее пределами.

Hong Kong Polytechnic University, Гонконг

Ориентировочная стоимость обучения: $15,200 в год

Гонконгский политехнический университет находится в многонациональном Гонконге, в его стенах учатся талантливые студенты со всего мира, и работают лучшие ученые из разных стран. Недавно студенты и исследователи вуза совершили настоящий прорыв в области геномики рака, представив инновационный способ идентификации генных маркеров заболевания на стадии развития. Изучать генетику и генную инженерию в вузе можно на уровне магистратуры и докторантуры, при этом особое внимание уделяется изучению и исследованиям методов борьбы с наиболее серьёзными заболеваниями, а учащиеся принимают активное участие в работе университетских лабораторий, которые специализируются на молекулярной биологии, генетике и исследовании генома.

Австралия и Новая Зеландия

University of Western Australia, Австралия

Ориентировочная стоимость обучения: $26,700 в год

В состав Университета Западной Австралии входит обширный Факультет наук, на базе которого студентам предлагаются идеальные условия для изучения генетики и ведения научной работы в данном направлении. Вуз предлагает 3-годичные программы бакалавриата и 4-годичную программу бакалавриата с отличием в генетике. После их окончания многие студенты выбирают глобальную карьеру ученых-генетиков и занимаются исследованиями в области медицины, молекулярной биологии и генетики. Выпускникам также доступны профессии врача, генетического консультанта, селекционера и эколога. Помимо этого, студенты могут продолжить обучение на университетских программах магистратуры и докторантуры со специализациями в генетике, геномике и биотехнологиях.

University of Otago, Новая Зеландия

Ориентировочная стоимость обучения: $22,200 в год

Будучи старейшим вузом Новой Зеландии, Университет Отаго также является одним из лидеров страны по количеству и качеству учебных программ в области генетики. На уровне бакалавриата студентам предлагается общая бакалаврская программа в генетике, а также опция получения двойной степени за счет получения специализации в генетике и еще одной дисциплине. К самым популярным среди студентов дополнительным специализациям относятся право, коммерция, биоэтика, математика, статистика, информатика и компьютерные науки. Далее студентам предлагаются фундаментальные программы магистратуры и докторантуры в области генетики, а также программы на получение дипломов и высших дипломов. Помимо этого, студенты и сотрудники вуза проводят наиболее обширные в стране исследования в области генетики развития, эволюционной генетики, прикладной генетики, медицинской генетики и других направлений.

University of New England, Австралия

Ориентировочная стоимость обучения: $20,800 в год

Университет Новой Англии – это уютный и гостеприимный провинциальный вуз, который объединяет студентов со всего мира и предлагает им лучшие возможности для учебы и досуга. Студентам, которые хотят построить карьеру в области научной или прикладной генетики, вуз предлагает 3-годичную программу бакалавриата в генетике и 2-годичню исследовательскую программу магистратуры в генетике. Стремясь расширить образовательные и профессиональные возможности своих студентов, университет также предлагает опции получения двойных специализаций, частичного обучения за рубежом в партнёрских вузах и дистанционного обучения на онлайн-программах.

Топ-10 вузов мира для медицинского образования

Лучшие университеты для изучения биологии и химии за границей

Гранты и стипендии для бесплатного обучения в PhD

Клеточная и тканевая инженерия

Клеточная и тканевая инженерия сосредоточена на применении физических и инженерных принципов для понимания и управления поведением клеток и тканей. Клеточная инженерия фокусируется на феноменах клеточного уровня, в то время как тканевая инженерия и регенеративная медицина стремятся создавать или стимулировать новые ткани для лечения заболеваний.

Двумя областями, в которых отдел установил особое лидерство, являются клеточная механобиология, которая фокусируется на понимании взаимодействия и преобразования между основанной на силе и биохимической информацией в живых системах, и инженерия стволовых клеток, которая включает платформы для расширения, имплантации и мобилизации стволовые клетки для восстановления и замены тканей.

Факультет клеточной и тканевой инженерии:

Адам Аркин

Мемориальный профессор декана А. Ричарда Ньютона, биоинженерия;
Старший научный сотрудник отдела экологической геномики и системной биологии Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли;
Директор Центра использования биоинженерии в космосе;
Генеральный директор/CSO, База знаний по системной биологии Министерства энергетики США
PI и содиректор ENIGMA SFA

https://arkinlab. bio/

​Лаборатория Аркина занимается тем, как микробы преобразуют, очищают и улучшают почвы, почвы, которые в настоящее время деградируют из-за изменения климата, загрязнения и плохого использования воды. Программы биопроизводства продуктов питания, фармацевтических препаратов и строительных материалов, близких к замкнутым циклам, с низким энергопотреблением и низкими затратами в масштабе «маленькой деревни», которые изначально были разработаны для марсианской миссии с экипажем в дальнем космосе, но имеют приложения здесь, на Земле, для поддержки устойчивого развития. сельское хозяйство. Другой интерес заключается в разработке инженерных подходов к микробиомам, чтобы мы могли контролировать сообщества микробов, которые управляют минеральными циклами Земли, поддерживать наши растения и эффективность и реакцию на стресс, а также влиять на здоровье и эффективность питания многих живых существ, включая нас самих.


Джеймс Кейси

Профессор биоинженерии
Профессор машиностроения

https://www. me.berkeley.edu/faculty/casey/

Теория и применение механики твердого тела к традиционным материалам и биоматериалам.


Ирина Конбой

Профессор биоинженерии

Home

Наша работа была сосредоточена на установлении новых парадигм в области старения мультиморфных стволовых клеток, омоложения и регуляции с помощью консервативной генетики. сигнальные пути. Одна из наших целей состоит в том, чтобы определить фармакологию для улучшения обслуживания и восстановления взрослых тканей in vivo. Начатые нами исследования гетерохронного парабиоза и афереза ​​крови установили, что процесс старения является обратимым за счет модуляции циркуляторной среды. Наш предпочтительный метод синтетической биологии фокусируется на биоортогональной неканонической маркировке аминокислот (BONCAT) и последующей идентификации возрастных и болезнетворных изменений в протеомах млекопитающих in vivo. В наших проектах по доставке лекарственных препаратов основное внимание уделяется CRISPR/Cas9.на основе терапии для более эффективного и безопасного редактирования генов.


Дерфогайл Делкассиан

Доцент, биоинженерия

​Разработка иммуноинженерных технологий для управления функцией иммунных клеток. Мы создаем искусственные лимфатические узлы, мРНК-вакцины и 3D-печатные интерфейсы для изучения и контроля поведения иммунных клеток. Эти технологии находят применение в терапии рака, индукции толерантности к трансплантатам, космических полетах и ​​аутоиммунных заболеваниях.


Daniel A. Fletcher

Purnendu Chatterjee Кафедра инженерных биологических систем, биоинженерии
Научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли

https://fletchlab.berkeley.edu/

3 900 изучает механическую регуляцию организации мембраны и цитоскелета в контексте подвижности клеток, передачи сигналов и взаимодействий хозяин-патоген. Мы специализируемся на разработке оптической микроскопии, силовой микроскопии и микрофлюидных технологий, чтобы понять фундаментальные организационные принципы как с помощью реконструкции in vitro, так и с помощью экспериментов с живыми клетками. Недавняя работа включает исследование механо-биохимии сборки разветвленной актиновой сети с помощью силовой микроскопии, изучение деформации мембран за счет скопления белков и олигомеризации с модельными мембранами, а также восстановление масштабирования веретена в инкапсулированных цитоплазматических экстрактах. Долгосрочная цель нашей работы — понять и использовать пространственную организацию для терапевтических применений при раке и инфекционных заболеваниях.


Кевин Хили

Ян Фандрианто Профессор биоинженерии
Профессор материаловедения и инженерии

https://bimaterials.berkeley.edu/

Исследования в лаборатории Healy и акцент на связи между клетками ткани, с которыми они контактируют. Программа исследований сосредоточена на разработке и синтезе биоинспирированных материалов, которые активно управляют судьбой клеток млекопитающих и облегчают регенерацию поврежденных тканей и органов. Основные открытия его лаборатории были сосредоточены на контроле над судьбой клеток и формированием тканей в контакте с материалами, которые настраиваются как по своему биологическому содержанию, так и по механическим свойствам. Профессор Хили также имеет большой опыт работы с технологиями стволовых клеток человека, микрофизиологическими системами, системами доставки лекарств и новыми биоконъюгированными терапевтическими средствами.


Syed Hossainy

Адъюнкт -профессор, биоинженерия


Patrick HSU

, BioEngineering

HTTP://patricksul. схемы, которые контролируют работу мозга и иммунных клеток для улучшения здоровья человека. Мы изучаем богатое биологическое разнообразие природы, чтобы создавать новые молекулярные технологии, нарушать сложные клеточные процессы в масштабе и разрабатывать генную и клеточную терапию следующего поколения. Для этого наша группа использует множество экспериментальных и вычислительных методов, включая системы CRISPR-Cas, геномику отдельных клеток, сконструированные вирусы, органоиды мозга и объединенные генетические скрининги.

Текущие интересы включают 1) изобретение новых подходов к редактированию постмитотического генома, 2) разработку инженерных средств доставки терапевтических макромолекул и 3) использование скринингов библиотек и органоидов мозга для исследования нейробиологии человека в масштабе.


Тони Кивени

Профессор канцлеров, биоинженерия
Профессор канцлеров, машиностроение

Home

Биомеханика кортикальной и трабекулярной костей; проектирование протезов позвоночника; перелом костей и остеопороз; тканевая инженерия кости.


Санджай Кумар

Канцлерский профессор биоинженерии, химической и биомолекулярной инженерии
Директор Калифорнийского института количественных биологических наук (QB3) Калифорнийского университета в Беркли and Engineering, LBNL

Welcome!

Наша лаборатория стремится понять и спроектировать механические и другие биофизические связи между клетками и материалами. В дополнение к исследованию фундаментальных аспектов этой проблемы с помощью различных микро- и нанотехнологий, мы особенно заинтересованы в том, чтобы выяснить, как эта передача сигналов регулирует биологию опухолей и стволовых клеток в центральной нервной системе. Недавние направления включали: (1) Разработка новых платформ культуры миметиков тканей для биофизических исследований, молекулярного анализа и скрининга; (2) изучение механобиологических сигнальных систем в качестве мишеней для ограничения инвазии опухолей головного мозга и усиления нейрогенеза стволовых клеток; и (3) создание новых биоматериалов, вдохновленных клеточными структурными сетями.


Филип Мессерсмит

Кафедра биоинженерии, выпуск 1941 г. Профессор биоинженерии, материаловедения и инженерии

https://bioinspiredmaterials.berkeley Relations.edu/

в биологических материалах и в использовании этой информации для разработки биологически вдохновленных материалов для использования в здравоохранении. Фундаментальные исследования включают мономолекулярные и объемные биофизические исследования биоинтерфейсных и объемных механохимических явлений в биологических материалах, тогда как наши прикладные исследования посвящены разработке и синтезу новых биоматериалов для восстановления и регенерации тканей.


Мохаммад Мофрад

Профессор биоинженерии
Профессор машиностроения
Научный сотрудник Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли

https://biomechanics. berkeley.edu/ молекулярные механизмы, участвующие в заболеваниях человека, в частности сердечно-сосудистых дисфункциях, мозговых и неврологических расстройствах и раке.


Нирен Мурти

Профессор биоинженерии

Title Page

Наша лаборатория занимается разработкой новых материалов для доставки лекарств и молекулярной визуализации.


Лиза Прюитт

Профессор машиностроения
Лоуренс Тэлбот Профессор машиностроения

Home

Характеристика структурной эволюции в медицинских изделиях сверхвысокой молекулярной массы при стерилизации полиэтиленом : последствия тотальной замены суставов.


Дэвид Ремпель

Почетный профессор биоинженерии
Почетный профессор медицины, Калифорнийский университет в Сан-Франциско и задачи для повышения производительности и качества работы при одновременном предотвращении усталости и травм верхних конечностей. Лаборатория изучала конструкции планшетов, жестовых интерфейсов, клавиатур, мышей, пипеток, сенсорных экранов, стоматологических инструментов, строительных дрелей, стульев и сельскохозяйственных инструментов. Финансирование в основном поступает от NIH и CDC, а также от Hewlett-Packard, Microsoft, BART, Logitech и Herman-Miller.


Борис Рубинский

Почетный профессор биоинженерии
Профессор Высшей школы машиностроения

https://www.me.berkeley.edu/faculty/rubinsky

Биоэлектроника, медицинские устройства, биотранспорт, биотранспорт электроимпедансная томография.


Дэвид Шаффер

Профессор химической и биомолекулярной инженерии, биоинженерии, молекулярной и клеточной биологии
Исполнительный директор, QB3
Директор, Bakar Labs и Bakar BioEnginuity Hub
Директор, Berkeley Stem Cell Center

http://www. cchem.berkeley.edu/schaffer/

Наша исследовательская программа сочетает основы биологии и принципы прикладной инженерии для исследования доклинических и клинических генная терапия и терапия стволовыми клетками, то есть подходы замены генов и клеток для лечения болезней человека.


Клеточная инженерия

От использования Т-клеток для борьбы с раком до использования микробов для производства биотоплива, клеточная инженерия является растущей областью исследований в области химической инженерии в Мичигане. Наш отдел также раскрывает новую информацию на клеточном уровне — например, как происходит клеточная передача сигналов или как раковые клетки перемещаются по кровотоку — которую можно использовать для борьбы с болезнями. Это новое знание также может быть использовано в тканевой инженерии.

Maciek Antoniewicz

Профессор Maciek Antoniewicz и его группа разрабатывают и применяют передовые инструменты количественного анализа, передовые методы анализа и культивирования клеток для изучения и изменения клеточного метаболизма. В своей междисциплинарной исследовательской программе они сосредоточены на важных проблемах в областях, связанных с микробиомом (например, природные и синтетические микробные сообщества), биотехнологией (производство биотоплива и фармацевтических препаратов) и медициной (рак, диабет и ожирение). Они разрабатывают и используют современные методы метаболической инженерии, адаптивной эволюции, метаболического профилирования, анализа метаболических потоков, мечения стабильными изотопами, масс-спектрометрии и вычислительной биологии.

Antoniewicz Group

Brendon Baker

Лаборатория Бейкера изучает, как структура и механика клеточного микроокружения определяют фундаментальные клеточные процессы, такие как миграция, пролиферация и синтез внеклеточного матрикса. Для этого мы используем технологии микрофабрикации для создания синтетических биоматериалов, имитирующих трехмерную волокнистую природу стромальных или интерстициальных тканей. В сочетании с молекулярными инструментами, визуализацией в реальном времени, методами микрофабрикации/жидкости и многомасштабной механической характеристикой эти материалы позволяют нам моделировать, изучать и контролировать взаимодействия между клетками и их окружением. В конечном счете, мы стремимся: 1) пролить свет на заболевания, опосредованные внеклеточным матриксом, такие как рак и фиброз, и 2) использовать материальные сигналы для управления функциями клеток в приложениях тканевой инженерии и регенеративной медицины.

Baker Lab

Омолола Эниола-Адефесо

Профессор Лола Эниола-Адефсо и ее группа разработали частицы, которые могут перемещаться по кровотоку и нацеливаться на воспаленные клетки для адресной доставки лекарств и визуализации. Они используют экспериментальные установки in vitro для понимания взаимодействий рецептор-лиганд, вовлеченных в твердую остановку и трансмиграцию лейкоцитов. Группа также разрабатывает сложные миметики лейкоцитов, которые могут нацеливать терапевтические средства на пораженную сосудистую сеть посредством множественных взаимодействий рецептор-лиганд с применением при сердечно-сосудистых заболеваниях и раке.

Лаборатория клеточной адгезии и доставки лекарств

SASHA CAI LESHER-PEREZ


Xiaoxia (Nina) Lin

Профессор Нина Лин и ее группа исследуют сообщества микробов и создают симбиотические отношения между ними для обработки химических веществ, таких как переворачивание растительного материала в биотопливо.

Lin Group

Дженнифер Линдерман

Профессор Дженнифер Линдерман и ее группа изучают динамику рецепторов, клеточную передачу сигналов и лиганд-индуцированное поведение клеток. Особые области исследований включают иммунный ответ на инфекцию Mycobacterium tuberculosis, передачу сигналов кальция, миграцию и метастазирование клеток рака молочной железы. Вычислительные подходы включают многомасштабное и агентное моделирование.

Linderman Group

Дипак Награт

Лаборатория Награта (Системная биология болезней человека)

Сунита Награт

Профессор Сунита Награт занимается разработкой передовых инструментов МЭМС для понимания переноса клеток при раке посредством выделения, характеристики и изучения циркулирующих клеток в периферической крови онкологических больных. Ее группа занимается выделением и изучением редких клеток раковых больных. Эти исследования перейдут к проектированию и разработке интеллектуальных чипов, использующих микрофлюидику и нанотехнологии, чтобы оказать влияние на медицину и науки о жизни.

Лаборатория Награта

Лонни Ши

Лаборатория профессора Лонни Ши применяет подход системной инженерии для разработки многофункциональных систем биоматериалов, которые могут обеспечивать множественные сигналы, определяющие судьбу клеток. В сочетании подход системной биологии применяется для молекулярного анализа клеточных процессов и определения ключевых факторов клеточной судьбы, на которые можно воздействовать с помощью систем биоматериалов.

Shea Group

Peter Tessier

Лаборатория Tessier занимается разработкой технологий нового поколения для проектирования, открытия, инженерии, характеризации, формулирования и доставки моноклональных антител и других биологических препаратов для молекулярной визуализации, диагностики и терапевтических применений. Их исследования в области клеточной инженерии сосредоточены на использовании антител для управления перепрограммированием и дифференцировкой стволовых клеток для приложений, включая заболевания, связанные с глазами, диабет и нейродегенеративные заболевания.

Tessier Lab

Greg Thurber

Профессор Грег Тербер и его группа изучают молекулы, используемые для визуализации пораженных тканей, таких как опухоли, бляшки болезни Альцгеймера и артериальные бляшки. Те же функции, которые позволяют молекулам визуализации нацеливаться на определенные ткани, также могут быть использованы для адресной доставки лекарств. Обладая фундаментальным пониманием того, как молекулы распределяются в организме, команда может разработать лучшие молекулы для визуализации и терапии.

Лаборатория Тербера

Анджела Виоли

Violi Research Group

Генри Ванг

Профессор Генри Ванг интересуется биофармацевтической инженерией, включая персонализированную медицину, быструю разработку вакцин и лекарств, а также нормативно-правовой и инженерной наукой для биомедицинских инноваций. Его группа также разрабатывает системный подход к интеграции химических и биологических реакций для производства энергии и других продуктов из биомассы.