Винахідники

Анастасія Волкова

Її платформа використовує дистанційне зондування та інші методи для моніторингу стану врожаю - допомагаючи фермерам зосередити свої зусилля там, де вони найбільше потрібні.

Якщо щось засмучує Анастасію Волкову, це неефективність. Отже, коли вона зрозуміла, що може поєднати дані дистанційного зондування з науковим моделюванням для поліпшення врожайності сільськогосподарських культур, зменшення використання сільськогосподарських хімікатів та кращого використання води, вона знала, що знайшла свою справу життя. Неважливо, що вона все ще здобуває ступінь доктора аерокосмічної техніки в Сіднейському університеті або що їй потрібно буде самостійно зібрати понад 5 мільйонів доларів стартових грошей: Волкова, дочка ботаніка-самоучки і хрещена дочка успішний фермер, хотіла виправити те, що вона вважала неправильним у великому господарстві.

Її підприємство Flurosat використовує датчики зображення на супутниках, літаках і безпілотниках, щоб виявити, коли врожаї зазнають проблем, задовго до того, як їх біда буде помітна неозброєним оком. Як і люди, рослини викликають лихоманку, коли вони хворі. Вони також нагріваються у відповідь на шкідників або через те, що не отримують необхідного харчування чи води. Flurosat використовує мультиспектральні та теплові камери для фіксації цих змін та AI для калібрування моделей врожаю. Порівняння реального врожаю з цифровим близнюком дає змогу Волкові та її команді в режимі реального часу робити рекомендації агрономам та керівникам ферм щодо того, який урожай повинен процвітати.

Цей вид моніторингу та підтримки може зменшити надмірне використання азоту, пестицидів та гербіцидів та оптимізувати зрошення.

Мета статті

Поділіться

Автор

Омар Абудає

Він працює над тим, щоб використовувати CRISPR як тест covid-19, який ви можете пройти вдома.

CRISPR називають відкриттям століття за його потенціал змінити біомедичні дослідження та лікування генетичних захворювань. Але саме Омар Абудає допоміг перетворити засіб редагування генів у діагностичний тест, який може допомогти уповільнити пандемію covid-19.

Прийнявши точний механізм пошуку генів, у 2016 році Абудайє разом з Джонатаном Гутенбергом та іншими колегами з Массачусетського технологічного інституту створили CRISPR в інструмент для виявлення ракових мутацій, бактерій та вірусів, що передаються комарами, таких як Зіка. Незабаром з’явилася компанія, що розпочала діяльність під назвою Sherlock Biosciences, фінансування у розмірі 49 мільйонів доларів, а також газетні історії про „нові можливості” CRISPR.

Потім прийшов covid-19. Генетичні тести на виявлення збудника були вкрай дефіцитними в США, завдяки технології робочої коні, ПЛР, камбалі. На початку травня, через три місяці спалаху, близько 2% американців пройшли тестування на covid-19. Деякі економісти кажуть, що країна повинна перевіряти, що багато людей щодня відкриваються з упевненістю.

Ось чому з січня Абудає та його колеги намагаються перетворити CRISPR на домашній тест на вірус. Основна хімія досить проста, на їх думку, створити простий у використанні тест, який ви могли б собі дати перед тим, як вирушати на роботу, або, можливо, пройти біля воріт аеропорту перед тим, як ловити рейс.

Якщо вони досягнуть успіху, тестування на віруси може відбутися де завгодно і в будь-який час, і революція редагування генів вперше сягне безпосередньо до будинків і життя людей.

Ось як це працює

Революція CRISPR розпочалася з відкриття, на початку 2000-х років, що бактерії розвинули спосіб подрібнення мародерських фагових вірусів. CRISPR, назва якого є абревіатурою цього природного біологічного винаходу, може виявляти унікальні послідовності букв ДНК та розщеплювати їх за допомогою ріжучого ферменту Cas9. Виявилося, що інструмент був простим у користуванні і працював у багатьох видах. Біотех-стартапи почали гонки для лікування генетичних захворювань у людей. Генетично відредаговані людські близнюки навіть народилися в Китаї.

Під час того, що він називає «манією Cas9», Абудає був обраний у менш помітну область досліджень: намагання виявити та охарактеризувати нові ферменти CRISPR.

Незабаром список поповнювався, і Абудає та його колеги демонстрували, що можуть зробити нові редактори. Був би Cpf1, також відомий як Cas12a, а потім Cas12b. Але той, що називається Cas13, виявлений буквально під нашим носом (це частина людської ротової бактерії під назвою Leptotrichia shahii), був особливим. Замість того, щоб розрізати ДНК, фермент міг би замість цього націлити РНК, молекулу генетичного месенджера всередині клітин, яка також є основним генетичним матеріалом багатьох вірусів, включаючи коронавірус.

“Я думаю, що наша мета зараз - підготувати його до осені. Бо коли настане друга хвиля ".

Це був абсолютно новий спосіб редагування. Що не змінилося, це тісна та тривала співпраця Абудає з колегою-редактором генів Джонатаном Гутенбергом. Спочатку пара познайомилася як студент MIT, а потім разом працювала в зайнятій лабораторії піонера CRISPR Фен Чжана (який склав наш список з 35 новаторів у 2013 році) в Інституті широкого загалу. Вони разом написали 28 статей, а в 2017 році їх найняли для створення спільної лабораторії в Інституті МакГоверна, який вони охрестили «Лабораторією AbuGoot».

"Ми жартуємо, що це науковий пристрій, який продовжує продовжуватись", - говорить Абудає, який вважає, що він є більш практичним з цих двох, тоді як Гутенберг більш математичний. "Наш мозок не зовсім злився, але це близько".

І їм були потрібні дві голови, щоб зрозуміти нового редактора РНК Cas13. Фермент виявився химерним «побічним ефектом». Він не тільки розрізав конкретні нитки РНК, але як тільки він запустився, він люто рубав і деградував будь-яку РНК на своєму шляху. "Спочатку механізм був божевільним і дуже заплутаним", - говорить Абудає. "Ми вважаємо, що це частина механізму самогубства клітин" - природний пристрій для самознищення бактерій, атакованих вірусом. "Коли він активується, він вимикає все в клітині".

Хоча невибіркове скорочення означало, що Cas13 сам по собі не був чудовим редактором. "Це було наче розчарування, але ми походили з інженерного рівня, тому запитали, для чого це добре", - говорить Абудає. Можливо, вони могли б підірвати РНК у раковій клітині, зупинивши її?

Ідея про те, що побічна шкода може перетворити CRISPR на лабораторну діагностику, була вперше висловлена вченими з конкуруючої лабораторії Дженніфер Дудни з Каліфорнійського університету в Берклі. Там команда запропонувала, щоб нерозбірливе різання могло служити механізмом виявлення. Коротше кажучи, якби фермент знайшов збіг у пробірці - скажімо, шматок РНК, що належить вірусу, - побічне різання могло б бути використано для розриву спеціальної РНК, яка при розриві подає видимий флуоресцентний сигнал.

Чудова ідея, але сам по собі Cas13 виявився недостатньо чутливим для створення тесту. Тож Абудає та Гутенберг отримали допомогу від професора Массачусетського технологічного інституту Джима Коллінза, який показав їм, як додати крок попереднього підсилення або спосіб копіювати та множити РНК перед тестуванням на матч. До 2017 року група демонструвала повну систему діагностики CRISPR під назвою «Шерлок», яка могла виявити унікальні мутації, що викликають рак, або позначити наявність бактерій або навіть вірусу Зіка. І це було дуже точно. Уявіть, що ви зможете виділити обличчя однієї людини серед населення 100 мільйонів Землі. Це еквівалентно тому, що Шерлок міг зробити при сортуванні через РНК.

Незабаром у Шерлока була конкуренція з боку команди Берклі, яка заснувала власну компанію з діагностики CRISPR, Mammoth Biosciences. Один результат: плутанина конкуруючих діагностичних патентів, що нагадує синці, дорогу боротьбу між двома установами за оригінальні винаходи CRISPR. Абудайє знизує плечима: “Це більш захоплююче, коли над цим працює більше однієї групи. І для діагностики CRISPR краще, щоб не лише одна компанія намагалася продавати технологію ".

Він правий: вийти на ринок - це найскладніша частина. Це тому, що діагностичне тестування - це бізнес гігантських компаній, великих машин та централізованих лабораторій. На розробку тесту, який продається за 45 доларів, може знадобитися сто мільйонів доларів. "Не для людей із слабким серцем" - так колись описував бізнес венчурний капіталіст Брюс Бут. Наприкінці 2019 року Шерлок, співзасновник компанії Abudayyeh, все ще проводив тести на основі CRISPR щодо ринку.

Але потім пандемія вибухнула з Китаю і змінила все. Коли дефіцит тестів у США став очевидним, Управління з контролю за продуктами та ліками почало видавати надзвичайні дозволи виробникам десятків тестів, дозволяючи їм негайно вийти на ринок. У травні компанія Sherlock Biosciences отримала дозвіл США на проведення версії тесту CRISPR, який потрібно було робити в лабораторії, хоча на момент преси ще ніхто не використовував його на пацієнті.

Домашнє випробування

Тим не менше, комусь без навчання користуватися було недостатньо просто. Повернувшись до університетського містечка MIT, Абудає, Гутенберг та Чжан взялися спрощувати технологію. Вони міркували, що якщо вони зможуть усунути деякі етапи змішування рідини, тест можна використовувати на робочих місцях, в аптеках або навіть вдома. Для цього не потрібно було повторне нагрівання та охолодження, як це вимагає ПЛР. І показання було легко зрозуміти: просто кольорові смужки на паперовій смужці, як тест на вагітність. "Наше бачення - це справді тестування, яке можна зробити вдома", - говорить Абудає. "То як ми можемо зробити це, щоб було менше кроків, простих і дешевих?"

На даний момент існують так звані діагностичні тести для надання допомоги, але їх потрібно проводити на машинах, які коштують тисячі доларів. Один пристрій ID NOW, який продає Abbott, повертає результати коронавірусу за 15 хвилин і використовується Білим домом для екранування відвідувачів, які зустрічаються з президентом Дональдом Трампом. Але машина, яка обробляє тест, коштує тисячі. Абудайє каже, що домашні тести CRISPR можуть коштувати 6 доларів кожен і використовуватимуть лише просте обладнання.

До травня дослідники створили спрощену версію та запустили веб-сайт, щоб поділитися новою хімією, яка, як вони показали, може виявити коронавірус у мазках пацієнтів. Вони працюють з дизайнерською фірмою, щоб створити прототип пластикового картриджа для зберігання та змішування тестових інгредієнтів. То чи випробував себе Абудає? Він цього ще не зробив. "Спокусливо плювати в трубку", - говорить він. "Але це теж страшно робити".

Однак досить скоро люди у всьому світі можуть почути таке: "Чи є у мене, чи ні?" регулярно, або принаймні це надія.

Робота "не остаточна", говорить Абудає. «Final - це простий пристрій, в який можна плюнути. Але це той варіант хімії, який би працював для дому. Я думаю, що наша мета зараз - підготувати його до осені. Бо коли настане друга хвиля ".