Des « équipes de recherche ciblées » saisissent les opportunités émergentes en biotechnologie et en robotique

Dans une initiative visant à dynamiser les collaborations sur des sujets trop nouveaux pour s'intégrer dans les départements et centres existants, l'École d'ingénierie et de sciences appliquées a créé un programme pour financer les petites, groupes interdisciplinaires de chercheurs appelés équipes de recherche ciblées. L'école a nommé trois équipes initiales, deux dans les domaines émergents de la biotechnologie et un en robotique et systèmes « cyber-physiques ». Chacun recevra $250,000 par an pendant trois ans, après quoi ils seront évalués pour déterminer si l’initiative doit se poursuivre, évoluer vers un effort plus vaste ou conclure.

« Le rythme de découverte et le niveau de créativité de nos professeurs sont étonnants.," a déclaré Emily Carter, doyen de l'ingénierie. « Et une grande partie de ce travail se produit lorsque des personnes de différentes disciplines commencent à travailler ensemble et à s'inspirer mutuellement.. Dans notre récent processus de planification stratégique, nous avons identifié la nécessité d'incuber et d'accélérer les nouveaux domaines les plus passionnants afin que nous puissions apporter plus rapidement leurs bénéfices à la société.

« J'ai été très impressionné par la qualité des propositions que nous avons reçues et je suis ravi de constituer ces trois premières équipes.,» A déclaré Carter, le professeur Gerhard Andlinger d'énergie et d'environnement.

Carter et vice-doyen Antoine Kahn ont choisi les équipes parmi de nombreuses communications, suite à un processus d'examen par les pairs.

La première édition des équipes de recherche sont focalisées:

antibiotiques de précision

Dans leur proposition, cette équipe fait remarquer que les antibiotiques sont un pilier de la médecine moderne, mais sont confrontés à deux problèmes majeurs: la capacité croissante des bactéries dangereuses pour résister à même les antibiotiques les plus puissants et la tendance à la plupart des antibiotiques à effacer utiles ainsi que les bactéries nocives. L'équipe composée de trois professeurs cherche à lutter contre ces deux problèmes en développant une nouvelle génération d'antibiotiques qui ciblent des bactéries spécifiques beaucoup plus précisément que les antibiotiques conventionnels..

Les principaux chercheurs de l'équipe sont A. James Lien, Professeur de génie chimique et biologique; Mark Brynildsen, professeur agrégé de génie chimique et biologique; et Mohamed Donia, professeur adjoint de biologie moléculaire. Le groupe propose deux approches principales pour identifier les composés antibiotiques ciblés avec précision. Premier, ils examineront les composés chimiques déjà produits par le microbiome humain – l'ensemble des bactéries bénéfiques qui habitent le corps et facilitent la digestion et d'autres fonctions. Ces bactéries utiles produisent des produits chimiques qui repoussent les ajouts indésirables à la communauté bactérienne.. L’équipe considérerait ces produits chimiques défensifs comme candidats pour cibler les envahisseurs nuisibles tout en laissant tranquilles les bactéries bénéfiques..

Une deuxième approche consistera à se concentrer sur les processus utilisés par les bactéries nocives pour provoquer leurs effets toxiques., mais qui ne sont pas nécessaires à la vie des bactéries. Par exemple, les bactéries responsables des infections courantes à staphylocoque produisent un pigment qui neutralise les produits chimiques produits par les cellules immunitaires humaines, aidant ainsi les bactéries staphylococciques à échapper à la destruction. Un médicament qui attaquerait ce pigment protecteur pourrait affaiblir suffisamment la bactérie staphylococcique pour la rendre inoffensive, mais pas suffisamment pour la forcer à développer une résistance aux antibiotiques.. Les chercheurs combineront également les deux approches, à la recherche de composés antivirulences dans le biome naturel.

« L’augmentation de la résistance des bactéries aux antibiotiques est l’un des défis sanitaires majeurs du 21ème siècle," dit Link. "En même temps, on comprend de plus en plus que presque toutes les bactéries qui vivent sur nous, notre microbiote, sont inoffensifs voire bénéfiques. Chacun de nous, au sein de cette équipe de recherche ciblée, a des approches différentes mais qui se chevauchent pour relever ce défi.. Avec ce généreux prix de la School of Engineering, nous pouvons consolider nos efforts et collaborer pour avoir un impact majeur dans le domaine des antibiotiques.

Le travail de cette équipe sera soutenu par un fonds créé par Helen Shipley Hunt, qui a obtenu une maîtrise en mathématiques de Princeton en 1971.

Ingénierie des organites vivants

Tout comme les organes sont des parties du corps qui remplissent des fonctions spécifiques., les organites sont des unités au sein des cellules qui remplissent également des fonctions essentielles – et dans les deux cas, les problèmes avec ces composants sont responsables de maladies majeures. Une équipe de chercheurs de Princeton appartenant à trois départements s'efforce de comprendre comment les organites sous-cellulaires se développent et comment les concevoir pour corriger des problèmes ou créer de nouvelles fonctions.. Cela pourrait avoir des utilités allant du traitement des maladies à la production de biocarburants..

Les principaux chercheurs de l'équipe sont José Avalos, professeur adjoint de génie chimique et biologique et Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement; Clifford Brangwynne, professeur agrégé de génie chimique et biologique; Mikko Haataja, professeur de génie mécanique et aérospatial; et Jared Toettcher, professeur adjoint de biologie moléculaire.

L'équipe prévoit de s'appuyer sur une vague de découvertes récentes et de nouveaux outils à Princeton qui révèlent des informations surprenantes sur la façon dont les organites se forment et comment ils pourraient être manipulés.. Par exemple, l'équipe a été pionnière dans une nouvelle compréhension des organites sans membrane - des structures qui ne sont pas liées par une paroi mais sont plutôt des amas de molécules auto-assemblés flottant librement dans le liquide à l'intérieur des cellules. On pense que les défauts de telles structures sont associés à divers troubles, dont la sclérose latérale amyotrophique ou la maladie de Lou Gehrig. Brangwynne a récemment été récompensé pour son travail dans ce domaine par deux distinctions majeures.: sélection comme 2018 Boursier MacArthur, et un mandat de sept ans en tant qu'enquêteur médical Howard Hughes, l'une des plus hautes distinctions en sciences de la vie.

Parallèlement à ces idées fondamentales, l'équipe cherche à appliquer le domaine émergent de l'optogénétique, la capacité de contrôler le comportement des gènes en utilisant la lumière. Plusieurs membres de l'équipe ont récemment présenté une série de méthodes de laboratoire et informatiques permettant d'utiliser la lumière pour contrôler la formation d'organites sans membrane.. Dans un autre exemple, Avalos et ses collègues ont récemment utilisé la lumière pour contrôler le métabolisme des cellules de levure, recâblage des cellules pour produire un carburant précieux qui normalement tuerait les cellules.

Aller de l’avant nécessite une combinaison de biologie cellulaire, techniques d'ingénierie, physique et science des matériaux, dit Brangwynne. «Je suis convaincu que c'est un domaine que nous devrions créer, et nous devrions faire de Princeton le premier endroit où cela peut se produire," il a dit.

Le travail de cette équipe sera soutenu par un fonds créé par Lydia et William Addy. William Addy a obtenu un baccalauréat en génie chimique de Princeton en 1982.

Robotique et systèmes cyber-physiques

Les systèmes robotiques ont considérablement progressé ces dernières années, y compris l’utilisation naissante des voitures autonomes. toutefois, de grandes lacunes subsistent dans les efforts visant à généraliser l'utilisation de robots travaillant aux côtés des humains ou de manière distribuée., groupes interconnectés. L'équipe de quatre professeurs répartis dans trois départements cherche à combler ces lacunes en apportant un éventail d'expertises pour relever un défi particulier.: créer une équipe collaborative de robots qui collectent les déchets. L'équipe a déclaré que cette tâche incarne bon nombre des défis auxquels sont confrontés les systèmes robotiques aujourd'hui., y compris la nécessité pour chaque robot de détecter, manipuler et naviguer dans son environnement, et pour le groupe dans son ensemble de coordonner et d'allouer ses ressources pour accomplir la tâche aussi efficacement que possible.

Les chercheurs principaux de l'équipe sont Thomas Funkhouser, le David M.. Professeur Siegel '83 en informatique; Naomi Léonard, le Edwin S. Professeur Wilsey de génie mécanique et aérospatial; Anirudha Majumdar, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial; et Naveen Verma, professeur agrégé de génie électrique.

En misant sur le projet de collecte des déchets, l'équipe prévoit d'établir un centre de recherche et de collaboration plus poussés. « Ces capacités et les défis associés sont très largement pertinents dans le domaine de la robotique – et ne sont pas liés aux spécificités de la tâche de collecte des déchets.," dit Majumdar.

Le travail va au-delà de la robotique conventionnelle et s'étend au domaine émergent des systèmes cyber-physiques., qui fait référence à des tableaux distribués de dispositifs ou de systèmes automatisés, souvent connectés ou coordonnés sur un réseau, comme Internet.

"Par exemple, des équipes de petits robots mobiles pourraient fournir un soutien essentiel aux opérations de recherche et de sauvetage après un tremblement de terre ou une inondation; ils pourraient livrer des médicaments essentiels aux personnes vivant dans des régions isolées ou dangereuses du monde; ils pourraient surveiller les changements de notre environnement en suivant les populations végétales et animales au fil du temps," ont écrit les chercheurs.

En plus des avancées technologiques, l'équipe souhaite que cet effort contribue à répondre aux questions sociétales entourant le déploiement de robots dans des environnements sociaux et leurs impacts au sein des communautés mal desservies.

"Dans l'ensemble, nous pensons que ce projet a le potentiel d'avoir un réel impact sur certains des grands défis de la robotique en réunissant un large éventail d'expertises., initier de nouvelles collaborations sur le campus, renforcer ceux qui existent déjà, et impliquer les étudiants et les postdoctorants," dit Majumdar.

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