„Skoncentrowane zespoły badawcze” wykorzystują pojawiające się możliwości w biotechnologii i robotyce

W ramach inicjatywy mającej na celu wzmocnienie współpracy w tematach zbyt nowych, aby pasowały do istniejących działów i centrów, Szkoła Inżynierii i Nauk Stosowanych stworzyła program do finansowania małych, interdyscyplinarne grupy badaczy zwane Focused Research Teams. Szkoła powołała trzy wstępne zespoły, dwa w powstających obszarach biotechnologii i jeden w robotyce i systemach „cyberfizycznych”.. Każdy otrzyma $250,000 rocznie przez trzy lata, po czym zostaną one poddane ocenie w celu ustalenia, czy inicjatywa powinna być kontynuowana, przekształcić się w większy wysiłek lub zakończyć.

„Tempo odkryć i poziom kreatywności naszego wydziału jest zdumiewające,– powiedziała Emily Carter, dziekan inżynierii. „Większość tej pracy ma miejsce, gdy ludzie z różnych dziedzin zaczynają ze sobą współpracować i wzajemnie się inspirują. W naszym ostatnim procesie planowania strategicznego, zidentyfikowaliśmy potrzebę inkubacji i przyspieszenia najbardziej ekscytujących nowych obszarów, abyśmy mogli szybciej przynosić korzyści społeczeństwu.

„Byłem pod wielkim wrażeniem jakości otrzymanych propozycji i jestem podekscytowany możliwością powołania pierwszych trzech zespołów,” powiedział Carter, Gerhard Andlinger profesor energii i środowiska.

Carter i prodziekan Antoine Kahn wybrali zespoły spośród licznych zgłoszeń, po procesie wzajemnej oceny.

Inauguracyjne Zespoły Badań Fokusowych to::

Precyzyjne antybiotyki

W ich propozycji, zespół ten zauważa, że antybiotyki stanowią filar współczesnej medycyny, lecz wiążą się z dwoma głównymi problemami: rosnąca zdolność niebezpiecznych bakterii do przeciwstawiania się nawet najsilniejszym antybiotykom oraz tendencja większości antybiotyków do niszczenia zarówno pożytecznych, jak i szkodliwych bakterii. Zespół trzech członków wydziału stara się zwalczyć oba problemy, opracowując nową generację antybiotyków, które działają na określone bakterie znacznie precyzyjniej niż konwencjonalne antybiotyki.

Głównymi badaczami zespołu są A. Jamesa Linka, profesor inżynieria chemiczna i biologiczna; Marka Brynildsena, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biologicznej; i Mohameda Donię, adiunkt ds Biologia molekularna. Grupa proponuje dwa główne podejścia do identyfikacji precyzyjnie ukierunkowanych antybiotyków. Najpierw, przyjrzą się związkom chemicznym już wytwarzanym przez ludzki mikrobiom — szeregowi pożytecznych bakterii zamieszkujących organizm i pomagających w trawieniu i innych funkcjach. Te pożyteczne bakterie wytwarzają substancje chemiczne, które odpierają niepożądane dodatki do społeczności bakteryjnej. Zespół będzie postrzegał te chemikalia obronne jako kandydatów do zwalczania szkodliwych najeźdźców, pozostawiając w spokoju pożyteczne bakterie.

Drugie podejście będzie polegać na skupieniu się na procesach wykorzystywanych przez szkodliwe bakterie do wywoływania toksycznych skutków, ale które nie są niezbędne do życia bakterii. Na przykład, Bakterie wywołujące powszechne infekcje gronkowcem wytwarzają pigment, który neutralizuje substancje chemiczne wytwarzane przez ludzkie komórki odpornościowe, pomagając w ten sposób bakteriom gronkowca uniknąć zniszczenia. Lek atakujący ten pigment ochronny może osłabić bakterie gronkowca na tyle, aby uczynić je nieszkodliwymi, ale nie na tyle, aby zmusić je do rozwinięcia oporności na antybiotyki. Naukowcy połączą także oba podejścia, poszukuje związków o działaniu przeciwwirusowym w biomie naturalnym.

„Wzrost oporności bakterii na antybiotyki jest jednym z głównych wyzwań zdrowotnych XXI wieku,– powiedział Link. "W tym samym czasie, istnieje zwiększone uznanie, że prawie wszystkie bakterie, które żyją na nas, nasz mikrobiom, są nieszkodliwe lub nawet korzystne. Każdy z nas w tym skupionym zespole badawczym ma inne, ale pokrywające się podejście do sprostania temu wyzwaniu. Dzięki tej hojnej nagrodzie od Szkoły Inżynierskiej, możemy skonsolidować nasze wysiłki i współpracować, aby wywrzeć znaczący wpływ na dziedzinę antybiotyków”.

Prace tego zespołu będą wspierane przez fundusz założony przez Helen Shipley Hunt, który uzyskał tytuł magistra matematyki w Princeton w 1971.

Inżynieria żywych organelli

Tak jak narządy są częściami ciała, które pełnią specjalne role, organelle to jednostki w komórkach, które również pełnią podstawowe funkcje – i w obu przypadkach, problemy z tymi składnikami są odpowiedzialne za poważne choroby. Zespół badaczy z Princeton z trzech wydziałów pracuje nad zrozumieniem, w jaki sposób rozwijają się organelle subkomórkowe i jak je zaprojektować, aby rozwiązywały problemy lub tworzyły nowe funkcje. Może to mieć zastosowanie od leczenia chorób po produkcję biopaliw.

Głównymi badaczami zespołu są José Avalos, adiunkt inżynierii chemicznej i biologicznej oraz Centrum Energii i Środowiska Andlingera; Clifforda Brangwynne’a, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biologicznej; Mikko Haataja, profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej; i Jareda Toettchera, adiunkt biologii molekularnej.

Zespół planuje wykorzystać najnowsze odkrycia i nowe narzędzia w Princeton, które ujawniają zaskakujący wgląd w to, jak tworzą się organelle i jak można nimi manipulować. Na przykład, zespół był pionierem nowego zrozumienia organelli pozbawionych błony – struktur, które nie są ograniczone ścianą, ale raczej są samoorganizującymi się skupiskami cząsteczek swobodnie unoszących się w cieczy wewnątrz komórek. Uważa się, że wady takich struktur są powiązane z różnymi zaburzeniami, w tym stwardnienie zanikowe boczne czy choroba Lou Gehriga. Brangwynne został niedawno doceniony za swoją pracę w tej dziedzinie dwoma głównymi wyróżnieniami: wybór jako 2018 Członek MacArthura, oraz siedmioletnią nominację na stanowisku badacza medycznego Howarda Hughesa, jedno z najwyższych wyróżnień w naukach o życiu.

Wraz z tymi podstawowymi spostrzeżeniami, zespół stara się zastosować powstającą dziedzinę optogenetyki, zdolność kontrolowania zachowania genów za pomocą światła. Kilku członków zespołu przedstawiło niedawno szereg laboratoryjnych i obliczeniowych metod wykorzystania światła do kontrolowania tworzenia organelli pozbawionych błony. W innym przykładzie, Avalos i współpracownicy niedawno wykorzystali światło do kontrolowania metabolizmu komórek drożdży, ponowne okablowanie komórek w celu wytworzenia cennego paliwa, które normalnie zabiłoby komórki.

Postęp wymaga połączenia biologii komórki, techniki inżynieryjne, fizyki i materiałoznawstwa, powiedziała Brangwynne. „Jestem przekonany, że jest to pole, które powinniśmy stworzyć, i powinniśmy uczynić Princeton najważniejszym miejscem, w którym może się to zdarzyć,zwiększenie konsumpcji produktów o ponad.

Prace tego zespołu będą wspierane przez fundusz założony przez Lydię i Williama Addy. William Addy uzyskał tytuł licencjata w dziedzinie inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Princeton w USA 1982.

Robotyka i systemy cyberfizyczne

W ostatnich latach systemy robotyczne znacznie się rozwinęły, włączając w to rozwijające się wykorzystanie samochodów autonomicznych. Jednakże, nadal istnieją duże luki w wysiłkach na rzecz powszechnego wykorzystania robotów współpracujących z ludźmi lub rozproszonych, powiązane ze sobą grupy. Zespół czterech wykładowców z trzech wydziałów stara się wypełnić te luki, wnosząc szeroką gamę wiedzy specjalistycznej do sprostania konkretnemu wyzwaniu: stworzenie współpracującego zespołu robotów zbierających śmieci. Zespół stwierdził, że zadanie to ucieleśnia wiele wyzwań stojących obecnie przed systemami robotycznymi, łącznie z koniecznością wyczuwania przez każdego robota, manipulować i nawigować w swoim otoczeniu, oraz dla całej grupy, aby koordynowała i rozdzielała swoje zasoby, aby osiągnąć zadanie tak skutecznie, jak to możliwe.

Głównymi badaczami zespołu są Thomas Funkhouser, Dawid M. Siegel ’83 Profesor informatyki; Naomi Leonard, Edwina S. Wilsey profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej; Anirudha Majumdar, adiunkt inżynierii mechanicznej i lotniczej; i Naveena Vermy, profesor nadzwyczajny elektrotechniki.

Koncentrując się na projekcie zbiórki śmieci, zespół ma nadzieję stworzyć centrum dalszych badań i współpracy. „Te możliwości i związane z nimi wyzwania mają bardzo szerokie zastosowanie w robotyce i nie są powiązane ze specyfiką zadania zbierania śmieci,– powiedział Majumdar.

Prace wykraczają poza konwencjonalną robotykę i obejmują wyłaniającą się dziedzinę systemów cyberfizycznych, co odnosi się do rozproszonych układów zautomatyzowanych urządzeń lub systemów, często połączone lub koordynowane za pośrednictwem sieci, takich jak internet.

zeszłego lipca, zespoły małych mobilnych robotów mogłyby zapewnić krytyczne wsparcie w operacjach poszukiwawczo-ratowniczych po trzęsieniu ziemi lub powodzi; mogliby dostarczać leki o krytycznym znaczeniu ludziom w odległych lub niebezpiecznych regionach świata; mogliby monitorować zmiany w naszym środowisku, śledząc populacje roślin i zwierząt w czasie,” – napisali badacze.

Oprócz postępu technologicznego, zespół pragnie, aby wysiłki te pomogły w rozwiązaniu problemów społecznych związanych z wdrażaniem robotów w środowiskach społecznych i ich wpływem na społeczności o niedostatecznym dostępie do nich.

"Ogólnie, uważamy, że ten projekt może mieć realny wpływ na niektóre z wielkich wyzwań stojących przed robotyką, łącząc różnorodne kompetencje, inicjowanie nowej współpracy na terenie kampusu, wzmocnienie już istniejących, oraz angażowanie studentów i postdoktorów,– powiedział Majumdar.

Źródło: