‘Focada equipas de investigação’ Take on oportunidades emergentes em biotecnologia e robótica

Em uma iniciativa para impulsionar a colaboração em assuntos demasiado novos para se encaixar em departamentos e centros existentes, da Escola de Engenharia e Ciência Aplicada criou um programa para financiar pequenas, grupos multidisciplinares de pesquisadores chamado Focused equipas de investigação. A escola nomeou três equipes iniciais, dois em áreas emergentes de biotecnologia e um em robótica e sistemas “ciber-físicos”. Cada um receberá $250,000 por ano durante três anos, após o que serão avaliados para determinar se a iniciativa deve continuar, evoluir para um esforço maior ou concluir.

“O ritmo de descoberta e o nível de criatividade entre nosso corpo docente é surpreendente,” disse Emily Carter, reitor de engenharia. “E grande parte desse trabalho acontece quando pessoas de diferentes disciplinas começam a trabalhar juntas e a inspirar umas às outras. Em nosso recente processo de planejamento estratégico, identificamos a necessidade de incubar e acelerar as novas áreas mais interessantes para que possamos trazer mais rapidamente os seus benefícios para a sociedade.

“Fiquei muito impressionado com a qualidade das propostas que recebemos e estou entusiasmado por estabelecer estas três primeiras equipes,”disse Carter, o Professor Gerhard Andlinger de Energia e Meio Ambiente.

Carter e o vice-reitor Antoine Kahn selecionaram as equipes entre inúmeras inscrições, seguindo um processo de revisão por pares.

As primeiras Equipes de Pesquisa Focada são:

Antibióticos de precisão

Em sua proposta, esta equipe observa que os antibióticos são um pilar da medicina moderna, mas enfrentam dois problemas principais: a crescente capacidade das bactérias perigosas de resistir até mesmo aos antibióticos mais poderosos e a tendência da maioria dos antibióticos de eliminar bactérias úteis e prejudiciais. A equipe de três docentes busca combater ambos os problemas desenvolvendo uma nova geração de antibióticos que atingem bactérias específicas com muito mais precisão do que os antibióticos convencionais..

Os principais pesquisadores da equipe são A.. James Link, Professor de engenharia química e biológica; Mark Brynildsen, professor associado de engenharia química e biológica; e Mohamed Donia, professor assistente de biologia molecular. O grupo propõe duas abordagens principais para identificar compostos antibióticos direcionados com precisão. Primeiro, eles examinarão compostos químicos já produzidos pelo microbioma humano – o conjunto de bactérias benéficas que habitam o corpo e auxiliam na digestão e outras funções. Estas bactérias úteis produzem substâncias químicas que afastam adições indesejáveis ​​à comunidade bacteriana. A equipe consideraria esses produtos químicos defensivos como candidatos para atacar invasores prejudiciais, deixando as bactérias benéficas em paz..

Uma segunda abordagem será concentrar-se nos processos que as bactérias nocivas utilizam para causar os seus efeitos tóxicos., mas que não são necessários para a sobrevivência das bactérias. Por exemplo, as bactérias que causam infecções comuns por estafilococos produzem um pigmento que neutraliza substâncias químicas produzidas pelas células imunológicas humanas, ajudando assim as bactérias estafilococos a escapar da destruição. Um medicamento que atacasse esse pigmento protetor poderia enfraquecer as bactérias estafilocócicas o suficiente para torná-las inofensivas, mas não o suficiente para forçá-las a desenvolver resistência aos antibióticos.. Os pesquisadores também combinarão as duas abordagens, em busca de compostos antivirulentos no bioma natural.

“O aumento da resistência aos antibióticos nas bactérias é um dos principais desafios de saúde no século XXI,” disse Link. "Ao mesmo tempo, há uma compreensão cada vez maior de que quase todas as bactérias que vivem em nós, nosso microbioma, são inofensivos ou mesmo benéficos. Cada um de nós nesta equipe de pesquisa focada tem abordagens diferentes, mas sobrepostas, para enfrentar esse desafio. Com este generoso prémio da Escola de Engenharia, podemos consolidar nossos esforços e colaborar para causar um grande impacto no campo dos antibióticos.”

O trabalho desta equipe será apoiado por um fundo criado por Helen Shipley Hunt, que obteve um mestrado em matemática em Princeton em 1971.

Engenharia de organelas vivas

Assim como os órgãos são partes do corpo que desempenham funções específicas, organelas são unidades dentro das células que também desempenham funções essenciais – e em ambos os casos, problemas com esses componentes são responsáveis ​​por doenças graves. Uma equipe de pesquisadores de Princeton de três departamentos está trabalhando para entender como as organelas subcelulares se desenvolvem e como projetá-las para corrigir problemas ou criar novas funções.. Fazer isso poderia ter utilidades desde o tratamento de doenças até a produção de biocombustíveis.

Os principais investigadores da equipa são José Avalos, professor assistente de engenharia química e biológica e do Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente; Clifford Brangwynne, professor associado de engenharia química e biológica; Mikko Haataja, professor de engenharia mecânica e aeroespacial; e Jared Toettcher, professor assistente de biologia molecular.

A equipe planeja aproveitar uma série de descobertas recentes e novas ferramentas em Princeton que estão revelando insights surpreendentes sobre como as organelas se formam e como elas podem ser manipuladas.. Por exemplo, a equipe foi pioneira em uma nova compreensão de organelas sem membrana – estruturas que não são limitadas por uma parede, mas sim aglomerados automontados de moléculas flutuando livremente no líquido dentro das células. Acredita-se que as falhas nessas estruturas estejam associadas a vários distúrbios, incluindo esclerose lateral amiotrófica ou doença de Lou Gehrig. Brangwynne foi recentemente reconhecido pelo seu trabalho nesta área com duas grandes honrarias: seleção como um 2018 bolsista MacArthur, e uma nomeação de sete anos como Investigador Médico Howard Hughes, uma das maiores honras nas ciências da vida.

Junto com esses insights fundamentais, a equipe busca aplicar o campo emergente da optogenética, a capacidade de controlar o comportamento dos genes usando luz. Vários membros da equipe introduziram recentemente uma série de métodos laboratoriais e computacionais para usar a luz para controlar a formação de organelas sem membrana.. Em outro exemplo, Avalos e colegas usaram recentemente luz para controlar o metabolismo das células de levedura, religando as células para produzir um combustível valioso que normalmente mataria as células.

Seguir em frente requer uma combinação de biologia celular, técnicas de engenharia, física e ciência dos materiais, disse Brangwynne. “Estou bastante convencido de que este é um campo que devemos criar, e deveríamos estabelecer Princeton como o principal local onde isso pode acontecer," ele disse.

O trabalho desta equipe será apoiado por um fundo criado por Lydia e William Addy. William Addy formou-se em engenharia química pela Princeton em 1982.

Robótica e sistemas ciberfísicos

Os sistemas robóticos avançaram dramaticamente nos últimos anos, incluindo o uso crescente de carros autônomos. Contudo, permanecem grandes lacunas nos esforços para fazer uso generalizado de robôs que trabalham ao lado de humanos ou em sistemas distribuídos., grupos interligados. A equipe de quatro professores em três departamentos está buscando preencher essas lacunas, trazendo uma gama de conhecimentos especializados para enfrentar um desafio específico.: criando uma equipe colaborativa de robôs que coletam lixo. A equipe disse que esta tarefa incorpora muitos dos desafios enfrentados pelos sistemas robóticos hoje., incluindo a necessidade de cada robô sentir, manipular e navegar em seu ambiente, e para o grupo como um todo coordenar e alocar seus recursos para realizar a tarefa da forma mais eficiente possível.

Os principais investigadores da equipe são Thomas Funkhouser, o David M. Siegel '83 Professor em Ciência da Computação; Noemi Leonardo, o Edwin S.. Wilsey Professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial; Anirudha Majumdar, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial; e Naveen Verma, professor associado de engenharia elétrica.

Ao focar no projeto de coleta de lixo, a equipe espera estabelecer um centro para futuras pesquisas e colaboração. “Essas capacidades e desafios associados são amplamente relevantes em toda a robótica – e não estão vinculados às especificidades da tarefa de coleta de lixo,"disse Majumdar.

O trabalho vai além da robótica convencional para o campo emergente dos sistemas ciber-físicos, que se refere a matrizes distribuídas de dispositivos ou sistemas automatizados, frequentemente conectado ou coordenado em uma rede, como a internet.

"Por exemplo, equipes de pequenos robôs móveis poderiam fornecer suporte crítico para operações de busca e resgate após um terremoto ou inundação; eles poderiam entregar medicamentos essenciais a pessoas em regiões remotas ou perigosas do mundo; eles poderiam monitorar as mudanças em nosso meio ambiente rastreando as populações de plantas e animais ao longo do tempo,”os pesquisadores escreveram.

Além dos avanços tecnológicos, a equipe deseja que o esforço ajude a resolver questões sociais relacionadas à implantação de robôs em ambientes sociais e seus impactos em comunidades carentes.

"Geral, acreditamos que este projeto tem potencial para ter um impacto real em alguns dos grandes desafios da robótica, reunindo uma gama diversificada de conhecimentos, iniciar novas colaborações em todo campus, fortalecer os já existentes, e envolver os alunos e pós-doutorados,"disse Majumdar.

Fonte:

www.princeton.edu/news, por Steven Schultz