«Специализированные исследовательские группы» используют новые возможности в области биотехнологий и робототехники

В рамках инициативы по расширению сотрудничества по темам, слишком новым для существующих отделов и центров., Школа инженерии и прикладных наук создала программу для финансирования небольших, междисциплинарные группы исследователей, называемые целенаправленными исследовательскими группами.. В школе назвали три стартовые команды, два в новых областях биотехнологий и один в робототехнике и «киберфизических» системах.. Каждый получит $250,000 в год в течение трех лет, после чего они будут оценены, чтобы определить, следует ли продолжать инициативу, перерасти в более масштабное усилие или заключи.

«Темпы открытий и уровень творчества среди наших преподавателей поразительны.,- сказала Эмили Картер, декан инженерного факультета. «И большая часть этой работы происходит, когда люди из разных дисциплин начинают работать вместе и вдохновлять друг друга.. В нашем недавнем процессе стратегического планирования, мы определили необходимость развивать и ускорять самые интересные новые области, чтобы мы могли быстрее принести их пользу обществу..

«Я был очень впечатлен качеством предложений, которые мы получили, и очень рад создать эти первые три команды.,- сказал Картер, профессор энергетики и окружающей среды Герхарда Андлингера.

Картер и заместитель декана Антуан Кан выбрали команды из числа многочисленных заявок., после процесса экспертной оценки.

Первые целевые исследовательские группы:

Прецизионные антибиотики

В их предложении, эта команда отмечает, что антибиотики являются основой современной медицины, но сталкиваются с двумя серьезными проблемами: растущая способность опасных бактерий противостоять даже самым сильным антибиотикам и тенденция большинства антибиотиков уничтожать как полезные, так и вредные бактерии.. Команда из трех преподавателей стремится решить обе проблемы, разрабатывая новое поколение антибиотиков, которые гораздо точнее воздействуют на определенные бактерии, чем обычные антибиотики..

Основными исследователями группы являются А.. Джеймс Линк, профессор химическая и биологическая инженерия; Марк Бринильдсен, доцент кафедры химической и биологической инженерии; и Мохамед Дония, доцент кафедры молекулярная биология. Группа предлагает два основных подхода к выявлению прецизионных соединений антибиотиков.. Первый, они рассмотрят химические соединения, уже вырабатываемые микробиомом человека — набором полезных бактерий, населяющих организм и способствующих пищеварению и другим функциям.. Эти полезные бактерии производят химические вещества, которые предотвращают нежелательное пополнение бактериального сообщества.. Команда будет рассматривать эти защитные химические вещества как кандидатов на борьбу с вредными захватчиками, оставляя при этом полезные бактерии в покое..

Второй подход будет заключаться в том, чтобы сосредоточиться на процессах, которые вредные бактерии используют, чтобы вызвать свои токсические эффекты., но которые не необходимы для жизни бактерий. Например, Бактерии, вызывающие распространенные стафилококковые инфекции, производят пигмент, который нейтрализует химические вещества, вырабатываемые иммунными клетками человека., тем самым помогая бактериям стафилококка избежать разрушения. Лекарство, воздействующее на этот защитный пигмент, может ослабить стафилококк настолько, чтобы сделать его безвредным, но недостаточно, чтобы заставить его развить устойчивость к антибиотикам.. Исследователи также объединят два подхода., поиск противовирусных соединений в естественном биоме.

«Повышение устойчивости бактерий к антибиотикам является одной из основных проблем здравоохранения в 21 веке.,- сказал Линк. "В то же время, растет понимание того, что почти все бактерии, живущие на нас,, наш микробиом, безвредны или даже полезны. У каждого из нас в этой целенаправленной исследовательской группе есть разные, но пересекающиеся подходы к решению этой проблемы.. С этой щедрой наградой от Инженерной школы, мы можем объединить наши усилия и сотрудничать, чтобы добиться значительного успеха в области антибиотиков».

Работу этой команды будет поддерживать фонд, созданный Хелен Шипли Хант., получивший степень магистра математики в Принстоне в 1971.

Инженерные живые органеллы

Точно так же, как органы – это части тела, выполняющие специальные функции., органеллы — это единицы внутри клеток, которые также выполняют важные функции — и в обоих случаях, проблемы с этими компонентами являются причиной серьезных заболеваний. Команда исследователей из трех департаментов Принстона работает над тем, чтобы понять, как развиваются субклеточные органеллы и как их проектировать для устранения проблем или создания новых функций.. Это могло бы принести пользу от лечения болезней до производства биотоплива..

Главными исследователями группы являются Хосе Авалос., доцент кафедры химической и биологической инженерии и Andlinger Центр энергетики и окружающей среды; Клиффорд Брангвинн, доцент кафедры химической и биологической инженерии; Микко Хаатаджа, профессор механической и аэрокосмической техники; Джаред Toettcher, доцент молекулярной биологии.

Команда планирует построить на волну последних открытий и новых инструментов в Принстоне, которые раскрывают удивительное понимание того, как органеллы формы и как они могут манипулировать. Например, Команда впервые открыла новое понимание безмембранных органелл — структур, которые не связаны стенкой, а представляют собой самоорганизующиеся кластеры молекул, свободно плавающие в жидкости внутри клеток.. Считается, что нарушения в таких структурах связаны с различными расстройствами., включая боковой амиотрофический склероз или болезнь Лу Герига. Недавно Брангвинн был отмечен за свою работу в этой области двумя крупными наградами.: выбор как 2018 Товарищ Макартура, и семилетнее назначение на должность медицинского следователя Говарда Хьюза., одна из самых высоких наград в области наук о жизни.

Наряду с этими фундаментальными открытиями, команда стремится применить новую область оптогенетики, способность контролировать поведение генов с помощью света. Несколько членов команды недавно представили серию лабораторных и вычислительных методов использования света для контроля образования безмембранных органелл.. В другом примере, Авалос и его коллеги недавно использовали свет для контроля метаболизма дрожжевых клеток., перепрограммирование клеток для производства ценного топлива, которое обычно убивает клетки.

Движение вперед требует сочетания клеточной биологии, инженерные методы, физика и материаловедение, сказала Брэнгвинн. «Я совершенно убежден, что это та область, которую мы должны создать., и мы должны сделать Принстон главным местом, где это может произойти.," он сказал.

Работу этой команды будет поддерживать фонд, созданный Лидией и Уильямом Адди.. Уильям Адди получил степень бакалавра химического машиностроения в Принстоне в 1982.

Робототехника и киберфизические системы

За последние годы робототехнические системы значительно продвинулись вперед., включая многообещающее использование беспилотных автомобилей. тем не мение, остаются большие пробелы в усилиях по широкому использованию роботов, которые работают бок о бок с людьми или распределенно., взаимосвязанные группы. Команда из четырех преподавателей на трех факультетах стремится заполнить эти пробелы, привлекая весь спектр знаний для решения конкретной задачи.: создание совместной команды роботов, которые собирают мусор. Команда заявила, что эта задача воплощает в себе многие проблемы, с которыми сегодня сталкиваются роботизированные системы., включая необходимость того, чтобы каждый робот чувствовал, манипулировать и ориентироваться в окружающей среде, и для группы в целом координировать и распределять свои ресурсы для максимально эффективного достижения задачи..

Главными исследователями группы являются Томас Фанкхаузер., Дэвид М. Сигел '83, профессор компьютерных наук; Наоми Леонард, Эдвин С. Уилси, профессор машиностроения и аэрокосмической техники; Анирудха Маджумдар, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники; и Навин Верма, доцент кафедры электротехники.

Сосредоточившись на проекте по сбору мусора, команда рассчитывает создать центр для дальнейших исследований и сотрудничества.. «Эти возможности и связанные с ними проблемы очень широко распространены в робототехнике и не привязаны к специфике задачи по сбору мусора.," сказал Маджумдар.

Работа выходит за рамки традиционной робототехники и переходит в развивающуюся область киберфизических систем., который относится к распределенным массивам автоматизированных устройств или систем, часто подключаются или координируются по сети, например, Интернет.

"Например, команды небольших мобильных роботов могут оказать критически важную поддержку поисково-спасательным операциям после землетрясения или наводнения.; они могли бы доставлять жизненно важные лекарства людям в отдаленных или опасных регионах мира.; они могли бы отслеживать изменения в нашей окружающей среде, отслеживая популяции растений и животных с течением времени.,»Пишут исследователи.

Помимо технологических достижений, команда хочет, чтобы усилия помогли решить социальные вопросы, связанные с использованием роботов в социальной среде и их воздействием на недостаточно обслуживаемые сообщества..

"Общий, мы считаем, что этот проект имеет потенциал оказать реальное влияние на некоторые серьезные проблемы в робототехнике, объединив широкий спектр знаний., инициирование нового сотрудничества на территории кампуса, укрепление существующих, и привлечение студентов и постдоков," сказал Маджумдар.

Источник:

www.princeton.edu/news, Стивен Шульц