Анастасия Волкова

Нейната платформа използва дистанционно наблюдение и други техники за наблюдение на здравето на реколтата - помага на фермерите да насочат усилията си там, където са най-необходими.

Анастасия Волкова

Ако има нещо, което смущава Анастасия Волкова, това е неефективност. Така че, когато осъзна, че може да комбинира данни от дистанционното наблюдение с научно моделиране, за да подобри добивите, да намали използването на селскостопански химикали и да използва по-добре водата, тя знаеше, че е намерила работата на живота си. Нямаше значение, че тя все още продължава докторантурата си по аерокосмическа техника в Университета в Сидни или че ще трябва да събере еднолично повече от 5 милиона долара стартови пари: Волкова, дъщеря на самоук ботаник и кръщелница на успешен фермер, искала да поправи това, което според нея не е наред с мащабното земеделие.

Полученото от нея предприятие Flurosat използва сензори за изображения на сателити, самолети и безпилотни летателни апарати, за да открие кога посевите са в беда много преди бедствието им да се различи с просто око. Подобно на хората, растенията повишават температурата, когато са болни. Те също така се загряват в отговор на вредители или защото не получават нужното хранене или вода. Flurosat използва мултиспектрални и термични камери за записване на тези промени и AI за калибриране на модели на култури. След това сравняването на реална реколта с нейния дигитален близнак дава възможност на Волкова и нейният екип да правят препоръки в реално време на агрономи и мениджъри на ферми за това, какви доходи трябва да се развиват.

Този вид мониторинг и подкрепа може да намали прекомерната употреба на азот, пестициди и хербициди и да оптимизира напояването.

Мета мета

Дял

Автор

Омар Абудайе

Той работи, за да използва CRISPR като тест covid-19, който можете да вземете у дома.

CRISPR е наречен откритие на века заради потенциала му да промени биомедицинските изследвания и лечението на генетични заболявания. Но именно Омар Абудайе помогна за превръщането на инструмента за редактиране на гени в диагностичен тест, който може да помогне за забавяне на пандемията covid-19.

Възползвайки се от точния механизъм за откриване на гени, през 2016 г. Abudayyeh, заедно с Джонатан Гутенберг и други колеги от MIT, фалшифицираха CRISPR в инструмент за откриване на ракови мутации, бактерии и вируси, пренасяни от комари като Zika. Скоро имаше стартираща компания, наречена Sherlock Biosciences, финансиране от 49 милиона долара и вестници за „новите възможности“ на CRISPR.

След това дойде covid-19. Генетичните тестове за откриване на патогена бяха в отчайващо недостиг в САЩ, с технологията на работния кон, PCR, пране. В началото на май, три месеца след избухването, около 2% от американците са били тествани за covid-19. Някои икономисти казват, че страната трябва да проверява всеки ден много хора, за да се отвори отново с увереност.

Ето защо от януари Abudayyeh и колегите му се опитват да подправят CRISPR в домашен тест за вируса. Те смятат, че основната химия е достатъчно проста, за да създадете лесен за използване тест, който бихте могли да си направите, преди да се отправите на работа, или може би да вземете на портата на летището, преди да хванете полет.

Ако успеят, тестването на вируси може да се случи навсякъде и по всяко време и революцията за редактиране на гени ще достигне директно в домовете и живота на хората за първи път.

Ето как работи

Революцията CRISPR започна с открития, в началото на 2000-те години, че бактериите са еволюирали по начин за нарязване на мародерски фагови вируси. CRISPR, чието име е съкращение на това естествено биологично изобретение, може да открие уникални последователности от ДНК букви и да ги разцепи с режещ ензим Cas9. Оказа се, че инструментът е лесен за използване и работи при много видове. Биотехнологичните стартиращи компании започнаха да се състезават за лечение на генетични заболявания при хората. Генетично редактирани човешки близнаци дори са родени в Китай.

По време на това, което той нарича „мания Cas9“, Abudayyeh беше насочен към по-малко видимо място за изследване: усилията да се открият и характеризират нови CRISPR ензими.

Скоро списъкът се разрастваше и Абудайе и колегите му демонстрираха какво могат да направят новите редактори. Ще има Cpf1, известен също като Cas12a, и след това Cas12b. Но един, наречен Cas13, открит буквално под носа ни (той е част от човешка орална бактерия, наречена Leptotrichia shahii), беше специален. Вместо да реже ДНК, ензимът може вместо това да се насочи към РНК, молекулата на генетичния пратеник вътре в клетките, която е и основният генетичен материал на много вируси, включително коронавируса.

„Мисля, че нашата цел в момента е да го подготвим за есента. Защото когато дойде втората вълна. "

Това беше напълно нов начин за редактиране. Това, което не се беше променило, беше близкото и продължаващо сътрудничество на Abudayyeh с колегата му редактор на гени Джонатан Гутенберг. Първоначално двойката се срещна като студент на MIT, а след това работи заедно в натоварената лаборатория на пионера на CRISPR Фън Джанг (който направи списъка ни с 35 иноватори през 2013 г.) в Broad Institute. Те са написали 28 статии заедно, а през 2017 г. са наети да създадат съвместна лаборатория в института MIT McGovern, която те кръщават „AbuGoot Lab“.

„Шегуваме се, че това е научен бром, който просто продължава“, казва Абудайе, който смята, че е по-практичен от двамата, докато Гутенберг е по-математичен. „Нашите мозъци не са се слели съвсем, но е близо.“

И те се нуждаеха от две глави, за да разберат новия редактор на РНК, Cas13. Оказа се, че ензимът има странен „страничен ефект“. Той не само отрязва специфични РНК вериги, но след като започне, той яростно ще наряза и разгради всяка РНК по пътя си. „Механизмът беше безумен и много объркващ в началото“, казва Абудайе. „Смятаме, че това е част от механизма за самоубийство на клетките“ - естествено устройство за самоунищожение при бактерии, атакувани от вирус. „Когато се активира, той изключва всичко в клетката.“

Безразборното изрязване обаче означаваше, че Cas13 не е чудесен редактор сам по себе си. „Това беше някак разочароващо, но дойдохме от инженерно образование, така че попитахме за какво е добро“, казва Абудайе. Може би биха могли да взривят РНК в ракова клетка, като я спрат?

Идеята, че съпътстващите щети могат да превърнат CRISPR в лабораторна диагностика, беше представена за пръв път от учени от конкурентната лаборатория на Дженифър Дудна от Калифорнийския университет, Бъркли. Там екип предложи, че безразборното изрязване може да служи като механизъм за откриване. Накратко, ако ензимът намери съвпадение в епруветка - парче РНК, принадлежащо на вирус, да речем - съпътстващото рязане може да се използва за отделяне на специална РНК, която, когато се счупи, ще даде видим флуоресцентен сигнал.

Страхотна идея, но сам по себе си Cas13 не беше достатъчно чувствителен, за да създаде тест. Така Abudayyeh и Gootenberg получиха помощ от професора от Масачузетския технологичен институт Джим Колинс, който им показа как да добавят стъпка за предварително усилване или начин за копиране и умножаване на RNA преди тестване за мач. До 2017 г. групата показва пълна диагностична система CRISPR, наречена Sherlock, която може да локализира уникални мутации, които причиняват рак или да сигнализират за наличие на бактерии или дори вирус Zika. И беше много точен. Представете си, че можете да изберете лицето на един човек от населението на 100 милиона Земи. Това е еквивалентът на това, което Шерлок може да направи при сортиране чрез РНК.

Скоро Шерлок имаше конкуренция от екипа на Бъркли, който стартира собствена компания за диагностика на CRISPR, Mammoth Biosciences. Един резултат: плетеница от конкурентни диагностични патенти, която напомня на натъртващата, скъпа битка между двете институции за оригиналните изобретения на CRISPR. Абудайе свива рамене: „По-вълнуващо е, когато има повече от една група, работеща по него. И по-добре за диагностиката на CRISPR е, че не само една компания се опитва да използва технологията. "

Той е прав: достигането до пазара е трудната част. Това е така, защото диагностичното тестване е бизнес на гигантски компании, големи машини и централизирани лаборатории. Може да отнеме сто милиона долара, за да се разработи тест, който се продава за 45 долара. „Не за хората със слаби сърца“ е начинът, по който веднъж описва бизнеса рисковият капитал Брус Бут. До края на 2019 г. Шерлок, съосновател на Abudayyeh, все още насочва към пазара тестовете, базирани на CRISPR.

Но тогава пандемията избухна от Китай и промени всичко. Когато недостигът на тестове в САЩ стана ясен, Администрацията по храните и лекарствата започна да дава спешни одобрения на производителите на десетки тестове, като ги пуска веднага на пазара. През май Sherlock Biosciences спечели разрешение от САЩ да извърши версия на CRISPR теста, който трябваше да се направи в лаборатория, въпреки че по време на пресата никой все още не го беше използвал върху пациент.

Тест за дома

И все пак не беше достатъчно лесно някой без обучение да използва. Обратно в кампуса на MIT, Abudayyeh, Gootenberg и Zhang се заеха да опростят технологията. Те разсъждаваха, че ако могат да премахнат някои от стъпките за смесване на течности, тестът може да се използва на работните места, в аптеките или дори у дома. Не се нуждаеше от многократно нагряване и охлаждане, както PCR. И показанието беше лесно за разбиране: просто цветни ленти върху хартиена лента, като тест за бременност. „Нашата визия наистина е тестване, което може да се направи у дома“, казва Абудайе. „И така, как можем да натиснем това, така че да са по-малко стъпки, прости и евтини?“

В момента съществуват така наречените диагностични тестове за обслужване, но те трябва да се провеждат на машини, които струват хиляди долари. Едно устройство, ID NOW, което се продава от Abbott, връща резултатите от коронавирус за 15 минути и се използва от Белия дом за екраниране на посетителите, срещащи се с президента Доналд Тръмп. Но машината, която обработва теста, струва хиляди покупки. Abudayyeh казва, че домашните тестове на CRISPR може да струват $ 6 всеки и да използват само просто оборудване.

До май изследователите създадоха опростена версия и стартираха уебсайт, за да споделят новата химия, за която те показаха, че може да открие коронавируса в тампони от пациенти. Те работят с дизайнерска фирма, за да създадат прототип на пластмасова касета, която да съхранява и смесва тестовите съставки. И така, Абудайе се е тествал? Той не е „Изкушаващо е да плюеш в тръбата“, казва той. „Но също така е страшно нещо да се направи.“

Доста скоро обаче хората по света може да имат такова „Имам ли го или нямам?“ моменти редовно или поне това е надеждата.

Работата „не е окончателна“, казва Абудайе. „Final е просто устройство, в което можете да плюете. Но това е версията на химията, която ще работи за дома. Мисля, че целта ни в момента е да го подготвим за есента. Защото когато дойде втората вълна. "