Pentagoni uurimis- ja arendustegevuse haru DARPA - Interneti ja GPSi tõukejõud - reformis end kolm aastat tagasi, et luua uus kontor, mis on pühendatud bioloogia ärisaladuste lahendamisele. Uus bioloogilise tehnoloogia kontor (BTO) on seadnud endale ülesandeks loomulikult "bioloogiliste süsteemide jõu kasutamine" ja uute kaitsetehnoloogiate arendamine. Viimase aasta jooksul on ta ligi 300 miljoni dollari suuruse eelarvega uurinud mälu parandamise, masinate ja inimeste vahelise sümbioosi ning haiguste avastamise ja reageerimise kiirendamise probleeme.
DARPA ehk Defense Advanced Research Projects Agency loodab tohutult kätte maksta. BTO direktor ja neuroproteeside uurija Justin Sanchez ütles Scientific Americanile, mida 2017. aastal oma osakonnalt oodata, sealhulgas tööd närviimplantaatidega, et aidata tervislikke inimesi nende igapäevaelus, ja muid tehnoloogiaid, mis tema sõnul "muudavad mängureegleid". ravim. Ei tea, mis on USA kaitseagentuuri uusim kontor? Jah, minu jaoks. Kuulame Sanchezi.
Enne teie osakonna asutamist 2014. aasta aprillis töötas DARPA juba mitme bioloogilise projektiga, sealhulgas uuriti antibiootikumiresistentsust ja vaimse tervise sekkumisi. Mis on teie kontori loomisega muutunud?
Oleme aastaid teinud bioloogilist tööd - bioloogia ja inseneri ristumiskohas -, kuid see on laiali levinud meie teistes osakondades. See kontor oli tõdemus, et bioloogiline tehnoloogia mängib kriitilist rolli mitte ainult meie riigi, vaid ka teiste riikide liikumissuunas, seega peame keskenduma kõikehõlmavatele jõupingutustele ja liikuma edasi.
Eriti huvitab mind tugev BTO arendama programmeeritavaid mikroobe, et vajalikke ravimeid lennult toota - ja seeläbi mööda minna vajalike ravimite varumise või keeruka transpordilogistika küsimustest. Kõlab hämmastavalt. Mis etapis see töö praegu on?
Seda programmi nimetatakse "elusateks valukodadeks" - justkui hakkaksime midagi elusat valama. Traditsiooniliselt kasutame keemiat uute ühendite või uute ravimite loomiseks. Kuid viimasel ajal oleme aru saanud, et mikroobid, nagu pärm ja bakterid, võivad ka ühendeid valmistada, ja saame neid programmeerida nende ühendite valmistamiseks, mõistes kõigepealt, milliseid keemilisi radu nad kasutavad. Võtame näiteks pärmi. Pärm kasutab alkoholi valmistamiseks suhkrut mitmel viisil. Kui need rajad ümber programmeerite, võite sundida pärmi looma palju muid ühendeid, mida nad esialgu ei osanud toota, ja me kasutame endiselt sama toorainet: suhkrut.
Meie meeskonnad töötavad välja geneetilisi koode, mida saab kasutada pärmi ümberprogrammeerimiseks. See idee võib muuta meie liitprotsessi keeruliseks. Programmi ülesandeks on programmi jooksul (mis on kolme aasta kaugusel) toota 1000 uut molekuli ja meie meeskondadel läheb hästi. Ma arvan, et nad on juba tootnud umbes 100 uut ühendit, mida pärm toodab. See on nagu bioloogia võtmine ja abiellumine insenerivahenditega ning siis nendega midagi loomist.
Nii et olete ühenduste loomise tee alguses?
Reklaamvideo:
Jah. Neid kõiki toodetakse milligrammides, kuid lõpuks hakkab programm neid tootma kilogrammides.
Kui suudame need uhiuued liitvalukojad luua, võime pöörata nii ravimite tootmise kui ka mittemeditsiinilise lähenemise, sest see on platvorm. Ükskõik mis ühendus teid huvitab, on palju võimalusi.
Kuidas mõjutab teie tööd uue presidendi valimine ja vabariiklik kongress?
Selliste asjadega me tavaliselt ei haaku. DARPA missioon jääb muutumatuks, hoolimata poliitilisest kliimast. Meie missioon on luua riiklikku julgeolekut häirivaid tehnoloogiaid. Meie ülesanne ja roll on mõelda teadusest ja tehnoloogiast kogu maailmas ette. Ma arvan, et see missioon ületab poliitilise maastiku. Meil on väga range missioon ja püüame oma riiki kindlustada, seega on see valimistsükkel vaid üks paljudest.
Millist BTO projekti te 2017. aastal kõige rohkem imetlete?
See on nagu lastega - ühte lemmiklooma ei saa. Mul on palju lemmikuid. Lubage mul jagada mõnda neist, mis on 2017. aastal eriti olulised. Esiteks on ala, mida nimetatakse nakkushaiguste edendamiseks. Meie praegune lähenemisviis, kui meie kallastele tuleb uus patogeen, ei ole eriti tõhus. Me tahame olla üks samm ees kõigist patogeenidest, mis võivad meie kallastele ilmuda ja suudame isegi pandeemiat ennustada. Töötame välja uued lähenemisviisid immuniseerimisele, kasutades DNA ja RNA-d. Eelkõige mõtleme sellele, kuidas nukleiinhape aitab immuniseerimisel. Idee on selles, et võite oma rakkudel öelda, et nad toodaksid õige koodiga antikehi, mis on efektiivsed konkreetse patogeeni vastu. Kõik taandubõpetada rakke patogeenile reageerima - ja see avab meile peaaegu kohese immuunsuse konkreetse patogeeni vastu ja võime sellega võrdsetel alustel võidelda.
Selle meetodi vastandamine nakkushaiguste käsitlemise traditsioonilisele viisile, mis võtab kuid - kui mitte aastaid -, võtab aega mitte ainult patogeeni tuvastamine, vaid ka piisava koguse vaktsiini loomine, see meetod võib olla palju kiirem. Selle põhitehnoloogia loomisel, DNA ja RNA lähenemisviiside rakendamisel nakkushaiguste vastu on vaja radikaalset lähenemist. Loodan, et meil on 2017. aastal midagi teada anda.
Mida näiteks deklareerida?
Hiirtega tehtud katsetega on meil olnud juba üsna häid tulemusi, mis näitavad, et nukleiinhappe lähenemine töötab hästi. Me hakkame tegema ohutuid katseid inimestega. Need on esimesed sammud. Tuleval aastal hakkame looma nendele platvormidele uusi programme. Me ei kiirusta avalduste tegemisega, sest kui see õnnestub, muudab see põhimõtteliselt nakkusohtlike avalduste vastu võitlemise põhimõtet.
Viimase paari aasta jooksul on mõistusega kontrollitavate proteeside ja eksoskelettide ümber olnud palju suminat. Kuidas BTO DARPA sellesse ruumi sobib?
Oleme selle piirkonna suhtes üsna kirglikud. Mitte nii kaua tagasi tarnisime kaks esimest kaubanduslikult saadaval olevat Luke'i proteesi, mis on maailma kõige arenenumad proteesid. See on suur ajukontrolliga proteeside samm, kuid me ei kavatse sellega peatuda.
Ma arvan, et tulevikus on väga erinevaid seadmeid, mida saab neuronite aktiivsusega juhtida, ja seda saavad teha mitte ainult ohvrid, vaid ka tavalised inimesed. Tahaksime nõuda närvitehnoloogia kasutamist igapäevaelus juba 2017. aastal.
Tõepoolest? Milliseid rakendusi võiksid terved inimesed oma igapäevaelus kasutada?
Mind huvitab tõesti, kuidas närvitehnoloogia võiks muuta seda, kuidas me omavahel suhtleme, kuidas suhtleme ja isegi otsuseid langetame. Mõtlen kognitiivsele abile. Seal on palju ideid, kuidas erinevaid inimesi aidata. Uks võiks selle peale mõeldes lihtsalt avaneda - ja see on lihtsalt selliste tehnoloogiate kõige lihtsam rakendus.
Hiljuti viis DARPA läbi ajakirjas Neuron avaldatud uuringu, milles uuriti, et sügav aju stimulatsioon ei parandanud mälu - ja isegi halvendas seda. Kuid eelmisel paar aastat tagasi läbi viidud uuringul oli vastupidine järeldus: stimulatsioon parandas mälu. Mida see teie osakonna töö jaoks selles valdkonnas tähendab?
Neurotehnoloogia on meie kontoris väga suur ala. Oleme meditsiinivaldkonnas teinud suuri edusamme, näidates, et otsesed närviliidesed (ühendused aju ja sellise seadme vahel nagu neurostimulaator, arvuti või protees) võivad taastada neuropsühhiaatriliste häiretega liikumist, sensatsiooni ja tervist. Märkimisväärne on see, et austades paljusid uuringuid, arvavad paljud inimesed, et oluline ajupiirkond on võimalik isoleerida, seda stimuleerida ja võluväel vastust saada. Kuid see pole nii. Ajus toimuvat kaardistades selgub, et kui te ei saada ajule õigeid koode, ei saa te mälus paranemist ja võite seda isegi halvendada. Kuid nipp seisneb selles, et kui esitate õiged koodid, saate deklaratiivses mälus märkimisväärseid parandusi. Nii et see on kahe otsaga asi. Ajuuuringute järgmise põlvkonna jaoks on vaja rohkem uuringuid.
Kas saaksite palun täpsustada, mida mõtlete "koodi" all?
Kood on paar asja. See on üksikute neuronite täpne vallandamine. Oletame, et teil on 100 neuronit ja nad kõik põlevad erinevatel aegadel erinevates kohtades - ja kõiki neid sisse- ja väljalülitusi võib tõlgendada kui sõna "Nancy" või "puu" meenutamise üritusi. Me saame aru, mida need aktiveerimismustrid tähendavad ja kuidas need on seotud reaalse maailmaga. Kõik need närvi aktiveerimisahelad tekitavad koos ajulainet või rütmi ning sellel tasemel uurime ka aju. Oluline on mõista kõiki neid erinevaid ajurakke, sest see töötab nii.
Teie osakonnas on ka “biokroonilisuse” programm, mis uurib aja rolli bioloogilistes funktsioonides ja püüab juhtida aja mõju inimese füsioloogiale
Me kaotame nii palju, sest me ei mõista bioloogiat. Ma arvan, et meie arusaam bioloogiast kasvab palju. Ja meie võime suhelda bioloogiaga tehniliste meetodite abil muudab meie suhet keha, aju ja immuunsüsteemiga. Ma arvan, et meil on hämmastav tulevik. 2017. aasta lööb meie aju välja.
ILYA KHEL
