Pentagonov istraživački i razvojni dio, DARPA - koja je sama pokretačka snaga interneta i GPS-a - reformirao se prije tri godine kako bi stvorio novi ured posvećen rješavanju poslovnih tajni biologije. Novi Ured za biološku tehnologiju (BTO) postavio si je zadatak "naravno iskoristiti snagu bioloških sustava" i razviti nove obrambene tehnologije. Tijekom protekle godine, s proračunom od gotovo 300 milijuna dolara, istražio je probleme poboljšanja memorije, simbioze strojeva i ljudi te ubrzavanja otkrivanja i reagiranja na bolesti.
DARPA, ili Agencija za napredne istraživačke projekte obrane, nada se velikoj isplati. Direktor BTO-a i istraživač neuroprostetike Justin Sanchez rekao je Scientific Americanu što očekuje od njegovog odjela u 2017. godini, uključujući rad na neuronskim implantatima koji će zdravim ljudima pomoći u svakodnevnom životu i druge tehnologije za koje kaže da će "promijeniti pravila igre". lijek. Pitate se što radi najnoviji ured američke obrambene agencije? Da, za mene. Poslušajmo Sancheza.
Prije nego što je vaš odjel osnovan u travnju 2014., DARPA je već radio na nekoliko bioloških projekata, uključujući istraživanje otpornosti na antibiotike i intervencije na mentalnom zdravlju. Što se promijenilo stvaranjem vašeg ureda?
Bavimo se biološkim poslom - na sjecištu biologije i inženjerstva - već dugi niz godina, ali raštrkan je po ostalim našim odjelima. Ovaj je ured bio priznanje da će biološka tehnologija igrati ključnu ulogu ne samo u smjeru kretanja naše zemlje, već i drugih zemalja, pa smo se trebali usredotočiti na sveobuhvatan napor i krenuti naprijed.
Posebno me zaintrigira snažni BTO da razvijem programibilne mikrobe za proizvodnju potrebnih lijekova u hodu - i na taj način zaobilazim pitanja zaliha potrebnih lijekova ili složene logistike transporta. Zvuči nevjerojatno. U kojoj je fazi ovo djelo sada?
Ovaj se program naziva "žive ljevaonice" - kao da ćemo lijevati nešto živo. Tradicionalno koristimo kemiju za stvaranje novih spojeva ili novih lijekova. Ali u posljednje vrijeme shvatili smo da mikrobi poput kvasca i bakterija također mogu stvarati spojeve i možemo ih programirati da proizvode te spojeve tako što ćemo prvo razumjeti koje kemijske puteve koriste. Uzmimo na primjer kvasac. Kvasac koristi šećer na razne načine za proizvodnju alkohola. Ako reprogramirate ove staze, mogli biste prisiliti kvasac da stvori mnoge druge spojeve koje u početku nisu znali proizvesti, a mi ćemo i dalje koristiti istu sirovinu: šećer.
Naši timovi razvijaju genetske kodove koji se mogu koristiti za reprogramiranje kvasca. Ova ideja mogla bi revolucionirati naš postupak proizvodnje složenih spojeva. Program je zadužen za proizvodnju 1000 novih molekula tijekom programa (koji je udaljen tri godine), a naši timovi dobro rade. Mislim da su već proizveli oko 100 novih spojeva koje proizvodi kvasac. To je poput uzimanja biologije i vjenčanja s inženjerskim alatima, a zatim stvaranja nečega s njima.
Dakle, jeste li na samom početku puta stvaranja veza?
Promotivni video:
Da. Svi se proizvode u miligramima, ali na kraju će program početi proizvoditi kilograme.
Ako uspijemo stvoriti ove potpuno nove ljevaonice spojeva, možemo preokrenuti i proizvodnju lijekova i nemedicinske pristupe, jer je ovo platforma. Kakva god veza vas zanima, postoji mnogo mogućnosti.
Kako će izbor novog predsjednika i Republikanskog kongresa utjecati na vaš rad?
Obično nas takve stvari ne uhvate. Misija DARPA-e ostaje nepromijenjena bez obzira na političku klimu. Naša je misija stvoriti ometajuće tehnologije za nacionalnu sigurnost. Naš je posao i uloga da ispred svijeta razmišljamo o znanosti i tehnologiji. Mislim da ova misija nadilazi politički okvir. Imamo vrlo strogu misiju i pokušavamo osigurati svoju zemlju, tako da je ovaj izborni ciklus samo jedan od mnogih.
Kojem se BTO projektu najviše divite u 2017. godini?
To je kao kod djece - ne možete imati jednog kućnog ljubimca. Imam mnogo favorita. Dopustite mi da podijelim nekoliko koji će biti posebno važni u 2017. godini. Prvo, postoji područje koje se naziva „napredovanje zaraznih bolesti“. Naš trenutni pristup, kada novi patogen dođe na naše obale, nije vrlo učinkovit. Želimo biti korak ispred bilo kojeg patogena koji se može pojaviti na našim obalama, pa čak i moći predvidjeti pandemiju. Razvijamo nove pristupe imunizaciji pomoću DNA i RNA. Konkretno, razmišljamo o tome kako nukleinska kiselina pomaže u imunizaciji. Ideja je da svojim stanicama možete reći da proizvode antitijela s točnim kodom koji će biti učinkovit protiv određenog patogena. Sve se svodi nanaučiti stanice da reagiraju na patogen - i to će nam otvoriti gotovo trenutni imunitet protiv određenog patogena i sposobnost da se protiv njega ravnopravno borimo.
Suprotstavljajući to tradicionalnom načinu suočavanja s zaraznim bolestima, koji traje mjesecima - ako ne i godinama - uključujući ne samo identificiranje patogena, već i stvaranje cjepiva u dovoljnim količinama, ova metoda može biti puno brža. Potreban je radikalan pristup u stvaranju ove temeljne tehnologije, u primjeni DNA i RNA pristupa u borbi protiv zaraznih bolesti. Nadam se da ćemo imati nešto za najaviti u 2017. godini.
Što, na primjer, izjaviti?
Već smo imali prilično dobre rezultate u pokusima na miševima, koji su pokazali da pristupi nukleinske kiseline dobro funkcioniraju. Počinjemo raditi sigurne eksperimente na ljudima. To su prvi koraci. U narednoj godini započet ćemo s izradom novih programa za ove platforme. Ne žurimo se s izjavama, jer ako uspijemo, to će iz temelja promijeniti sam princip borbe protiv zaraznih izjava.
Tijekom posljednjih nekoliko godina puno se bruji o protezama i egzoskeletima kontroliranim umom. Kako se BTO DARPA uklapa u ovaj prostor?
Prilično smo strastveni u ovom području. Nedavno smo isporučili prve dvije komercijalno dostupne Luke proteze, najnaprednije proteze na svijetu. Ovo je veliki korak u protezama kontroliranim mozgom, ali tu se nećemo zaustaviti.
Mislim da će u budućnosti postojati širok spektar uređaja kojima se može upravljati aktivnošću neurona, a to mogu činiti ne samo žrtve, već i obični ljudi. Željeli bismo pozvati na upotrebu neuronske tehnologije u svakodnevnom životu već 2017. godine.
Doista? Kakve bi aplikacije zdravi ljudi mogli koristiti u svom svakodnevnom životu?
Stvarno me zanima kako bi neuronska tehnologija mogla promijeniti način na koji komuniciramo jedni s drugima, kako komuniciramo, pa čak i donosimo odluke. Razmišljam o kognitivnoj pomoći. Postoji mnoštvo ideja o tome kako pomoći širokom spektru ljudi. Vrata bi se mogla otvoriti samo pri pomisli na to - a ovo je samo najjednostavnija primjena takvih tehnologija.
Nedavno je DARPA proveo studiju objavljenu u časopisu Neuron, istražujući da duboka stimulacija mozga nije poboljšala pamćenje - čak je i pogoršala. No, prethodno istraživanje od prije nekoliko godina imalo je suprotan zaključak: stimulacija je poboljšala pamćenje. Što to znači za rad vašeg odjela na ovom području?
Neurotehnologija je vrlo veliko područje u našem uredu. Postigli smo velik napredak u medicinskom području pokazujući da izravna neuronska sučelja (veze između mozga i uređaja kao što su neurostimulator, računalo ili proteza) mogu vratiti neurotičke poremećaje u kretanje, osjet i zdravlje. Izuzetno, uz dužno poštovanje mnogih studija, mnogi ljudi misle da je moguće izolirati važno područje mozga, stimulirati ga i čarobno dobiti odgovor. Ali to nije slučaj. Kada mapirate što se događa u mozgu, ispada da ako ne pošaljete ispravne kodove u mozak, nećete poboljšati pamćenje i možda ga čak i pogoršati. No, trik je u tome da ćete, ako pošaljete ispravne kodove, postići značajna poboljšanja u deklarativnoj memoriji. Dakle, ovo je mač s dvije oštrice. Potrebno je više istraživanja u sljedećoj generaciji istraživanja mozga.
Možete li pojasniti što podrazumijevate pod "kodom"?
Kod je nekoliko stvari. Ovo je precizno otpuštanje pojedinih neurona. Recimo da imate 100 neurona i da svi oni pucaju u različito vrijeme na različitim mjestima - i sve se to uključivanje i isključivanje može protumačiti kao pokušaj pamćenja riječi "Nancy" ili "stablo". Možemo razumjeti što ti obrasci aktivacije znače i kako su povezani sa stvarnim svijetom. Svi ti neuronski aktivacijski krugovi zajedno proizvode moždane valove ili ritmove, a na ovoj razini proučavamo i mozak. Važno je razumjeti sve te različite moždane stanice jer tako to djeluje.
Vaš odjel također ima program „biokroničnosti“koji istražuje ulogu vremena u biološkim funkcijama i pokušava upravljati učincima vremena na ljudsku fiziologiju
Toliko gubimo jer ne razumijemo biologiju. Mislim da naše razumijevanje biologije puno raste. A naša sposobnost interakcije s biologijom pomoću tehničkih metoda promijenit će naš odnos prema tijelu, mozgu i imunološkom sustavu. Mislim da ćemo imati nevjerojatnu budućnost. 2017. će nam ispuhati mozak.
ILYA KHEL
