Pentagona pētniecības un attīstības grupa DARPA - pats interneta un GPS virzītājspēks - pirms trim gadiem sevi pārveidoja, izveidojot jaunu biroju, kas veltīts bioloģijas komercnoslēpumu risināšanai. Jaunais Bioloģisko tehnoloģiju birojs (BTO), protams, ir izvirzījis uzdevumu "izmantot bioloģisko sistēmu spēku" un attīstīt jaunas aizsardzības tehnoloģijas. Pēdējā gada laikā ar gandrīz 300 miljonu dolāru budžetu viņš ir pētījis atmiņas uzlabošanas, mašīnu un cilvēku simbiozes, kā arī slimību atklāšanas un reaģēšanas paātrināšanas problēmas.
DARPA jeb Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra cer uz lielu izmaksu. BTO direktors un neiroprotezēšanas pētnieks Džastins Sančess pastāstīja Scientific American, ko sagaidīt no viņa departamenta 2017. gadā, tostarp darbs ar nervu implantiem, lai palīdzētu veselīgiem cilvēkiem viņu ikdienas dzīvē, un citas tehnoloģijas, kas, pēc viņa teiktā, "mainīs spēles noteikumus". medicīna. Interesanti, kāds ir jaunākais ASV Aizsardzības aģentūras birojs? Jā, man. Klausīsimies Sančesu.
Pirms jūsu nodaļa tika izveidota 2014. gada aprīlī, DARPA jau strādāja pie vairākiem bioloģiskiem projektiem, tostarp pētījumiem par antibiotiku rezistenci un garīgās veselības iejaukšanos. Kas ir mainījies, izveidojot biroju?
Mēs daudzus gadus strādājam bioloģisko darbu - bioloģijas un inženierijas krustojumā -, taču tas ir izkaisīts pa visām pārējām mūsu nodaļām. Šis birojs bija atziņa, ka bioloģiskajām tehnoloģijām būs izšķiroša loma ne tikai mūsu valsts, bet arī citu valstu kustības virzienā, tāpēc mums bija jākoncentrē visaptveroši centieni un jādodas uz priekšu.
Mani īpaši aizrauj spēcīgais BTO izstrādāt programmējamus mikrobus, lai ražotu nepieciešamās zāles lidojumā - un tādējādi apietu vajadzīgo zāļu uzkrājumus vai sarežģītu transporta loģistiku. Izklausās pārsteidzoši. Kurā posmā šis darbs ir tagad?
Šo programmu sauc par “dzīvajām lietuvēm” - it kā mēs metīsim kaut ko dzīvu. Tradicionāli mēs izmantojam ķīmiju jaunu savienojumu vai jaunu zāļu radīšanai. Bet pēdējā laikā mēs esam sapratuši, ka arī mikrobi, piemēram, raugs un baktērijas, var veidot savienojumus, un mēs varam tos ieprogrammēt, lai izveidotu šos savienojumus, vispirms saprotot, kādus ķīmiskos ceļus viņi izmanto. Piemēram, ņem raugu. Raugs izmanto cukuru dažādos veidos spirtu ražošanai. Pārprogrammējot šīs dziesmas, jūs varētu piespiest raugu izveidot daudzus citus savienojumus, kurus viņi sākotnēji nezināja, kā ražot, un mēs joprojām izmantosim to pašu izejvielu: cukuru.
Mūsu komandas izstrādā ģenētiskos kodus, kurus var izmantot, lai pārprogrammētu raugu. Šī ideja varētu mainīt mūsu salikto ražošanas procesu. Programmas uzdevums ir saražot 1000 jaunas molekulas programmas laikā (kas ir trīs gadu attālumā), un mūsu komandām klājas labi. Es domāju, ka viņi jau ir ražojuši apmēram 100 jaunus savienojumus, kurus ražo raugs. Tas ir tāpat kā ņemt bioloģiju un apprecēties ar inženierzinātņu rīkiem un pēc tam ar tiem kaut ko radīt.
Tātad, vai jūs esat pašā savienojumu veidošanas ceļa sākumā?
Reklāmas video:
Jā. Tie visi tiek ražoti miligramos, bet galu galā programma sāks ražot kilogramus no tiem.
Ja mēs varam izveidot šīs pavisam jaunās lietuves, mēs varam apgriezt gan zāļu ražošanu, gan nemedicīniskas pieejas, jo šī ir platforma. Neatkarīgi no savienojuma, kas jūs interesē, ir daudz iespēju.
Kā jaunā prezidenta ievēlēšana un Republikāņu kongress ietekmēs jūsu darbu?
Mēs parasti neķeramies pie šādām lietām. DARPA misija paliek nemainīga neatkarīgi no politiskā klimata. Mūsu misija ir radīt graujošas tehnoloģijas valsts drošībai. Mūsu darbs un loma ir domāt par zinātni un tehnoloģijām pirms pasaules. Es domāju, ka šī misija pārsniedz politisko ainavu. Mums ir ļoti stingra misija un mēs cenšamies nodrošināt savu valsti, tāpēc šis vēlēšanu cikls ir tikai viens no daudziem.
Kurš BTO projekts jūs visvairāk apbrīnojat 2017. gadā?
Tas ir tāpat kā ar bērniem - nevar būt viens mājdzīvnieks. Man ir daudz izlases. Ļaujiet man padalīties ar dažiem, kas būs īpaši svarīgi 2017. gadā. Pirmkārt, ir joma, ko sauc par “infekcijas slimību progresēšanu”. Mūsu pašreizējā pieeja, kad mūsu krastos nonāk jauns patogēns, nav pārāk efektīva. Mēs vēlamies būt soli priekšā visiem patogēniem, kas var parādīties pie mūsu krastiem, un pat spēt paredzēt pandēmiju. Mēs izstrādājam jaunas pieejas imunizācijai, izmantojot DNS un RNS. Jo īpaši mēs domājam par to, kā nukleīnskābe palīdz imunizācijā. Ideja ir tāda, ka jūs varat likt savām šūnām ražot antivielas ar pareizu kodu, kas būs efektīvs pret konkrētu patogēnu. Viss nonāk līdziemācīt šūnām reaģēt uz patogēnu - un tas mums pavērs gandrīz tūlītēju imunitāti pret konkrētu patogēnu un spēju cīnīties ar to uz vienlīdzīgiem pamatiem.
Salīdzinot to ar tradicionālo infekcijas slimību novēršanas veidu, kas prasa mēnešus - ja ne gadus -, ieskaitot ne tikai patogēna identificēšanu, bet arī pietiekama daudzuma vakcīnas radīšanu, šī metode var būt daudz ātrāka. Radikāla pieeja ir nepieciešama šīs pamattehnoloģijas radīšanai, DNS un RNS pieeju pielietošanai cīņā pret infekcijas slimībām. Es ceru, ka mums būs par ko paziņot 2017. gadā.
Ko, piemēram, deklarēt?
Mums jau ir bijuši diezgan labi rezultāti eksperimentos ar pelēm, kas parādīja, ka nukleīnskābes pieejas darbojas labi. Mēs sākam veikt drošus eksperimentus ar cilvēkiem. Šie ir pirmie soļi. Nākamajā gadā mēs sāksim veidot jaunas programmas šīm platformām. Mēs nesteidzamies ar paziņojumiem, jo, ja mums tas izdosies, tas būtiski mainīs pašu infekcijas paziņojumu apkarošanas principu.
Dažos pēdējos gados ap prāta kontrolētām protēzēm un eksoskeletoniem ir daudz rosību. Kā BTO DARPA iekļaujas šajā telpā?
Mēs esam diezgan aizrāvušies ar šo jomu. Ne tik sen mēs piegādājām pirmās divas komerciāli pieejamās Lūkas protēzes, visprogresīvākās protēzes pasaulē. Tas ir liels solis smadzeņu kontrolētās protēzēs, taču mēs ar to neapstājamies.
Es domāju, ka nākotnē būs ļoti dažādas ierīces, kuras var kontrolēt ar neironu darbību, un to var izdarīt ne tikai upuri, bet arī vienkārši cilvēki. Mēs vēlētos aicināt neironu tehnoloģijas izmantot ikdienas dzīvē jau 2017. gadā.
Patiešām? Kādus lietojumus veselīgi cilvēki varētu izmantot savā ikdienas dzīvē?
Mani patiešām interesē, kā neironu tehnoloģijas varētu mainīt to, kā mēs mijiedarbojamies savā starpā, kā mēs sazināmies un pat pieņemam lēmumus. Es domāju par izziņas palīdzību. Ir daudz ideju, kā palīdzēt visdažādākajiem cilvēkiem. Durvis varētu vienkārši atvērties, domājot par to - un tas ir tikai vienkāršākais šādu tehnoloģiju pielietojums.
Nesen DARPA veica pētījumu, kas tika publicēts žurnālā Neuron, pētot, ka dziļa smadzeņu stimulēšana neuzlaboja atmiņu un pat pasliktināja to. Bet iepriekšējā pētījumā, kas tika veikts pirms dažiem gadiem, bija pretējs secinājums: stimulēšana uzlaboja atmiņu. Ko tas nozīmē jūsu nodaļas darbam šajā jomā?
Neirotehnoloģija mūsu birojā ir ļoti plaša teritorija. Mēs esam guvuši ievērojamus panākumus medicīnas jomā, parādot, ka tiešas neironu saskarnes (savienojumi starp smadzenēm un ierīci, piemēram, neirostimulatoru, datoru vai protēzi) var atjaunot kustību, sajūtas un veselību ar neiropsihiatriskiem traucējumiem. Zīmīgi, ka visu cieņu daudziem pētījumiem daudzi cilvēki domā, ka ir iespējams izolēt svarīgu smadzeņu zonu, stimulēt to un maģiski saņemt atbildi. Bet tas tā nav. Kartējot to, kas notiek smadzenēs, izrādās, ka, nenosūtot smadzenēm pareizos kodus, atmiņa neuzlabosies un var pat pasliktināties. Bet triks ir tāds, ka, iesniedzot pareizos kodus, jūs saņemsiet ievērojamus uzlabojumus deklaratīvajā atmiņā. Tātad tas ir divvirzienu zobens. Nākamajā smadzeņu pētījumu paaudzē ir vajadzīgi vairāk pētījumu.
Vai jūs varētu paskaidrot, ko jūs domājat ar kodu?
Kods ir pāris lietas. Tas ir precīzs atsevišķu neironu šaušana. Pieņemsim, ka jums ir 100 neironi, un tie visi dažādos laikos dažādās vietās deg - un visus šos ieslēgšanas un izslēgšanas gadījumus var interpretēt kā mēģinājumus atcerēties vārdu “Nensija” vai “koks”. Mēs varam saprast, ko šie aktivizācijas modeļi nozīmē un kā tie ir saistīti ar reālo pasauli. Visas šīs nervu aktivācijas shēmas kopā rada smadzeņu viļņus vai ritmus, un šajā līmenī mēs pētām arī smadzenes. Ir svarīgi saprast visas šīs dažādās smadzeņu šūnas, jo tā tas darbojas.
Jūsu nodaļā ir arī “biohronitātes” programma, kas pēta laika lomu bioloģiskajās funkcijās un mēģina pārvaldīt laika ietekmi uz cilvēka fizioloģiju
Mēs zaudējam tik daudz, jo nesaprotam bioloģiju. Es domāju, ka mūsu izpratne par bioloģiju ļoti pieaug. Un mūsu spēja mijiedarboties ar bioloģiju, izmantojot tehniskas metodes, mainīs mūsu attiecības ar ķermeni, smadzenēm un imūnsistēmu. Es domāju, ka mums būs pārsteidzoša nākotne. 2017. gads izsitīs mūsu smadzenes.
ILYA KHEL
