Ravi Sheth erhält den Hertz-Thesenpreis 2020 für die Transformation der mikrobiellen Forschung

Hertz Fellow Ravi Sheth sagt, sein Labor im Brooklyn Navy Yard sei "wie eine Willy Wonka-Fabrik von Mikroben", die darauf ausgerichtet ist, den Geschmack und die Sicherheit von Lebensmitteln und Getränken zu verbessern.

Das von ihm mitgegründete Unternehmen, Königreich Superkulturen, entwickelt auch Wege zur Verbesserung von Körperpflege- und Schönheitsprodukten, indem die heute verwendeten Chemikalien durch gesunde, nachhaltige Zutaten.

Die Gründung eines solchen Unternehmens wäre nicht so machbar gewesen, als Sheth vor fünf Jahren mit einem Hertz-Stipendium promovierte. weil er noch nicht die Werkzeuge erfunden hatte, um mechanistisch zu verstehen, wie Mikrobiome funktionieren.

Sheths "goldenes Ticket" war seine Doktorarbeit, "Neue Werkzeuge zum Verständnis und zur Entwicklung komplexer mikrobieller Gemeinschaften, “, für die er den Hertz Thesis Prize 2020 erhielt. Er basiert auf Arbeiten, die er während seines Hertz-Stipendiums in Harris Wangs Labor an der Columbia University durchgeführt hat.

„Das Feld hatte grundlegende Messprobleme, « sagte er. »Es war wirklich wie im Wilden Westen. Jetzt sind wir in der Lage, mithilfe von Werkzeugen quantitativ zu verstehen und zu messen, wie sich Mikrobiome über Raum und Zeit verändern und wie sie aus ökosystemarer Sicht funktionieren."

Die Messung des Mikrobioms war eine komplexe Herausforderung. Sheth nutzte das CRISPR-Cas-Immunsystem, um ein mikroskopisches Tonbandgerät zu entwickeln, das Umweltsignale von Mikrobenpopulationen erfasst. Der genetische Schaltkreis erfasste Informationen darüber, wie sich Umweltsignale im Laufe der Zeit veränderten – was zuvor nicht erreicht worden war – und kodierte sie in die DNA-Sequenz der Zellen selbst. Die Tools konnten auch andere Informationen erfassen, wie horizontal übertragene DNA-Sequenzen in komplexen Mikrobiomen.

„Das Coole daran ist, dass dies kein einzelner Stromkreis in einer einzelnen Zelle war. Dieser Stromkreis erforderte tatsächlich eine ganze Population von Zellen, die sich selbst regenerierten. " er sagte.

Mit neuen Stichproben- und Statistikansätzen, Sheth kartierte auch, wie Mikroben sowohl auf mikroskopischer Ebene (Mikrometer) als auch auf viel größerer Ebene (Zentimeter) mit hoher Komplexität miteinander interagieren. Sheth nutzte diese neuen Werkzeuge, um zu verstehen, wie sich das Mikrobiom einer Person im Laufe der Zeit und als Reaktion auf Veränderungen wie die Ernährung verändert.

Er entdeckte auch, dass Fluktuationen eines Mikrobioms anderen physikalisch interagierenden Systemen ähnlich sind. wie Vogelpopulationen und die Börse. Dies weist auf eine potenzielle Reihe universeller Prinzipien hin, denen auch Mikrobiome folgen. er sagte.

"Es ist eine Ehre und ein Privileg, dass die Arbeit in meiner Doktorarbeit anerkannt wird, " sagte Sheth. "Ich habe großen Respekt vor allen Hertz Fellows, und es ist zutiefst bedeutungsvoll, dass meine Abschlussarbeit ausgewählt wurde."

Mikrobielle Gemeinschaften synergetisch neue Produkte

Sheths Graduiertenschule forschungsbasierte Arbeit bei seinem einjährigen Startup. "Wir nehmen natürlich vorkommende Kulturen und bauen sie wie Legosteine ​​zu neuen Gemeinschaften und Zutaten zusammen."

Einige der ersten Zutaten von Kingdom Supercultures werden diesen Herbst in den Geschäften in den Vereinigten Staaten in die Regale kommen. obwohl Einzelheiten vorerst unter Verschluss sind. Im Allgemeinen, sie umfassen neue Kulturen für pflanzliche Lebensmittel, gegorene und alkoholische Getränke, und neuartige Körperpflegeprodukte für einige der größten Hersteller von Konsumgütern.

"Wir sind super aufgeregt über die Produkte, an denen wir arbeiten, " sagte Sheth. "Wir probieren viel, Geschmack und sensorische Arbeit und das Coole ist, dass diese einzelnen Mikroben die magische Fähigkeit haben, Lebensmittel in etwas völlig Neues zu verwandeln. Wir führen eingehende Experimente durch, um eine Menge Daten zu generieren, aber letztendlich für fast alles, was wir tun, Wir dürfen am Ende schmecken, was ein viszeral aufregendes Ergebnis ist."

Einige Unternehmen sind auf dem Kulturmarkt vorgedrungen, aber sie verlassen sich in der Regel auf eine begrenzte Anzahl von ein paar Dutzend Mikroben, sagte Shet. Kingdom Supercultures verfolgt einen anderen Ansatz, mit einer viel breiteren Palette von natürlichen Mikroben, die miteinander interagieren.

Sie können miteinander synergetisch wirken und Biotransformationen vollbringen, die kein einzelner Organismus leisten kann. Alles ohne genetische Veränderung ."

Ravi Sheth, Fannie und John Hertz Stiftung

Scheiße, 27, gründete sein Unternehmen direkt nach seiner Promotion. Nach dem Abschluss, hielt er einen Vortrag auf einer Mikrobiom-Konferenz in Irland, nach Hause geflogen und sofort in sein neues Labor eingezogen. Königreich beschaffte Risikokapitalfinanzierung über Y Combinator, einer der Top-Startup-Accelerator mit Fokus auf Technologie. Das Unternehmen begann schnell, Einnahmen durch die Forschung und Entwicklung neuer Lebensmittel zu erzielen.

Neben der Verwendung von Tools, die er in der Graduiertenschule entwickelt hat, Sheth ist auch von neuen Messwerkzeugen begeistert, wie konfokale Mikroskopie. „Es ermöglicht uns, genau zu sehen, was die Mikroben tun, und ist eine völlig neue Art der Messung. Wir verwenden es, um im Labor in einer Reihe von Projekten riesige Datenmengen zu generieren.“

Wert des Hertz-Stipendiums

Ohne die Unterstützung der Hertz-Stiftung Sheth bezweifelt, dass er auf seinem aktuellen Weg sein würde. Mitten in seiner Promotion Philip Welkhoff drängte ihn, über ein Sommerpraktikum bei der Bill &Melinda Gates Foundation nachzudenken. Welkhoff ist Senior Fellowship Interviewer der Hertz Stiftung und Mitglied des Vorstands, sowie der Direktor für Malaria bei der Gates Foundation.

Damals, die Gates Foundation wollte herausfinden, ob die zweimal jährlich verabreichte Dosis von Azithromycin die Kindersterblichkeit in Afrika südlich der Sahara senken könnte. 1 von 19 Kindern stirbt, bevor es fünf Jahre alt wird. Das Medikament, mit einer Prise Bananenaroma schmackhafter gemacht, die Gesamtkindersterblichkeit um 14 Prozent gesenkt.

"Die Arbeit war wirklich transformierend in Bezug auf meine Denkweise über die Auswirkungen der Technologie auf die Welt. Ich habe gelernt, dass man die besten technologischen Lösungen für Probleme finden kann. aber es gibt so viele andere Faktoren, die in Bezug auf die Kosten zu berücksichtigen sind, Annehmbarkeit, Maßstab und Verbreitung. Es hat tiefgreifend beeinflusst, wie ich über meine langfristige Karriere dachte, nächste Schritte und mögliche Auswirkungen, “ sagte Shet.

In Wangs Labor, Sheth leitete eine Folgestudie, um festzustellen, inwieweit das Antibiotikum das Mikrobiom im Tiermodell umgestaltet hat. Sheth half beim Erstellen einer Karte, wie sich das Mikrobiom nach der Verabreichung des Antibiotikums erholt und neu formt. sowohl Mikrobiom-Ansätze als auch neuartige Techniken, die er entwickelt hat.

„Das Verständnis des Wirkmechanismus ist eigentlich sehr wichtig, um dies als Intervention zu skalieren und in Zukunft neue und bessere Interventionen zu entwickeln. “ sagte er. „Der andere interessante Aspekt ist, dass diese Makrolid-Antibiotika natürliche Produkte sind, die von verschiedenen Mikroben hergestellt werden. Und so stellt sich die Frage, Welche Rolle spielen diese Antibiotika in natürlichen Ökosystemen? Es ist eine so faszinierende Reihe von Problemen und hat offensichtlich tiefgreifende Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit."

Sheth hat seit ihrer Kindheit winzige Dinge angebaut. "Auf der Hochschule, Jemand hat mir einen Kombucha-Scoby geschenkt und ich war fasziniert davon, wie sich diese seltsame Matte selbst replizierte. Es ist super schleimig, aber dann verwandelt es Zuckertee in etwas völlig Neues."

Er wuchs in einer Familie auf, die von Biowissenschaften und Design fasziniert war. Sheths Mutter war Architektin, die Kunsterzieherin wurde. Sein Vater ist Ingenieur, der seine gesamte Karriere in Forschung und Entwicklung bei Procter &Gamble verbracht hat. und seine Schwester beginnt diesen Herbst eine Doktorarbeit in Bioingenieurwesen an der Stanford University.

"Es war eine wirklich interessante Kindheit. Die Schnittmenge von Kunst und Wissenschaft hat viele meiner Denkweisen beeinflusst. “ sagte Shet.

Sheth hat diese Kreativität nun auch auf Mikroben gebracht und möchte seine Faszination mit anderen teilen.

„Wenn die Leute an Mikroben denken, sie stellen sich diese ekligen Krankheitserreger vor, “ sagte er. „Aber Mikroben sind so viel mehr als das. Diese Mikroorganismen haben eine unglaubliche Transformationsfähigkeit, und wir haben wahrscheinlich nur 1 Prozent dessen, was sie tun können, entdeckt. Die anderen 99 Prozent haben das Potenzial, eine weitere technologische Revolution ähnlich den Auswirkungen der Materialwissenschaften voranzutreiben. Elektronik und Computernetzwerke im 20. Jahrhundert. Wenn ich darüber nachdenke, bin ich wirklich begeistert von dem, woran wir jeden Tag arbeiten."

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