Ravi Sheth reçoit le prix de thèse Hertz 2020 pour la transformation de la recherche microbienne

Hertz Fellow Ravi Sheth dit que son laboratoire dans le Brooklyn Navy Yard est « comme une usine de microbes Willy Wonka » visant à améliorer le goût et la sécurité des aliments et des boissons.

L'entreprise qu'il a cofondée, Supercultures du Royaume, développe également des moyens d'améliorer les produits de soins personnels et de beauté en remplaçant les produits chimiques utilisés aujourd'hui par des produits sains, ingrédients durables.

Lancer une telle entreprise n'aurait pas été aussi faisable lorsque Sheth a commencé son doctorat il y a cinq ans grâce à une bourse Hertz, parce qu'il n'avait pas encore inventé les outils pour comprendre mécaniquement le fonctionnement des microbiomes.

Le "ticket d'or" de Sheth était sa thèse de doctorat, "De nouveaux outils pour comprendre et concevoir des communautés microbiennes complexes, " pour lequel il a reçu le prix de thèse Hertz 2020. Il est basé sur des travaux qu'il a menés dans le laboratoire de Harris Wang à l'Université Columbia pendant sa bourse Hertz.

"Le domaine avait des problèmes de mesure fondamentaux, " at-il dit. " C'était vraiment comme le Far West. Nous sommes désormais en mesure d'utiliser des outils pour comprendre et mesurer quantitativement comment les microbiomes changent dans l'espace et dans le temps et comment ils fonctionnent du point de vue de l'écosystème. »

Mesurer le microbiome était un défi complexe. Sheth a tiré parti du système immunitaire CRISPR-Cas pour développer un magnétophone microscopique qui capte les signaux environnementaux des populations de microbes. Le circuit génétique a capturé des informations sur la façon dont les signaux environnementaux ont changé au fil du temps - ce qui n'avait pas été accompli auparavant - et les a codés dans la séquence d'ADN des cellules elles-mêmes. Les outils ont également pu enregistrer d'autres informations, comme des séquences d'ADN transférées horizontalement dans des microbiomes complexes.

"Ce qui est vraiment cool, c'est qu'il ne s'agissait pas d'un seul circuit dans une seule cellule. Ce circuit nécessitait en fait une population entière de cellules qui s'auto-régénérait, " il a dit.

En utilisant de nouvelles approches d'échantillonnage et statistiques, Sheth a également cartographié la façon dont les microbes interagissent les uns avec les autres à la fois à un niveau microscopique (micron) et à un niveau beaucoup plus grand (centimètre) avec une complexité élevée. Sheth a utilisé ces nouveaux outils pour comprendre comment le microbiome d'une personne change au fil du temps et en réponse à des changements tels que l'alimentation.

Il a également découvert que les fluctuations d'un microbiome sont similaires à d'autres systèmes physiques en interaction, comme les populations d'oiseaux et le marché boursier. Cela indique un ensemble potentiel de principes universels que les microbiomes suivent également, il a dit.

"C'est un honneur et un privilège de voir le travail de mon doctorat reconnu, " a déclaré Sheth. " J'ai un immense respect pour tous les boursiers Hertz, et c'est profondément significatif que mon travail de thèse soit sélectionné."

Les communautés microbiennes mettent en synergie de nouveaux produits

Le travail éclairé par la recherche de l'école supérieure de Sheth dans sa startup vieille d'un an. "Nous prenons des cultures naturelles et les assemblons comme des blocs Lego dans de nouvelles communautés et ingrédients."

Certains des premiers ingrédients de Kingdom Supercultures arriveront dans les magasins aux États-Unis cet automne, bien que les détails soient secrets pour le moment. En général, ils incluent de nouvelles cultures pour les aliments à base de plantes, boissons fermentées et alcoolisées, et de nouveaux produits de soins personnels pour certains des plus grands fabricants de biens de consommation emballés.

« Nous sommes très enthousiastes à propos des produits sur lesquels nous travaillons, " Sheth a dit. " Nous faisons beaucoup de goût, la saveur et le travail sensoriel et ce qui est cool, c'est que ces microbes individuels ont la capacité magique de transformer les aliments en quelque chose d'entièrement nouveau. Nous faisons des expériences approfondies pour générer une tonne de données, mais finalement pour presque tout ce que nous faisons, on goûte à la fin, ce qui est un résultat viscéralement excitant."

Certaines entreprises ont fait des percées sur le marché de la culture, mais ils reposent généralement sur un ensemble limité de quelques dizaines de microbes, dit Sheth. Kingdom Supercultures adopte une approche différente, en utilisant une gamme beaucoup plus large de microbes naturels qui interagissent les uns avec les autres.

Ils peuvent entrer en synergie les uns avec les autres et accomplir des biotransformations qu'aucun organisme seul ne peut faire. Le tout sans aucune modification génétique ."

Ravi Sheth, Fondation Fannie et John Hertz

Sheth, 27, a cofondé son entreprise juste après avoir obtenu son doctorat. Après l'obtention du diplôme, il a donné une conférence lors d'une conférence sur le microbiome en Irlande, est rentré chez lui et a immédiatement emménagé dans son nouveau laboratoire. Kingdom a levé des fonds de capital-risque via Y Combinator, l'un des meilleurs accélérateurs de startups axés sur la technologie. L'entreprise a rapidement commencé à générer des revenus grâce à la recherche et au développement de nouveaux aliments.

En plus d'utiliser des outils qu'il a développés à l'école doctorale, Sheth est également enthousiasmé par les nouveaux outils de mesure, comme la microscopie confocale. "Cela nous permet de voir exactement ce que font les microbes et c'est un tout nouveau type de mesure. Nous l'utilisons pour générer des quantités massives de données en laboratoire sur un certain nombre de projets."

Valeur de la bourse Hertz

Sans le soutien de la Fondation Hertz, Sheth doute qu'il soit sur sa trajectoire actuelle. A mi-parcours de son doctorat, Philip Welkhoff l'a exhorté à envisager un stage d'été à la Fondation Bill &Melinda Gates. Welkhoff est l'intervieweur principal de la Fondation Hertz et membre du conseil d'administration, ainsi que le directeur du paludisme à la Fondation Gates.

À l'époque, la Fondation Gates a voulu déterminer si des doses semestrielles d'azithromycine pouvaient réduire la mortalité infantile en Afrique subsaharienne, où 1 enfant sur 19 meurt avant d'atteindre l'âge de cinq ans. La drogue, rendu plus agréable au goût avec un soupçon d'arôme de banane, réduit la mortalité infantile toutes causes confondues de 14 pour cent.

"Le travail a vraiment transformé ma façon de penser l'impact de la technologie dans le monde. J'ai appris que vous pouvez avoir les meilleures solutions technologiques aux problèmes, mais il y a tellement d'autres facteurs à considérer en termes de coûts, acceptabilité, échelle et distribution. Cela a profondément influencé la façon dont j'ai pensé à ma carrière à long terme, prochaines étapes et impact potentiel, " dit Sheth.

Dans le laboratoire de Wang, Sheth a mené une étude de suivi pour déterminer dans quelle mesure l'antibiotique a remodelé le microbiome dans des modèles animaux. Sheth a aidé à établir une carte de la façon dont le microbiome se rétablit et se remodèle après l'administration de l'antibiotique, en utilisant à la fois des approches du microbiome et de nouvelles techniques qu'il a développées.

« Comprendre le mécanisme d'action est en fait assez important pour étendre cela en tant qu'intervention et développer de nouvelles et meilleures interventions à l'avenir, " at-il dit. " L'autre aspect intéressant est que ces antibiotiques macrolides sont des produits naturels fabriqués par différents microbes. Et donc cela pose la question, quel est le rôle de ces antibiotiques dans les écosystèmes naturels ? C'est un ensemble de problèmes tellement fascinant et qui a évidemment de profondes implications pour la santé humaine."

Sheth fait pousser de petites choses depuis son enfance. "À l'école secondaire, quelqu'un m'a donné un kombucha scoby et j'ai été fasciné par la façon dont ce tapis étrange s'est auto-répliqué. C'est super gluant, mais ensuite, il transforme le thé au sucre en quelque chose d'entièrement nouveau."

Il a grandi dans une famille passionnée par les sciences biologiques et le design. La mère de Sheth était une architecte devenue éducatrice artistique. Son père est ingénieur qui a fait toute sa carrière en recherche et développement chez Procter &Gamble, et sa sœur entame un doctorat en bio-ingénierie à l'Université de Stanford cet automne.

"C'était une enfance vraiment intéressante. L'intersection de l'art et de la science a influencé beaucoup de façons dont je pense, " dit Sheth.

Sheth a maintenant apporté cette créativité aux microbes et veut partager sa fascination avec les autres.

"Quand les gens pensent aux microbes, ils imaginent ces pathogènes dégoûtants qui causent des maladies, " dit-il. " Mais les microbes sont tellement plus que cela. Ces micro-organismes ont une incroyable capacité de transformation, et nous n'avons probablement découvert que 1% de ce qu'ils peuvent faire. Les 99% restants ont le potentiel de conduire une autre révolution technologique similaire à l'impact de la science des matériaux, l'électronique et les réseaux informatiques au XXe siècle. Penser à cela me rend vraiment enthousiasmé par ce sur quoi nous travaillons tous les jours."

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