Ravi Sheth riceve il premio di tesi 2020 Hertz per la trasformazione della ricerca microbica

Hertz Fellow Ravi Sheth afferma che il suo laboratorio nel Brooklyn Navy Yard è "come una fabbrica di microbi Willy Wonka" orientata a migliorare il gusto e la sicurezza di cibi e bevande.

La società da lui cofondata, Superculture del Regno, sta anche sviluppando modi per migliorare la cura personale e i prodotti di bellezza sostituendo le sostanze chimiche utilizzate oggi con prodotti sani, ingredienti sostenibili.

Lanciare una società del genere non sarebbe stato così fattibile quando Sheth ha iniziato il suo dottorato di ricerca cinque anni fa con una borsa di studio Hertz, perché non aveva ancora inventato gli strumenti per capire meccanicamente come funzionano i microbiomi.

Il "biglietto d'oro" di Sheth era la sua tesi di dottorato, "Nuovi strumenti per comprendere e progettare comunità microbiche complesse, " per il quale è stato insignito dell'Hertz Thesis Prize 2020. Si basa sul lavoro che ha condotto nel laboratorio di Harris Wang alla Columbia University durante la sua Hertz Fellowship.

"Il campo ha avuto problemi di misurazione fondamentali, " ha detto. "E 'stato davvero come il selvaggio West. Ora siamo in grado di utilizzare strumenti per comprendere e misurare quantitativamente come i microbiomi cambiano nello spazio e nel tempo e come funzionano dal punto di vista dell'ecosistema".

La misurazione del microbioma è stata una sfida complessa. Sheth ha sfruttato il sistema immunitario CRISPR-Cas per sviluppare un registratore microscopico che ha catturato i segnali ambientali da popolazioni di microbi. Il circuito genetico ha catturato informazioni su come i segnali ambientali sono cambiati nel tempo, cosa che non era stata realizzata in precedenza, e li ha codificati nella sequenza del DNA delle cellule stesse. Gli strumenti erano anche in grado di registrare altre informazioni, come sequenze di DNA trasferite orizzontalmente in microbiomi complessi.

"La cosa veramente interessante è che questo non era un singolo circuito in una singola cella. Questo circuito in realtà richiedeva un'intera popolazione di cellule che si autorigeneravano, " Egli ha detto.

Utilizzando nuovi metodi di campionamento e statistici, Sheth ha anche mappato il modo in cui i microbi interagiscono tra loro sia a livello microscopico (micron) sia a livello molto più grande (centimetro) con elevata complessità. Sheth ha utilizzato questi nuovi strumenti per capire come cambia il microbioma di una persona nel tempo e in risposta a cambiamenti come la dieta.

Ha anche scoperto che le fluttuazioni di un microbioma sono simili ad altri sistemi fisici interagenti, come le popolazioni di uccelli e il mercato azionario. Ciò indica un potenziale insieme di principi universali che seguono anche i microbiomi, Egli ha detto.

"È un onore e un privilegio vedere riconosciuto il lavoro del mio dottorato di ricerca, " ha detto Sheth. "Ho un enorme rispetto per tutti gli Hertz Fellow, ed è profondamente significativo che il mio lavoro di tesi venga selezionato".

Le comunità microbiche sinergizzano i nuovi prodotti

Il lavoro di ricerca informato dalla scuola di specializzazione di Sheth alla sua startup di un anno. "Stiamo prendendo culture naturali e assemblandole come blocchi di Lego in nuove comunità e ingredienti".

Alcuni dei primi ingredienti di Kingdom Supercultures arriveranno sugli scaffali dei negozi negli Stati Uniti questo autunno, anche se le specifiche sono nascoste per ora. Generalmente, includono nuove culture per alimenti a base vegetale, bevande fermentate e alcoliche, e nuovi prodotti per la cura personale per alcuni dei più grandi produttori di beni di consumo confezionati.

"Siamo super entusiasti dei prodotti su cui stiamo lavorando, " Sheth ha detto. "Facciamo un sacco di gusto, sapore e lavoro sensoriale e la cosa interessante è che questi singoli microbi hanno la magica capacità di trasformare gli alimenti in qualcosa di completamente nuovo. Facciamo esperimenti approfonditi per generare una tonnellata di dati, ma poi alla fine per quasi tutto quello che facciamo, possiamo assaggiare alla fine, che è un risultato visceralmente eccitante."

Alcune aziende si sono fatte strada nel mercato della cultura, ma in genere si basano su un insieme limitato di poche dozzine di microbi, disse Sheth. Kingdom Supercultures sta adottando un approccio diverso, utilizzando una gamma molto più ampia di microbi naturali che interagiscono tra loro.

Possono sinergizzare tra loro e realizzare biotrasformazioni che nessun singolo organismo può fare. Il tutto senza alcuna modificazione genetica ."

Ravi Sheth, Fondazione Fannie e John Hertz

Sheth, 27, ha cofondato la sua azienda subito dopo aver conseguito il dottorato di ricerca. Dopo la laurea, ha tenuto un discorso a una conferenza sul microbioma in Irlanda, volò a casa e si trasferì immediatamente nel suo nuovo laboratorio. Il Regno ha raccolto finanziamenti in capitale di rischio tramite Y Combinator, uno dei migliori acceleratori di startup focalizzato sulla tecnologia. L'azienda ha iniziato rapidamente a generare entrate attraverso la ricerca e lo sviluppo di nuovi alimenti.

Oltre a utilizzare gli strumenti che ha sviluppato nella scuola di specializzazione, Sheth è anche entusiasta di nuovi strumenti di misurazione, come la microscopia confocale. "Ci consente di vedere esattamente cosa stanno facendo i microbi ed è un tipo di misurazione completamente nuovo. Lo stiamo usando per generare enormi quantità di dati in laboratorio attraverso una serie di progetti".

Valore della borsa di studio Hertz

Senza il supporto della Fondazione Hertz, Sheth dubita che sarebbe sulla sua traiettoria attuale. A metà del suo dottorato di ricerca, Philip Welkhoff lo ha esortato a prendere in considerazione uno stage estivo presso la Bill &Melinda Gates Foundation. Welkhoff è intervistatore senior per la borsa di studio della Fondazione Hertz e membro del consiglio di amministrazione, così come il direttore per la malaria presso la Fondazione Gates.

Al tempo, la Fondazione Gates voleva determinare se dosi semestrali di azitromicina potessero ridurre la mortalità infantile nell'Africa subsahariana, dove 1 bambino su 19 muore prima di raggiungere i cinque anni. La droga, reso più appetibile con un pizzico di aroma di banana, ridotto del 14% la mortalità infantile per tutte le cause.

"Il lavoro è stato davvero trasformativo nel modo in cui ho pensato all'impatto della tecnologia nel mondo. Ho imparato che puoi avere le migliori soluzioni tecnologiche ai problemi, ma ci sono tanti altri fattori da considerare in termini di costi, accettabilità, scala e distribuzione. Ha avuto un profondo impatto sul modo in cui pensavo alla mia carriera a lungo termine, prossimi passi e potenziale impatto, " disse Sheth.

Nel laboratorio di Wang, Sheth ha condotto uno studio di follow-up per determinare fino a che punto l'antibiotico ha rimodellato il microbioma nei modelli animali. Sheth ha contribuito a costruire una mappa di come il microbioma si riprende e si rimodella dopo la somministrazione dell'antibiotico, utilizzando sia approcci al microbioma che nuove tecniche da lui sviluppate.

"Comprendere il meccanismo d'azione è in realtà molto importante per ridimensionarlo come intervento e sviluppare interventi nuovi e migliori in futuro, " ha detto. "L'altro aspetto interessante è che questi antibiotici macrolidi sono prodotti naturali realizzati da diversi microbi. E quindi sorge la domanda, qual è il ruolo di questi antibiotici negli ecosistemi naturali? È un insieme di problemi così affascinante e ovviamente ha profonde implicazioni per la salute umana".

Sheth ha coltivato piccole cose fin dall'infanzia. "Alle superiori, qualcuno mi ha regalato un kombucha scoby e sono rimasto affascinato da come questo strano tappetino si auto-replicava. è super viscido, ma poi trasforma il tè zuccherato in qualcosa di completamente nuovo."

È cresciuto in una famiglia affascinata dalle scienze biologiche e dal design. La madre di Sheth era un architetto che divenne un'educatrice artistica. Suo padre è un ingegnere che ha lavorato per tutta la sua carriera in ricerca e sviluppo presso Procter &Gamble, e sua sorella sta iniziando un dottorato di ricerca in bioingegneria alla Stanford University questo autunno.

"È stata un'infanzia davvero interessante. L'intersezione tra arte e scienza ha influenzato molti modi in cui penso, " disse Sheth.

Sheth ora ha portato quella creatività ai microbi e vuole condividere il suo fascino con gli altri.

"Quando la gente pensa ai microbi, immaginano questi disgustosi agenti patogeni che causano malattie, " ha detto. "Ma i microbi sono molto di più di questo. Questi microrganismi hanno un'incredibile capacità di trasformazione, e probabilmente abbiamo scoperto solo l'1% di ciò che possono fare. L'altro 99 percento ha il potenziale per guidare un'altra rivoluzione tecnologica simile all'impatto della scienza dei materiali, elettronica e reti di computer nel XX secolo. Pensare a questo mi rende davvero entusiasta di ciò su cui stiamo lavorando ogni giorno".

• La proteina specifica dello stomaco gioca un ruolo chiave nella progressione dell'obesità
• Lanciato un nuovo studio per diagnosticare con maggiore precisione il carcinoma epatocellulare precoce