Ravi Sheth mottar 2020 Hertz avhandlingspris for transformering av mikrobiell forskning

Hertz -stipendiat Ravi Sheth sier at laboratoriet hans i Brooklyn Navy Yard er "som en Willy Wonka -fabrikk med mikrober" for å forbedre smaken og sikkerheten til mat og drikke.

Selskapet han grunnla, Kingdom Supercultures, utvikler også måter å forbedre personlig pleie og skjønnhetsprodukter ved å erstatte kjemikaliene som brukes i dag med sunne, bærekraftige ingredienser.

Å starte et slikt selskap hadde ikke vært like gjennomførbart da Sheth begynte på doktorgraden for fem år siden på et Hertz -stipendium, fordi han ennå ikke hadde funnet opp verktøyene for å mekanisk forstå hvordan mikrobiomer fungerer.

Sheths "golden ticket" var doktorgradsoppgaven hans, "Nye verktøy for å forstå og konstruere komplekse mikrobielle fellesskap, "som han ble tildelt Hertz Thesis Prize 2020 for. Den er basert på arbeid han utførte i Harris Wangs laboratorium ved Columbia University under sitt Hertz Fellowship.

"Feltet hadde grunnleggende måleproblemer, "sa han." Det var virkelig som det ville vesten. Nå kan vi bruke verktøy for å kvantitativt forstå og måle hvordan mikrobiomer endrer seg over rom og tid og hvordan de fungerer fra et økosystemperspektiv. "

Å måle mikrobiomet var en kompleks utfordring. Sheth utnyttet CRISPR-Cas immunsystem til å utvikle en mikroskopisk båndopptaker som fanget opp miljøsignaler fra mikrober. Den genetiske kretsen fanget informasjon om hvordan miljøsignaler endret seg over tid-som ikke hadde blitt oppnådd tidligere-og kodet dem i DNA-sekvensen til cellene selv. Verktøyene kunne også registrere andre opplysninger, som horisontalt overførte DNA -sekvenser i komplekse mikrobiomer.

"Det som er veldig kult er at dette ikke var en enkelt krets i en enkelt celle. Denne kretsen faktisk krevde en hel populasjon av celler som var selvregenererende, " han sa.

Ved hjelp av nye prøvetaking og statistiske tilnærminger, Sheth kartla også hvordan mikrober samhandler med hverandre på både et mikroskopisk (mikron) nivå og et mye større (centimeter) nivå med høy kompleksitet. Sheth brukte disse nye verktøyene for å forstå hvordan en persons mikrobiom endres over tid og som svar på endringer som kosthold.

Han oppdaget også at svingninger i et mikrobiom ligner andre fysiske samspillssystemer, som fuglebestander og aksjemarkedet. Dette peker på et potensielt sett med universelle prinsipper som mikrobiomer også følger, han sa.

"Det er en ære og et privilegium å få arbeidet i doktorgraden min anerkjent, "Sa Sheth." Jeg har enorm respekt for alle Hertz -stipendiatene, og det er dypt meningsfylt å velge oppgavearbeidet mitt. "

Mikrobielle samfunn synergiserer nye produkter

Sheths forskningsinformerte arbeid ved forskerskolen ved den årlige oppstarten. "Vi tar naturlig forekommende kulturer og samler dem som legoklosser til nye lokalsamfunn og ingredienser."

Noen av Kingdom Supercultures 'første ingredienser kommer i hyllene i butikkene i USA i høst, selv om detaljer er under wraps for nå. Generelt, de inkluderer nye kulturer for plantebasert mat, gjærede og alkoholholdige drikker, og nye produkter for personlig pleie for noen av de største produsentene av forbruksemballasje.

"Vi er veldig begeistret for produktene vi jobber med, "Sa Sheth." Vi smaker mye, smak og sansearbeid og det som er kult er at disse individuelle mikrober har den magiske evnen til å forvandle mat til noe helt nytt. Vi gjør grundige eksperimenter for å generere massevis av data, men så til slutt for nesten alt vi gjør, vi får smake på slutten, som er et visuelt spennende resultat. "

Noen selskaper har gjort innhopp i kulturmarkedet, men de stoler vanligvis på et begrenset sett med noen få dusin mikrober, Sa Sheth. Kingdom Supercultures tar en annen tilnærming, ved å bruke et mye bredere spekter av naturlige mikrober som samhandler med hverandre.

De kan synergisere med hverandre og oppnå biotransformasjoner som ingen enkelt organisme kan gjøre. Alt uten noen genetisk modifikasjon . "

Ravi Sheth, Fannie og John Hertz Foundation

Sheth, 27, grunnla selskapet sitt rett etter å ha oppnådd doktorgraden. Etter endt utdanning, han holdt en tale på en mikrobiomkonferanse i Irland, fløy hjem og flyttet umiddelbart til hans nye laboratorium. Kingdom samlet inn risikokapitalfinansiering gjennom Y Combinator, en av de beste oppstartsakseleratorene med fokus på teknologi. Selskapet begynte raskt å generere inntekter gjennom forskning og utvikling av nye matvarer.

I tillegg til å bruke verktøy han utviklet på forskerskolen, Sheth er også begeistret for nye måleverktøy, slik som konfokal mikroskopi. "Den lar oss se nøyaktig hva mikrober gjør og er en helt ny type måling. Vi bruker den til å generere enorme mengder data i laboratoriet på tvers av en rekke prosjekter."

Verdien av Hertz -stipendiet

Uten støtte fra Hertz Foundation, Sheth tviler på at han ville være på sin nåværende bane. Midtveis i doktorgraden, Philip Welkhoff oppfordret ham til å vurdere en sommerpraksis hos Bill &Melinda Gates Foundation. Welkhoff er Hertz Foundation's senior fellesskapsintervjuer og medlem av styret, samt direktør for malaria ved Gates Foundation.

På den tiden, Gates Foundation ønsket å avgjøre om to ganger årlige doser av azitromycin kan redusere barndødeligheten i Afrika sør for Sahara, hvor 1 av 19 barn dør før de fyller fem år. Dopet, gjort mer velsmakende med en skvett banansmak, redusert barnedødelighet av alle årsaker med 14 prosent.

"Arbeidet var virkelig transformerende i hvordan jeg tenkte på virkningen av teknologi i verden. Jeg lærte at du kan ha de beste teknologiske løsningene på problemer, men det er så mange andre faktorer å vurdere når det gjelder kostnader, aksept, skala og distribusjon. Det påvirket dypt hvordan jeg tenkte om min langsiktige karriere, neste trinn og potensiell innvirkning, "Sa Sheth.

I Wangs laboratorium, Sheth ledet en oppfølgingsstudie for å avgjøre i hvilken grad antibiotika omformet mikrobiomet i dyremodeller. Sheth hjalp til med å bygge et kart over hvordan mikrobiomet gjenoppretter og omformer seg etter administrering av antibiotika, ved å bruke både mikrobiometilnærminger og nye teknikker han utviklet.

"Å forstå virkningsmekanismen er faktisk ganske viktig for å skalere dette som et inngrep og utvikle nye og bedre tiltak i fremtiden, "sa han." Det andre interessante aspektet er at disse makrolidantibiotikaene er naturlige produkter laget av forskjellige mikrober. Og det stiller spørsmålet, hva er rollen til disse antibiotika i naturlige økosystemer? Det er et så fascinerende sett med problemer og har åpenbart store konsekvenser for menneskers helse. "

Sheth har vokst med små ting siden barndommen. "I videregående skole, noen ga meg en kombucha-scoby, og jeg ble fascinert av hvordan denne rare matten replikerte seg selv. Den er superslim, men da forvandler det sukker te til noe helt nytt. "

Han vokste opp i en familie fascinert av biologi og design. Sheths mor var en arkitekt som ble kunstpedagog. Faren er en ingeniør som jobbet hele sin karriere innen forskning og utvikling hos Procter &Gamble, og søsteren begynner på en bioingeniør -doktorgrad ved Stanford University i høst.

"Det var en veldig interessant barndom. Skjæringspunktet mellom kunst og vitenskap påvirket mange måter jeg tenker på, "Sa Sheth.

Sheth har nå brakt den kreativiteten til mikrober og ønsker å dele sin fascinasjon med andre.

"Når folk tenker på mikrober, de forestiller seg disse ille patogenene som forårsaker sykdom, "sa han." Men mikrober er så mye mer enn det. Disse mikroorganismer har en utrolig transformasjonsevne, og vi har sannsynligvis bare oppdaget 1 prosent av det de kan gjøre. De andre 99 prosentene har potensial til å drive en ny teknologisk revolusjon som ligner virkningen av materialvitenskap, elektronikk og datanettverk på 1900 -tallet. Når jeg tenker på dette, blir jeg veldig spent på hva vi jobber med hver dag. "

• Magespesifikt protein spiller en nøkkelrolle i utviklingen av fedme
• Ny studie lansert for mer nøyaktig å diagnostisere tidlig hepatocellulært karsinom