Ravi Sheth mottar 2020 Hertz -avhandlingspris för att omvandla mikrobiell forskning

Hertz -stipendiat Ravi Sheth säger att hans laboratorium i Brooklyn Navy Yard är "som en Willy Wonka -fabrik av mikrober" inriktad på att förbättra smaken och säkerheten hos mat och dryck.

Företaget han grundade, Kingdom Supercultures, utvecklar också sätt att förbättra personlig vård och skönhetsprodukter genom att ersätta de kemikalier som används idag med friska, hållbara ingredienser.

Att starta ett sådant företag hade inte varit lika genomförbart när Sheth började sin doktorsexamen för fem år sedan på ett Hertz -stipendium, eftersom han ännu inte hade uppfunnit verktygen för att mekaniskt förstå hur mikrobiomer fungerar.

Sheths "gyllene biljett" var hans doktorsavhandling, "Nya verktyg för att förstå och konstruera komplexa mikrobiella gemenskaper, "som han tilldelades Hertz Thesis Prize 2020 för. Det är baserat på arbete som han utförde i Harris Wangs laboratorium vid Columbia University under sitt Hertz Fellowship.

"Fältet hade grundläggande mätproblem, "sa han." Det var verkligen som vilda västern. Nu kan vi använda verktyg för att kvantitativt förstå och mäta hur mikrobiomer förändras över rum och tid och hur de fungerar ur ett ekosystemperspektiv. "

Att mäta mikrobiomet var en komplex utmaning. Sheth utnyttjade CRISPR-Cas immunsystem för att utveckla en mikroskopisk bandspelare som fångade miljösignaler från populationer av mikrober. Den genetiska kretsen fångade information om hur miljösignaler förändrades över tiden-vilket inte hade åstadkommits tidigare-och kodade dem i själva DNA-sekvensen. Verktygen kunde också spela in annan information, som horisontellt överförda DNA -sekvenser i komplexa mikrobiomer.

"Det som är riktigt coolt är att det här inte var en enda krets i en enda cell. Denna krets krävde faktiskt en hel population av celler som självregenererade, " han sa.

Med hjälp av nya urval och statistiska metoder, Sheth kartlade också hur mikrober interagerar med varandra på både en mikroskopisk (mikron) nivå och en mycket större (centimeter) nivå med hög komplexitet. Sheth använde dessa nya verktyg för att förstå hur en persons mikrobiom förändras över tid och som svar på förändringar som kost.

Han upptäckte också att fluktuationer i ett mikrobiom liknar andra fysiskt interagerande system, som fågelpopulationer och börsen. Detta pekar på en potentiell uppsättning universella principer som mikrobiomer också följer, han sa.

"Det är en ära och ett privilegium att få arbetet i min doktorsexamen erkänd, "Sade Sheth." Jag har enorm respekt för alla Hertz -stipendiater, och det är djupt meningsfullt att välja mitt examensarbete. "

Mikrobiella samhällen synergiserar nya produkter

Sheths forskarinriktade forskarinriktade arbete vid hans åriga start. "Vi tar naturligt förekommande kulturer och monterar dem som legoklossar i nya samhällen och ingredienser."

Några av Kingdom Supercultures första ingredienser kommer att hamna på hyllor i butiker i USA i höst, även om detaljerna är under omslag för tillfället. I allmänhet, de inkluderar nya kulturer för växtbaserade livsmedel, jästa och alkoholhaltiga drycker, och nya produkter för personlig vård för några av de största tillverkarna av konsumentförpackade varor.

"Vi är väldigt glada över de produkter som vi arbetar med, "Sa Sheth." Vi smakar mycket, smak och sensoriskt arbete och det som är coolt är att dessa individuella mikrober har den magiska förmågan att förvandla livsmedel till något helt nytt. Vi gör djupgående experiment för att generera massor av data, men så småningom för nästan allt vi gör, vi får smaka på slutet, vilket är ett visuellt spännande resultat. "

Vissa företag har gjort spår på kulturmarknaden, men de förlitar sig vanligtvis på en begränsad uppsättning av några dussin mikrober, Sa Sheth. Kingdom Supercultures tar ett annat tillvägagångssätt, med ett mycket bredare utbud av naturliga mikrober som interagerar med varandra.

De kan synergisera med varandra och åstadkomma biotransformationer som ingen enskild organism kan göra. Allt utan någon genetisk modifiering . "

Ravi Sheth, Fannie och John Hertz Foundation

Sheth, 27, grundade sitt företag direkt efter att han fått sin doktorsexamen. Efter studenten, han höll ett tal på en mikrobiomkonferens i Irland, flög hem och flyttade genast in i sitt nya labb. Kingdom skaffade riskkapitalfinansiering genom Y Combinator, en av de bästa startacceleratorerna med fokus på teknik. Företaget började snabbt generera intäkter genom forskning och utveckling av nya livsmedel.

Förutom att använda verktyg han utvecklade på forskarskolan, Sheth är också glada över nya mätverktyg, såsom konfokal mikroskopi. "Det gör att vi kan se exakt vad mikroberna gör och är en helt ny typ av mätning. Vi använder den för att generera massiva mängder data i labbet för ett antal projekt."

Värde för Hertz -stipendiet

Utan stöd från Hertz Foundation, Sheth tvivlar på att han skulle vara på sin nuvarande bana. Halvvägs genom sin doktorsexamen, Philip Welkhoff uppmanade honom att överväga en sommarpraktik på Bill &Melinda Gates Foundation. Welkhoff är Hertz -stiftelsens seniorgemenskapsintervjuare och medlem i styrelsen, liksom direktören för malaria vid Gates Foundation.

Just då, Gates Foundation ville avgöra om doser av azitromycin två gånger per år kan minska barndödligheten i Afrika söder om Sahara, där 1 av 19 barn dör innan de fyller fem år. Drogen, gjort mer välsmakande med en skvätt banansmak, minskade barndödligheten av alla orsaker med 14 procent.

"Arbetet var verkligen transformerande i hur jag tänkte på teknikens inverkan i världen. Jag lärde mig att du kan ha de bästa tekniska lösningarna på problem, men det finns så många andra faktorer att tänka på när det gäller kostnader, godtagbarhet, skala och distribution. Det påverkade starkt hur jag tänkte om min långsiktiga karriär, nästa steg och potentiell inverkan, "Sa Sheth.

I Wangs labb, Sheth ledde en uppföljningsstudie för att avgöra i vilken utsträckning antibiotikumet omformade mikrobiomet i djurmodeller. Sheth hjälpte till att bygga en karta över hur mikrobiomet återhämtar sig och omformar sig efter administrering av antibiotikumet, med hjälp av både mikrobiometoder och nya tekniker han utvecklat.

"Att förstå verkningsmekanismen är faktiskt ganska viktigt för att skala detta som ett ingrepp och utveckla nya och bättre insatser i framtiden, "sa han." Den andra intressanta aspekten är att dessa makrolidantibiotika är naturliga produkter tillverkade av olika mikrober. Och det ställer frågan, vilken roll har dessa antibiotika i naturliga ekosystem? Det är en så fascinerande uppsättning problem och har uppenbarligen djupa konsekvenser för människors hälsa. "

Sheth har odlat små saker sedan barndomen. "På gymnasiet, någon gav mig en kombucha-scoby och jag fascinerades av hur den här konstiga mattan replikerade sig själv. Det är superslimmigt, men sedan förvandlar det socker te till något helt nytt. "

Han växte upp i en familj fascinerad av biologisk vetenskap och design. Sheths mor var en arkitekt som blev konstpedagog. Hans far är en ingenjör som arbetade hela sin karriär inom forskning och utveckling på Procter &Gamble, och hans syster börjar en bioingenjörsexamen vid Stanford University i höst.

"Det var en riktigt intressant barndom. Skärningspunkten mellan konst och vetenskap påverkade många sätt jag tänker, "Sa Sheth.

Sheth har nu fört den kreativiteten till mikrober och vill dela sin fascination med andra.

"När människor tänker på mikrober, de föreställer sig dessa ickiga patogener som orsakar sjukdom, "sa han." Men mikrober är så mycket mer än så. Dessa mikroorganismer har en otrolig transformativ förmåga, och vi har förmodligen bara upptäckt 1 procent av vad de kan göra. De andra 99 procenten har potential att driva en annan teknisk revolution som liknar effekten av materialvetenskap, elektronik och datanätverk på 1900 -talet. Att tänka på det här gör mig riktigt upphetsad över vad vi arbetar med varje dag. "

• Magspecifikt protein spelar en nyckelroll i utvecklingen av fetma
• Ny studie lanseras för att mer exakt diagnostisera tidigt hepatocellulärt karcinom