Ravi Sheth recibe el premio de tesis Hertz 2020 por transformar la investigación microbiana



Ravi Sheth, miembro de Hertz, dice que su laboratorio en Brooklyn Navy Yard es “como una fábrica de microbios de Willy Wonka” orientada a mejorar el sabor y la seguridad de los alimentos y bebidas.

La empresa que cofundó, Kingdom Supercultures, también está desarrollando formas de mejorar los productos de belleza y cuidado personal mediante la sustitución de los productos químicos que se utilizan hoy en día con ingredientes saludables y sostenibles.

Lanzar una empresa de este tipo no habría sido tan factible cuando Sheth comenzó su doctorado hace cinco años con una beca Hertz, porque aún no había inventado las herramientas para comprender mecánicamente cómo funcionan los microbiomas.

El “boleto de oro” de Sheth fue su tesis doctoral, “Nuevas herramientas para la comprensión y la ingeniería de comunidades microbianas complejas”, por la que recibió el Premio de Tesis Hertz 2020. Se basa en el trabajo que realizó en el laboratorio de Harris Wang en la Universidad de Columbia durante su beca Hertz.

“El campo tenía problemas fundamentales de medición”, dijo. “Fue realmente como el Salvaje Oeste. Ahora podemos usar herramientas para comprender y medir cuantitativamente cómo cambian los microbiomas en el espacio y el tiempo y cómo funcionan desde una perspectiva de ecosistema”.

Medir el microbioma fue un desafío complejo. Sheth aprovechó el sistema inmunológico CRISPR-Cas para desarrollar una grabadora microscópica que capturaba señales ambientales de poblaciones de microbios. El circuito genético capturó información sobre cómo las señales ambientales cambiaron con el tiempo, lo que no se había logrado anteriormente, y las codificó en la secuencia de ADN de las propias células. Las herramientas también pudieron registrar otras piezas de información, como secuencias de ADN transferidas horizontalmente en microbiomas complejos.

“Lo que es realmente genial es que no se trataba de un solo circuito en una sola célula. Este circuito en realidad requería una población completa de células que se autoregenera”, dijo.

Usando nuevos métodos de muestreo y estadísticos, Sheth también trazó un mapa de cómo los microbios interactúan entre sí a nivel microscópico (micrones) y mucho más grande (centímetros) con alta complejidad. Sheth utilizó estas nuevas herramientas para comprender cómo cambia el microbioma de una persona con el tiempo y en respuesta a cambios como la dieta.

También descubrió que las fluctuaciones de un microbioma son similares a otros sistemas de interacción física, como las poblaciones de aves y el mercado de valores. Esto apunta a un conjunto potencial de principios universales que también siguen los microbiomas, dijo.

“Es un honor y un privilegio que se reconozca el trabajo de mi doctorado”, dijo Sheth. “Tengo un gran respeto por todos los becarios de Hertz y es muy significativo que mi trabajo de tesis sea seleccionado”.

Las comunidades microbianas sinergizan nuevos productos

El trabajo de investigación de la escuela de posgrado de Sheth en su empresa de un año. “Estamos tomando culturas que ocurren naturalmente y ensamblándolas como bloques de Lego en nuevas comunidades e ingredientes”.

Algunos de los primeros ingredientes de Kingdom Supercultures llegarán a los estantes de las tiendas en los Estados Unidos este otoño, aunque los detalles están en secreto por ahora. En general, incluyen nuevos cultivos para alimentos de origen vegetal, bebidas fermentadas y alcohólicas y productos novedosos para el cuidado personal para algunos de los mayores fabricantes de bienes de consumo envasados.

“Estamos muy entusiasmados con los productos en los que estamos trabajando”, dijo Sheth. “Hacemos mucho trabajo sensorial, de sabor y lo que es genial es que estos microbios individuales tienen la habilidad mágica de transformar los alimentos en algo completamente nuevo. Hacemos experimentos en profundidad para generar una tonelada de datos, pero finalmente durante casi todo lo que hacemos, lo probamos al final, que es un resultado visceralmente emocionante “.

Algunas empresas han hecho incursiones en el mercado de cultivos, pero por lo general dependen de un conjunto limitado de unas pocas docenas de microbios, dijo Sheth. Kingdom Supercultures está adoptando un enfoque diferente, utilizando una gama mucho más amplia de microbios naturales que interactúan entre sí.

Pueden crear sinergias entre sí y lograr biotransformaciones que ningún organismo puede hacer por sí solo. Todo sin ninguna modificación genética. “

Fundación Ravi Sheth, Fannie y John Hertz

Sheth, de 27 años, cofundó su empresa justo después de obtener su doctorado. Después de graduarse, dio una charla en una conferencia de microbioma en Irlanda, voló a casa e inmediatamente se mudó a su nuevo laboratorio. Kingdom recaudó fondos de capital de riesgo a través de Y Combinator, uno de los principales aceleradores de startups centrados en la tecnología. La empresa rápidamente comenzó a generar ingresos mediante la investigación y el desarrollo de nuevos alimentos.

Además de usar herramientas que desarrolló en la escuela de posgrado, Sheth también está entusiasmado con las nuevas herramientas de medición, como la microscopía confocal. “Nos permite ver exactamente lo que están haciendo los microbios y es un tipo de medición completamente nuevo. Lo estamos usando para generar cantidades masivas de datos en el laboratorio en varios proyectos”.

Valor de la beca Hertz

Sin el apoyo de la Fundación Hertz, Sheth duda de que estaría en su trayectoria actual. A mitad de su doctorado, Philip Welkhoff lo instó a considerar una pasantía de verano en la Fundación Bill y Melinda Gates. Welkhoff es entrevistador senior de becas de la Fundación Hertz y miembro de la junta directiva, así como director de malaria en la Fundación Gates.

En ese momento, la Fundación Gates quería determinar si las dosis dos veces al año de azitromicina podrían reducir la mortalidad infantil en el África subsahariana, donde 1 de cada 19 niños muere antes de cumplir los cinco años. La droga, que se hizo más sabrosa con una pizca de saborizante de plátano, redujo la mortalidad infantil por todas las causas en un 14 por ciento.

“El trabajo fue realmente transformador en mi forma de pensar sobre el impacto de la tecnología en el mundo. Aprendí que se pueden tener las mejores soluciones tecnológicas a los problemas, pero hay muchos otros factores a considerar en términos de costos, aceptabilidad, escala y distribución. . Afectó profundamente la forma en que pensaba sobre mi carrera a largo plazo, los próximos pasos y el impacto potencial “, dijo Sheth.

En el laboratorio de Wang, Sheth dirigió un estudio de seguimiento para determinar hasta qué punto el antibiótico transformó el microbioma en modelos animales. Sheth ayudó a construir un mapa de cómo el microbioma se recupera y se reforma a sí mismo luego de la administración del antibiótico, utilizando tanto enfoques de microbioma como técnicas novedosas que desarrolló.

“Comprender el mecanismo de acción es bastante importante para escalar esto como una intervención y desarrollar nuevas y mejores intervenciones en el futuro”, dijo. “El otro aspecto interesante es que estos antibióticos macrólidos son productos naturales elaborados por diferentes microbios. Entonces surge la pregunta, ¿cuál es el papel de estos antibióticos en los ecosistemas naturales? Es un conjunto de problemas tan fascinante y obviamente tiene profundas implicaciones para los humanos. salud.”

Sheth ha estado cultivando cosas pequeñas desde la infancia. “En la escuela secundaria, alguien me dio una kombucha scoby y me fascinó cómo esta extraña alfombra se auto-replicaba. Es súper viscosa, pero luego transforma el té azucarado en algo completamente nuevo”.

Creció en una familia fascinada por las ciencias biológicas y el diseño. La madre de Sheth era arquitecta y se convirtió en educadora artística. Su padre es un ingeniero que trabajó toda su carrera en investigación y desarrollo en Procter & Gamble, y su hermana comenzará un doctorado en bioingeniería en la Universidad de Stanford este otoño.

“Fue una infancia realmente interesante. La intersección del arte y la ciencia influyó en muchas de mis formas de pensar”, dijo Sheth.

Sheth ahora ha llevado esa creatividad a los microbios y quiere compartir su fascinación con los demás.

“Cuando la gente piensa en microbios, imagina estos patógenos repugnantes que causan enfermedades”, dijo. “Pero los microbios son mucho más que eso. Estos microorganismos tienen una increíble capacidad de transformación, y probablemente solo hemos descubierto el 1 por ciento de lo que pueden hacer. El otro 99 por ciento tiene el potencial de impulsar otra revolución tecnológica similar al impacto de ciencia de los materiales, electrónica y redes de computadoras en el siglo XX. Pensar en esto me entusiasma mucho con lo que estamos trabajando todos los días “.

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