Der F & E-Bereich des Pentagons, DARPA - die treibende Kraft hinter Internet und GPS - hat sich vor drei Jahren reformiert, um ein neues Büro zu schaffen, das sich der Lösung der Geschäftsgeheimnisse der Biologie widmet. Das neue Büro für biologische Technologie (BTO) hat es sich zur Aufgabe gemacht, "die Kraft biologischer Systeme zu nutzen" und natürlich neue Verteidigungstechnologien zu entwickeln. Im vergangenen Jahr hat er mit einem Budget von fast 300 Millionen US-Dollar die Probleme der Verbesserung des Gedächtnisses, der Symbiose zwischen Maschinen und Menschen sowie der Beschleunigung der Erkennung und Reaktion von Krankheiten untersucht.
DARPA oder die Defense Advanced Research Projects Agency hofft auf eine massive Auszahlung. Der BTO-Direktor und Neuroprothetikforscher Justin Sanchez erklärte gegenüber Scientific American, was 2017 von seiner Abteilung zu erwarten sei, einschließlich der Arbeit an neuronalen Implantaten, um gesunden Menschen in ihrem täglichen Leben zu helfen, und anderen Technologien, die seiner Meinung nach "die Spielregeln ändern" werden. Medizin. Sie fragen sich, was das neueste Büro der US-Verteidigungsbehörde vorhat? Ja für mich. Hören wir uns Sanchez an.
Bevor Ihre Abteilung im April 2014 gegründet wurde, arbeitete DARPA bereits an mehreren biologischen Projekten, darunter Antibiotikaresistenzforschung und Interventionen im Bereich der psychischen Gesundheit. Was hat sich mit der Einrichtung Ihres Büros geändert?
Wir leisten seit vielen Jahren biologische Arbeit - an der Schnittstelle von Biologie und Ingenieurwesen -, aber sie ist auf unsere anderen Abteilungen verteilt. Dieses Büro war eine Anerkennung dafür, dass die biologische Technologie nicht nur in der Bewegungsrichtung unseres Landes, sondern auch in anderen Ländern eine entscheidende Rolle spielen würde. Daher mussten wir uns auf umfassende Anstrengungen konzentrieren und vorankommen.
Ich bin besonders fasziniert von dem robusten BTO, programmierbare Mikroben zu entwickeln, um die benötigten Medikamente im laufenden Betrieb zu produzieren - und damit die Probleme der Bevorratung der benötigten Medikamente oder der komplexen Transportlogistik zu umgehen. Klingt erstaunlich. In welchem Stadium ist diese Arbeit jetzt?
Dieses Programm heißt "lebende Gießereien" - als würden wir etwas Lebendiges besetzen. Traditionell verwenden wir die Chemie, um neue Verbindungen oder neue Medikamente herzustellen. Aber in letzter Zeit haben wir erkannt, dass Mikroben wie Hefe und Bakterien auch Verbindungen herstellen können, und wir können sie so programmieren, dass sie diese Verbindungen herstellen, indem wir zuerst verstehen, welche chemischen Wege sie verwenden. Nehmen Sie zum Beispiel Hefe. Hefe verwendet Zucker auf verschiedene Arten, um Alkohole herzustellen. Wenn Sie diese Spuren neu programmieren, können Sie die Hefe dazu zwingen, viele andere Verbindungen herzustellen, von denen sie anfangs nicht wusste, wie sie hergestellt werden sollen, und wir werden weiterhin denselben Rohstoff verwenden: Zucker.
Unsere Teams entwickeln genetische Codes, mit denen Hefen neu programmiert werden können. Diese Idee könnte unseren Herstellungsprozess für Verbundwerkstoffe umkehren. Das Programm hat die Aufgabe, im Laufe des drei Jahre entfernten Programms (das drei Jahre entfernt ist) 1000 neue Moleküle zu produzieren, und unseren Teams geht es gut. Ich denke, sie haben bereits ungefähr 100 neue Verbindungen hergestellt, die von Hefe hergestellt werden. Es ist, als würde man Biologie nehmen und sie mit technischen Werkzeugen heiraten und dann etwas daraus machen.
Stehen Sie also ganz am Anfang des Weges, Verbindungen herzustellen?
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Ja. Sie werden alle in Milligramm hergestellt, aber irgendwann wird das Programm beginnen, Kilogramm davon zu produzieren.
Wenn wir diese brandneuen zusammengesetzten Gießereien herstellen können, können wir sowohl die Herstellung von Arzneimitteln als auch nichtmedizinische Ansätze umkehren, da dies eine Plattform ist. Für welche Verbindung Sie sich auch interessieren, es gibt viele Möglichkeiten.
Wie wird sich die Wahl eines neuen Präsidenten und des Republikanischen Kongresses auf Ihre Arbeit auswirken?
Wir sind normalerweise nicht in solche Dinge verwickelt. Die Mission von DARPA bleibt unabhängig vom politischen Klima unverändert. Unsere Mission ist es, disruptive Technologien für die nationale Sicherheit zu schaffen. Es ist unsere Aufgabe und Aufgabe, der Welt in Bezug auf Wissenschaft und Technologie vorauszudenken. Ich denke, diese Mission geht über die politische Landschaft hinaus. Wir haben eine sehr strenge Mission und versuchen, unser Land zu sichern, daher ist dieser Wahlzyklus nur einer von vielen.
Welches BTO-Projekt bewundern Sie 2017 am meisten?
Es ist wie bei Kindern - man kann kein Haustier haben. Ich habe viele Favoriten. Lassen Sie mich einige nennen, die 2017 besonders wichtig sein werden. Erstens gibt es einen Bereich namens "Fortschreiten von Infektionskrankheiten". Unser derzeitiger Ansatz, wenn ein neuer Krankheitserreger an unsere Küste gelangt, ist nicht sehr effektiv. Wir wollen jedem Krankheitserreger, der vor unseren Ufern auftaucht, einen Schritt voraus sein und sogar eine Pandemie vorhersagen können. Wir entwickeln neue Ansätze zur Immunisierung mit DNA und RNA. Insbesondere denken wir darüber nach, wie Nukleinsäure bei der Immunisierung hilft. Die Idee ist, dass Sie Ihren Zellen sagen können, dass sie Antikörper mit dem richtigen Code produzieren sollen, der gegen einen bestimmten Krankheitserreger wirksam ist. Es kommt alles darauf anZellen zu lehren, auf einen Krankheitserreger zu reagieren - und dies eröffnet uns eine fast sofortige Immunität gegen einen bestimmten Krankheitserreger und die Fähigkeit, ihn gleichberechtigt zu bekämpfen.
Im Gegensatz zu der traditionellen Art des Umgangs mit Infektionskrankheiten, die Monate - wenn nicht Jahre - dauert, einschließlich der Identifizierung des Erregers, aber auch der Herstellung einer ausreichenden Menge an Impfstoff, kann diese Methode viel schneller sein. Bei der Schaffung dieser grundlegenden Technologie und bei der Anwendung von DNA- und RNA-Ansätzen im Kampf gegen Infektionskrankheiten ist ein radikaler Ansatz erforderlich. Ich hoffe, wir werden 2017 etwas bekannt geben.
Was zum Beispiel zu deklarieren?
Wir haben bereits einige ziemlich gute Ergebnisse mit Experimenten an Mäusen erzielt, die zeigen, dass Nukleinsäureansätze gut funktionieren. Wir fangen an, sichere Experimente an Menschen durchzuführen. Dies sind die ersten Schritte. Im kommenden Jahr werden wir beginnen, neue Programme für diese Plattformen zu erstellen. Wir haben es nicht eilig, Aussagen zu machen, denn wenn wir Erfolg haben, wird dies das Prinzip der Bekämpfung infektiöser Aussagen grundlegend ändern.
In den letzten Jahren wurde viel über gedankengesteuerte Prothesen und Exoskelette geredet. Wie passt BTO DARPA in diesen Raum?
Wir sind ziemlich leidenschaftlich in diesem Bereich. Vor nicht allzu langer Zeit haben wir die ersten beiden im Handel erhältlichen Luke-Prothesen geliefert, die fortschrittlichsten Prothesen der Welt. Dies ist ein großer Schritt bei gehirngesteuerten Prothesen, aber wir werden hier nicht aufhören.
Ich denke, dass es in Zukunft eine Vielzahl von Geräten geben wird, die durch die Aktivität von Neuronen gesteuert werden können, und dies kann nicht nur von Opfern, sondern auch von gewöhnlichen Menschen getan werden. Wir möchten bereits 2017 den Einsatz neuronaler Technologien im Alltag fordern.
Tatsächlich? Welche Art von Anwendungen könnten gesunde Menschen in ihrem täglichen Leben verwenden?
Ich bin wirklich daran interessiert, wie die neuronale Technologie die Art und Weise verändern kann, wie wir miteinander interagieren, wie wir kommunizieren und sogar Entscheidungen treffen. Ich denke über kognitive Unterstützung nach. Es gibt viele Ideen, wie man einer Vielzahl von Menschen helfen kann. Die Tür könnte sich bei dem Gedanken daran öffnen - und dies ist nur die einfachste Anwendung solcher Technologien.
Kürzlich führte DARPA eine Studie durch, die in der Zeitschrift Neuron veröffentlicht wurde und untersuchte, dass eine tiefe Hirnstimulation das Gedächtnis nicht verbessert - und sogar verschlimmert. Eine frühere Studie, die vor einigen Jahren durchgeführt wurde, kam jedoch zu dem gegenteiligen Ergebnis: Stimulation verbesserte das Gedächtnis. Was bedeutet das für die Arbeit Ihrer Abteilung in diesem Bereich?
Die Neurotechnologie ist ein sehr großer Bereich in unserem Büro. Wir haben im medizinischen Bereich große Fortschritte erzielt, indem wir gezeigt haben, dass direkte neuronale Schnittstellen (Verbindungen zwischen dem Gehirn und einem Gerät wie einem Neurostimulator, einem Computer oder einer Prothese) bei neuropsychiatrischen Störungen Bewegung, Empfindung und Gesundheit wiederherstellen können. Bemerkenswerterweise denken viele Menschen bei allem Respekt vor vielen Studien, dass es möglich ist, einen wichtigen Bereich des Gehirns zu isolieren, zu stimulieren und auf magische Weise eine Antwort zu erhalten. Aber das ist nicht so. Wenn Sie abbilden, was im Gehirn passiert, stellt sich heraus, dass Sie keine Verbesserung des Gedächtnisses erzielen und es möglicherweise sogar verschlechtern, wenn Sie nicht die richtigen Codes an das Gehirn senden. Der Trick ist jedoch, dass Sie beim Übermitteln der richtigen Codes erhebliche Verbesserungen im deklarativen Speicher erzielen. Das ist also ein zweischneidiges Schwert. In der nächsten Generation der Gehirnforschung sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich.
Könnten Sie bitte klarstellen, was Sie unter "Code" verstehen?
Code ist ein paar Dinge. Dies ist das genaue Abfeuern einzelner Neuronen. Nehmen wir an, Sie haben 100 Neuronen, die alle zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Orten feuern - und all diese Ein- und Ausschaltungen können so interpretiert werden, dass sie versuchen, sich an das Wort "Nancy" oder "Baum" zu erinnern. Wir können verstehen, was diese Aktivierungsmuster bedeuten und wie sie sich auf die reale Welt beziehen. Alle diese neuronalen Aktivierungskreise erzeugen zusammen Gehirnwellen oder Rhythmen, und auf dieser Ebene untersuchen wir auch das Gehirn. Es ist wichtig, all diese verschiedenen Gehirnzellen zu verstehen, denn so funktioniert es.
Ihre Abteilung verfügt außerdem über ein Programm zur „Biochronizität“, das die Rolle der Zeit in biologischen Funktionen untersucht und versucht, die Auswirkungen der Zeit auf die menschliche Physiologie zu steuern
Wir verlieren so viel, weil wir die Biologie nicht verstehen. Ich denke, unser Verständnis von Biologie wächst sehr. Und unsere Fähigkeit, mit technischen Methoden mit der Biologie zu interagieren, wird unsere Beziehung zu Körper, Gehirn und Immunsystem verändern. Ich denke, wir werden eine erstaunliche Zukunft haben. 2017 wird uns den Kopf verdrehen.
ILYA KHEL
