Dział badawczo-rozwojowy Pentagonu, DARPA - główna siła napędowa Internetu i GPS - zreformował się trzy lata temu, tworząc nowe biuro zajmujące się rozwiązywaniem handlowych tajemnic biologii. Nowe Biuro Technologii Biologicznych (BTO) postawiło sobie za zadanie „ujarzmienie mocy systemów biologicznych” i oczywiście opracowywanie nowych technologii obronnych. W ciągu ostatniego roku, dysponując budżetem prawie 300 milionów dolarów, badał problemy związane z poprawą pamięci, symbiozą między maszynami a ludźmi oraz przyspieszeniem wykrywania i reagowania na choroby.
DARPA, czyli Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony, liczy na ogromne korzyści. Dyrektor BTO i badacz neuroprotetyki, Justin Sanchez, powiedział Scientific American, czego można oczekiwać od swojego oddziału w 2017 roku, w tym pracy nad implantami neuronowymi, które mają pomóc zdrowym ludziom w ich codziennym życiu, oraz innymi technologiami, które według niego „zmienią zasady gry”. Medycyna. Zastanawiasz się, jakie są plany najnowszego biura Agencji Obrony USA? Tak dla mnie. Posłuchajmy Sancheza.
Zanim Twój wydział został utworzony w kwietniu 2014 r., DARPA pracowała już nad kilkoma projektami biologicznymi, w tym badaniami nad opornością na antybiotyki i interwencjami dotyczącymi zdrowia psychicznego. Co się zmieniło wraz z utworzeniem Twojego biura?
Od wielu lat zajmujemy się biologią - na pograniczu biologii i inżynierii, ale jest ona rozproszona po innych naszych działach. Biuro to było uznaniem, że technologia biologiczna będzie odgrywać kluczową rolę nie tylko w kierunku przemieszczania się naszego kraju, ale także innych krajów, dlatego musieliśmy skupić się na wszechstronnym wysiłku i iść naprzód.
Szczególnie intryguje mnie solidne BTO, które opracowuje programowalne mikroby do produkcji potrzebnych leków w locie - a tym samym omija kwestie związane z gromadzeniem potrzebnych leków lub złożoną logistyką transportu. Brzmi niesamowicie. Na jakim etapie jest teraz ta praca?
Ten program nazywa się „żywe odlewnie” - tak jakbyśmy mieli odlać coś żywego. Tradycyjnie używamy chemii do tworzenia nowych związków lub nowych leków. Ale ostatnio zdaliśmy sobie sprawę, że drobnoustroje, takie jak drożdże i bakterie, również mogą wytwarzać związki i możemy je zaprogramować, aby wytwarzały te związki, najpierw rozumiejąc, jakich ścieżek chemicznych używają. Weźmy na przykład drożdże. Drożdże do produkcji alkoholi wykorzystują cukier na różne sposoby. Jeśli przeprogramujesz te ścieżki, możesz zmusić drożdże do wytworzenia wielu innych związków, których początkowo nie wiedziały, jak wyprodukować, a my nadal będziemy używać tego samego surowca: cukru.
Nasze zespoły opracowują kody genetyczne, które można wykorzystać do przeprogramowania drożdży. Ten pomysł może odwrócić nasz proces produkcji mieszanek. Zadaniem programu jest wyprodukowanie 1000 nowych cząsteczek w trakcie trwania programu (czyli za trzy lata), a nasze zespoły radzą sobie dobrze. Myślę, że wyprodukowali już około 100 nowych związków, które są wytwarzane przez drożdże. To tak, jakby wziąć biologię i poślubić ją z narzędziami inżynierskimi, a następnie stworzyć coś z nimi.
Więc jesteś na samym początku drogi do tworzenia połączeń?
Film promocyjny:
Tak. Wszystkie są produkowane w miligramach, ale ostatecznie program zacznie produkować ich kilogramy.
Jeśli uda nam się stworzyć te zupełnie nowe odlewnie związków, możemy zmienić zarówno podejście do produkcji leków, jak i podejście niemedyczne, ponieważ jest to platforma. Niezależnie od tego, jakie połączenie Cię interesuje, istnieje wiele możliwości.
Jak wybór nowego prezydenta i Kongres Republikanów wpłynie na twoją pracę?
Zwykle nie dajemy się wciągnąć w takie rzeczy. Misja DARPA pozostaje niezmieniona niezależnie od klimatu politycznego. Naszą misją jest tworzenie przełomowych technologii dla bezpieczeństwa narodowego. Naszym zadaniem i rolą jest myślenie z wyprzedzeniem o nauce i technologii. Myślę, że ta misja wykracza poza krajobraz polityczny. Mamy bardzo ścisłą misję i staramy się zabezpieczyć nasz kraj, więc ten cykl wyborczy jest tylko jednym z wielu.
Który projekt BTO podziwiasz najbardziej w 2017 roku?
To jak z dziećmi - nie możesz mieć jednego zwierzaka. Mam wielu ulubionych. Pozwólcie, że podzielę się kilkoma, które będą szczególnie ważne w 2017 roku. Po pierwsze, istnieje obszar zwany „postępującymi chorobami zakaźnymi”. Nasze obecne podejście, gdy nowy patogen pojawia się na naszych brzegach, nie jest zbyt skuteczne. Chcemy być o krok przed każdym patogenem, który może pojawić się u naszych wybrzeży, a nawet być w stanie przewidzieć pandemię. Rozwijamy nowe podejście do immunizacji przy użyciu DNA i RNA. W szczególności myślimy o tym, jak kwas nukleinowy pomaga w immunizacji. Chodzi o to, że możesz powiedzieć komórkom, aby produkowały przeciwciała z odpowiednim kodem, które będą skuteczne przeciwko konkretnemu patogenowi. Wszystko sprowadza się donauczyć komórki reagowania na patogen - a to otworzy przed nami niemal natychmiastową odporność na określony patogen i możliwość walki z nim na równych zasadach.
W przeciwieństwie do tradycyjnego sposobu radzenia sobie z chorobami zakaźnymi, który zajmuje miesiące - jeśli nie lata - obejmujący nie tylko identyfikację patogenu, ale także stworzenie wystarczającej ilości szczepionki, metoda ta może być znacznie szybsza. Potrzebne jest radykalne podejście do tworzenia tej fundamentalnej technologii, w zastosowaniu podejścia DNA i RNA w walce z chorobami zakaźnymi. Mam nadzieję, że w 2017 roku będziemy mieli coś do ogłoszenia.
Co na przykład zadeklarować?
Osiągnęliśmy już całkiem niezłe wyniki w eksperymentach na myszach, które pokazują, że podejście z kwasem nukleinowym działa dobrze. Zaczynamy przeprowadzać bezpieczne eksperymenty na ludziach. To są pierwsze kroki. W nadchodzącym roku zaczniemy tworzyć nowe programy dla tych platform. Nie spieszymy się ze składaniem oświadczeń, ponieważ jeśli nam się uda, zmieni to zasadniczo samą zasadę zwalczania infekcyjnych wypowiedzi.
W ciągu ostatnich kilku lat było dużo szumu wokół sterowanych umysłem protez i egzoszkieletów. Jak BTO DARPA wpisuje się w tę przestrzeń?
Jesteśmy pasjonatami tej dziedziny. Niedawno dostarczyliśmy pierwsze dwie dostępne na rynku protezy Luke'a, najbardziej zaawansowane protezy na świecie. To duży krok w dziedzinie protez kontrolowanych przez mózg, ale nie zamierzamy na tym poprzestać.
Myślę, że w przyszłości będzie wiele różnych urządzeń, którymi można sterować poprzez aktywność neuronów, a mogą to robić nie tylko ofiary, ale także zwykli ludzie. Chcielibyśmy nawoływać do stosowania technologii neuronowej w życiu codziennym już w 2017 roku.
W rzeczy samej? Z jakich aplikacji mogą korzystać zdrowi ludzie w życiu codziennym?
Naprawdę interesuje mnie, jak technologia neuronowa może zmienić nasze wzajemne interakcje, sposób komunikacji, a nawet podejmowania decyzji. Myślę o pomocy poznawczej. Istnieje wiele pomysłów, jak pomóc różnym ludziom. Drzwi mogłyby się po prostu otworzyć na samą myśl - a to tylko najprostsze zastosowanie takich technologii.
Niedawno DARPA przeprowadziła badanie, które zostało opublikowane w czasopiśmie Neuron, badające, czy głęboka stymulacja mózgu nie poprawia pamięci - a nawet ją pogarsza. Ale poprzednie badanie sprzed kilku lat prowadziło do przeciwnego wniosku: stymulacja poprawia pamięć. Co to oznacza dla pracy Twojego działu w tej dziedzinie?
Neurotechnologia to bardzo duży obszar w naszym biurze. Dokonaliśmy wielkich postępów w dziedzinie medycyny, pokazując, że bezpośrednie interfejsy neuronowe (połączenia między mózgiem a urządzeniem takim jak neurostymulator, komputer lub proteza) mogą przywrócić ruch, czucie i zdrowie w przypadku zaburzeń neuropsychiatrycznych. Co ciekawe, z całym szacunkiem dla wielu badań, wiele osób uważa, że można wyizolować ważny obszar mózgu, pobudzić go i w magiczny sposób uzyskać odpowiedź. Ale tak nie jest. Kiedy mapujesz to, co dzieje się w mózgu, okazuje się, że jeśli nie wyślesz poprawnych kodów do mózgu, nie uzyskasz poprawy pamięci, a nawet możesz ją pogorszyć. Ale sztuczka polega na tym, że jeśli podasz poprawne kody, uzyskasz znaczną poprawę pamięci deklaratywnej. Więc to jest miecz obosieczny. Potrzeba więcej badań w następnej generacji badań nad mózgiem.
Czy mógłbyś wyjaśnić, co rozumiesz przez „kod”?
Kod to kilka rzeczy. To jest precyzyjne odpalanie poszczególnych neuronów. Powiedzmy, że masz 100 neuronów i wszystkie one zapalają się w różnym czasie w różnych miejscach - a wszystkie te włączanie i wyłączanie można zinterpretować jako próbę zapamiętania słowa „Nancy” lub „drzewo”. Możemy zrozumieć, co oznaczają te wzorce aktywacji i jak odnoszą się one do realnego świata. Wszystkie te obwody aktywacji neuronów razem wytwarzają fale mózgowe lub rytmy i na tym poziomie badamy również mózg. Ważne jest, aby zrozumieć wszystkie te różne komórki mózgowe, ponieważ tak to działa.
Wasz wydział ma również program „biochroniczności”, który bada rolę czasu w funkcjach biologicznych i próbuje zarządzać wpływem czasu na fizjologię człowieka
Tak dużo tracimy, ponieważ nie rozumiemy biologii. Myślę, że nasze rozumienie biologii bardzo rośnie. A nasza zdolność do interakcji z biologią przy użyciu metod technicznych zmieni nasz związek z ciałem, mózgiem i układem odpornościowym. Myślę, że czeka nas niesamowita przyszłość. Rok 2017 rozwali nasze mózgi.
ILYA KHEL