a növények ellenállóbb jövőjének megtervezése, a sejttől felfelé
http://thestarsetsociety.org/designing-a-more-resilient-future-for-plants-from-the-cell-up/
Az Ashley Beckwith által alapított Foray Bioscience egyedi növényi sejteket fejleszt új anyagok létrehozása és a növekvő kereslet kielégítése érdekében.
Közép – Chilében, az Andok hegység egy keskeny földsávjában egy őslakos közösség régóta ünnepli egy ritka fa kérgét gyógyhatásai miatt. A modern tudomány csak a közelmúltban fedezte fel, hogy az úgynevezett szappanfa hatékony vegyületeket tartalmaz az emberi immunrendszer erősítésére.
A molekulákat azóta felhasználták a világ első malária elleni vakcinájának elkészítéséhez, valamint az övsömörtől a Covid – 19 – en át a rákon át mindenféle betegség elleni vakcinák hatékonyságának fokozásához. Sajnos a fenntarthatatlan fakitermelés veszélyeztette a fafaj létezését, ami arra késztette a chilei kormányt, hogy erősen korlátozza a fakitermelést.
A szappanfa története nem egyedülálló.
A növények olyan iparágak alapját képezik, mint a gyógyszeripar, a szépségápolás, a mezőgazdaság és az erdészet, mégis a növényfajok mintegy 45 százalékát a kihalás veszélyezteti.
Ugyanakkor az emberi kereslet a növényi termékek iránt folyamatosan növekszik. Ashley Beckwith úgy véli, hogy a kereslet kielégítése megköveteli a növények termesztésének újragondolását. Cége, a Foray Bioscience célja, hogy a növénytermesztést gyorsabbá, alkalmazkodóbbá és a törékeny természetes ellátási láncokra kevésbé károssá tegye.
A vállalat azon dolgozik, hogy lehetővé tegye bármilyen növény vagy növényi termék termesztését egyetlen sejtből, mesterséges intelligencia által működtetett biogyártás segítségével. Foray már fejlesztett molekulákat, anyagokat és gyártott magokat különböző partnerekkel, köztük tudományos kutatókkal, faiskolákkal, természetvédőkkel és vállalatokkal.
Egy új partnerségben Foray a West Coast Chestnut faiskolával együttműködve egy betegség – ellenállóbb változatot alkalmaz a gesztenyefákból, amelyek egykor az Egyesült Államok keleti részén erdőket borították, de azóta kipusztultak. A projekt csak egy példa arra, hogyan lehet a mesterséges intelligenciát és a növénytudományt felhasználni a növénypopulációk védelmére, amelyek oly sok értéket képviselnek az emberek és a bolygó számára.
„A növényi rendszerek mindennapi életünk minden aspektusában jelen vannak; a belélegzett levegőtől az általunk fogyasztott ételen át a ruháinkig, az otthonainkig, amelyekben élünk, és sok másig” – mondja Beckwith. „De ezek a növényi rendszerek törékenyek és hanyatlóban vannak. Új stratégiákra van szükségünk ahhoz, hogy biztosítsuk a tartós hozzáférést azokhoz a növényi produktumokhoz és ökoszisztémákhoz, amelyektől függünk.”
Az emberi sejtektől a növényekig
Beckwith a biológiára és az anyaggyártásra összpontosított mesterképzéses hallgatóként az MIT Gépészmérnöki Tanszékén. Kutatásai során olyan platformokat épített, amelyek lehetővé teszik az emberi betegségek precíziós kezelését. A diploma megszerzése után egy regeneratív, önellátó farmon dolgozott, amely utánozta a természetes ökoszisztémákat, és elkezdett gondolkodni azon, hogy munkáját a növényi rendszerek törékenységének kezelésére alkalmazza.
Beckwith visszatért az MIT – re PhD – képzésre, hogy a regeneratív növényi rendszerek ötletét vizsgálja, Luis Fernando Velásquez – García kutató laboratóriumában tanulva.
„A transzplantációkhoz szükséges szervhiány kezelése érdekében a tudósok olyan veséket szeretnének növeszteni, amelyeket nem kell emberből eltávolítani „szövetmérnöki” módszer (tissue engineering) segítségével” – mondja Beckwith. „Mi lenne, ha mi is tehetnénk valami hasonlót a növényi rendszereinkkel?”
Beckwith később publikált olyan cikkeket, amelyekben kimutatta, hogy laboratóriumban képes faszerű növényi anyagot termeszteni. Bizonyos vegyi anyagok beállításával a kutatók pontosan szabályozni tudták az olyan tulajdonságokat, mint a merevség és a sűrűség.
„Arra gondoltam, hogyan építhetünk „termékeket”, például fát, a sejttől felfelé, ahelyett, hogy felülről lefelé vonnánk ki” – emlékszik vissza Beckwith. „Ez néhány alapvető demonstrációhoz vezetett, amelyek alátámasztják a Foray – nál végzett mai munkánkat, de kérdéseket is felvetett: Hol van a legnagyobb szükség ezekre az új megközelítésekre? Mi kellene ahhoz, hogy ezeket az eszközöket gyorsan ott alkalmazzák, ahol szükség van rájuk?”
Beckwith 2021 – ben kezdte el fontolgatni egy cégalapítás ötletét, részt véve az E14 Fund és a The Engine által működtetett gyorsítóprogramokban – mindkettő MIT – hez kapcsolódó kezdeményezés, amelyek áttörést jelentő tudományos vállalkozások támogatására szolgálnak. A Foray – t hivatalosan 2022 februárjában alapította, miután megszerezte PhD fokozatát.
„Korai kutatásaink azt mutatták, hogy közvetlenül növényi sejtekből tudunk faszerű anyagot termeszteni” – mondja.
„Most már nemcsak fát tudunk termeszteni fa nélkül, hanem betakarítás nélküli molekulákat, anyagokat és akár magokat is elő tudunk állítani azáltal, hogy az egyes sejteket úgy irányítjuk, hogy pontosan a szükséges produktumokká fejlődjenek anélkül, hogy az egész növényt meg kellene termesztenünk.”
Beckwith a laboratóriumban termesztett fa innovációját az Uber – hez hasonlóan írja le, ha nem lenne internet – egy erőteljes ötlet a digitális gerinc nélkül, amely lehetővé tenné a méretezést. A növényi innováció méretezéséhez szükséges adatbázis és ökoszisztéma megteremtése érdekében Foray jelenleg a Pando AI platformot építi, amely lehetővé teszi ezen új növényi megoldások gyors felfedezését és telepítését.
„A Pando úgy működik, mint egy Google Térkép a növénynövekedéshez” – mondja Beckwith. „Segít a tudósoknak eligazodni egy igazán összetett változóterületen, és hatékonyan eljutni a kutatási célállomásra – mert ahhoz, hogy egy sejtet egy adott termék előállítására irányítsanak, akár 50 különböző változót is módosítani kell. Egy életre lenne szükség mindegyik feltárásához, és ez az egyik oka annak, hogy a növénykutatás miért olyan lassú ma.”
A „növénytudomány operációs rendszere”
Foray csapatában növénybiológiai, mesterséges intelligencia, gépi tanulás, számítógépes biológia és folyamatmérnöki szakértők is dolgoznak.
„Ez egy nagyon interszekcionális probléma” – mondja Beckwith. „Számomra az egyik legizgalmasabb dolog egy olyan rendkívül képzett csapat felépítése, amely képes olyan megoldásokat kínálni, amelyeket soha nem lehetne silóban létrehozni.”
Egy évnyi kísérleti együttműködés után kiválasztott kutatókkal a Foray a Pando platform szélesebb körű nyilvános bevezetésére készül az év elején.
Beckwith reméli, hogy a következő években a Foray innovációs motorként szolgál majd a mezőgazdaság, az anyagipar, a gyógyszeripar és a természetvédelem területén dolgozó kutatók és vállalatok számára. A Foray már most is belsőleg használja a Pandót olyan növényi megoldások létrehozására, amelyek leküzdik a természetes termelés korlátait.
„A mesterségesen előállított magvak egyike azon képességeknek, amely iránt izgatottak vagyunk” – mondja Beckwith. „A sejtekből történő magvak termesztésének képessége lehetővé teszi, hogy valóban időszerű és skálázható vetőmagkészleteket hozzunk létre a helyreállítási hiányosságok kezelésére, vagy lerövidítsük az új, ellenálló növényfajták piacra jutásának útját. Sokat nyerhetünk azzal, ha növényi rendszereinket adaptívabbá tesszük.”
„Le akarjuk rövidíteni a növényfejlesztési időkeretet, hogy a megoldásokat hónapok, ne évtizedek alatt dolgozzuk ki” – mondja Beckwith. „Izgatottan várjuk, hogy olyan eszközöket építhessünk, amelyek lépésváltást jelentenek a növénytermesztés módjában.”
Ahogy a Foray termékei bővülnek, és egyre több kutató használja a platformját, a vállalat abban reménykedik, hogy segíthet a növénytudományi iparágnak reagálni bolygónk legsürgetőbb kihívásaira.
„Jelenleg a laboratóriumi növényekre összpontosítunk” – mondja Beckwith. „Öt éven belül célunk, hogy az egész növénytudomány operációs rendszere legyünk, lehetővé téve bármi felépítését egyetlen növényi sejtből.”
További információ a news.mit.edu oldalán.
Be a Nerdy Bird!
