Pentagons FoU-arm, DARPA - den mycket drivande kraften bakom Internet och GPS - reformerade sig för tre år sedan för att skapa ett nytt kontor för att lösa biologins affärshemligheter. Det nya byrån för biologisk teknik (BTO) har satt upp sig att "utnyttja kraften i biologiska system" och naturligtvis utveckla ny försvarsteknik. Under det senaste året, med en budget på nästan 300 miljoner dollar, har han undersökt problemen med att förbättra minne, symbios hos maskiner och människor och påskyndat upptäckt och svar på sjukdomar.
DARPA, eller Defense Advanced Research Projects Agency, hoppas på en kraftfull återkomst. BTO-chef och neuroprotetikforskare Justin Sanchez berättade för Scientific American vad han kunde förvänta sig av sin avdelning 2017, inklusive arbete med neurala implantat för att hjälpa friska människor i deras dagliga liv och annan teknik som han säger kommer att "ändra spelreglerna." medicin. Undrar du vad USA: s försvarsbyrås nyaste kontor håller på med? Ja för mig. Låt oss lyssna på Sanchez.
Innan din avdelning skapades i april 2014 arbetade DARPA redan med flera biologiska projekt, inklusive antibiotikaresistensforskning och psykisk hälsa. Vad har förändrats med skapandet av ditt kontor?
Vi har gjort biologiskt arbete - vid skärningspunkten mellan biologi och teknik - i många år, men det har spridits över våra andra avdelningar. Detta kontor var ett erkännande av att biologisk teknik kommer att spela en kritisk roll inte bara i riktning mot vårt lands rörelse utan även andra länder, så vi behövde fokusera en omfattande insats och gå vidare.
Jag är särskilt intresserad av den robusta BTO att utveckla programmerbara mikrober för att producera de läkemedel som behövs i farten - och därmed kringgå frågorna om lagring av nödvändiga läkemedel eller komplex transportlogistik. Låter fantastiskt. I vilket skede är detta arbete nu?
Detta program kallas "levande gjuterier" - som om vi ska kasta något levande. Traditionellt använder vi kemi för att skapa nya föreningar eller nya läkemedel. Men nyligen har vi insett att mikrober som jäst och bakterier kan göra föreningar också, och vi kan programmera dem för att göra dessa föreningar genom att först förstå vilka kemiska vägar de använder. Ta till exempel jäst. Jäst använder socker på olika sätt för att göra alkoholer. Om du omprogrammerar dessa spår kan du tvinga jästen att skapa många andra föreningar som de ursprungligen inte visste hur de skulle producera, och vi kommer fortfarande att använda samma råvara: socker.
Våra team utvecklar genetiska koder som kan användas för att omprogrammera jäst. Denna idé kan vända vår tillverkningsprocess för sammansatta produkter. Programmet har till uppgift att producera 1000 nya molekyler under programmet (som är tre år borta) och våra team klarar sig bra. Jag tror att de redan har producerat cirka 100 nya föreningar som produceras av jäst. Det är som att ta biologi och gifta sig med tekniska verktyg och sedan skapa något med dem.
Så är du i början av vägen för att skapa anslutningar?
Kampanjvideo:
Ja. De produceras alla i milligram, men så småningom kommer programmet att börja producera kilo av dem.
Om vi kan skapa dessa helt nya sammansatta gjuterier kan vi vända både läkemedelsframställning och icke-medicinska metoder, för det här är en plattform. Oavsett vilken anslutning du är intresserad av finns det många möjligheter.
Hur kommer valet av en ny president och den republikanska kongressen att påverka ditt arbete?
Vi fastnar vanligtvis inte i sådana saker. DARPA: s uppdrag förblir oförändrat oavsett det politiska klimatet. Vårt uppdrag är att skapa störande teknik för nationell säkerhet. Det är vårt jobb och vår roll att tänka framåt i världen om vetenskap och teknik. Jag tror att detta uppdrag går utöver det politiska landskapet. Vi har ett mycket strikt uppdrag och vi försöker säkra vårt land, så denna valcykel är bara en av många.
Vilket BTO-projekt beundrar du mest 2017?
Det är som med barn - du kan inte ha ett husdjur. Jag har många favoriter. Låt mig dela några som kommer att vara särskilt viktiga under 2017. För det första finns det ett område som kallas”avancerade infektionssjukdomar”. Vårt nuvarande tillvägagångssätt, när en ny patogen kommer till våra stränder, är inte särskilt effektiv. Vi vill vara ett steg före varje patogen som kan förekomma utanför våra stränder och till och med kunna förutsäga en pandemi. Vi utvecklar nya metoder för immunisering med DNA och RNA. I synnerhet tänker vi på hur nukleinsyra hjälper till vid immunisering. Tanken är att du kan berätta för dina celler att producera antikroppar med rätt kod som är effektiv mot en viss patogen. Allt kommer ner tillatt lära celler att svara på en patogen - och detta kommer att öppna upp för oss nästan omedelbar immunitet mot en viss patogen och förmågan att bekämpa den på lika villkor.
I motsats till detta med det traditionella sättet att hantera smittsamma sjukdomar, som tar månader - om inte år - inklusive att inte bara identifiera patogenen utan också skapa ett vaccin i tillräckliga mängder, kan denna metod gå mycket snabbare. Ett radikalt tillvägagångssätt behövs för att skapa denna grundläggande teknik, vid tillämpningen av DNA- och RNA-metoder i kampen mot infektionssjukdomar. Jag hoppas att vi kommer att ha något att meddela 2017.
Vad ska man till exempel förklara?
Vi har redan haft några ganska bra resultat i experiment på möss, som har visat att nukleinsyranärningar fungerar bra. Vi börjar göra säkra experiment på människor. Det här är de första stegen. Under det kommande året kommer vi att börja skapa nya program för dessa plattformar. Vi har inte bråttom att göra uttalanden, för om vi lyckas kommer det att förändra principen att bekämpa smittsamma uttalanden i grunden.
Under de senaste åren har det varit mycket surr kring sinnesstyrda proteser och exoskelett. Hur passar BTO DARPA in i detta utrymme?
Vi brinner ganska mycket för detta område. För inte så länge sedan levererade vi de två första kommersiellt tillgängliga Luke-proteserna, de mest avancerade proteserna i världen. Detta är ett stort steg i hjärnstyrda proteser, men vi kommer inte att stanna där.
Jag tror att det i framtiden kommer att finnas ett brett utbud av enheter som kan styras av neuronernas aktivitet, och detta kan inte bara göras av offer utan också av vanliga människor. Vi vill uppmana till användning av neural teknik i vardagen redan 2017.
Verkligen? Vilken typ av applikationer kan friska människor använda i sitt dagliga liv?
Jag är verkligen intresserad av hur neural teknik kan förändra hur vi interagerar med varandra, hur vi kommunicerar och till och med fattar beslut. Jag tänker på kognitiv hjälp. Det finns många idéer om hur man kan hjälpa en mängd människor. Dörren kunde bara öppnas efter tanken på det - och detta är bara den enklaste tillämpningen av sådan teknik.
Nyligen genomförde DARPA en studie som publicerades i tidskriften Neuron och undersökte att djup hjärnstimulering inte förbättrade minnet - och till och med gjorde det värre. Men en tidigare studie från några år sedan hade motsatt slutsats: stimulering förbättrade minnet. Vad betyder detta för din avdelnings arbete inom detta område?
Neuroteknik är ett mycket stort område på vårt kontor. Vi har gjort stora framsteg inom det medicinska området genom att visa att direkta neurala gränssnitt (förbindelser mellan hjärnan och en enhet som en neurostimulator, dator eller protes) kan återställa rörelse, känsla och hälsa med neuropsykiatriska störningar. Anmärkningsvärt, med all respekt för många studier, tror många att det är möjligt att isolera ett viktigt område i hjärnan, stimulera det och magiskt få ett svar. Men så är inte fallet. När du kartlägger vad som händer i hjärnan visar det sig att om du inte skickar rätt koder till hjärnan kommer du inte att få en förbättring av minnet och kan till och med förvärra det. Men tricket är att om du skickar in rätt koder får du betydande förbättringar i deklarativt minne. Så det här är ett tveeggat svärd. Mer forskning behövs i nästa generation av hjärnforskning.
Kan du snälla förtydliga vad du menar med "kod"?
Kod är ett par saker. Detta är den exakta avfyrningen av enskilda neuroner. Låt oss säga att du har 100 nervceller och de skjuter alla vid olika tidpunkter på olika platser - och alla dessa av och på kan tolkas som att de försöker komma ihåg ordet "Nancy" eller "träd". Vi kan förstå vad dessa aktiveringsmönster betyder och hur de relaterar till den verkliga världen. Alla dessa neurala aktiveringskretsar producerar tillsammans hjärnvågor eller rytmer, och på denna nivå studerar vi också hjärnan. Det är viktigt att förstå alla dessa olika hjärnceller eftersom det är så det fungerar.
Din avdelning har också ett”biokronicity” -program som utforskar tidens roll i biologiska funktioner och försöker hantera tidens effekter på mänsklig fysiologi
Vi förlorar så mycket för att vi inte förstår biologi. Jag tror att vår förståelse för biologi växer mycket. Och vår förmåga att interagera med biologi med hjälp av tekniska metoder kommer att förändra vårt förhållande till kroppen, hjärnan och immunsystemet. Jag tror att vi kommer att få en fantastisk framtid. 2017 kommer att blåsa ut våra hjärnor.
ILYA KHEL
