https://frosthead.com

¿Podrían estos inventores universitarios abordar el problema global de los pesticidas?

Arriba en el escenario, Elizabeth Dougherty abrió el papel doblado, el sello de aluminio parpadeando en las luces. "Y el ganador es", hizo una pausa para lograr un efecto dramático, "de la Universidad de Virginia ..."

Pero nada más se podía escuchar, gritos y vítores oscurecieron sus palabras. Los puños fueron bombeados en el aire, las lágrimas derramadas.

Este momento triunfal perteneció a un equipo de estudiantes universitarios y su asesor, que participaron en la Competencia de Inventores Colegiados en la sede de la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos en Alexandria, Virginia. Dougherty, director de educación, divulgación y reconocimiento de inventores de la USPTO, y otros asistentes honraron a Ameer Shakeel y Payam Pourtaheri por el revolucionario producto AgroSpheres de su grupo, creado con el objetivo de eliminar los efectos secundarios dañinos de los pesticidas en todo el mundo.

El dúo subió al escenario sonriendo abiertamente mientras se ponían las pesadas medallas de oro que se les dieron como ganadores generales en la división de pregrado de la competencia. Este concurso nacional altamente competitivo fomenta la "innovación, el emprendimiento y la creatividad", mostrando proyectos de vanguardia liderados por estudiantes de colegios y universidades de todo el país. (USPTO, que se asocia con Smithsonian.com para apoyar historias sobre innovación en la Institución Smithsonian y más allá, también es patrocinador de la competencia). Además del hardware, los ganadores del primer lugar se llevan a casa $ 10, 000 con $ 2, 000 adicionales para su asesor. .

"Nuestros padres son nuestra motivación", dice Pourtaheri en el escenario después del anuncio. “Ambos no nacimos en los Estados Unidos. Nos trajeron aquí y reiniciaron sus vidas para que podamos hacer lo que queremos hacer ”, dice. "Cuando ponen el listón tan alto, depende de ti hacerlos sentir orgullosos, porque quieres mostrarles lo orgullosos que estás de ellos".

Su socio de investigación estuvo de acuerdo: "No era lo suficientemente inteligente como para entrar en una buena escuela primaria o secundaria", dice Shakeel. Entonces su madre trabajó durante 12 años en su escuela en Pakistán para que él pudiera ingresar y obtener una buena educación. "Después de eso, es mi responsabilidad hacer todo lo que pueda con las oportunidades presentadas".

Desde 1990, la competencia de inventores colegiales ha reconocido el arduo trabajo de los inventores de pregrado y posgrado. Este año, Carl Schoellhammer del MIT ganó la división de posgrado con su trabajo en SuonoCalm, diseñado para proporcionar una administración de drogas rectal más eficiente, un llamado "enema del siglo XXI", dice el ingeniero químico en su explicación lista para Twitter. El segundo lugar en la división de pregrado fue para un equipo de la Universidad de Columbia, trabajando en Cathecare, un producto diseñado para eliminar las oportunidades de infecciones con la administración de medicamentos por catéter.

De los finalistas, AgroSpheres parecía particularmente innovadora, dice Radia Pearlman, una científica informática más conocida por su invención del Spanning Tree Protocol (STP) y uno de los jueces de competencia. "Deshacerse de los pesticidas es un problema increíblemente importante y una ciencia profunda en términos de cómo [ellos] realmente lo hacen", dice ella.

Los pesticidas se usan desenfrenadamente en todo el mundo, con un uso global de aproximadamente 5, 2 mil millones de libras en 2006 y 2007, según un estudio exhaustivo de la EPA. Aunque estos compuestos son beneficiosos para los rendimientos y la calidad de los cultivos, tienen muchos efectos secundarios negativos tanto para la vida silvestre como para los humanos, como el cáncer.

Uno de los mayores problemas, señala Shakeel, es que las naciones en desarrollo soportan la mayor carga del uso de pesticidas. En estas regiones, las regulaciones son limitadas. Los niños son a menudo una parte sustancial de la fuerza laboral rural, y muchos pueden trabajar sin equipo de protección o capacitación adecuada.

"Ambos nacimos en países en desarrollo", explica Shakeel. "Y éramos conscientes de los problemas sociales asociados con el uso de pesticidas, cómo afecta más a los agricultores".

En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) hace cumplir ciertos intervalos previos a la cosecha (PHI), o los requisitos de tiempo entre el momento en que se aplican los pesticidas y el momento en que se cosechan los cultivos. Y aunque estos períodos permiten que los compuestos se degraden a niveles seguros para la cosecha, reduciendo el riesgo para los trabajadores, también pueden ralentizar la cosecha, causando la pérdida de la cosecha si el mal tiempo se establece antes de que termine el período de espera.

AgroSpheres elimina la necesidad de PHI, acelerando la degradación de los pesticidas en cuestión de horas en lugar de semanas o incluso meses, dice Shakeel. La idea surgió hace dos años después de que la pareja supiera de un intento anterior de un equipo de UVA para crear "biopartículas", que son pequeñas bolas de enzimas biológicamente creadas que pueden interactuar y descomponer otros compuestos. Pero esa investigación había terminado allí, sin refinar el proceso o la aplicación práctica de la idea.

"Es un caso único en el que encontramos la solución antes del problema", dice Pourtaheri. Entonces comenzaron a proponer formas de usarlo. Cuando se acercaron a su asesor actual, Mark Kester, codirector del Instituto NanoSTAR de la Universidad de Virginia, supo que estaban haciendo algo.

Una de sus ideas era usar las biopartículas para una entrega más efectiva o dirigida de medicamentos, pero la investigación médica en esa escala es una tarea difícil para cualquier persona, sin embargo, estudiantes universitarios. Entonces Kester les dijo: “Pensemos en algunos juegos finales más fáciles aquí. ¿Dónde están las frutas bajas?

Entonces cambiaron, literalmente, a fruta baja.

Payam-Pourtaheri-Ameer-Shakeel-Mark-Kester.jpg Payam Pourtaheri y Ameer Shakeel se unen a su asesor universitario, Mark Kester, después de la ceremonia de entrega de premios de la competencia de inventores colegiados. (USPTO)

Shakeel, Pourtaheri y sus compañeros de equipo diseñaron partículas biológicas que descomponen los pesticidas en la superficie de las plantas. Sus pruebas iniciales de limpieza de pesticidas están ocurriendo en los viñedos de Virginia.

Aunque el producto está pendiente de patente, por lo que los detalles del mecanismo real y el diseño del mismo son limitados, AgroSpheres funciona debido a una ingeniería complicada, explica Kester.

Las bacterias ensamblan las enzimas específicas necesarias para degradar los pesticidas de forma no tóxica en compuestos simples: azúcares, grasas. Pero el equipo ha logrado diseñar estas bacterias, a las que Kester se refiere cariñosamente como "bichos", para producir este cóctel de enzimas en masa.

"Lo que hemos conseguido hacer es que el insecto no solo produzca la enzima biológica, sino que realmente la coloque en un caparazón 'recubierto de caramelo' que la proteja", explica. De particular importancia es que las bacterias hacen esto sin incluir ninguno de sus propios materiales genéticos. Esto significa que el equipo puede separar las enzimas y rociar estos "M&M" biológicos directamente sobre las plantas antes de la cosecha sin preocuparse por la contaminación o la replicación bacteriana.

La idea se basa en el concepto de "atenuación natural", o que contiene la región contaminada y permite que los procesos naturales, como la degradación bacteriana, degraden los compuestos tóxicos en componentes benignos. Pero la atenuación natural a menudo lleva semanas o meses, y el equipo de AgroSpheres afirma ser capaz de concentrar las enzimas activas para reducir drásticamente la línea de tiempo para este proceso.

En el último año, su equipo creció para incluir un total de cinco estudiantes altamente motivados en UVA. Tres están en su último año de escuela, y dos se graduaron la primavera pasada. "Puede tener una gran idea, pero si no tiene un equipo increíble, fracasará", dice Pourtaheri.

El producto tiene un largo camino por recorrer antes de que llegue al mercado y debe probarse exhaustivamente para garantizar que las afirmaciones de no toxicidad y seguridad ambiental se mantengan a escala comercial. Aun así, todos los miembros del equipo acuerdan rotundamente que planean continuar con la investigación.

Los investigadores han probado la idea en el laboratorio y ahora están realizando pruebas en viñedos e invernaderos para determinar la eficacia del método y cuánto tiempo tardan en degradarse las enzimas. En cooperación con las agencias reguladoras de EE. UU., Incluidas la EPA, el USDA y la FDA, están trabajando para ampliar el proceso para que sea factible para aplicaciones a escala industrial.

Esperan mejorar el diseño de las biopartículas, haciéndolas mejores y más eficientes, explica Joe Frank, quien dirige la investigación y el desarrollo de la compañía, establecida en marzo, y está en su último año de escuela en la UVA. También esperan expandirse a otras aplicaciones, incluida la descomposición de otros compuestos potencialmente peligrosos.

En el escenario, Dougherty le preguntó al dúo qué sucede después de la victoria.

"Tenemos una reunión en DC con un abogado [de propiedad intelectual] a las 2:30", dice Shakeel, mirando su reloj antes de reírse.

¿Podrían estos inventores universitarios abordar el problema global de los pesticidas?