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普林斯顿大学新闻

'Focused Research Teams' take on emerging opportunities in biotechnology and robotics

工程与应用科学学院(School of Engineering and Applied Science)发起了一项倡议,旨在促进在一些新学科上的合作,这些学科太过新颖,不适合现有的院系和研究中心。

该学院已经任命了三个初始团队,其中两个在新兴的生物技术领域,另一个在机器人和“网络物理”系统领域。每个人将在三年内每年获得25万美元,之后将对他们进行评估,以决定该倡议应继续、演变成更大的努力还是结束。

该校工程系主任艾米丽•卡特(Emily Carter)表示:“我们教员的发现速度和创造力水平令人震惊。”当来自不同学科的人们开始一起工作,互相激励时,就会有很多这样的工作发生。在我们最近的战略规划过程中,我们确定了培育和加速最令人兴奋的新领域的需要,以便我们能够更快地将它们的利益带给社会。

“我们收到的提案质量给我留下了深刻的印象,我很高兴能成立这三个团队,”卡特说。

卡特和副院长安托万·卡恩(Antoine Kahn)在经过同行评审后,从众多提交的论文中选出了这些团队。

首批重点研究团队包括:

精密的抗生素

在他们的提议中,该小组指出抗生素是现代医学的支柱,但面临两个主要问题:危险细菌对最强大的抗生素的抵抗力不断增强,以及大多数抗生素消灭有益和有害细菌的趋势。这个由三名教员组成的团队试图通过开发新一代抗生素来解决这两个问题,这种抗生素比传统抗生素更精确地针对特定的细菌。

该团队的主要研究人员是化学和生物工程学教授A.詹姆斯·林克;化学与生物工程副教授;以及分子生物学助理教授Mohamed Donia。该小组提出了两种主要方法来识别精确靶向抗生素化合物。首先,他们将研究人类微生物群已经产生的化合物,这些有益的细菌栖息在人体中,有助于消化和其他功能。这些有益的细菌会产生化学物质来抵御细菌群落中不受欢迎的添加物。研究小组将这些防御性化学物质作为攻击有害入侵者的候选目标,同时不伤害有益细菌。

第二种方法是关注有害细菌产生毒性作用的过程,但这些过程对细菌的存活是不必要的。例如,导致常见葡萄球菌感染的细菌会产生一种色素,可以中和人体免疫细胞产生的化学物质,从而帮助葡萄球菌逃避破坏。攻击这种保护性色素的药物可能会削弱葡萄球菌,使其变得无害,但不足以迫使其产生对抗生素的耐药性。研究人员还将结合这两种方法,寻找天然生物体内的抗病毒化合物。

林克说:“细菌中抗生素耐药性的增加是21世纪的主要健康挑战之一。“与此同时,人们越来越认识到,几乎所有生活在我们身上的细菌,我们的微生物群,都是无害的,甚至是有益的。在这个重点研究小组中,我们每个人都有不同但重叠的方法来应对这一挑战。有了工程学院的慷慨奖励,我们可以巩固我们的努力,并在抗生素领域发挥重大影响。”

这个团队的工作将由海伦·希普利·亨特(Helen Shipley Hunt)建立的基金支持。亨特于1971年在普林斯顿大学获得数学硕士学位。

工程活细胞器

正如器官是身体的一部分,发挥着特殊的作用,细胞器是细胞内的单位,也发挥着重要的功能——在这两种情况下,这些成分的问题是导致重大疾病的原因。普林斯顿大学三个系的一个研究小组正在研究亚细胞细胞器是如何发展的,以及如何设计它们来纠正问题或创造新的功能。这样做可以用于从治疗疾病到生产生物燃料。

该团队的主要研究人员是何塞·阿瓦洛斯(Jose Avalos),他是化学和生物工程助理教授,也是安德林格能源与环境中心(Andlinger Center for Energy and The Environment)的成员;克利福德·布朗韦恩,化学和生物工程副教授;机械和航天工程教授Mikko Haataja;以及分子生物学助理教授Jared Toettcher。

该团队计划在普林斯顿大学最近的一系列发现和新工具的基础上继续研究,这些发现和新工具揭示了细胞器是如何形成的,以及它们可能是如何被操纵的。例如,该团队开创了对无膜细胞器的新认识。无膜细胞器是不受细胞壁束缚的结构,而是在细胞内液体中自由漂浮的自组装分子簇。具有这种结构的断层被认为与各种疾病有关,包括肌萎缩侧索硬化症或卢伽雷氏症。Brangwynne最近因在该领域的工作获得了两项主要荣誉:被评为2018年麦克阿瑟奖(MacArthur Fellow)获得者,以及被任命为霍华德·休斯医学研究员(Howard Hughes Medical research)七年,这是生命科学领域的最高荣誉之一。

除了这些基本的洞见,该团队还试图应用新兴的光遗传学领域,即利用光控制基因行为的能力。研究小组的几位成员最近介绍了一系列利用光控制无膜细胞器形成的实验室和计算方法。在另一个例子中,阿瓦洛斯和他的同事最近用光来控制酵母细胞的新陈代谢,重新连接细胞来产生一种通常会杀死细胞的有价值的燃料。

向前发展需要细胞生物学、工程技术、物理和材料科学的结合,Brangwynne说。他说:“我非常确信这是我们应该创造的一个领域,我们应该把普林斯顿大学作为实现这一目标的首要场所。”

这个团队的工作将由Lydia和William Addy建立的基金支持。1982年,威廉·艾迪在普林斯顿大学获得化学工程学士学位。

机器人和网络物理系统

近年来机器人系统取得了显著进步,包括自动驾驶汽车的应用。然而,在广泛使用与人类一起工作的机器人,或在分布式、相互关联的群体中工作的机器人方面,仍存在巨大的差距。这个由三个院系的四名教员组成的团队,正试图利用一系列专业知识来应对一项特殊的挑战,以填补这些空白:创建一个由收集垃圾的机器人组成的协作团队。该团队表示,这项任务体现了当今机器人系统面临的许多挑战,包括需要每个机器人感知、操纵和导航其环境,以及需要整个团队协调和分配其资源,以尽可能高效地完成这项任务。

该团队的主要研究人员有:托马斯·芬克豪斯(Thomas Funkhouser),大卫·m·西格尔(David M. Siegel) 83年计算机科学教授;内奥米·伦纳德(Naomi Leonard),埃德温·s·威尔西(Edwin S. Wilsey)机械与航天工程教授;以及电气工程副教授纳文·维尔玛(Naveen Verma)。

通过关注垃圾收集项目,团队希望建立一个进一步研究和合作的中心。Majumdar说:“这些能力和相关的挑战在机器人领域有着广泛的相关性,与垃圾收集任务的具体细节无关。”

这项工作超越了传统的机器人技术,进入了新兴的网络物理系统领域。网络物理系统指的是自动化设备或系统的分布式阵列,通常通过网络(如internet)连接或协调。

“例如,小型移动机器人团队可以为地震或洪水后的搜救行动提供关键支持;它们可以向世界偏远或危险地区的人民提供关键药物;他们可以通过追踪植物和动物的数量来监测环境的变化,”研究人员写道。

除了技术进步,该团队还希望帮助解决社会环境中机器人部署的社会问题,以及机器人在服务不足的社区中的影响。

Majumdar说:“总的来说,我们认为这个项目有潜力对机器人领域的一些重大挑战产生真正的影响,它将汇集各种各样的专业知识,在校园内发起新的合作,加强现有的合作,吸引学生和博士后。”

这个小组的工作将得到艾迪基金的支持。