分类
麻省理工学院新闻

itemprop < span = "名称标题“>麻省理工学院。nano的浸泡实验室为研究人员和学生开放

麻省理工学院。纳米沉浸实验室是麻省理工学院第一个用于增强和虚拟现实(AR/VR)和数据交互的开放访问设施,现在向麻省理工学院的学生、教师、研究人员和外部用户开放。

这套功能强大的系统位于麻省理工学院的三楼。nano位于一个类似于黑盒子剧场的两层空间。浸实验室包含嵌入式系统和个人设备和平台,以及数据支持能力等新的教学模式和应用程序创建和体验身临其境的环境中,人类的动作捕捉,3 d扫描为数字资产,360度建模的空间,交互式计算和可视化,实时接口的物理世界和数字世界。

“给麻省理工学院社区一套独特的工具,他们对实验的不懈的好奇心和嗜好必然会创造出惊人的新范式,并打开新的知识前景。”他们也可能会发明新的工具,“弗拉基米尔说Bulović,成立教师学院的主任。nano和Fariborz Maseeh椅子在新兴技术。“当来自不同学科的学生、教师和研究人员开始在沉浸式实验室中连接和合作,激活虚拟领域时,我们很兴奋地看到会发生什么。”

该实验室的一个主要重点是支持数据探索,允许科学家和工程师在人类尺度上以大的、多维的视角分析和可视化他们的研究,实现视觉、触觉和听觉表征。麻省理工学院副主任布莱恩·w·安东尼(Brian W. Anthony)说:“该设施为个人和项目提供了一个新的、急需的实验室,他们正在努力以创新的方式使用、塑造、呈现和与数据互动。”纳诺和教员负责浸泡实验室。

海量数据是麻省理工学院的一个输出。nano,作为设备内典型科学测量系统的工作流程,需要迭代采集、可视化、解释和数据分析。沉浸式实验室将加速麻省理工学院以数据为中心的工作。纳米研究人员,还有其他涉足纳米领域的人,他们追求科学、工程、艺术、娱乐和教育。

MIT.nano Immersion Lab

工具和功能

安东尼说,沉浸式实验室不仅组装了各种先进的硬件和软件工具,而且本身也是一种仪器。这个两层的立方体,每边大约28英尺,配备了嵌入式OptiTrack系统,通过实时主动或被动的物体三维跟踪实现精确的运动捕捉,以及通过相关软件进行全身运动分析。

与内置系统相补充的是独立的工具,它们可以研究数据、分析和建模物理世界,并生成新的沉浸式内容,包括:

  • Matterport Pro2摄影测量相机生成3D,地理和维度精确重建空间(Matterport也可以用于增强现实的创建和标记,虚拟现实步走,和3D模型的建成环境);
  • Lenscloud系统使用126台相机和定制软件,对人体或人体尺寸的物体进行大容量360度摄影测量扫描;
  • 用于内容生成和编辑的软件和硬件工具,如360度摄像机、3D动画软件和绿屏;
  • 背包电脑和虚拟现实头盔,使研究人员可以在虚拟空间中测试并与他们的数字资产互动,而不必依赖固定的台式电脑;和
  • 可视化复杂和多维数据集的硬件和软件,包括惠普Z8数据科学工作站和戴尔Alienware游戏工作站。

像麻省理工学院。纳米的制造和表征设施,浸没实验室是开放的研究人员从任何部门,实验室,和麻省理工学院的中心。有专业的研究人员协助用户。

支持研究、课程和研讨会

安东尼说,浸实验室已经在麻省理工学院支持跨学科研究,使用多个麻省理工组不同用途-定量物理原型的几何测量先进制造、运动分析的人类健康与保健用途,动画角色的创作艺术和戏剧生产、虚拟旅游的物理空间,和可视化的液体和建筑设计的热流,等等。

麻省理工学院。纳米沉浸式实验室游戏项目是麻省理工学院为期四年的合作研究项目。nano和视频游戏开发公司NCSOFT试图通过游戏技术的硬件和软件创新,绘制未来人们如何与世界和彼此互动的蓝图。在该项目2019年和2020年的前两次提案征集中,来自5个不同部门的12个项目获得了150万美元的综合研究资助。麻省理工学院的合作提案选择过程。nano和NCSOFT确保所授予的项目正在开发具有工业影响力的进步,并且麻省理工学院的研究人员可以接触到NCSOFT的技术从业者。

沉浸式实验室还与麻省理工学院医学工程与科学研究所的临床研究中心(CRC)合作,创造一个以人类为中心的环境,在其中研究健康和健康。通过这种合作关系,CRC提供了传感器、设备和专业技术,以捕获人体的生理测量,同时沉浸在物理或虚拟领域的沉浸实验室。

本科生可以通过赞助的本科生研究机会计划(UROP)项目使用沉浸式实验室。UROP最近的工作包括在虚拟现实中跳跃作为一种新的运动形式,以及使用动作捕捉软件分析人类肌肉线条。从麻省理工学院2021年独立活动开始,沉浸式实验室还将提供麻省理工学院课程中的研习班、短期课程和学分课程。

麻省理工学院社区成员和普通公众可以通过二月份开始的一个新的系列研讨会“浸入式”(Immersion)来了解更多关于浸入式实验室支持的各种应用领域的信息。这个每月一次的活动将以当前工作领域的专家的讲座为特色,强调利用沉浸式技术追求的未来目标。专题领域包括运动,摄影测量,康复和假肢,和音乐/表演艺术。

教学和学习的新方法

虚拟现实使教师能够将学生带到地理上或规模上都难以进入的环境中。将游戏语言引入教育的新模式允许学生自己发现概念。

最近的一个例子是,电子工程和计算机科学副教授威廉·奥利弗(William Oliver)正在开发量子比特拱桥(Qubit Arcade),通过虚拟现实演示来教授量子计算的核心原理。用户可以创建Bloch球体,控制量子比特状态,测量结果,并使用虚拟量子门在直观的3D表示中组成量子电路。

艾姆斯中心主任埃拉泽·埃德尔曼(Elazer Edelman)是爱德华·j·普瓦特拉斯(Edward J. Poitras)医学工程和科学教授,他正在使用沉浸式实验室作为与心脏3D模型交互的教学工具。借助实验室的3D和4D可视化工具,Edelman和他的学生可以看到先天性心力衰竭模型的详细演变,而他的学生以前只能在尸体上进行研究。

“软件工程师懂得如何在数字环境中实现概念。艺术家了解光线如何与材料相互作用,以及如何通过对比和构图来吸引眼球。音乐家和作曲家了解人耳对声音的反应。舞者和动画师理解人类的动作。教师知道如何解释概念和挑战他们的学生。硬件工程师知道如何操作材料和物质来建立新的物理功能。所有这些领域都对我们在浸入式实验室解决的问题有所贡献,”安东尼说。

一个教员顾问委员会已经成立来帮助麻省理工学院。纳米浸泡实验室确定了当前工具所能提供的机会,以及那些应该通过额外的软件和硬件功能来探索的机会。该实验室的顾问委员会目前由麻省理工学院6个院系的7名教员组成。如此广泛的教师参与,确保了沉浸式实验室参与多个学科的项目,并启动了跨学科发现的新方向。

访问nanousers.mit.edu/immersion-lab了解更多信息。

相关链接

  • 实验室浸
  • MIT.nano

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/mitnano-immersion-lab-opens-0111

分类
麻省理工学院新闻

今年秋天,当麻省理工学院宣布计划欢迎一些本科生回来,加强研究工作,并增加在校员工数量时,它的管理部门面临着这样的挑战,即如何将疫情在校园的风险降至最低。以典型的麻省理工学院的方式,几个由工程师和研究人员组成的团队开始设计和建造解决方案,以保护校园社区。

今年夏天,一个跨部门研究团队在麻省理工学院医疗中心外合作推出了一辆Covid-19测试拖车,每天最多可测试1500人。第二辆拖车被放置在测试拖车旁边,以完成对患者体温的初步热扫描。

该设备实现实验室的首席研究科学家兼主任Brian Anthony解释说:“热拖车是建立在我的实验室正在进行的研究成果之上的,它可以对家庭和自然环境中的人类进行多种类型的非接触式测量。”

安东尼实验室的两名研究生,Ivan Goryachev和Ryan Koeppen ‘ 19,一直在与安东尼和博士后Xiang ” Shawn ” Zhang SM ‘ 15, 19博士领导的团队一起工作,研究可以部署在校园其他地点的热拖车和随后的凉亭的开发。

“一旦马萨诸塞州Covid-19病例增加,很明显需要新的解决方案来支持任何校园运营。从那时起,我们的团队开始探索如何将非接触式生命传感器的研究应用于当前的问题。”Koeppen说。

作为麻省理工学院(MIT)机械工程专业的本科生,Koeppen对将机械工程设计用于医学应用产生了兴趣。安东尼在医学超声和传感方面的工作使设备实现实验室非常适合Koeppen,因为他去年秋天开始了他的研究生学习。

与此同时,戈雅乔夫在产品设计的硬件方面有背景。他毕业于东北大学(Northeastern University)的机械工程专业,是Sparx Hockey公司创始团队的一员,该公司生产自动冰刀。

今年6月,Anthony的团队开始在热扫描拖车上快速部署商用硬件,以便在人们在麻省理工学院医疗中心外的测试拖车上进行棉签测试之前测量体温。

戈里亚切夫解释说:“正如麻省理工医学院的工作人员向我们解释的那样,我们的总体想法是让人们在一辆拖车里接受预先筛查,这样我们就可以把明显有症状的人分开,把他们送到麻省理工医学院的一个安全区域,以限制传播的机会。”

第一辆拖车使用热感摄像机来检测高温。扫描完成后,屏幕上会弹出一条信息,指示个人是否可以安全地进入棉签测试拖车,或者,如果他们的体温升高并通过第二个非接触式温度计进行验证,则直接前往麻省理工学院医学中心的安全区域。

张发明的软件和成像系统结合了校准的红外和可见光相机。该系统跟踪和测量受试者眼睛周围的皮肤温度,这反映了一个人的核心温度。它还集成了额外的传感器,用于测量和校正环境影响,如室温和湿度。Goryachev为摄像机和屏幕系统建立了机械机架和滚动设置。

当Goryachev和Zhang致力于热扫描拖车的运行时,Anthony和他的团队开始了解到在校园更广泛地部署这项技术的其他机会。

Koeppen补充道:“我们开始做一些初步的工作,研究如何扩大和扩展Ivan和Shawn在规模、成本和附加功能方面所做的工作,这样它就可以很容易地部署到其他校园地点或其他使用场景。”

该团队将使用低成本的现成光学、声学、雷达传感器和热感摄像机来装备这些设备。他们的目标是首先部署一个热筛选系统来支持当前的校园需求,具有可扩展性,以集成更多的传感器额外信号,包括心率,呼吸频率,血氧饱和度,提供一个人的生理状态的更完整的画面。

Koeppen解释说:“通常情况下,要获得有关心率和呼吸频率的可靠信息,就需要与患者进行某种形式的接触。”“如果你可以用传感器以一种不需要与患者接触的可靠方式测量这些数据,就传感器在医学上的应用而言,这将是一项新发展。”

除了装备低成本的传感器,该团队还专注于开发一种可伸缩制造的设计。戈里亚切夫一直在与一家公司合作,这家公司可以进行CAD设计,并将预先切割的零件运送到船舶上,以便于组装。

他补充说:“我们正在努力寻找一种平衡,既要确保自助服务亭内部组件有足够的安全性,又要创造出价格低廉、非常容易组装的东西。”

该团队设想了在2019冠状病毒病大流行期间,自助人体评估亭可用于支持校园需求的不同场景,如入口每日快速筛查或量化自我认证。这些信息亭还将帮助探索新型非接触式传感器及其在健康和保健方面的用途。

Koeppen说:“不是每天你都有机会开发一种系统,以一种相对可控的、快速的方式从潜在的数千人身上收集人类数据。”“我们有机会发展我们的工程学和以人为本的设计技能,并帮助校园。”

对于Koeppen来说,拖车和售货亭项目最大的收获之一就是有多少人愿意提供帮助。他补充称:“人们看到了我们通过工作解决的迫切需求,因此所有人都愿意参与进来。”

相关链接

  • 设备实现实验室
  • 麻省理工学院医学
  • 机械工程系
  • 工程学院

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/deploying-non-contact-vitals-sensing-kiosks-across-campus-0111

分类
麻省理工学院新闻

12月20日,名誉教授约翰·杜贡吉因自然原因在马萨诸塞州剑桥市奥本山医院去世。他已经95岁了。

虽然杜刚吉以其在空气弹性、结构动力学和复合材料方面的专长而闻名,但那些最了解他的人也钦佩他渊博的知识和对诗歌、音乐、历史和艺术的鉴赏力。在真正的麻省理工学院的精神,而不是单独查看这些知识追求,他不是用相互通知对方——就像一首诗依偎在一个页面与研究数字学术期刊或长笛用于演示振动、连接音乐在动态工作的基本原则。

再加上他与生俱来的善良,以及他对教学和导师的奉献精神,这种人性和学术的相互作用渗透到他生活的方方面面,将会被他的亲人、同事、学生和朋友铭记。

“约翰是麻省理工学院不同类型的教员;首先,他只是一个好和关心的人,和他走近你教员比我遇到的其他人不同,”布莱恩·瓦尔德说,麻省理工学院航空航天教授,不仅是一位教师的同事Dugundji,而且他曾经的学生课程结构动力学。“不管你的工作是否与他的工作直接相关,你总能指望他进行有意义的技术讨论,而且你会看到,每当他谈论动力学时,他就会变得开朗起来,因为他真的很喜欢它。”

杜刚吉于1925年10月25日出生在纽约市,1944年在纽约大学获得航空航天工程学士学位。1944年至1946年,他在美国海军服役,成为一名航空电子技师的战友,并在第二次世界大战期间获得了美国剧院勋章和胜利勋章。1948年,他在麻省理工学院完成了航空航天硕士学位。他在纽约贝斯佩奇(Bethpage)的格鲁曼飞机公司(Grumman Aircraft Company)担任研究工程师,在工业领域工作了一年,直到他回到麻省理工学院(MIT)攻读航空和航天工程博士学位。

1951年获得航空工程博士学位后,杜刚吉回到工业领域,在纽约法明代尔的共和航空公司(Republic Aviation Corporation)担任动力工程师,直到1956年,麻省理工学院再次给他打电话。他于一九五七年正式加入航空航天系,一直到一九九三年退休。

在他早期的一些研究贡献中,杜贡吉做了基础工作,开发了一个解释和规范面板颤振的模型,在与超音速气流相互作用时影响飞机机翼和火箭的稳定性。他会继续追求一系列研究项目使用复合结构和结构力学描述现象振动和共振的非线性系统建模弹性联轴节,曾广泛应用,从烟囱摇曳在风中旋转机械组件在计算机硬盘中找到。

“从理论和实验的角度来看,他的工作都是非常优雅的,”密歇根大学航空航天工程教授卡洛斯·切斯尼克(Carlos Cesnik)说,他曾是杜刚迪的同事。“如果我要总结一下,他是一个学者的巨人,他是空气弹性学、非线性动力学和结构力学的学者,他也是一个真正的绅士。他真的影响了我的生活和工作方式。”

2006年,Dugundji获得了美国航空航天学会(AIAA)颁发的结构、结构动力学和材料(SDM)奖,表彰了他在该领域做出的重大贡献。他因“在气动弹性、气动伺服弹性、非线性振动和固定翼飞机、旋翼飞机、涡轮机械的复合结构方面的开创性研究贡献,以及他作为鼓舞人心的航天教育家的杰出服务而被引用。”

事实上,无论他是在教室里教学,还是与研究生一起完成他们的研究论文,他的许多学生都分享了他无限的耐心、精力和精神的类似反映。他的学术影响力是显而易见的,许多他以前的学生都凭借自己的能力成为了该领域的巨头。

即使在他1993年退休后,杜刚吉仍然是航空航天界的活跃成员,教授结构动力学的本科课程,合作研究项目,指导研究生。但杜刚吉对导师制度的奉献不仅仅限于学生。Dugundji是早期职业教师的倡导者,甚至定期安排午餐,帮助新教师建立支持网络和社区意识。

航空航天教授劳尔•拉多维茨基(Raul Radovitzky) 2001年加入麻省理工学院(MIT),他说:“约翰很早就找到了我,对我的工作很感兴趣,和我实验室的学生们打成一片。很快,他就成为了我实验室小组的一员。”“约翰是一个充满爱心和同情心的人。他受到周围所有人的爱戴和钦佩,是我职业生涯中非常重要的人物。”

Dugundji在世时还有两个孩子,elena Rose Dugundji和Elisa Dugundji Friedman;他的前妻和一生的朋友,Wraye Dugundji;还有两个孙子,亚历山大·约翰·弗里德曼和亚当·罗伯·弗里德曼。

对于他的家庭,他们的父亲最喜欢的诗,“伊萨卡”,康斯坦丁·Cavafy总是有一种特别的意义,引用以下摘录Dugundji援引长效磺胺奖后发表主旨演讲,他的理论:“当你开始你的旅程伊萨卡,然后祈祷的道路很长,充满了冒险,充满知识。//伊萨卡给了你美丽的旅程。/没有她,你永远不会走这条路。/但她没有别的东西给你了。//如果你发现她很穷,那么伊萨卡并没有欺骗你。//有了你们所获得的大智慧,有了这么多的经验,/那时你们一定已经明白了它的意思。”

纪念John Dugundji一生的仪式将于2021年晚些时候在麻省理工学院教堂举行(日期待定)。应杜贡吉家族的请求,可向航空航天研究生奖学金基金捐赠以纪念他。或者,支票可以寄给航空航天研究生奖学金基金(帐户#3290600),抬头为麻省理工学院纪念John Dugundji,并邮寄到:纪念礼品办公室,600 Memorial Drive, W98-500, Cambridge, MA 02139。

相关链接

  • 文章:“John Dugundji 1925 – 2020”
  • 航空航天系
  • 工程学院

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/john-dugundji-professor-emeritus-aeronautics-astronautics-dies-0111

分类
麻省理工学院新闻

珊瑚已经进化了数千年,能够在几乎没有营养物质的水中生活,甚至茁壮成长。在健康的珊瑚礁中,海水通常非常清澈,这主要是因为珊瑚找到了最佳利用周围少数资源的方法。这些条件的任何变化都会使珊瑚的健康失去平衡。

现在,麻省理工学院(MIT)和伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution, WHOI)的研究人员与古巴的海洋学家和海洋生物学家合作,已经发现了一些珊瑚物种黏糊糊的生物膜内的微生物,它们可能有助于保护珊瑚免受某些营养失衡的影响。

研究小组发现,这些微生物可以从珊瑚周围吸收并“清除”氮。在低浓度的情况下,氮可以成为珊瑚必需的营养物质,为它们的生长提供能量。但是,过量的氮,比如富氮肥料渗入海洋,会引发藻类大量繁殖。海藻可以在资源上胜过珊瑚,使珊瑚礁承受压力,颜色变白。

通过吸收过量的氮,这些新发现的微生物可能会阻止藻类的竞争,从而成为它们所居住的珊瑚的微小保护者。尽管世界各地的珊瑚正经历着全球变暖带来的广泛压力和白化,但一些物种似乎已经找到了保护自己免受其他氮相关压力来源影响的方法。

“的一个方面发现这些生物与珊瑚,珊瑚有一个自然的方式能够对抗人为影响,至少在氮的可用性方面,这是一件非常好的事情,”安德鲁·Babbin说Doherty海洋利用麻省理工学院的助理教授的地球、大气和行星科学。“至少在某种程度上,这可能是珊瑚礁保护自己的一种非常自然的方式。”

Babbin和他的同事,包括麻省理工学院的研究生Diana Dumit, Tyler Tamasi, Laura Weber和Sarah Schwartz,已经在ISME杂志上报道了他们的发现。

死区类似物

巴宾的小组研究海洋生物如何循环氮元素,这是生命的关键元素。海洋中的氮有多种形式,如氨、亚硝酸盐和硝酸盐。巴宾对研究缺氧环境中氮循环的方式特别感兴趣。缺氧环境是海洋中的低氧区域,也被称为“死区”,在那里鱼类很少被发现,微生物可以大量繁殖。

“在没有足够氧气供鱼生存的地方,细菌开始做一些不同的事情,这对我们来说是令人兴奋的,”巴宾说。“例如,它们会开始消耗硝酸盐,这就会影响特定部分水的产量。”

死区并不是海洋中唯一的缺氧区域,细菌在这里可以尽情享用氮。低氧环境可以在更小的尺度上被发现,比如生物膜,从海难的船体到珊瑚礁,覆盖在海洋表面的富含微生物的黏液。

“我们体内有生物膜,可以让不同的厌氧过程发生,”巴宾说。“珊瑚也是如此,它们可以产生大量的粘液,作为氧气的阻碍屏障。”

尽管珊瑚离地表很近,而且氧气也够得着,巴宾还是想知道,珊瑚黏液是否会促进“缺氧区”,或者是低氧区,在那里消耗硝酸盐的细菌可能会大量繁殖。

他向WHOI的海洋微生物学家艾米·阿普里尔(Amy Apprill)提出了这个想法。2017年,研究人员和一个科学团队乘船前往古巴,阿普里尔计划在那里对受保护的国家公园——皇家植物园(Jardines de la Reina)——的珊瑚进行研究。

“这个保护区是加勒比海珊瑚最后的健康避难所之一,”巴宾说。“我们的希望是研究一个受影响较小的地区,获得一个基线,了解什么样的氮循环动态与珊瑚本身有关,这将使我们了解人为干扰会对该系统造成什么影响。”

抽汲的洗涤塔

在探索珊瑚礁的过程中,科学家们从该地区大量存在的珊瑚物种中提取了小样本。在船上,他们在各自的海水中培养每个珊瑚标本,同时使用氮的示踪剂——一种比海水中自然存在的分子重一些的分子。

他们把这些样品带回剑桥大学,用质谱仪对其进行分析,以测量氮分子的平衡如何随时间变化。根据样品中消耗或产生的分子类型,研究人员可以估计氮减少和反硝化的速率,或通过其他代谢过程增加的速率。

在几乎每一个珊瑚样本中,他们观察到的反硝化速率高于大多数其他过程;珊瑚上的某些东西很可能吸收了这些分子。

研究人员擦拭了每一个珊瑚的表面,并在培养皿中培养出粘滑的标本,他们在培养皿中检测已知的能够代谢氮的特定细菌。这项分析揭示了生活在大多数珊瑚样本中的多种氮擦洗细菌。

“我们的研究结果表明,这些与珊瑚生活在一起的生物,有一种清理当地环境的方法,”巴宾说。“有一些珊瑚物种,像这种脑珊瑚双生珊瑚,表现出极其快速的氮循环,而且恰好相当耐劳,即使是在人类活动的变化中,而Acropora,在整个加勒比地区的大致形状,表现出很少的氮循环。”

氮擦洗微生物是否直接有助于珊瑚的健康还不清楚。该研究小组的结果是这种联系的第一个证据。接下来,巴宾计划探索海洋的其他部分,比如热带太平洋,看看类似的微生物是否存在于其他珊瑚上,以及这些细菌在多大程度上有助于保护它们的宿主。他的猜测是,它们的作用与我们自身系统中的微生物相似。

巴宾说:“我们对人类微生物群研究得越多,就越能意识到,与我们生活在一起的生物体确实推动着我们的健康。”“珊瑚礁也是如此。是珊瑚的微生物群决定了珊瑚系统的健康。我们试图做的是揭示珊瑚系统中微生物网络的新陈代谢部分。”

这项研究部分得到了麻省理工学院Sea Grant、Simons基金会、麻省理工学院Montrym、Ferry和mTerra基金以及Bruce Heflinger ‘ 69、SM ‘ 71、1980博士的支持。



Paper: “Discovery and quantification of anaerobic nitrogen metabolisms among oxygenated tropical Cuban stony corals”

相关链接

  • 安德鲁Babbin
  • 地球,大气和行星科学部
  • 学校的科学

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/microbes-coral-reefs-health-0108

分类
麻省理工学院新闻

在电机及电子工程师学会(IEEE)的新成员中,有四名是麻省理工学院的成员:Domitilla Del Vecchio,机械工程教授;麻省理工学院电子工程和计算机科学系(EECS)教授兼系主任Asuman Ozdaglar;Robert Shin,林肯实验室首席研究员;以及欧洲经济共同体Clarence J. LeBel教授乔尔·沃尔德曼(Joel Voldman)。作为世界上最大的技术专业组织,IEEE每年都会授予那些在各自领域的工作中推动创新的资深成员院士头衔,他们在工程界的参与进一步推动了IEEE的使命,即促进技术造福社会。

Domitilla德尔维奇奥

机械工程系的Domitilla Del Vecchio教授因“对合成生物学电路工程的贡献”而被提升为IEEE Fellow。她是麻省理工合成生物学中心的成员,在那里她的团队专注于基于模型的分析、设计和控制活细胞中的生物分子网络。她和她的团队正在研究使合成遗传电路对环境具有鲁棒性的技术,并将其应用于再生医学的生物传感和细胞命运控制。Del Vecchio在同行评议的期刊和会议论文集上发表了大量文章,与人合著了一本教科书,并为几本书贡献了章节。她获得的奖项包括:2020年新冠肺炎大流行期间牛顿变革思想奖、2016年Bose研究奖、2010年美国自动控制委员会唐纳德·p·埃克曼奖和2007年美国国家科学基金会(NSF)职业成就奖。

Asuman Ozdaglar

Asuman Ozdaglar教授因“对分布式多代理网络的贡献”而获得认可。除了担任麻省理工学院EECS的负责人,她还是EECS的MathWorks教授和麻省理工学院Stephen A. Schwarzman计算学院的副院长。她的研究主要研究大规模、动态的多智能体网络系统的分析和优化问题,包括通信、交通、社会和经济企业网络。她大量的出版物包括同行评议的文章、书籍章节和受邀的会议论文。她曾任职于许多技术会议的组织委员会,并担任IEEE信息理论学报等专业出版物的审稿人。她的奖项包括美国国家科学院的Kavli Fellow, 2008年美国自动控制委员会的Donald P. Eckman奖,以及NSF职业奖。

罗伯特·申

罗伯特我。Shin是林肯实验室情报、监视和侦察(ISR)和战术系统部门的主要工作人员,他因“在雷达系统电磁建模和微波遥感方面的领导地位”而被评为IEEE研究员。他也是麻省理工学院林肯海狸工程实验室的主任和麻省理工学院工程扩展工程委员会的成员。以前,他是ISR和战术系统部的负责人。在该职位上,他监督射频、光电、红外和声学系统的先进技术和原型的开发;自适应阵列处理;嵌入式计算;以及集成传感和决策支持。Shin发表了150多篇期刊论文和会议论文,合著了教科书《微波遥感理论》(Wiley, 1985),并在美国空军科学顾问委员会(2006-10)任职。作为由林肯实验室和麻省理工学院联合特许的Beaver Works的负责人,他指导了一个基于项目的教育项目,旨在让学生对现实世界的工程问题进行概念化、设计和构建解决方案。2014年,Shin获得了欧文·西泽尔奖(Irwin Sizer Award),以表彰他在使Beaver工作成为现实方面的领导作用,这是对麻省理工学院教育最显著的改进。2016年,他通过建立为期四周的工程体验学习项目——海狸工程暑期学院(Beaver Works Summer Institute),将海狸工程的触角延伸到了高中生。

乔尔Voldman

乔尔·沃尔德曼教授因”对细胞的电子微尺度操作的贡献”而被提升为研究员他是电气工程和计算机科学系电气工程系主任,同时也是麻省理工学院电子和微系统技术实验室研究实验室的首席研究员。他在生物医学微机电系统方面的开创性工作将微加工技术应用于阐明从医疗点诊断到基础细胞生物学到应用神经工程的生物系统。他的研究建立在不同的学科:电气工程,微细制造,生物工程,传输建模,生物学和医学。他获得的奖项包括美国国家科学基金会(NSF)职业成就奖、麻省理工学院(MIT)的Jamieson教学奖和Louis D. Smullin优秀教学奖,以及欧洲经济学院(EECS)的Frank Quick教员研究创新奖学金。

相关链接

  • Domitilla Del Veccio
  • Asu Ozdaglar
  • 罗伯特·申
  • 乔尔Voldman
  • 麻省理工学院林肯实验室
  • 海狸工作中心
  • 电子工程与计算机科学系
  • 机械工程系
  • 工程学院
  • 麻省理工施瓦茨曼计算学院

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/four-mit-named-ieee-fellows-0108

分类
麻省理工学院新闻

希瑟·塞伯热(Heather Theberge)是麻省理工学院机械工程系本科生办公室的一名行政助理,在与癌症短暂抗争后,于1月3日去世。享年42岁。

“这对我们社区来说是一个令人心碎的损失。希瑟以难以置信的热情欢迎每一个来我们本科办公室的人,她的同事们都很喜欢她,”机械工程教授兼系主任伊芙琳·王说。

Theberge于2012年加入麻省理工学院。作为行政助理,她在确保机械工程本科课程顺利进行方面发挥了重要作用。多年来,许多了解她的学生、教职员工和教员都看得出她的爱心。

“希瑟是一个非常热情的人。她总是很乐意帮助任何走进本科办公室的人,”机械工程本科课程的学术管理人员Jared Embelton说。

在近十年的时间里,贝尔热帮助无数机械工程专业的学生获得了学士学位。从组织第一年的指导工作,到帮助学生开始海外学习计划,再到处理所有大四学生写论文的后勤工作,贝尔热从学生开始学术生涯到毕业都在帮助他们。

泰伯热的存在也让学生们从学业压力中得到了喘息的机会。学生们偶尔会坐在她的桌子旁安静地完成习题,或者顺便去拿些糖果,赶上她和她的同事、高级行政助理艾伦·帕里拉(Ellen Parilla)。

“你可以看出学生们对希瑟的评价很高,”Embelton补充道。“她有一种友好的能量,为他们创造了一个真正友好的环境。”

塞贝尔热在新罕布什尔州南部长大,并在麻省艺术学院(Massachusetts College of art)追求她对艺术的热情,并在那里获得了学士学位。她在世的亲人有交往已久的男友丹尼尔·凯西(Daniel Casey)、妹妹玛丽安和米歇尔(Marianne and Michele)、侄女劳伦(Lauren)和侄子多米尼克(Dominic)。

那些希望纪念贝尔热和她对动物的爱的人被邀请以她的名义向新罕布什尔州动物救援联盟捐款,545路线101,贝德福德,NH 03110,或在rescueleague.org。

相关链接

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/heather-theberge-mechanical-engineering-staff-member-dies-0107

分类
麻省理工学院新闻

拥有一些世界上最高的山峰,亚洲的“雪之所”地区是吸引寻求刺激者、崇拜者和科学家的磁铁。绵延1400英里的喜马拉雅山脉将印度次大陆的平原和青藏高原分隔开来,这是数百万年前发生的一次史诗般的大陆与大陆碰撞的场景,它改变了地球,影响了地球的气候和天气模式。印度板块和欧亚板块是如何碰撞形成山脉的,这是科学家们仍在探索的问题。现在,由麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)领导的一项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的新研究证实,它比之前认为的要复杂得多。

“喜马拉雅山脉是大陆与大陆碰撞的典型案例,也是研究造山事件和构造学的绝佳实验室,”EAPS研究所的研究生克雷格·马丁说,他是这篇论文的主要作者。

故事开始于一亿三千五百万年前,新特提斯海洋将印度和欧亚大陆的构造板块分开了四千英里。地质学家普遍认为,新特提斯海洋板块开始俯冲到欧亚大陆南部边界的地幔中,把印度和上面的构造板块拉向北方,最终在大约5500万至5000万年前的一次碰撞中形成了喜马拉雅山。然而,地质证据表明,观察到的高俯冲率似乎并不完全符合这一假设,而模型重建显示,在这次推断的碰撞发生时,大陆板块相距数千公里。占所需时间延迟和俯冲强度,麻省理工学院的Oliver Jagoutz地质学、副教授和利“维基”Royden,塞西尔和艾达绿色地质学和地球物理学教授提出,由于高速,方向,和最后的大陆碰撞的位置,需要另一个大洋板块俯冲带中间的海洋,称为Kshiroda板块和Trans-Tethyan俯冲带(TTSZ),东向西跑。此外,EAPS的地质学家和其他人推测,在这两个火山岛之间存在一个火山岛弧,称为科希斯坦-拉达克弧,比如马里亚纳群岛。它们位于赤道附近,在被两个大陆地壳挤压之前受到了来自印度的冲击。

微小的磁铁为我们指明方向

这一连串的事件,其时间和地质构造,都是基于模型和一些地质证据的推测,直到EAPS的研究人员测试了它——但首先,他们需要岩石。麻省理工学院古地磁实验室的行星科学教授本·韦斯、马丁、贾格茨、罗伊登和他们的同事们访问了印度西北部与欧亚板块接壤的拉达克地区。在多次远足中,包括EAPS本科学生杰德·费舍尔(Jade Fischer)在内的团队,爬过露头,钻取略大于软木塞大小的岩心。地质学家和古地磁专家把样本拉出来时,标记出样本在岩层中的方位和位置,以便确定岩石在地球上何时何地形成。该团队正在寻找证据,以证明一个大约6600万至6100万年前活跃的火山是欧亚大陆以南大洋上的火山岛链的一部分,还是欧亚大陆的一部分。这也将有助于确定双重俯冲带的可能性。

回到实验室,麻省理工学院的研究人员利用岩石年代测定法和古地磁法来了解这次古代地质事故。他们利用了这样一个事实:当熔岩冷却和岩石形成时,它会捕捉到地球磁场的信号,而地球磁场是南北走向地磁极的。如果岩石在赤道附近形成,其含铁矿物(如磁铁矿和赤铁矿)的磁性(电子)自旋就会平行于地面。当你远离赤道时,岩石的磁化力会向地球倾斜;然而,随后的加热和再磁化可以打印在原始签名上。

在对此进行了检查,并校正了该地基岩的倾斜后,马丁和他的同事们能够确定岩石形成的纬度。对样品锆石矿物的铀铅年代测定为限制其形成时间提供了另一个难题。如果只是一次碰撞,这些岩石就会在北纬20度左右形成,在赤道以上,欧亚大陆附近;如果这些岛屿存在的话,它们应该起源于赤道附近。

马丁说:“我们能够利用保存在岩石中的微小磁铁来重建深时世界地图,这很酷。”

一个由两部分组成的系统

通过对时间和纬度的测量和模型,麻省理工学院的研究人员发现了他们一直在寻找的证据——岛链和双重潜没系统的存在。从八千万年前到大约五千五百万年前,新特提斯海洋在两个地方被潜没:沿着欧亚板块的南缘(克希罗达板块下沉)和大洋中部的茨茨,就在克希罗达板块的南边,靠近赤道。总之,这些事件封闭了海洋,而构造活动与侵蚀和风化作用一起作用,封存并吸收了碳,直到古新世时期(666 – 2303万年前)。马丁说:“两个俯冲带的存在以及它们在低纬度地区破坏的时间,解释了新生代(6600万年前至今)全球气候变冷的原因。”

最重要的是:“我们的结果意味着,印度不是直接与欧亚大陆碰撞形成喜马拉雅山脉,而是首先与火山岛链(类似于今天的马里亚纳群岛)碰撞,然后与欧亚大陆碰撞,时间比人们普遍接受的时间晚了1000万年,”马丁说。这是因为科希斯坦-拉达克弧与印度的碰撞减缓了印度-欧亚大陆的辐合速度,这一速度一直在下降,直到4500万- 4000万年前的最后一次碰撞发生。“这一发现与长期以来的观点相反,即印度-欧亚大陆碰撞是开始于5500万至6000万年前的单一阶段事件,”马丁说。“我们的结果强烈支持奥利和维基的双重俯冲假说,解释了为什么印度在白垩纪异常迅速地向北移动。”

此外,Martin、Jagoutz、Royden和Weiss能够确定印度板块在被挤压到欧亚大陆之下之前的最大范围。印度和欧亚大陆之间的汇合自5000万- 5500万年前以来大约有2800 – 3600公里。这在很大程度上可以归因于Kshiroda板块的俯冲。麻省理工学院的研究人员估计,Kshiroda板块大约有1450公里宽,在5500万至5000万年前与岛弧发生第一次碰撞时发生了俯冲。在岛链与印度的第一阶段碰撞之后,克希罗达板块继续消失在欧亚大陆之下。然后,1500万到1000万年之后,当两个大陆走到一起时,大陆地壳开始缩短、折叠并将岩石推升,这种力量引起了可以观察到的岩石成分和结构的变化。“我们的结果还直接将印度在碰撞中‘消失’的部分的大小限制在南北方向不到900公里,这远低于此前解释碰撞时间所需的2000公里。”

马丁说,新近获得的对这样一个原型山脉系统的机制和几何结构的洞见,对于利用喜马拉雅山脉来研究大陆碰撞具有重要意义。修改俯冲带的数量,最终碰撞的时代,和大陆地壳参与喜马拉雅山的形成变化准确模型所需要的一些关键参数的增长山带,大陆地壳的形变,板块构造和全球气候之间的关系。

马丁希望在他剩下的研究生研究中进一步研究火山岛链和欧亚大陆之间剧烈变形的碰撞带。他希望了解Kshiroda海洋的闭合以及在大陆碰撞过程中产生的地质构造。

这一发现不仅令人印象深刻,而且正如马丁所说的那样:“我认为想象一下被夹在两个碰撞的构造板块之间,形成世界屋脊、恐龙在岛上漫步的田园热带火山岛是一件很酷的事情。”

这项研究部分由NSF构造项目和MISTI-India资助。



Paper: "Paleocene latitude of the Kohistan–Ladakh arc indicates multistage India–Eurasia collision"

相关链接

  • 克雷格•马丁
  • 奥利弗Jagoutz
  • 利Royden
  • 本韦斯
  • 地球,大气和行星科学部
  • 学校的科学

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/rock-magnetism-uncrumples-himalayas-complex-collision-zone-0107

分类
麻省理工学院新闻

工程学院2020年第三、第四季度获奖情况

麻省理工学院工程学院的成员因他们的奖学金、服务和整体的优秀而获得许多奖项。工程学院定期表彰他们的成就,突出的荣誉,奖励,和奖牌的教员在我们的学术部门,实验室和中心工作。以下是在2020年第三和第四季度颁发给工程学院的奖项。

  • 电子工程和计算机科学系的Pukit Agrawal在6月17日获得了亚马逊研究奖,并在9月2日获得了AWS机器学习研究奖。
  • 9月1日,化学工程系的罗伯特·阿姆斯特朗因在化学工程领域做出的杰出贡献而获得AIChE创始人奖。
  • 9月23日,电子工程和计算机科学系的Regina Barzilay赢得了首届AAAI松鼠人工智能奖,以表彰造福人类的人工智能。
  • 9月9日,B2G公布了“全球供应链最具影响力女性100强”榜单,机械工程系的亚历克西斯·贝特曼(Alexis Bateman)名列其中。
  • 9月28日,材料科学与工程系的Geoffrey S.D. Beach被任命为美国物理学会会员。
  • 9月24日,化学工程系的菲基利·布鲁谢特(Fikile Brushett)获得了诺布希·劳埃德·n·弗格森(NOBBChE Lloyd N. Ferguson)青年科学家奖。
  • 7月31日,材料科学与工程系的蒋尚明被任命为电化学学会会员。
  • 10月26日,来自医学工程与科学研究所和生物工程系的詹姆斯·柯林斯(James Collins)获得了迪克森医学奖。
  • 9月8日,电子工程和计算机科学系的德克·英格伦获得了光学和原子物理领域的洪堡研究奖学金。
  • 12月3日,电气工程和计算机科学系的詹姆斯·g·藤本获得了桑福德和苏·格林伯格奖,以终结失明。
  • 7月7日,化学工程系的罗伯特·兰格获得了APGI 2020莫里斯-玛丽·雅诺奖。
  • 电子工程和计算机科学系的南希·林奇在9月2日获得了CONCUR时间测试奖。
  • 化学工程系的Karthish Manthiram于9月16日获得了AIChE 35 Under 35奖,并于10月22日获得了2020年美国能源部早期职业研究奖。
  • 去年12月1日,电气工程和计算机科学系的耶莱娜·诺托斯入选《福布斯》30位30岁以下女性榜单。
  • 9月9日,机械工程系的伊娃·庞塞被B2G评选为全球供应链最具影响力的100位女性之一。
  • 9月9日,机械工程系的艾伦·罗奇(Ellen Roche)获得了尼比卜先驱奖(NIBIB pioneer Award for New and Early Stage Investigators)。
  • 8月15日,机械工程系的Maria Jesus Saenz获得了国际工程与运营管理学会颁发的杰出教育家奖。
  • 12月8日,机械工程系的杨少宏被授予国家发明家学会院士称号。
  • 9月23日,电子工程和计算机科学系的Max Shulaker获得了2020年IEEE电子设备协会早期职业奖。
  • 电子工程及计算机科学系的岑立民于2月24日荣获谷歌教员研究奖。
  • 化学工程系的Zachary Smith在9月16日获得了AIChE 35 Under 35奖。
  • 12月3日,机械工程系的乔瓦尼·特拉弗索被《连线》杂志评为32位正在建设更美好未来的创新者之一。
  • 7月16日,机械工程系的Domitilla del Vecchio因在Covid-19大流行期间的变革思想而获得牛顿奖,并于11月29日被任命为IEEE 2021年研究员。

相关链接

  • 生物工程系
  • 化学工程系
  • 电子工程与计算机科学系
  • 材料科学与工程系
  • 工程学院
  • 机械工程系
  • 工程学院

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/school-engineering-third-fourth-quarter-2020-awards-0107

分类
麻省理工学院新闻

在人体大约30万亿个细胞中,DNA每时每刻都在被“解读”为信使RNA分子(DNA和蛋白质之间的中间环节),这个过程被称为转录。

科学家们对转录是如何开始的已经有了相当清楚的了解:一种叫做RNA聚合酶的蛋白质被招募到DNA分子的特定区域,并开始沿着链向下移动,同时合成mRNA分子。但这一过程的一部分不太为人所知:细胞是如何知道何时停止转录的?

现在,怀特海德生物医学研究所成员、麻省理工学院生物学教授理查德·杨和麻省理工学院化学工程、物理和化学教授奥雅纳·k·查克拉博蒂的实验室的新研究表明,RNA分子本身通过一个反馈回路负责调节其形成。RNA分子过少,细胞就会启动转录以产生更多的RNA分子。然后,到了一定的阈值,太多的RNA分子会导致转录停止。

这项研究发表在2020年12月16日的《细胞》(Cell)杂志上,它代表了生物学家和物理学家之间的一项合作,并对数千种未被翻译成任何蛋白质的rna(称为非编码rna)的潜在作用提供了一些见解。非编码rna在哺乳动物中很常见,几十年来一直困扰着科学家。

关于凝析油的问题

杨的实验室之前的工作主要集中在转录凝析物上,这是一种小的细胞液滴,它将DNA转录成RNA所需的分子聚集在一起。2018年,实验室的科学家们发现了这些转录液滴,注意到它们通常是在转录开始时形成的,几秒钟或几分钟后,转录过程结束时就溶解了。

研究人员想知道,控制转录凝析物溶解的力量是否与它们产生的RNA的化学性质有关——具体地说,它带有很高的负电荷。如果是这样的话,这将是通过反馈机制调控细胞过程的最新例子——反馈机制是一种优雅、高效的系统,用于控制细胞的生物功能,如红细胞生成和DNA修复。

作为初步测试,研究人员使用体外实验来测试RNA的含量是否会影响冷凝物的形成。他们发现,在观察到的细胞生理水平范围内,低水平的RNA会促进液滴的形成,而高水平的RNA则会阻碍液滴的形成。

跳出生物学的框框思考

考虑到这些结果,年轻的实验室博士后、共同第一作者Ozgur Oksuz和Jon Henninger与物理学家、共同第一作者Krishna Shrinivas (Arup Chakraborty实验室的研究生)合作,调查起作用的物理力是什么。

Shrinivas建议该团队建立一个计算模型来研究转录活性RNA和转录蛋白缩合物之间的物理和化学相互作用。该模型的目标不是简单地复制现有的结果,而是创建一个平台,用它来测试各种情况。

“大多数人研究这类问题的方式是在试管中取出分子混合物,摇晃它,看看会发生什么,”斯瑞尼瓦斯说。“这与我们所能想象的细胞内发生的事情相差甚远。我们的想法是,‘我们能不能试着在生物学的背景下研究这个问题,也就是这个失衡的复杂过程?’”

从物理学的角度来研究这个问题,让研究人员从传统的生物学方法中后退了一步。亨宁格说:“作为一名生物学家,很难根据现有数据提出新的假设,用新的方法来理解事物是如何运作的。”“你可以进行筛选,你可以识别可能参与过程的新玩家、新蛋白质、新rna,但你仍然受到我们对所有这些东西如何相互作用的经典理解的限制。而当你与物理学家交谈时,你所处的理论空间已经超出了现有数据所能提供的范围。物理学家喜欢思考在给定参数的情况下,物体会如何运动。”

一旦模型完成,研究人员可以对细胞中可能出现的情况提出问题——例如,随着时间的推移,不同长度的rna以不同的速度产生时,冷凝物会发生什么?-然后在实验台上做一个实验。亨宁格说:“我们最终得到了模型和实验的完美融合。”“对我来说,这个模型帮助提取出这种系统的最简单特征,然后你可以在细胞中做更多的预测实验,看看它是否适合这个模型。”

charge负责,掌管

通过一系列的建模和实验室实验,研究人员能够证实他们的假设,RNA对转录的影响是由于RNA分子的高度负电荷。此外,预测最初低水平的RNA增强,随后更高水平的RNA溶解由转录蛋白形成的凝析物。由于电荷由RNA的磷酸主链携带,所以给定RNA分子的有效电荷与其长度成正比。

为了在活细胞中测试这一发现,研究人员设计了小鼠胚胎干细胞,使其具有发光的冷凝物,然后用一种化学物质破坏转录的延伸阶段。与模型的预测一致,由此导致的溶解冷凝物的RNA分子的缺乏增加了细胞中冷凝物的大小和寿命。相反,当研究人员用工程细胞诱导产生额外rna时,这些位点的转录凝析物溶解了。Chakraborty说:“这些结果强调了理解非平衡反馈机制如何调节细胞中生物分子冷凝物的功能的重要性。”

确认这种反馈机制可能有助于解答哺乳动物基因组中一个长期存在的谜题:非编码rna的作用,而非编码rna构成了遗传物质的很大一部分。“虽然我们对蛋白质的工作原理了解很多,但还有成千上万的非编码RNA物种,我们不知道大多数这些分子的功能,”Young说。“RNA分子可以调节转录凝集的发现让我们怀疑,许多非编码物种是否只是在局部发挥作用,调节整个基因组的基因表达。那么这个关于所有这些rna做什么的巨大谜团就有了一个潜在的解决方案。”

研究人员乐观地认为,了解RNA在细胞中的这种新作用,可以为多种疾病的治疗提供信息。“有些疾病实际上是由单个基因表达增加或减少引起的,”共同第一作者Oksuz说。“我们现在知道,如果你调节RNA的水平,你可以预测冷凝物的影响。因此,你可以通过调整疾病基因的表达来恢复你想要的表达,甚至可能恢复你想要的表型,从而治疗疾病。”

Young补充说,对RNA行为的更深入理解可以为更广泛的治疗提供信息。在过去的10年里,各种直接靶向RNA的药物被成功开发出来。“RNA是一个重要的靶标,”杨说。“从机制上理解RNA分子如何调节基因表达,可以弥合疾病中的基因失调和靶向RNA的新治疗方法之间的差距。”



Paper: "RNA-Mediated Feedback Control of Transcriptional Condensates"

相关链接

  • 年轻的实验室
  • 奥雅纳Chakraborty集团
  • 怀特黑德生物医学研究所
  • 生物学系
  • 物理系
  • 化学系
  • 化学工程系

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/rna-molecules-masters-of-their-own-destiny-0105

分类
麻省理工学院新闻

这个微生物群由数万亿微生物组成,它们生活在我们每个人的体内和体内。历史上,一些研究人员猜测它在人类健康中的作用,但在过去的十年左右,基因测序技术已经充分阐明了这一星系的微生物,以便进行详细研究。

随着研究人员解开我们的身体和微生物群之间复杂的相互作用,他们开始充分认识到该领域在治疗疾病和促进健康方面的潜力。

例如,与肠道微生物变化相对应的疾病越来越多,包括2型糖尿病、炎症性肠病、阿尔茨海默病和各种癌症。

生物工程教授埃里克·阿尔姆说:“几乎在每一种研究过的疾病中,我们都发现了不同类型的微生物群落,它们在健康人和病人之间是不同的。”“(这些发现的)希望是,其中一些差异将是因果关系,而干预改变微生物组将有助于治疗其中一些疾病。”

Alm的实验室,与麻省理工学院哈佛大学布罗德研究所的合作者一起,做了一些早期的工作,描述了肠道微生物组,并展示了它与人类健康的关系。从那时起,微生物组研究出现了爆炸式的发展,吸引了来自遥远领域的研究人员,并推动了新的发现。创业公司现在正致力于开发基于微生物群的治疗方法,非营利组织也如雨后而至,以确保这些基础科学进步转化为治疗方法,使最大数量的人受益。

OpenBiome的联合创始人马克·史密斯博士说:“这个领域的第一章,以及我们的历史,一直在验证这种模式。”OpenBiome为医院处理粪便捐赠,为对抗肠道感染的患者进行粪便移植。史密斯目前还是初创公司Finch Therapeutics的首席执行官,该公司正在开发基于微生物群的治疗方法。“直到现在,这都是关于微生物群的承诺。现在我觉得我们实现了第一个承诺。下一步是弄清楚它会发展到什么程度。”

一个跨学科的基础

麻省理工学院在微生物组研究方面的突出作用,部分源于它在这个乍一看似乎无关的领域的领导地位。几十年来,麻省理工学院在土木与环境工程系帕森斯实验室和包括研究所教授Penny Chisholm在内的科学家们的努力下,为微生物生态学做出了重要贡献。

生态学家们使用复杂的统计技术来研究不同生态系统中有机体之间的关系,就可以很好地研究微生物组中不同菌株的行为。

这并不是说生态学家——或者其他任何人——一开始有很多关于人类微生物群的研究要做,直到21世纪,人类微生物群对研究人员来说基本上是一个黑匣子。但人类基因组计划带来了更快速、更廉价的大规模基因测序方法,在2008年左右,包括Alm和客座教授马丁·波尔兹在内的一组研究人员开始使用这些技术来解码环境中细菌的基因组。

这些技术最初是作为人类微生物组计划(Human microbiome Project)的一部分,针对肠道微生物组中的细菌。人类微生物组计划始于2007年,麻省理工学院(MIT)和布罗德研究所(Broad Institute)的研究小组参与了该计划。

阿尔姆最初是受已故生物工程学教授大卫·绍尔(David Schauer)的邀请,参与波士顿儿童医院(Boston Children’s Hospital)的一个研究项目。不需要花太多时间就能跟上速度:Alm表示,当时明确提到微生物组的论文数量可以在一个下午阅读。

包括布罗德研究所核心成员Ramnik Xavier在内的这项合作,导致了首次大规模的肠道微生物基因组测序,以诊断炎症性肠病。这项研究部分由尼尔和安娜·拉斯穆森(Neil and Anna Rasmussen)家庭基金会资助。

这项研究让我们得以一窥微生物组的诊断潜力。它还强调了将不同领域的研究人员聚集在一起进行更深入研究的必要性。

采取跨学科的方法是很重要的,因为在下一代测序技术应用于微生物组之后,仍然需要大量的计算生物学和统计方法来解释结果数据——毕竟微生物组包含的基因比人类基因组更多。微生物组早期合作的一个催化剂是微生物学博士研究生项目,该项目招募微生物学学生到麻省理工学院,并将他们介绍给整个学院的研究小组。

随着微生物学合作增加研究人员从不同的部门和实验室,尼尔·拉斯穆森麻省理工学院的长期成员公司和来访的委员会成员的部门,意识到还有一个组件需要把微生物研究对人类健康的力量。

“尼尔的想法找到所有的临床研究人员(波士顿)地区研究疾病的微生物,对他们这样的人(生物工程师、数学家和生态学家)麻省理工学院可能不知道任何关于炎症性肠病或微生物,但必要的专业知识来解决大问题,“Alm说。

2014年,这一见解促使拉斯穆森基金会支持建立了微生物组信息学和治疗学中心(CMIT),这是该国第一个以大学为基础的微生物组研究中心。CMIT位于麻省理工学院医学工程与科学学院(IMES)。

麻省理工学院(MIT)赫尔曼·f·冯·亥姆霍兹(Hermann l.f. von Helmholtz)职业发展教授塔米·利伯曼(Tami Lieberman)拥有生态学背景。她表示,CMIT是她2018年加入麻省理工学院的一个重要原因。利伯曼已经开发了新的基因组学方法来研究细菌是如何在健康和生病的个体中变异的,特别关注皮肤微生物组。

化学家劳拉·基斯林(Laura Kiessling)也很快加入了CMIT,她对我们理解细胞表面相互作用的贡献得到了认可。基斯林是诺华制药的化学教授,他发现了影响免疫功能的微生物机制。利伯曼和基斯林也是布罗德研究所的成员。

今天,由Alm和Xavier共同指导的CMIT,除了支持该地区的研究小组外,还促进了全国各地医院的研究人员和临床医生之间的合作。这项工作导致了数百项正在进行的临床试验,这些试验有望进一步阐明微生物组与广泛的疾病之间的联系。

实现了微生物组的承诺

研究人员还不知道哪种特定的细菌菌株可以改善患有微生物群相关疾病的人的健康。但他们确实知道,携带健康供体全部肠道细菌的粪便物质移植可以帮助患有某些疾病的患者。

由麻省理工学院(MIT)的史密斯(Smith)和阿尔姆(Alm)等人成立的非营利组织OpenBiome于2012年成立,旨在帮助扩大粪便移植的渠道,方法是对捐赠者进行筛选,收集粪便,然后对样本进行处理、储存和运送到医院。如今,OpenBiome与1000多家医院合作,它在该领域早期的成功表明,如果将基础微生物组研究与在CMIT进行的临床试验相结合,就能很快找到新的治疗方法。

Alm解释说:“你从一种疾病开始,如果这与微生物群有关,你可以开始一个小型试验,看看粪便移植是否能立即帮助患者。”“如果这成为一种有效的治疗方法,当你推广它的时候,你就可以通过基因组学来弄清楚如何让它变得更好。”因此,与开发小分子药物相比,你可以更快地将治疗方法转化为患者。”

另一个由麻省理工学院发起的非营利性项目——全球微生物群保护协会(Global Microbiome Conservancy)——正在收集世界各地生活在非工业化生活方式的人们的粪便样本,这些人的肠道细菌组成非常不同,因此有可能促进我们对宿主微生物群相互作用的理解。

由麻省理工学院校友创办的一些私人公司也在尝试利用个体微生物来创造新的治疗方法,其中包括马克•史密斯(Mark Smith)创办的Finch Therapeutics;生物科学协奏曲,由Jared Kehe博士20和Bernardo Cervantes博士20共同创立;BiomX,由Tim Lu副教授创办;Synlogic是由Lu和麻省理工学院医学工程和科学的Termeer教授Jim Collins创立的。

“这是一个更精确地改变微生物群的机会,”CMIT的Lieberman解释道。“但还有很多基础科学工作要做,才能弄清楚如何以有针对性的方式调整微生物组。一旦我们弄清楚如何做到这一点,微生物组的治疗潜力将是无限的。”

相关链接

  • 麻省理工学院微生物组信息和治疗中心
  • OpenBiome
  • Alm实验室
  • 利伯曼实验室
  • Broad研究所
  • 生物工程系
  • 土木与环境工程系
  • 工程学院

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.mit.edu/2021/microbiome-research-health-0105