וירוסים כמו SARS-CoV-2 אינם מכבדים גבולות, נעים בין מינים ויבשות ומשאירים הרס תוך כדי. לנצח את הפתוגן הבא עם פוטנציאל מגיפה פירושו להיות טובים בחציית גבולות בעצמנו -; בין תחומי לימוד, בין אוניברסיטאות מחקר ובין מדענים לקהילה הרחבה.
מענק של 18 מיליון דולר שהוכרז על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב (NSF) יציב את המטרה בהישג יד. הפרס מפגיש חמש אוניברסיטאות ויותר מ-20 חוקרים, אקדמאים ומומחי בריאות הציבור כדי להקים את המרכז הטכנולוגי של וירג'יניה לחיזוי ומניעת מגיפות מעצימות קהילה מאטומים לחברות (COMPASS).
המטה שלו בבניין הבינתחומי למדעי הנתונים וההחלטות של האוניברסיטה, למשתפי הפעולה של המרכז תהיה גישה למעבדות היי-טק, מרכזי נתונים ומתקנים אחרים. אבל העבודה לא תהיה מוגבלת לבניינים או אפילו לגבולות של וירג'יניה טק.
אוניברסיטת קורנל, אוניברסיטת מישיגן, מהרי מדיקל קולג' ואוניברסיטת ווייק פורסט גם ישתפו פעולה כדי לעמוד באתגר הקריטי של סיכול מחלות זיהומיות המאיימות על הקהילה העולמית. TM Murali, ראש מחלקה עמית למחקר במחלקה למדעי המחשב תנחה את המרכז החדש.
מרכז COMPASS הוא חלק מתוכנית כוללת של 72 מיליון דולר NSF Predictive Intelligence למניעת מגפות שהוקמה כדי להבין טוב יותר כיצד פתוגנים ומחלות צצים ומתפשטים, כמו גם כדי להכשיר את הדור הבא של מדענים להמשיך את העבודה לעצור אותם. הפרויקט נתמך על ידי שני סבבי מימון ממשרד סגן הנשיא והפרובוסט, שהקים מרכז מחקר של וירג'יניה טק לחיזוי ומניעה של מגפות.
"פרס ה-NSF הזה מדגים את מה שניתן להשיג על ידי כינוס צוות בינתחומי של סגל המחויב לקידום תחום בעל חוזק מיוחד ב-Virginia Tech – פיתוח מודלים וגישות חיזוי הנחוצים לניהול מחלות זיהומיות הנובעות לעתים קרובות כל כך מהקשרים הבלתי ניתנים להפרדה בין בני אדם, בעלי חיים והסביבה", אמר סגן הנשיא והפרובסט סיריל קלארק. "חיזוי ומניעה של מגפות הוא תחום של דגש אקדמי שנבחר להשקעה מועדפת באמצעות תוכנית אזור היעד הטרנס-דיסציפלינרית שלנו."
במבט אחד
מרכז COMPASS בהובלת וירג'יניה טק בסך 18 מיליון דולר יהיה
- הפגישו חוקרים ואנשי אקדמיה מדיסציפלינות רבות ורכזו אותם למוקד אחד: הבנה כיצד נגיף מדביק את המארח שלו ומה הוא עושה בגוף
- כלול חוקרים מאוניברסיטת קורנל, אוניברסיטת מישיגן, מכללת רפואה מהארי ואוניברסיטת ווייק פורסט
- התמקדו בשיחה עם, וחשוב מכך, בהקשבה לצרכים ולדאגות של הציבור
- לעורר השראה ולהכשיר את הדור הבא של מדענים לקדם את מדע המגיפה וליצור קשר טוב יותר עם מי שאינם מדענים בנושא.
מרכז COMPASS הבינתחומי שהוקם במסגרת מענק של 18 מיליון דולר של הקרן הלאומית למדע כולל יותר מ-20 משתפי פעולה בחמישה מוסדות. חלק מהחוקרים והצוות המעורבים של וירג'יניה טק הם: (שורה עליונה, משמאל) פדמה רג'גופאלן, XJ Meng, Patricia Raun, Lisa Lee ו-TM Murali ו-(שורה תחתונה, משמאל) לסלי Thornton-O'Brien, Kylene Kehn -הול, ואנוג' קרפטנה. תמונה מאת טוניה מוקסלי עבור Virginia Tech.
רוב הנגיפים האנושיים המתעוררים מקורם בחיות בר ובמיני חיות בית. "ישנם אתגרים רבים בניסיון לקבוע אם וירוס שמדביק כיום חיה אחת או יותר יכול לקפוץ לבני אדם, ומתי קפיצה זו יכולה להוביל למגיפה", אמר מוראלי.
המרכז יתמקד במענה על ארבע שאלות מרכזיות:
- איך פתוגן, כמו וירוס, קופץ ממין אחד למשנהו? החוקרים ישתמשו במודלים חזויים המבוססים על למידת מכונה כדי לגלות כיצד שינויים בפתוגן עשויים לאפשר לו להדביק מינים חדשים.
- כיצד משתכפל פתוגן בתוך מארח? קבוצת המחקר תפתח דרכים חדשות ליצירת אורגנואידים -; מודלים ממוזערים של איברים המחקים את תפקידי המפתח שלהם -; לגדל וירוס חדש, ללמוד את מחזור החיים שלו ולבדוק עליו תרופות וטיפולים חדשים וקיימים.
- מהם הגורמים המאפשרים לפתוגן להימשך בסביבה? מטרת החוקרים היא לפתח גישות שיכולות לזהות את התכונות של פתוגן או הסביבה שעלולה לגרום לאי-אקטיבציה.
- כיצד אנו מעצימים את הציבור עם הידע המדעי שנצבר בעבודה זו? סגל וסטודנטים המעורבים ב- COMPASS יוכשרו לתקשר טוב יותר עם הציבור סביב מדע המגיפה, והחוקרים ייפגשו עם הציבור בדיאלוגים קהילתיים.
"מה שאנחנו מתמקדים בו הוא באמת לנסות להבין כיצד פתוגן או וירוס יכולים לעבור למארח חדש וכיצד הוא מקיים אינטראקציה עם מארח בתא, באיבר או בכל הגוף", אמר מוראלי. "בעיקרון, אנחנו רוצים לגלות את כללי החיים השולטים באינטראקציות הללו ולהשתמש במידע הזה כדי להפוך את העולם לבטוח יותר."
כדברי משתפי הפעולה
כדי להשיג את המטרה השאפתנית של להבין ולחזות כיצד פתוגנים מתקשרים עם מארחים, משתפי הפעולה יעבדו בארבעה תחומים חיוניים.
קופץ על מחסום המינים
XJ מנג, פרופסור מצטיין באוניברסיטה לווירולוגיה מולקולרית במכללת וירג'יניה-מרילנד לרפואה וטרינרית, חוקר וירוסים מתפתחים וזונוטיים בעלי משמעות וטרינרית ובריאות הציבור של האדם ומפתח חיסונים מצילי חיים.
"עם עמיתים מאוניברסיטת קורנל ומאוניברסיטת מישיגן, ננסה לחזות, באמצעות מערכות למידת מכונה חדשות, אילו וירוסים יקפצו מבעלי חיים לבני אדם, ואילו מוטציות ספציפיות בתוך הגנום הנגיפי עשויות לאפשר את השינויים הללו. לאמת את התחזיות החישוביות באמצעות מחקרים ביולוגיים באמצעות תרבויות אורגנואידיות אנושיות", אמר מנג. "זיהוי מוצלח של אלמנטים גנטיים האחראים לקפיצה והסתגלות של מיני וירוסים יסייע לתכנן אסטרטגיות מניעה ובקרה טובות יותר נגד וירוסים מתעוררים."
שכפול בתוך מארח
פדמה רג'גופאלן, פרופסור רוברט אי. הורד ג'וניור במחלקה להנדסה כימית ומשתפי פעולה בבית הספר לרפואה של ווייק פורסט יביאו את המומחיות שלהם בכבד וברקמות ואיברים אחרים לשיתוף הפעולה. בעוד וירוסים ופתוגנים אחרים הם נושא למחקר רב, זה יכול להיות קשה מאוד לגדל אותם במעבדה. אורגנואידים יכולים להיות המפתח להבנה מעמיקה יותר של מחזור החיים של וירוס מתהווה והדרכים לנטרל אותו.
"אנו מאמינים שניתן להשתמש באורגנואידים של רקמה רב-תאית תלת-ממדית – מודלים מיניאטוריים של רקמה המחקים פונקציות מפתח של איבר – כדי להבין כיצד וירוסים חודרים, מתפשטים ועשויים לגרום נזק לאיברים שונים, בנפרד או כשהם משולבים יחד", אמר ראג'גופאלן. . "בצד השני של המשוואה, מהנדסים, ביולוגים ווירופים יכולים לעבוד יחד כדי לבדוק תרופות שיכולות לשמש נגד הנגיף וכל סיבוך שהוא גורם".
מתמיד בסביבה
פרופסור מכובד האוניברסיטה לינסי מאר במחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית בצ'ארלס אדוארד ג'וניור ומשתפי פעולה באוניברסיטת מישיגן יבקשו לגלות מה עוזר לפתוגנים מתעוררים לצמוח ולשרוד ואילו תנאים יכולים לעצור את התפשטותם.
"כמה זמן נגיף שורד, או נמשך, בסביבה הוא גורם מפתח אחד ביכולתו להתפשט במהירות. אם SARS-CoV-2 לא היה שורד זמן רב בטיפות נשימה, לא הייתה לנו מגיפה", אמר מאר. . "COMPASS יעזור לנו להיות מסוגלים לחזות אם איומים חדשים, כמו נגיף השפעת H5N1 בפרות, יכולים לשרוד זמן רב בחלב, או שהוא ימות במהירות בתנאים מסוימים."
העצמת מדענים והציבור
בשנת 2016, פרופסור נכבד לאמנויות התיאטרון, פטרישיה ראון, סייעה בהקמת המרכז למדע תקשורת של האוניברסיטה, אותו היא מנהלת כעת. בהתבסס על קונספט שפותח על ידי השחקן וחובב המדע אלן אלדה, המרכז משתמש בכלים של האמנויות, כולל למידה מגולמת, הקשבה עמוקה, אימפרוביזציה, משחק תפקידים וסיפור סיפורים כדי לאמן ולחנך את כולם למדע.
ראון והצוות שלה יעבדו עם סגל וסטודנטים של COMPASS כדי ללמד אותם דרכים חדשות לדבר עם הציבור ולהקשיב לו. סטודנטים שיקבלו הכשרה זו יכללו מתמחים בקיץ שגויסו על ידי משתפי פעולה במכללת Meharry Medical College.
"אני מאמין שזה ייקח את כולנו כדי לפתור את הבעיות המאתגרות בעולם", אמר ראון. "החלק שלי בזה הוא לעזור למדענים ולאנשים בתחומים מאוד טכניים להתחבר לציבור ולתקשר איתנו בדרכים שאנו יכולים להבין."
סגל וירג'יניה טק משתף פעולה במרכז COMPASS כולל
- TM Murali, חוקר ראשי ומנהל המרכז
- ג'ולי גרדס, עוזרת פרופסור לכתיבה ורטוריקה טכנית ומקצועית, המכללה לאמנויות ליברליות ומדעי האדם
- Anuj Karpatne, פרופסור חבר למדעי המחשב, המכללה להנדסה ופקולטה הליבה במרכז Sanghani לבינה מלאכותית וניתוח נתונים
- קיילן קן-הול, פרופסור לוירפולוגיה במכללת וירג'יניה-מרילנד לרפואה וטרינרית ומנהלת המרכז לפתוגנים מתעוררים, זואונוטים ופתוגנים הנישאים בפרוקי רגליים
- ליסה מ. לי, סגנית נשיא בכירה זמנית למחקר וחדשנות ומנהלת בחטיבה ליושרה מדעית ותאימות מחקר
- לינסי מאר, פרופסור מצטיין באוניברסיטה ופרופסור צ'ארלס פ. לונספורד להנדסה אזרחית וסביבתית
- XJ מנג, פרופסור מצטיין באוניברסיטה לווירולוגיה מולקולרית, מכללת וירג'יניה-מרילנד לרפואה וטרינרית ופרופסור לרפואה פנימית בבית הספר לרפואה של וירג'יניה טק קריליון
- פדמה רג'גופאלן, רוברט אי. הורד ג'וניור פרופסור להנדסה כימית ומנהל התוכנית של התוכנית הבינתחומית להנדסת רקמות חישובית ללימודי תואר שני
- נארן ראמאקרישנן, תומס ל. פיליפס פרופסור להנדסה ומנהל מרכז סנגאני לבינה מלאכותית וניתוח נתונים
- פטרישיה ראון, בוגרים פרופסור נכבד לאמנויות תיאטרון ומנהלת המרכז הטכנולוגי של וירג'יניה למדע תקשורת
השלבים הבאים
אחד האירועים הראשונים שמרכז COMPASS יארגן הוא דיאלוג לאומי על האתיקה של מחקר מגיפה בוושינגטון הבירה בנובמבר. מטרת האירוע היא לשלב קולות קהילה ומשוב במחקר במדעי המגפה. חוקרים ושותפים מבוססי קהילה יזהו בשיתוף פעולה שאלות אתיות מפתח המתעוררות במדע המגיפה.
המרכז ישתף פעולה בפרויקטי מחקר מגוונים עם התעשייה, סוכנויות פדרליות וארגונים בינלאומיים. מוראלי מצפה שהמאמצים הללו יביאו למערכת אקולוגית ציבורית-פרטית חזקה שתספק פתרונות לבעיות מגוונות במדע המגיפה.
