האם יכולים ממציאי המכללות הללו להתמודד עם בעיית ההדברה הגלובלית?

למעלה על הבמה, אליזבת דירטטי פתחה את הנייר המקופל, וחותם הנייר מהבהב באורות. "והמנצחת היא, " היא השתהה בגלל ההשפעה הדרמטית, "מאוניברסיטת וירג'יניה ...."

אך לא ניתן היה לשמוע דבר נוסף, קולות וצהלות העלו את דבריה. אגרופים הוזרמו באוויר, דמעות זלגו.

הרגע הניצחון הזה היה שייך לצוות של סטודנטים לתארים מתקדמים ויועץ שלהם, שהשתתף בתחרות הממציאים קולגייטים במטה משרד הפטנטים וסימני המסחר האמריקניים באלכסנדריה, וירג'יניה. Dougherty, מנהל USPTO חינוך ממציאים, הושג והכרה, ואחרים נוכחים כיבדו את עמר שאקל ופייאם פורטהארי על המוצר המהפכני שלהם בקבוצת AgroSpheres, שנוצר במטרה לחסל את תופעות הלוואי המזיקות של חומרי הדברה ברחבי העולם.

הצמד התייצב על הבמה וגיחך ללא אימתון כשהוא מתלה את מדליות הזהב הכבדות שהוענקו להם כזוכים הכוללות בחטיבת התואר הראשון בתחרות. תחרות ארצית מאוד תחרותית זו מעודדת "חדשנות, יזמות ויצירתיות", המציגה פרויקטים מתקדמים בהובלת סטודנטים מהמכללות והאוניברסיטאות ברחבי הארץ. (USPTO, שמשתף פעולה עם Smithsonian.com כדי לתמוך בסיפורים על חדשנות במכון סמיתסוניאן ומחוצה לה, הוא גם נותן החסות לתחרות.) בנוסף לחומרה, הזוכים במקום הראשון לוקחים הביתה 10, 000 דולר עם 2, 000 דולר נוספים ליועץ שלהם. .

"ההורים שלנו הם המוטיבציה שלנו", אומר פורטהרי על הבמה לאחר ההכרזה. "שנינו לא נולדנו בארצות הברית. הם הביאו אותנו לכאן והתחילו מחדש את חייהם כדי שנוכל לעשות את מה שאנחנו רוצים לעשות, "הוא אומר. "כשהם מגדירים את הרף כל כך גבוה, זה תלוי בך לעשות אותם גאים, כי אתה רוצה להראות להם כמה אתה גאה בהם."

שותף המחקר שלו הסכים, "לא הייתי ממש מספיק חכם כדי להיכנס לבית ספר יסודי טוב או לחטיבת ביניים", אומר שקל. אז אמו עבדה 12 שנים בבית הספר שלו בפקיסטן כדי שיוכל להיכנס ולקבל השכלה טובה. "אחר כך, באחריותי לעשות כל מה שאני יכול עם ההזדמנויות המוצגות."

מאז 1990, תחרות הממציאים המכללתיים הכירה בעבודה הקשה של ממציאים לתואר ראשון וגם לממציאים לתארים מתקדמים. השנה זכה קרל שולמהמר מ- MIT בחטיבת הבוגרים עם עבודתו ב- SuonoCalm, שנועדה לספק משלוח יעיל יותר של תרופות פי הטבעת - מה שמכונה "חוקן של המאה ה -21", אומר המהנדס הכימי בהסברו המוכן לטוויטר. במקום השני בחטיבת התואר הראשון הגיע צוות מאוניברסיטת קולומביה, שעבד על קת'קארה, מוצר שנועד לחסל הזדמנויות לזיהומים במתן תרופות לקטטר.

מבין המועמדים הסופיים נראה כי AgroSpheres פורץ דרך במיוחד, אומרת ראדיה פרלמן, מדענית מחשבים הידועה ביותר בזכות המצאתה בפרוטוקול Spanning Tree (STP) ואחת משופטי התחרות. "להיפטר מחומרי הדברה זו בעיה חשובה להפליא, ומדע מעמיק במונחים של איך [הם] עושים זאת באמת, " היא אומרת.

במחקר מקיף של הסוכנות הבינלאומית ל- EPA נמצא שימוש בחומרי הדברה משתוללים ברחבי העולם - כאשר השימוש הגלובלי מסתכם בכ- 5.2 מיליארד ליש"ט הן בשנת 2006 והן 2007 למרות שתרכובות אלה מועילות לתשואות ואיכות הגידולים, יש להן תופעות לוואי שליליות רבות עבור חיות הבר ובני אדם כאחד, כמו סרטן.

אחת הבעיות הגדולות ביותר, מציין שייקל, היא כי מדינות מתפתחות הנטל הגדול ביותר של שימוש בחומרי הדברה. באזורים אלה התקנות מוגבלות. ילדים הם לרוב חלק מהותי מכוח העבודה הכפרי, ורבים עשויים לעבוד ללא ציוד מגן או הכשרה מספקת.

"שנינו נולדנו במדינות מתפתחות", מסביר שייקל. "והיינו מודעים לבעיות החברתיות הכרוכות בשימוש בחומרי הדברה - כיצד זה משפיע יותר על החקלאים."

בארצות הברית, הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) אוכפת מרווחים מסוימים לפני הקטיף (PHI) - או דרישות זמן בין החלת חומרי הדברה לבין קטיף היבולים. ואף על פי שתקופות אלו מאפשרות לתרכובות להתדרדר לרמות בטוחות לקטיף, ולהפחית את הסיכון לעובדים, הן גם יכולות להאט את היבול, ולגרום לאובדן יבול אם מזג האוויר הזוי ייכנס לפני שתקופת ההמתנה תם.

AgroSpheres מבטלת את הצורך בתרופות ממושכות, ומאיץ את השפלה של חומרי הדברה למשך מספר שעות בניגוד לשבועות ואף חודשים, אומר שייל. הרעיון לקח זרע לפני שנתיים לאחר שהזוג נודע על ניסיון קודם של צוות UVA ליצור "חלקיקים ביולוגיים", שהם כדורים זעירים שנוצרו ביולוגית של אנזימים שיכולים ליצור אינטראקציה עם תרכובות אחרות. אבל המחקר הזה הסתיים שם, מבלי לשכלל את התהליך או את היישום המעשי של הרעיון.

"זהו מקרה ייחודי בו מצאנו את הפיתרון לפני הבעיה", אומר פורטהרי. אז הם התחילו להציע דרכים להשתמש בזה. כשהם פנו ליועצו הנוכחי, מארק קסטר, מנהל משותף של מכון ננו-סטאר מאוניברסיטת וירג'יניה, הוא ידע שהם מחפשים משהו.

אחד הרעיונות שלהם היה להשתמש בחלקיקים הביולוגיים למסירה יעילה או ממוקדת של תרופות, אך מחקר רפואי בסדר גודל זה הוא סדר גבוה עבור כל אחד, עם זאת, סטודנטים. אז קסטר אמר להם, "בואו נחשוב על כמה משחקי סיום קלים יותר כאן. איפה הפירות הנמוכים לתליה? "

אז הם עברו, תרתי משמע, לפירות בעלי תליה נמוכה.

אל Payam Pourtaheri ו- Ameer Shakeel מצטרף יועץ האוניברסיטה שלהם, מארק קסטר, לאחר טקס חלוקת פרסי התחרות של ממציאים קולגייט. (USPTO)

שאקל, פורטהרי וחבריהם צוותו הנדסו חלקיקים ביולוגיים המפרקים חומרי הדברה על פני צמחים. הבדיקות הראשוניות שלהם לניקוי חומרי ההדברה מתרחשות בכרמים של וירג'יניה.

למרות שהמוצר תלוי ועומד בפטנט - כך שהפרטים של המנגנון והעיצוב שלו בפועל מוגבלים - AgroSpheres עובד בגלל הנדסה מסובכת כלשהי, מסביר קסטר.

חיידקים מרכיבים את האנזימים הספציפיים הנחוצים להפחתת חומרי ההדברה ללא רעילות לתרכובות פשוטות - סוכרים, שומנים. אבל הצוות הצליח להנדס את החיידקים האלה, שקסטר מכנה בחיבה "חרקים", כדי לזרוק את קוקטייל האנזים הזה בהמוניו.

"מה שקיבלנו את הבאג הוא לא רק להפוך את האנזים הביולוגי אלא להכניס אותו למעטפת 'מצופה סוכריות' המגנה עליו", הוא מסביר. חשיבות מיוחדת היא שהחיידקים יעשו זאת מבלי לכלול אף חומר גנטי משלהם. משמעות הדבר היא שהצוות יכול להפריד את האנזימים ולרסס את ה- M & Ms הביולוגיים הללו ישירות על הצמחים שקדמו לקציר ללא חשש מזיהום או שכפול של חיידקים.

הרעיון שואב מהמושג "הנחתה טבעית", או מכיל את האזור המזוהם ומאפשר לתהליכים טבעיים - כמו השפלה של חיידקים - להשפיל את התרכובות הרעילות למרכיבים שפירים. אולם לעיתים קרובות לוקח הנחתה טבעית שבועות או חודשים, וצוות AgroSpheres טוען כי הוא מסוגל לרכז את האנזימים הפעילים כדי להפחית באופן דרמטי את ציר הזמן לתהליך זה.

בשנה האחרונה הצוות שלהם גדל וכלל בסך הכל חמישה סטודנטים בעלי מוטיבציה גבוהה ב- UVA. שלושה לומדים בשנה האחרונה ללימודים, כששניים סיימו את לימודיהם באביב האחרון. "יכול להיות לך רעיון נהדר, אבל אם אין לך צוות מדהים זה ייכשל, " אומר פורטהרי.

למוצר יש דרך ארוכה לפני שהוא יוצא לשוק ויש לבחון אותו בהרחבה בכדי להבטיח את הטענות על חוסר רעילות ובטיחות סביבתית בקנה מידה מסחרי. אף על פי כן, כל חברי הצוות מסכימים באופן מהדהד שהם מתכננים להמשיך ולחקור.

החוקרים בדקו את הרעיון במעבדה וכעת הם מבצעים ניסויים בכרמים ובחממות כדי להבין את יעילות השיטה וכמה זמן לוקח לאנזימים עצמם לבזות. בשיתוף עם סוכנויות הרגולציה האמריקאיות, כולל ה- EPA, USDA ו- FDA, הם פועלים לפיזור התהליך כך שיהיה אפשרי ליישומים בקנה מידה תעשייתי.

הם מקווים לשפר את העיצוב של החלקיקים הביולוגיים, ולהפוך אותם ליעילים ויעילים יותר, מסביר ג'ו פרנק, שמוביל מחקר ופיתוח עבור החברה, שהוקם במרץ, ונמצא בשנת הלימודים האחרונה שלו ב- UVA. הם מקווים גם להרחיב ליישומים אחרים, כולל פירוט של תרכובות אחרות שעלולות להיות מסוכנות.

על הבמה שאל דיירטי את הצמד מה קורה אחרי הניצחון.

"יש לנו פגישה ב- DC עם עורך דין של [קניין רוחני] בשעה 02:30, " אומר שייל ומציץ מבט לשעונו לפני שצחק.