Kako koristimo DNA tehnologiju da pomognemo poljoprivrednicima u borbi protiv bolesti usjeva

Gotovo 800 milijuna ljudi širom svijeta ovisi o kasavi za opstanak - ali ovaj kritični izvor hrane napadaju virusi, koji se mogu potpuno spriječiti, kaže računalna biologinja i starija TED suradnica Laura Boykin. Vodi nas na farme u istočnoj Africi gdje radi s raznolikim timom znanstvenika kako bi pomogli poljoprivrednicima održati svoje usjeve zdravima, koristeći prijenosni DNA laboratorij i mini superračunalo, koje može identificirati viruse u satima, umjesto u mjesecima.

Ustajem iz kreveta radi dva razloga.

Prvi, mali obiteljski poljoprivrednici
trebaju više hrane.

Suludo je da su u 2019. poljoprivrednici,
koji nas hrane, gladni.

I drugi, znanost mora biti
raznolikija i sveobuhvatnija.

Ako ćemo rješavati
najteže izazove na planeti,

kao nesigurnost oko hrane za milijune
koji žive u ekstremnom siromaštvu,

bit ćemo potrebni svi.

Želim iskoristiti najnoviju tehnologiju

s najraznolikijim
i sveobuhvatnim timovima na planetu

kako bismo pomogli poljoprivrednicima
da imaju više hrane.

Ja sam računalna biologinja.

Znam - što je to
i kako će to zaustaviti glad?

U osnovi, volim računala i biologiju

i nekako, stavljajući to zajedno, je posao.

(Smijeh)

Nemam priču

o tome kako sam htjela biti biolog
od malih nogu.

Istina je, igrala sam
košarku na fakultetu.

I dio mog paketa financijske pomoći
bio je da sam trebala studentski posao.

Tako jednog slučajnog dana,

odšetala sam do zgrade najbliže
mojoj studentskoj sobi.

I tako se dogodilo da je to bila
zgrada biologije.

Ušla sam unutra i pogledala
oglasnu ploču za poslove.

Da, to je prije interneta.

I vidjela sam tri puta pet karticu

koja oglašava posao za rad u herbariju.

I brzo sam zapisala broj,

jer je pisalo "fleksibilno radno vrijeme,"

i to mi je trebalo da uskladim
s mojim rasporedom košarke.

Otrčala sam u knjižnicu
da istražim što je herbarij.

(Smijeh)

I ispada

da u herbarij pohranjuju
mrtve, osušene biljke.

Imala sam sreće dobiti posao.

Dakle, moj prvi znanstveni posao

bio je lijepljenje mrtvih biljaka
na papir satima.

(Smijeh)

Tako je glamurozno.

Tako sam postala računalna biologinja.

Tijekom tog vremena,

genomika i računalstvo su napredovali.

I nastavila sam raditi svoj magisterij

kombinirajući biologiju i računala.

Tijekom tog vremena,

radila sam u Los Alamos
Nacionalnom laboratoriju

u grupi teorijske biologije i biofizike.

I tamo sam imala
svoj prvi susret sa superračunalom,

i ostala sam bez teksta.

Sa snagom superračunalstva,

što su u osnovi tisuće
spojenih osobnih računala na steroidima,

bili smo u mogućnosti otkriti
složenosti influence i hepatitisa C.

I bilo je tijekom tog vremena
da sam otkrila moć

kombinirane upotrebe računala
i biologije, za čovječanstvo.

I htjela sam da to bude put moje karijere.

Dakle, od 1999. godine

većinu svoje znanstvene karijere
sam provela

u tehnološki vrhunskim laboratorijima,

okružena veoma skupom opremom.

Tako me mnogi pitaju

kako i zašto radim
za poljoprivrednike u Africi.

Pa, radi mojih računalskih sposobnosti,

2013. godine, tim
istočnoafričkih znanstvenika

zamolio me da se pridružim timu
u stanju spašavanja kasave.

Kasava je biljka čiji listovi i korijenje
hrane 800 milijuna ljudi globalno.

I 500 milijuna u istočnoj Africi.

Dakle, to je skoro milijarda ljudi

koji se oslanjanju na tu biljku
za dnevne kalorije.

Ako mala obiteljska poljoprivrednica
ima dosta kasave,

ona može prehraniti svoju obitelj

i može je prodati na tržnici
za važne stvari poput školarina,

liječničke troškove i ušteđevinu.

Ali kasava je pod napadom u Africi.

Bijele muhe i virusi su porazni za kasavu.

Bijele muhe su sitni insekti

koji se hrane
lišćem više od 600 biljaka.

Loša su vijest.

Postoji mnogo vrsta;

postanu otporne na pesticide

i prenose stotine biljnih virusa

koji uzrokuju na kasavi bolest smeđe pruge

i mozaičnu bolest.

Ovo potpuno ubija biljku.

Ako nema kasave,

nema hrane ili prihoda za milijune ljudi.

Trebao mi je jedan put u Tanzaniju

da shvatim da ove žene trebaju pomoć.

Ovi nevjerojatni, jaki,
mali obiteljski poljoprivrednici,

većinom žene,

rade teško.

Nemaju dovoljno hrane
da prehrane svoje obitelji

i to je prava kriza.

Što se događa je

izađu i sade polja kasave kada dođe kiša.

Devet mjeseci poslije,

nema ničega, zbog ovih
štetočina i patogena.

I pomislih,

kako pobogu mogu
poljoprivrednici biti gladni?

Tako sam odlučila provesti
neko vrijeme na tlu

s poljoprivrednicima i znanstvenicima

da vidim imam li bilokakve vještine
koje bi mogle pomoći.

Situacija na tlu je bila šokantna.

Bijele muhe su uništile listove
koji se jedu radi proteina,

i virusi su uništili korijenje
koje se jede radi škroba.

Proći će čitava sezona rasta

i poljoprivrednici će izgubiti
cijelu godinu prihoda i hrane,

a obitelj će patiti od duge sezone gladi.

Ovo se može potpuno spriječiti.

Ako bi poljoprivrednica znala

koju vrstu kasave posaditi na svom polju,

koja je otporna na te viruse i patogene,

imali bi više hrane.

Imamo svu tehnologiju
koja nam je potrebna,

ali znanje i resursi

nisu jednoliko raspoređeni širom svijeta.

Dakle, ono što konkretno mislim je,

starije genomske tehnologije

koje su bile tražene otkriti složenosti

u ovim štetočinama i patogenima -

ove tehnologije nisu bile napravljene
za podsaharsku Afriku.

One koštaju više od milijun dolara;

zahtijevaju stalno napajanje

i specijalizirani ljudski kapacitet.

Ovi uređaji su rijetki na kontinentu,

što ostavlja mnoge znanstvenike
da se bore na frontovima bez izbora

nego da šalju uzorke u inozemstvo.

I kada pošaljete uzorke u inozemstvo,

uzorci se razgrade, košta puno novca

i pokušavati vratiti podatke
preko slabog interneta

je gotovo nemoguće.

Pa ponekad treba šest mjeseci kako bi
rezultati došli do poljoprivrednika.

A do tada je prekasno.

Usjev je već propao,

što rezultira daljnjim siromaštvom
i više gladi.

Znali smo da to možemo popraviti.

2017. godine

čuli smo za ovaj ručni,
prijenosni DNA sekvenator

zvan Oxford Nanopore MinION.

Ovo se bilo koristilo
u zapadnoj Africi u borbi protiv ebole.

Pa smo pomislili:

zašto to ne možemo koristiti da pomognemo
poljoprivrednicima u istočnoj Africi?

Dakle, što smo učinili,
odlučili smo se na to.

U to vrijeme,
tehnologija je bila vrlo nova

i mnogi su sumnjali
da možemo ovo ponoviti na farmi.

Kad smo se odlučili za to,

jedan od naših "suradnika" u UK

rekao nam je da nam to nikada
neće funkcionirati u istočnoj Africi,

a kamoli na farmi.

Pa smo prihvatili izazov.

Ta osoba je čak otišla toliko daleko
da se kladila s nama

u dvije najbolje boce šampanjca
da nam to nikada neće proraditi.

Dvije riječi:

plati nam.

(Smijeh)

(Pljesak)

Plati nam, jer smo to i učinili.

Cijeli visokotehnološki
molekularni laboratorij smo odnijeli

poljoprivrednicima
Tanzanije, Kenije i Ugande,

nazvali smo ga Stablo laboratorijem.

Dakle, što smo napravili?

Dakle, kao prvo,
dali smo sebi timsko ime --

zove se Akcijski Projekt Virusa Kasave.

Napravili smo web stranicu,

skupili smo podršku genomike
i računalnih zajednica,

i otišli smo k poljoprivrednicima.

Sve što trebamo za naš Stablo laboratorij

održava tim ovdje.

Svi molekularni i računalski
zahtjevi potrebni

za dijagnosticiranje
oboljelih biljaka su tamo.

I zapravo je sve
i na ovoj pozornici ovdje.

Skužili smo da ako podatke
približimo problemu

i bliže poljoprivrednici,

brže joj možemo reći
što nije bilo u redu s njenom biljkom.

I ne samo joj reći što nije bilo u redu --

dati joj riješenje.

I riješenje je

spaliti polje i posaditi sorte

koje su otporne na štetočine
i patogene koje ima u svom polju.

Dakle, prvo što smo učinili,
morali smo ekstrahirati DNA.

I koristili smo ovaj uređaj ovdje.

Zove se PVBeX,

što znači
"Poprilično Vraški Brza Ekstrakcija."

(Smijeh)

Znam.

Moj prijatelj Joe je stvarno super.

Jedan od najvećih izazova
u izvođenju ekstrakcije DNA

je što zahtijeva vrlo skupu opremu

i traje satima.

Ali ovim uređajem

uspjeli smo to izvesti u 20 minuta,

uz puno manji trošak.

I pokreće ga baterija za motocikle.

Odatle, uzmemo DNA ekstrakciju
i pripremimo je u knjižnicu,

spremajući je za učitavanje

na ovaj prijenosni, ručni sekvencer genoma

koji je ovdje,

i onda uključimo ovo u mini superračunalo,

koji se zove MinIT.

I obje ove stvari su priključene
na prijenosni baterijski sustav.

Tako da smo uspjeli ukloniti

potrebe za glavnom strujom i internetom,

koji su dva vrlo ograničavajuća faktora
na maloj obiteljskoj farmi.

Brza analiza podataka
također može biti problem.

Ali tu je korisno to
što sam računalska biologinja.

Sve to lijepljenje mrtvih biljaka,

sva ta mjerenja,

svo to računalstvo

napokon je korisno
u stvarnom svijetu, u stvarnom vremenu.

Uspjela sam napraviti
prilagođene baze podataka

i uspjeli smo dati rezultate
poljoprivrednicima u tri sata

u usporedbi sa šest mjeseci.

(Pljesak)

Poljoprivrednici su bili presretni.

Pa kako znamo da imamo utjecaja?

Devet mjeseci nakon našeg
Stablo laboratorija,

Asha je od imajući nula tona po hektaru

došla do 40 tona po hektaru.

Imala je dosta da prehrani svoju obitelj

i prodavala ju je na tržnici,

a sad gradi kuću za svoju obitelj.

Da, tako super.

(Pljesak)

Pa kako procjenjujemo Stablo laboratorij?

Stvar je,

poljoprivrednice su već
procijenjene u Africi.

Ove žene rade u zemljoradničkim skupinama

pa pomažući Ashi zapravo je
pomognuto 3,000 ljudi u njenom selu,

jer je podijelila rezultate i rješenje.

Sjećam se svake poljoprivrednice
koju sam upoznala.

Njihova bol i njihova radost
urezane su u moja sjećanja.

Naša znanost je za njih.

Stablo laboratorij je
naš najbolji pokušaj

da im pomognemo
da budu osigurani hranom.

Nikada nisam sanjala

da je najbolja znanost koju ću
ikada napraviti u svom životu

biti na pokrivaču u istočnoj Africi,

uz visokotehnološki napredne
genomske uređaje.

Ali naš tim je sanjao

da možemo poljoprivrednicama dati
odgovore u tri sata, a ne u šest mjeseci,

i tada smo to učinili.

Jer to je moć raznolikosti
i uključivanja u znanost.

Hvala vam.

(Pljesak)

(Klicanje)