Auf der Bühne öffnete Elizabeth Dougherty das gefaltete Papier, und der Folienverschluss flackerte im Licht. "Und der Gewinner ist", sie hielt für dramatische Wirkung, "von der University of Virginia ..."
Aber es war nichts mehr zu hören, Hoppla und Jubel verdunkelten ihre Worte. Fäuste wurden in die Luft gepumpt, Tränen vergossen.
Dieser triumphale Moment gehörte einem Team von Studenten und ihrem Berater, die am Collegiate Inventors Competition am Hauptsitz des US-Patent- und Markenamts in Alexandria, Virginia, teilnahmen. Dougherty, der Direktor für Erfinderbildung, Öffentlichkeitsarbeit und Anerkennung des USPTO, und andere Anwesende würdigten Ameer Shakeel und Payam Pourtaheri für das revolutionäre Produkt AgroSpheres ihrer Gruppe, das mit dem Ziel entwickelt wurde, die schädlichen Nebenwirkungen von Pestiziden weltweit zu beseitigen.
Das Duo trat schamlos grinsend auf die Bühne, als es die schweren Goldmedaillen als Gesamtsieger in der Undergraduate-Division des Wettbewerbs gewann. Dieser wettbewerbsintensive, bundesweite Wettbewerb fördert „Innovation, Unternehmertum und Kreativität“ und zeigt bundesweit hochmoderne Projekte von Hochschulen und Universitäten, die von Studenten geleitet werden. (USPTO, das mit Smithsonian.com zusammenarbeitet, um Geschichten über Innovationen an der Smithsonian Institution und darüber hinaus zu unterstützen, ist auch ein Sponsor des Wettbewerbs.) Zusätzlich zur Hardware nehmen die Gewinner des ersten Platzes 10.000 USD mit zusätzlichen 2.000 USD für ihren Berater mit nach Hause .
"Unsere Eltern sind unsere Motivation", sagt Pourtaheri nach der Ankündigung auf der Bühne. „Wir wurden beide nicht in den USA geboren. Sie haben uns hierher gebracht und ihr Leben neu gestartet, damit wir tun können, was wir wollen “, sagt er. "Wenn sie die Messlatte so hoch legen, liegt es an dir, sie stolz zu machen, weil du ihnen zeigen willst, wie stolz du auf sie bist."
Sein Forschungspartner stimmte zu: „Ich war nicht klug genug, um in eine gute Grundschule oder Mittelschule zu gelangen“, sagt Shakeel. Deshalb arbeitete seine Mutter 12 Jahre lang an seiner Schule in Pakistan, damit er eintreten und eine gute Ausbildung erhalten konnte. "Danach ist es meine Verantwortung, alles zu tun, was ich kann."
Seit 1990 würdigt der Collegiate Inventors Competition die harte Arbeit von Erfindern und Absolventen. In diesem Jahr gewann Carl Schoellhammer vom MIT mit seiner Arbeit an SuonoCalm die Abteilung für Hochschulabsolventen, die eine effizientere rektale Arzneimittelabgabe ermöglichen soll - ein sogenannter „Einlauf des 21. Jahrhunderts“, so der Chemieingenieur in seiner Erklärung auf Twitter. Der zweite Platz in der Undergraduate-Abteilung ging an ein Team der Columbia University, das an Cathecare arbeitete, einem Produkt, das die Möglichkeit von Infektionen durch die Abgabe von Katheterarzneimitteln ausschließt.
Von den Finalisten wirkte AgroSpheres besonders bahnbrechend, sagt Radia Pearlman, eine für ihre Erfindung des Spanning Tree Protocol (STP) bekannteste Informatikerin und eine der Preisrichterinnen. "Pestizide loszuwerden ist ein unglaublich wichtiges Problem, und es ist eine tiefgreifende Wissenschaft, wie sie es tatsächlich tun", sagt sie.
Pestizide werden weltweit in großem Umfang eingesetzt - laut einer umfassenden EPA-Studie belief sich der weltweite Verbrauch 2006 und 2007 auf jeweils rund 5, 2 Milliarden Pfund. Obwohl diese Verbindungen für den Ertrag und die Qualität von Kulturpflanzen von Vorteil sind, haben sie viele negative Nebenwirkungen für Wildtiere und Menschen, wie beispielsweise Krebs.
Laut Shakeel ist eines der größten Probleme, dass die Entwicklungsländer die größte Last des Pestizideinsatzes tragen. In diesen Regionen sind die Vorschriften begrenzt. Kinder sind oft ein wesentlicher Teil der ländlichen Erwerbsbevölkerung, und viele arbeiten möglicherweise ohne Schutzausrüstung oder angemessene Ausbildung.
„Wir wurden beide in Entwicklungsländern geboren“, erklärt Shakeel. "Und wir waren uns der sozialen Probleme bewusst, die mit dem Einsatz von Pestiziden verbunden sind - wie sie die Landwirte am meisten betreffen."
In den Vereinigten Staaten erzwingt die Environmental Protection Agency (EPA) bestimmte Vorernteintervalle (Pre-Harvest Intervals, PHIs) - oder Zeitanforderungen zwischen der Anwendung von Pestiziden und der Ernte der Pflanzen. Und obwohl diese Zeiträume es den Verbindungen ermöglichen, sich für die Ernte auf ein sicheres Niveau abzubauen, was das Risiko für die Arbeiter verringert, können sie auch die Ernte verlangsamen und Ernteausfälle verursachen, wenn schlechtes Wetter einsetzt, bevor die Wartezeit abgelaufen ist.
AgroSpheres macht PHIs überflüssig und beschleunigt den Abbau von Pestiziden auf Stunden anstatt auf Wochen oder sogar Monate, sagt Shakeel. Die Idee wurde vor zwei Jahren geboren, nachdem das Paar von einem früheren Versuch eines UVA-Teams erfahren hatte, „Biopartikel“ zu erzeugen, bei denen es sich um winzige, biologisch erzeugte Kugeln aus Enzymen handelt, die mit anderen Verbindungen interagieren und diese abbauen können. Aber diese Forschung hatte dort geendet, ohne den Prozess oder die praktische Anwendung der Idee zu verfeinern.
"Es ist ein einzigartiger Fall, in dem wir die Lösung vor dem Problem gefunden haben", sagt Pourtaheri. Also schlugen sie Wege vor, es zu benutzen. Als sie sich an ihren derzeitigen Berater, Mark Kester, Co-Direktor des NanoSTAR-Instituts der Universität von Virginia, wandten, wusste er, dass sie etwas vorhatten.
Eine ihrer Ideen war es, die Biopartikel für eine effektivere oder gezieltere Abgabe von Medikamenten zu nutzen, doch die medizinische Forschung in diesem Ausmaß ist für jeden, der noch keinen Abschluss hat, eine große Herausforderung. Also sagte Kester zu ihnen: „Denken wir hier an einige einfachere Endspiele. Wo sind die tief hängenden Früchte? "
Also wechselten sie buchstäblich zu tief hängenden Früchten.
Payam Pourtaheri und Ameer Shakeel werden nach der Preisverleihung des Collegiate Inventors Competition von ihrem Universitätsberater Mark Kester begleitet. (USPTO) Shakeel, Pourtaheri und ihre Teamkollegen entwickelten biologische Partikel, die Pestizide auf der Oberfläche von Pflanzen abbauen. Die ersten Tests zur Säuberung von Pestiziden finden in den Weinbergen von Virginia statt.
Obwohl das Produkt zum Patent angemeldet ist - daher sind die Details des tatsächlichen Mechanismus und des Designs begrenzt -, funktionieren AgroSpheres aufgrund einiger kniffliger Konstruktionen, erklärt Kester.
Bakterien sammeln die spezifischen Enzyme, die notwendig sind, um die Pestizide ungiftig in einfache Verbindungen abzubauen - Zucker, Fette. Aber das Team hat es geschafft, diese Bakterien, die Kester liebevoll als „Bugs“ bezeichnet, so zu konstruieren, dass dieser Enzymcocktail in Scharen ausgeschüttet wird.
„Wir haben den Bug dazu gebracht, nicht nur das biologische Enzym herzustellen, sondern es tatsächlich in eine mit Süßigkeiten überzogene Hülle zu stecken, die es schützt“, erklärt er. Von besonderer Bedeutung ist, dass die Bakterien dies tun, ohne ihr eigenes genetisches Material einzubeziehen. Dies bedeutet, dass das Team die Enzyme abtrennen und diese biologischen „M & Ms“ direkt auf die Pflanzen vor der Ernte aufsprühen kann, ohne sich um Kontamination oder Bakterienreplikation sorgen zu müssen.
Die Idee basiert auf dem Konzept der „natürlichen Abschwächung“ oder des Eindämmens der kontaminierten Region und ermöglicht natürlichen Prozessen - wie dem Abbau von Bakterien - den Abbau der toxischen Verbindungen in gutartige Bestandteile. Die natürliche Dämpfung dauert jedoch oft Wochen oder Monate, und das AgroSpheres-Team gibt an, die aktiven Enzyme konzentrieren zu können, um die Zeitspanne für diesen Prozess drastisch zu verkürzen.
Im letzten Jahr ist ihr Team auf insgesamt fünf hochmotivierte Studenten bei UVA angewachsen. Drei sind in ihrem letzten Schuljahr, zwei haben im vergangenen Frühjahr ihren Abschluss gemacht. "Sie können eine großartige Idee haben, aber wenn Sie kein unglaubliches Team haben, wird es scheitern", sagt Pourtaheri.
Das Produkt hat noch viel zu tun, bevor es auf den Markt kommt, und muss ausgiebig getestet werden, um sicherzustellen, dass die Behauptungen der Ungiftigkeit und der Umweltsicherheit in kommerziellen Maßstäben Bestand haben. Trotzdem sind sich die Teammitglieder nachdrücklich einig, dass sie die Forschung fortsetzen wollen.
Die Forscher haben die Idee im Labor getestet und führen nun Versuche in Weinbergen und Gewächshäusern durch, um die Wirksamkeit der Methode und die Dauer des Abbaus der Enzyme selbst herauszufinden. In Zusammenarbeit mit US-amerikanischen Aufsichtsbehörden, darunter EPA, USDA und FDA, arbeiten sie daran, den Prozess so zu skalieren, dass er für Anwendungen im industriellen Maßstab durchführbar ist.
Sie hoffen, das Design der Biopartikel zu verbessern, um sie besser und effizienter zu machen, erklärt Joe Frank, der die Forschung und Entwicklung für das im März gegründete Unternehmen leitet und in seinem letzten Schuljahr bei UVA ist. Sie erhoffen sich auch eine Ausweitung auf andere Anwendungen, einschließlich des Abbaus anderer potenziell gefährlicher Verbindungen.
Auf der Bühne fragte Dougherty das Duo, was nach dem Sieg passiert.
"Wir haben ein Treffen in DC mit einem [Anwalt für geistiges Eigentum] um 2:30 Uhr", sagt Shakeel und schaut auf seine Uhr, bevor er lacht.
