Sul palco, Elizabeth Dougherty aprì la carta piegata, il sigillo di alluminio tremolava nelle luci. "E il vincitore è", fece una pausa per effetto drammatico, "dall'Università della Virginia ...."
Ma non si sentiva più nulla, urla e applausi oscurarono le sue parole. I pugni venivano pompati in aria, lacrime versate.
Questo momento trionfale apparteneva a una squadra di studenti universitari e al loro consulente, che partecipavano al Concorso per inventori collegiali presso la sede dell'ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti ad Alexandria, in Virginia. Dougherty, direttore dell'educazione, della divulgazione e del riconoscimento degli inventori dell'USPTO, e altri presenti, hanno onorato Ameer Shakeel e Payam Pourtaheri per il rivoluzionario prodotto del loro gruppo AgroSpheres, creato con l'obiettivo di eliminare i dannosi effetti collaterali dei pesticidi in tutto il mondo.
Il duo è salito sul palco con un sorriso sfrontato mentre indossava le pesanti medaglie d'oro assegnate loro come vincitori complessivi nella divisione universitaria della competizione. Questo concorso altamente competitivo a livello nazionale incoraggia "l'innovazione, l'imprenditorialità e la creatività", mettendo in mostra progetti all'avanguardia e guidati da studenti di college e università in tutto il paese. (USPTO, che collabora con Smithsonian.com per supportare storie sull'innovazione presso la Smithsonian Institution e oltre, è anche sponsor della competizione.) Oltre all'hardware, i vincitori del primo posto portano a casa $ 10.000 con altri $ 2.000 per il loro consulente .
"I nostri genitori sono la nostra motivazione", afferma Pourtaheri sul palco dopo l'annuncio. “Entrambi non siamo nati negli Stati Uniti. Ci hanno portato qui e hanno ricominciato le loro vite in modo che possiamo fare quello che vogliamo fare ", dice. "Quando impostano la barra così in alto, tocca a te renderli orgogliosi, perché vuoi mostrare loro quanto sei orgoglioso di loro."
Il suo compagno di ricerca concordò: "Non ero abbastanza intelligente da entrare in una buona scuola elementare o media", dice Shakeel. Quindi sua madre ha lavorato per 12 anni nella sua scuola in Pakistan in modo da poter entrare e ottenere una buona istruzione. "Successivamente, è mia responsabilità fare tutto il possibile con le opportunità presentate."
Dal 1990, il Concorso per inventori collegiali ha riconosciuto il duro lavoro degli inventori universitari e laureati. Quest'anno, Carl Schoellhammer del MIT ha vinto la divisione laureati con il suo lavoro su SuonoCalm, progettato per fornire una consegna rettale più efficiente dei farmaci, un cosiddetto "clistere del 21 ° secolo", afferma l'ingegnere chimico nella sua spiegazione pronta per Twitter. Il secondo posto nella divisione universitaria è andato a un team della Columbia University, che lavorava su Cathecare, un prodotto progettato per eliminare le opportunità di infezione da somministrazione di farmaci con catetere.
Tra i finalisti, AgroSpheres sembrava particolarmente innovativo, afferma Radia Pearlman, una scienziata di computer nota per la sua invenzione dello Spanning Tree Protocol (STP) e uno dei giudici della concorrenza. "Sbarazzarsi dei pesticidi è un problema incredibilmente importante e una profonda scienza in termini di come [effettivamente] lo fanno", dice.
I pesticidi sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo, con un utilizzo globale di circa 5, 2 miliardi di sterline sia nel 2006 che nel 2007, secondo uno studio EPA completo. Sebbene questi composti siano utili per le rese e la qualità delle colture, hanno molti effetti collaterali negativi per la fauna selvatica e per l'uomo, come il cancro.
Uno dei maggiori problemi, osserva Shakeel, è che le nazioni in via di sviluppo si assumono il peso maggiore dell'uso di pesticidi. In queste regioni, le normative sono limitate. I bambini sono spesso una parte sostanziale della forza lavoro rurale e molti possono lavorare senza dispositivi di protezione o formazione adeguata.
"Siamo nati entrambi nei paesi in via di sviluppo", spiega Shakeel. "Ed eravamo consapevoli dei problemi sociali associati all'uso dei pesticidi: in che modo colpisce maggiormente gli agricoltori".
Negli Stati Uniti, la Environmental Protection Agency (EPA) applica determinati intervalli pre-raccolta (PHI), ovvero i requisiti di tempo tra l'applicazione dei pesticidi e la raccolta delle colture. E sebbene questi periodi consentano ai composti di degradare a livelli sicuri per la raccolta, riducendo il rischio per i lavoratori, possono anche rallentare la raccolta, causando la perdita di raccolto se il tempo brutto inizia prima che il periodo di attesa sia scaduto.
AgroSpheres elimina la necessità di PHI, accelerando il degrado dei pesticidi in poche ore rispetto a settimane o addirittura mesi, afferma Shakeel. L'idea prese forma due anni fa dopo che la coppia venne a sapere di un precedente tentativo da parte di un team UVA di creare "bioparticelle", che sono minuscole sfere di enzimi creati biologicamente che possono interagire con e scomporre altri composti. Ma quella ricerca era finita lì, senza affinamento del processo o applicazione pratica dell'idea.
"È un caso unico in cui abbiamo trovato la soluzione prima del problema", afferma Pourtaheri. Quindi hanno iniziato a proporre modi per usarlo. Quando si sono avvicinati al loro attuale consigliere, Mark Kester, condirettore del NanoSTAR Institute dell'Università della Virginia, ha saputo che stavano facendo qualcosa.
Una delle loro idee era quella di utilizzare le bioparticelle per una consegna più efficace o mirata di farmaci, ma la ricerca medica su quella scala è un ordine elevato per chiunque, tuttavia gli studenti universitari. Quindi Kester disse loro: “Pensiamo ad alcuni giochi finali più facili qui. Dove sono i frutti bassi? ”
Quindi sono passati, letteralmente, alla frutta bassa.
Payam Pourtaheri e Ameer Shakeel si uniscono al loro consulente universitario, Mark Kester, dopo la cerimonia di premiazione del Concorso per gli inventori collegiali. (USPTO) Shakeel, Pourtaheri e i loro compagni di squadra hanno progettato particelle biologiche che distruggono i pesticidi sulla superficie delle piante. I loro test iniziali sulla pulizia dei pesticidi stanno avvenendo nei vigneti della Virginia.
Sebbene il prodotto sia in attesa di brevetto, quindi i dettagli del meccanismo e del design effettivi sono limitati, AgroSpheres funziona a causa di una tecnica ingegnosa, spiega Kester.
I batteri assemblano gli enzimi specifici necessari per degradare in modo non tossico i pesticidi in composti semplici: zuccheri, grassi. Ma il team è riuscito a progettare questi batteri, che Kester chiama affettuosamente "bug", per sfornare questo cocktail di enzimi a frotte.
"Quello che abbiamo ottenuto il bug non è solo quello di creare l'enzima biologico, ma di inserirlo in un guscio" ricoperto di caramelle "che lo protegge", spiega. Di particolare importanza è che i batteri lo facciano senza includere il proprio materiale genetico. Ciò significa che il team può separare gli enzimi e spruzzare questi "M & M" biologici direttamente sulle piante pre-raccolta senza preoccuparsi della contaminazione o della replicazione batterica.
L'idea si basa sul concetto di "attenuazione naturale" o che contiene la regione contaminata e consente ai processi naturali, come la degradazione batterica, di degradare i composti tossici in componenti benigni. Ma l'attenuazione naturale spesso richiede settimane o mesi e il team di AgroSpheres afferma di essere in grado di concentrare gli enzimi attivi per ridurre drasticamente la sequenza temporale di questo processo.
Nell'ultimo anno, il loro team è cresciuto fino a includere un totale di cinque studenti altamente motivati alla UVA. Tre sono nel loro ultimo anno di scuola, due si sono diplomati la scorsa primavera. "Puoi avere un'ottima idea, ma se non hai una squadra incredibile fallirà", afferma Pourtaheri.
Il prodotto ha ancora molta strada da percorrere prima di essere immesso sul mercato e deve essere ampiamente testato per garantire le affermazioni di non tossicità e sicurezza ambientale a livello commerciale. Anche così, tutti i membri del team concordano clamorosamente che hanno intenzione di continuare a proseguire la ricerca.
I ricercatori hanno testato l'idea in laboratorio e ora stanno conducendo prove in vigneti e serre per capire l'efficacia del metodo e quanto tempo impiegano gli enzimi stessi a degradarsi. In collaborazione con le agenzie di regolamentazione statunitensi, tra cui EPA, USDA e FDA, stanno lavorando per ampliare il processo per renderlo fattibile per applicazioni su scala industriale.
Sperano di migliorare il design delle bioparticelle, rendendole migliori e più efficienti, spiega Joe Frank, che guida la ricerca e lo sviluppo dell'azienda, fondata a marzo, ed è al suo ultimo anno di scuola alla UVA. Sperano anche di espandersi ad altre applicazioni, inclusa la scomposizione di altri composti potenzialmente pericolosi.
Sul palco, Dougherty ha chiesto al duo cosa succede dopo la vittoria.
"Abbiamo un incontro a Washington con un avvocato [Proprietà intellettuale] alle 2:30", dice Shakeel, guardando l'orologio prima di ridere.
