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Ces inventeurs de collèges pourraient-ils s'attaquer au problème mondial des pesticides?

Sur la scène, Elizabeth Dougherty ouvrit le papier plié, le sceau d'aluminium scintillant à la lumière. "Et le gagnant est", at-elle fait une pause pour effet dramatique, "de l'Université de Virginie ..."

Mais plus rien ne pouvait être entendu, des cris de joie et des acclamations obscurcissaient ses paroles. Les poings ont été pompés dans l'air, les larmes coulaient.

Ce moment de triomphe a appartenu à une équipe d'étudiants de premier cycle et à leur conseiller participant au Concours d'inventeurs collégiaux organisé au siège de l'Office américain des brevets et des marques à Alexandria, en Virginie. Dougherty, directeur de la formation, de la sensibilisation et de la reconnaissance des inventeurs à l'USPTO, a rendu hommage à Ameer Shakeel et Payam Pourtaheri pour le produit révolutionnaire AgroSpheres de leur groupe, créé dans le but d'éliminer les effets secondaires néfastes des pesticides dans le monde.

Le duo a grimpé sur la scène avec un sourire déconcertant alors qu’ils portaient les lourdes médailles d’or qui leur avaient été attribuées en tant que vainqueurs du classement général de la division premier cycle de la compétition. Ce concours national très compétitif encourage «l'innovation, l'entrepreneuriat et la créativité», mettant en avant des projets de pointe menés par des étudiants et provenant de collèges et d'universités du pays. (L’USPTO, partenaire de Smithsonian.com pour soutenir des articles sur l’innovation à la Smithsonian Institution et au-delà, est également un sponsor du concours.) En plus du matériel informatique, les gagnants du premier prix remportent 10 000 USD et 2 000 USD supplémentaires pour leur conseiller. .

«Nos parents sont notre motivation», déclare Pourtaheri sur scène après l'annonce. «Nous n'étions tous les deux pas nés aux États-Unis. Ils nous ont amenés ici et ont recommencé leur vie afin que nous puissions faire ce que nous voulons faire », dit-il. «Quand ils placent la barre aussi haut, c'est à vous de les rendre fiers, parce que vous voulez leur montrer à quel point vous êtes fiers d'eux.»

Son partenaire de recherche a accepté: «Je n'étais pas assez intelligent pour entrer dans une bonne école primaire ou intermédiaire», dit Shakeel. Ainsi, sa mère a travaillé pendant 12 ans dans son école au Pakistan pour pouvoir entrer et obtenir une bonne éducation. "Après cela, il est de ma responsabilité de faire tout ce que je peux avec les opportunités présentées."

Depuis 1990, le concours des inventeurs collégiaux reconnaît le travail acharné des inventeurs du premier et du deuxième cycle. Cette année, Carl Schoellhammer du MIT a remporté la division des études supérieures avec son travail sur SuonoCalm, conçu pour améliorer l'efficacité de la délivrance rectale de médicaments par voie rectale - un soi-disant «lavement du XXIe siècle», explique l'ingénieur chimiste dans son explication prête pour Twitter. La deuxième place dans la division de premier cycle a été attribuée à une équipe de l’Université de Columbia qui travaillait sur Cathecare, un produit conçu pour éliminer les risques d’infections lors de la délivrance de médicaments par cathéter.

Parmi les finalistes, AgroSpheres semblait particulièrement novateur, a déclaré Radia Pearlman, une informaticienne connue pour avoir inventé le protocole Spanning Tree Protocol (STP) et l’un des juges de la compétition. "Se débarrasser des pesticides est un problème extrêmement important, et une science profonde en ce qui concerne la manière dont ils le font", dit-elle.

Selon une étude complète de l'EPA, les pesticides sont utilisés de manière généralisée dans le monde entier - avec une utilisation totale d'environ 5, 2 milliards de livres en 2006 et 2007. Bien que ces composés soient bénéfiques pour les rendements et la qualité des cultures, ils ont de nombreux effets secondaires négatifs pour la faune et les humains, comme le cancer.

Selon M. Shakeel, l’un des plus gros problèmes est que les pays en développement supportent le plus lourd fardeau de l’utilisation des pesticides. Dans ces régions, la réglementation est limitée. Les enfants constituent souvent une partie importante de la main-d'œuvre rurale et nombre d'entre eux peuvent travailler sans équipement de protection ou formation adéquate.

«Nous sommes tous deux nés dans des pays en développement», explique Shakeel. "Et nous étions conscients des problèmes sociaux liés à l'utilisation des pesticides - comment cela affecte le plus les agriculteurs."

Aux États-Unis, l'Environmental Protection Agency (EPA) applique certains délais d'attente avant la récolte (PHI), ou exigences temporelles, entre le moment où les pesticides sont appliqués et le moment où les cultures sont récoltées. Et bien que ces périodes permettent aux composés de se dégrader à des niveaux sécuritaires pour la récolte, réduisant ainsi les risques pour les travailleurs, elles peuvent également ralentir la récolte, entraînant une perte de récolte si le mauvais temps s'installe avant la fin de la période d'attente.

AgroSpheres élimine le besoin de PHI, accélérant la dégradation des pesticides en quelques heures au lieu de semaines ou même de mois, explique Shakeel. L'idée a germé il y a deux ans après que les deux hommes eurent appris qu'une équipe d'UVA avait déjà tenté de créer des «bioparticules», de minuscules billes d'enzymes biologiquement créées qui peuvent interagir avec d'autres composés et les décomposer. Mais cette recherche s’était terminée là-bas, sans raffinement du processus ni application pratique de l’idée.

«C'est un cas unique où nous avons trouvé la solution avant le problème», déclare Pourtaheri. Alors ils ont commencé à proposer des façons de l'utiliser. Lorsqu’ils ont contacté leur conseiller actuel, Mark Kester, codirecteur du NanoSTAR Institute de l’Université de Virginie, il s’est rendu compte que quelque chose allait se passer.

L’une de leurs idées était d’utiliser les bioparticules pour une distribution plus efficace ou plus ciblée des médicaments, mais la recherche médicale à cette échelle est une tâche ardue pour tous, même les étudiants de premier cycle. Alors Kester leur a dit: «Pensons à des parties de fin de match plus faciles ici. Où sont les fruits à portée de main? "

Alors, ils ont littéralement basculé dans le vif du sujet.

Payam-Pourtaheri-Ameer-Shakeel-Mark-Kester.jpg Payam Pourtaheri et Ameer Shakeel sont rejoints par leur conseiller universitaire, Mark Kester, après la cérémonie de remise des prix du Collège des inventeurs. (USPTO)

Shakeel, Pourtaheri et leurs coéquipiers ont mis au point des particules biologiques qui décomposent les pesticides à la surface des plantes. Leurs premiers tests de nettoyage des pesticides ont lieu dans des vignobles de Virginie.

Bien que le produit soit en attente de brevet - de sorte que les détails du mécanisme et de la conception de celui-ci sont limités - AgroSpheres fonctionne en raison de problèmes techniques complexes, explique Kester.

Les bactéries rassemblent les enzymes spécifiques nécessaires pour dégrader de manière non toxique les pesticides en composés simples - sucres, graisses. Mais l'équipe a réussi à mettre au point ces bactéries, que Kester appelle affectueusement "des insectes", pour produire ce cocktail d'enzymes en masse.

«Ce que nous avons à faire, c’est non seulement de fabriquer l’enzyme biologique, mais aussi de le placer dans une coque« recouverte de sucre »qui le protège», explique-t-il. Il est particulièrement important que les bactéries le fassent sans inclure leur propre matériel génétique. Cela signifie que l'équipe peut séparer les enzymes et pulvériser ces “M & Ms” biologiques directement sur les plantes avant la récolte, sans craindre de contamination ni de réplication bactérienne.

L'idée s'inspire du concept d '«atténuation naturelle» ou contenant la région contaminée et permettant aux processus naturels - comme la dégradation bactérienne - de dégrader les composés toxiques en composants bénins. Mais l'atténuation naturelle prend souvent des semaines, voire des mois, et l'équipe AgroSpheres affirme pouvoir concentrer les enzymes actives afin de réduire considérablement le calendrier de ce processus.

Au cours de la dernière année, leur équipe s'est élargie pour inclure un total de cinq étudiants hautement motivés à UVA. Trois d'entre eux sont en dernière année d'école et deux ont obtenu leur diplôme le printemps dernier. «Vous pouvez avoir une bonne idée, mais si vous n'avez pas une équipe incroyable, cela échouera», déclare Pourtaheri.

Le produit a encore beaucoup de chemin à parcourir avant de parvenir sur le marché et doit faire l'objet de tests approfondis afin de garantir la validité des allégations de non-toxicité et de sécurité environnementale à l'échelle commerciale. Même dans ce cas, les membres de l’équipe sont tous d’accord pour dire qu’ils envisagent de poursuivre les recherches.

Les chercheurs ont testé l'idée en laboratoire et effectuent actuellement des essais dans des vignobles et des serres pour déterminer l'efficacité de la méthode et le temps nécessaire à la dégradation des enzymes elles-mêmes. En coopération avec les organismes de réglementation américains, notamment l'EPA, l'USDA et la FDA, ils s'emploient à intensifier le processus pour le rendre utilisable à des applications industrielles.

Ils espèrent améliorer la conception des bioparticules, en les rendant meilleures et plus efficaces, explique Joe Frank, qui dirige la recherche et le développement pour la société, créée en mars, et en est à sa dernière année d'école à UVA. Ils espèrent également s’étendre à d’autres applications, notamment la décomposition d’autres composés potentiellement dangereux.

Sur scène, Dougherty a demandé au duo ce qui se passera après la victoire.

«Nous avons une réunion à Washington avec un avocat [Propriété intellectuelle] à 14 h 30», dit Shakeel, baissant les yeux sur sa montre avant de rire.

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