Anna-Sophia Boguraev는 어렸을 때부터 우주에 눈을 떴습니다. 그녀는 4살 때 골판지 로켓 우주선을 만들었습니다. 그녀는 많은 질문을 했고, 별을 보는 것을 좋아했으며, 대부분의 아이들이 그것이 무엇을 의미하는지 알기 훨씬 전에 박사 학위를 받기로 했습니다. 두 명의 컴퓨터 공학 연구원의 딸인 Boguraev는 작가, 애니메이터, 우주 비행사가 되는 꿈을 꾸었습니다. 그녀의 2015학년 과학 교사는 틀림없이 지원을 아끼지 않았으며 Boguraev가 자신의 창의성을 과학에 대한 사랑에 연결하도록 도왔습니다. 뉴욕 베드포드에 있는 Fox Lane 고등학교에서 Boguraev는 고급 과학 수업을 들었고 교실 밖에서 광범위하게 책을 읽었습니다. 그녀는 어떤 문제에 대해 궁금할 때 논문을 탐색하고 그것을 이해하는 과학적 문해력을 가졌습니다. 그러던 중 XNUMX년에 그녀의 인생을 바꿀 보잉이 만들고 후원하는 콘테스트를 보게 되었습니다.
몇 년 전, 매사추세츠주 케임브리지에서 오랫동안 연구원으로 일해 온 Sebastian Kraves와 Zeke Alvarez Saavedra는 중합효소 연쇄 반응(PCR) 기술을 보다 쉽게 이용할 수 있는 방법에 대해 생각하고 있었습니다. PCR 기술이 새로운 기술은 아니지만 DNA 분석에 사용되는 기계는 일반적으로 크고 번거롭고 많은 전력이 필요하며 각각 수천 달러의 비용이 듭니다.
Kraves와 Alvarez Saavedra의 솔루션은 수백 달러에 불과하고 배터리로 작동할 수 있으며 강력하고 재현 가능한 PCR 결과를 제공하여 연구자들이 유전학 질문에 신속하게 답변할 수 있는 음료수 캔 크기의 장치인 miniPCR이었습니다. 이 작은 기계는 전화로 프로그래밍할 수 있으며 심해, 우주 공간 또는 교실과 같은 색다른 실험실 환경에서 조종사, 우주 비행사 또는 학생이 쉽게 작동할 수 있습니다.
"한 시간 안에 PCR은 전체 게놈을 스캔하여 건초 더미에서 바늘을 찾아 단일 유전자의 상태를 알 수 있습니다."라고 Kraves는 말했습니다. "그리고 같은 시간에 수십억 개의 DNA 서열을 복사할 수 있습니다."
2014년 miniPCR 바이오 공동 창업자들은 보스턴 스타트업 액셀러레이터 프로그램인 매스챌린지(MassChallenge)에서 신제품을 들고 나타나 보잉의 국제우주정거장(ISS) 연구 통합 책임자인 스콧 코플랜드(Scott Copeland)와 보잉의 상용화 프로그램 책임자인 케빈 폴리(Kevin Foley)를 만났다. 공간. Boeing 동료들은 우주 실험을 통해 더 빨리 시장에 출시할 수 있는 제품을 가진 신생 기업을 찾고 있었습니다. 그리고 당시 ISS에는 공백이 있었습니다. 아무도 궤도에서 분자 생물학 실험을 하지 않았습니다. Copeland와 Foley는 miniPCR에 흥미를 느꼈습니다. 이 혁신은 작고 콤팩트하며 작동이 간단하고 적은 전력을 사용하여 ISS에 적합합니다. 그러나 그들은 연구원들이 우주정거장에서 그 장치로 무엇을 할 것인지 정확히 확신하지 못했습니다. 그래서 Copeland와 Foley는 miniPCR 설립자들에게 주머니 크기의 장치가 미세 중력에서 가장 잘 사용될 수 있는 방법에 대한 제안을 요청했습니다.
"우리는 그 질문의 폭을 알고 있었습니다."라고 Kraves는 말했습니다. Kraves는 그와 Alvarez Saavedra가 잠재적 연구 영역에 대해 Boeing에 응답하는 방법에 대해 위협을 느꼈다고 말했습니다. “이것들은 생명의 기원, 우주에 우리만 있는지, 심우주 탐사가 우리의 유전 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 실제 질문입니다. 이것은 엄청나게 크고 열린 질문입니다. 그리고 우리는 그 책임이 조금 불편했습니다.”
앞으로 나아가는 방법에 대한 여러 번의 브레인스토밍 세션 후에 Kraves와 Alvarez Saavedra는 그들 사이에서 소집할 수 있는 것보다 훨씬 더 깊은 무한한 창의성의 저장소에 접근할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 십대보다 이러한 큰 질문을 하는 것이 더 나은 사람은 누구입니까?
2015년에 Boeing과 miniPCR bio는 생물학 및 물리 과학 분야에서 실생활 문제를 해결하기 위해 젊은이들에게 영감을 주는 데 중점을 둔 연례 과학 대회인 Genes in Space를 시작하기 위해 협력했습니다. "Boeing은 기술을 보았고 잠재력을 보았습니다."라고 Kraves는 말했습니다. “우리는 그 질문을 돌려 중학생과 고등학생에게 전달했습니다.”
7명의 창립자는 ISS를 위한 선구적인 DNA 실험을 설계할 12-XNUMX학년 학생들에게 대회를 열기로 결정했습니다. XNUMX명의 결선 진출자는 Harvard 및 MIT 과학자로부터 멘토링을 받고 연례 ISS 연구 및 개발 회의에서 Genes in Space 심사위원에게 제안서를 발표하기 전에 강의실용 생명공학 툴킷을 받게 됩니다.
우승한 학생은 우주 생물학 캠프에 참여하여 우주 여행을 위한 DNA 실험을 준비한 다음 케네디 우주 센터에서 실험이 시작되는 것을 보기 위해 플로리다로 날아갑니다. ISS에서 실험은 miniPCR 기술을 사용하여 우주 비행사에 의해 수행됩니다. 우승한 학생에게는 매우 좋은 상입니다.
그래서 Boguraev는 Genes in Space 콘테스트를 접했을 때 지원하게 되어 기뻤습니다. 그 무렵 그녀는 AP 생물학 수업에서 T 세포와 T 헬퍼 세포에 대해 배우고 있었고 우주 비행사가 우주에서 어떻게 건강하게 지낼 수 있는지 궁금해졌습니다. "내가 우주에 있는 자신을 발견했다면, 내 면역 체계가 최대 용량으로 작동하는 것이 정말 좋겠습니다."라고 그녀는 생각했던 것을 기억합니다. 몇 주 안에 그녀는 콘테스트를 위한 실험 아이디어를 구체화했습니다. 우주 방사선과 미세 중력이 면역 체계에 미치는 영향을 테스트하는 것입니다. 그녀는 2015학년을 마친 직후인 11년 여름 대회에서 우승했습니다. 현재 Harvard와 Massachusetts Institute of Technology(MIT) 통합 프로그램의 MD-PhD 학생인 Boguraev는 다음 봄에 그녀의 실험이 시작되는 것을 보면서 "하늘은 더 이상 한계가 아니다"라고 상기시켰다고 말했습니다. 그녀는 오늘 그것에 대해 자주 생각합니다. 그녀는 "수업과 책임에 파묻혀 있을 때, 긴 검토 세션에 500개의 플래시 카드를 넣고 환자를 보는 한가운데 실험실에서 아무것도 작동하지 않을 때 하늘에서 과학을 하고 있는 사람들이 우리 위에 있다는 것을 기억합니다."라고 그녀는 말했습니다. . "내 실험은 어느 시점에서 그 일부였습니다."
Boguraev는 의사이자 연구원이 되기를 원하며 지구상의 저자원 환경에서 작동하도록 설계한 장치와 혁신이 ISS 또는 장기간 우주 비행에서 의료 요구를 충족시키기 위해 어떻게 조정될 수 있는지에 관심이 있습니다. 그리고 우리가 지금 하고 있는 우주 생명과학이 어떻게 지구로 다시 가져와 의료 자원이 없는 환경에 적응할 수 있는지. 그녀의 길을 따라 그녀는 우주 생명 과학 교육 프로그램에서 NASA Ames에서 여름을 보냈고 STEM 학생들을 멘토링하고 지원하는 데 시간을 보냈습니다. 그녀는 현재 하버드의 화학 생물학 연구실에서 일하고 있으며 뎅기 바이러스와 지카 바이러스를 포함하는 바이러스 계열인 플라비바이러스에 대한 가능한 치료 및 백신 전략을 연구하고 있습니다. 그러나 그녀의 고급 연구에서도 몇 가지 사항이 변경되지 않았습니다. Boguraev는 여전히 최신 우주 생물학 연구에 대해 귀를 기울이고 있으며 여전히 하늘을 보는 것을 좋아합니다. 맑은 날 밤, 그녀는 도시를 벗어나 차 보닛에 앉아 별을 바라보며 자신의 궤적을 생각한다. “우주의 유전자가 없었다면 나는 여기 없었을 것입니다.”라고 그녀는 말했습니다.
창의적이고 최첨단 실험
2015년 대회가 시작된 이래 Genes in Space는 ISS에서 8,500개의 학생 실험을 시작했습니다. 지금까지 4,200명 이상의 학생들이 개별 또는 팀으로 참여하여 XNUMX개 이상의 Genes in Space 제안서를 제출했습니다. 과학은 창의적이고 최첨단입니다. 피어 리뷰 저널 기사에 제출된 모든 우승 실험이 승인되었습니다.
생명 공학 회사인 New England Biolabs의 추가 지원과 함께 Boeing 및 miniPCR bio가 자금을 지원하는 이 프로그램은 학생들에게 우주 탐사에서 실제 문제와 기회를 다루는 독창적인 DNA 실험을 설계하도록 요청합니다. 제출물은 창의적이고 과학적 가치에 따라 판단됩니다. 우승한 학생들은 우주에서의 최초의 PCR 및 우주에서의 최초의 CRISPR 유전자 편집 기술 사용을 포함하여 우주 생물학 이정표를 담당했습니다. 물론, 매년 최종 라운드에 진출하지 못한 수백 개의 출품작이 있으며, 그 중 다수는 매우 창의적입니다. 결국 아이들은 어른들보다 자유롭게 생각하고 실용성에 덜 제약을 받는 경향이 있습니다. 예를 들어, 한 지원자는 우주 비행사의 미각과 후각이 우주에서 감소한다는 사실을 알게 되었기 때문에 이 결함을 치료하는 대신 더 강한 풍미를 가진 야채를 가공하기를 원했습니다. 다른 경우에, 이 학생들이 해결하고 있는 문제는 세포가 스스로 복구하는 방식에 중력이 미치는 영향과 같이 NASA가 이미 해결하고자 하는 문제입니다.
다음은 Boguraev 이후의 승자 중 일부입니다.
• 알리아 알 만수리 2017년 열충격 단백질을 조사한 실험과 세포가 우주 환경에서 미세 중력과 방사선에 노출되었을 때 동일한 방식으로 반응하는지 여부를 조사한 실험으로 수상했습니다. Al Mansoori는 항상 우주 비행사가 되고 싶었고 어린 시절 망원경을 사용하여 밤하늘의 별과 행성을 추적했던 것을 기억합니다. Genes in Space는 그녀에게 과학적 과정의 엄격함과 성공적인 실험을 구축하는 데 필요한 노력을 가르쳤습니다. "나의 멘토는 제 프로젝트의 다양한 측면을 하나로 결합하기 위해 함께 맞는 실험 설계의 기초를 가르쳐 주었습니다. 복제물을 포함한 모델 유기체 선택 및 프라이머 디자인과 같은 것입니다."라고 그녀는 말했습니다. Al Mansoori는 두바이 출신으로 아랍 에미레이트에서 개최된 이 콘테스트의 첫 번째 국제 판에서 우승했으며 현재 에든버러 대학교에서 분자 생물학을 공부하는 우등생입니다. 한편 그녀는 콜로라도 볼더 대학의 행성 물리학자와 함께 화성 구름과 그 특성을 조사하고 있습니다. 그녀는 여전히 우주비행사를 꿈꾼다.
• 크리스토프 미스키타 2020년에는 우주비행사가 세포 수준에서 약물 치료에 지구인과 다르게 반응하는지 이해하기 위한 토대를 마련한 실험으로 수상했습니다. 뉴욕시 교외에서 자란 Misquitta는 자동차, 기차, 비행기 등 고속 교통수단을 좋아했습니다. XNUMX학년 때 그는 소형 태양열 자동차를 만들었습니다. 스위치를 눌렀을 때 탁자 위로 날아가는 것을 보는 것은 평생의 호기심에 불을 붙였습니다. "나는 내가 운전석에 있는 것을 선호하는지 아니면 제조 공장으로 돌아가서 모든 기본 사항을 숙고하는 것을 선호하는지 결코 결정할 수 없었습니다."라고 그는 말했습니다. "내 안의 엔지니어가 이긴 것 같군." 그는 Genes in Space 가족이 믿을 수 없을 정도로 따뜻하고 지지적이며 보살핌을 받고 있다는 것을 알게 되었으며 언젠가는 다른 사람들을 도와 그 대가를 치르기를 희망합니다. 현재 MIT에서 항공우주공학을 전공하고 있는 XNUMX학년 학생입니다. 그는 또한 MIT Motorsports의 회원으로 Formula One 스타일 경주용 자동차의 높은 수준의 의사 결정 및 성능 평가를 알리기 위해 시뮬레이션을 작성합니다. 그는 가장 최근에 NASA BIG Idea Challenge에서 MIT 팀의 일원으로 달 표면의 현장 금속 생산을 조사하여 우주에 대한 지식을 발전시키는 방법을 계속 연구하고 있습니다.
• 셀린 코칼라 우주선의 수질 오염을 테스트하기 위해 BioBits라는 바이오 센서를 활용하는 프로젝트로 2021년에 수상했습니다. 기술 관련 직종에서 일하는 터키 이민자의 딸인 Kocalar는 어린 시절 승무원이나 고고학자가 되기를 원했습니다. 그녀는 항상 발견과 혁신에서 기쁨을 찾았고 Genes in Space를 통해 협업 과학의 중요성을 배웠습니다. “캘리포니아에 있는 제 침실에서 무세포 반응 디자인을 테스트하기 위한 실험을 진행하면서 miniPCR에서 전국의 과학자들과 협력하고 있었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. 실험." Kocalar는 현재 MIT의 XNUMX학년 학생으로 실험실에서 수업과 연구를 통해 합성 생물학에 대한 관심을 추구하고 있습니다. 앞으로 그녀는 우주 커뮤니티에 참여하고 지구 안팎에서 과학의 최전선을 발전시키는 데 관심이 있는 다른 사람들을 만날 수 있는 더 많은 기회를 찾기를 희망합니다.
• 깨끗한 오누오하 2022년 우주 여행자들에게서 관찰되는 텔로미어 연장의 근거를 이해하는 것을 목표로 하는 프로젝트로 우승했습니다. 간호사이자 물리 치료사의 딸인 나이지리아에서 태어난 Onuoha는 항상 주변 세계에 매료되었습니다. 노스캐롤라이나 주 채플힐에 살던 어린 시절 그녀는 소아과 의사가 되는 꿈을 꾸었고 "왜 우리는 팔다리를 다시 기를 수 없습니까?"와 같은 질문을 공책에 적었습니다. 또는 "바이러스가 살아있는 것으로 간주되지 않는 이유는 무엇입니까?" 그녀는 아직 올해 실험이 시작되기를 기다리고 있지만 이미 과학적 과정에 더 익숙해졌습니다. "우주 비행사 샘플 없이 실험을 실행할 수 있도록 조정해야 하는 경우와 같이 매우 까다로운 설계 문제에 직면할 때가 있었습니다."라고 그녀는 말했습니다. "이러한 도전은 실험을 통해 새로운 길을 추구할 수 있도록 더 유연하고 창의적이 되도록 자극했습니다." 그녀는 가을에 대학에 입학할 예정이며 연구 및 의학 분야의 진로를 시작하고 인간 건강을 개선하는 데 도움이 될 수 있는 우주 생물학 연구를 계속하기를 희망합니다.
"과학이 작동하는 방식의 실제 행위자"
STEM 교육을 추진하기 위해 Genes in Space는 가상 분자 생물학 세미나를 제공하며 지금까지 미국 전역의 400명의 교사에게 전달되었습니다. 수상자를 위한 상품 패키지를 통해 Genes in Space는 200개 이상의 학교에 생명 공학 실습 교육 키트를 제공했습니다. 또한 7,800명 이상의 학생들에게 제공되는 Lab in a Box라는 프로그램을 통해 다른 학교에 생명 공학 장비를 대여합니다. 이러한 교실 프로그램은 Genes in Space에 대한 정보를 얻는 데 도움이 되었습니다. 지원자의 약 90%가 선생님을 통해 대회에 대해 알게 됩니다. Copeland는 결국 목표는 우주에 관심이 있는 차세대 엔지니어와 과학자를 돕는 것이라고 말했습니다. "그들은 앞으로 우리 회사를 운영하게 될 것입니다."라고 그는 말했습니다.
Copeland는 그 과정에서 학생들과 그들의 연구 및 준비의 깊이에 끝없이 놀랐다고 말했습니다. 일부는 수년에 걸쳐 콘테스트에 제출하기도 하며, 단일 우승자를 선택하기가 어려운 경우가 많습니다.
멘토십은 Genes in Space의 중요한 부분입니다. 프로그램 책임자인 Katy Martin은 매년 결선 진출자가 지명될 때 아이디어와 실행 가능한 실험 사이에 큰 격차가 있다고 말했습니다. “우리는 단지 학생들에게 miniPCR 장치를 건네주는 것이 아닙니다.”라고 그녀는 말했습니다. “아이디어를 시작하려면 더 많은 지원이 필요합니다. 많은 시행착오가 필요합니다.” Genes in Space 팀은 모든 결선 진출자를 과학을 실습하고 학생들이 자신의 비전을 실험실에서 어떻게 보일 것인지로 변환하도록 돕는 멘토와 연결합니다.
"멘토링이 없었다면 Genes in Space는 불가능했을 것입니다."라고 Copeland는 말했습니다. "이 열정적 인 자원 봉사 멘토는 결선 진출 자의 프로젝트를 진행하고 학생들이 실험을 테스트 할뿐만 아니라 대중과 소통 할 수 있도록 준비시킵니다."
Kraves는 과학에서는 연장자의 성공이 있어야만 성공할 수 있다고 덧붙였습니다. 그는 학생들과 멘토들에 대해 “그들은 두 달 동안 함께 일하며 결국 평생의 관계를 형성하게 된다”고 말했다.
우승한 학생에게 Genes in Space 프로그램은 전체 연구 수명 주기를 경험할 수 있는 기회를 제공합니다. 즉, 질문을 공식화하고, 실험을 설계 및 테스트하고, 복잡한 과학적 추구를 사람들이 기본 수준에서 이해할 수 있는 것으로 번역하는 것입니다. "이 아이들은 단지 사실을 수동적으로 받아들이는 것이 아닙니다."라고 Kraves는 말했습니다. “그들은 과학이 작동하는 방식에서 진정한 배우가 됩니다. 그들은 새로운 지식의 생성에 참여합니다.”
Kraves는 콘테스트에 참가하는 아이들의 열정과 지능에 감탄했다고 말했습니다. 그는 특히 직업 학교의 지원자들이 결승전에 진출하여 미국 최고의 고등학교 학생들과 대등한 경쟁을 펼치는 것을 좋아합니다. 그는 Genes in Space 참가자 및 우승자 중 일부로부터 열광하고 영감을 받은 것은 혼자가 아닙니다. 그의 공동 창립자들은 세계에서 가장 창의적이고 영리한 십대들과 함께 일하는 그의 놀라움과 기쁨을 되풀이합니다. 우주정거장에서 학생들의 실험을 수행하는 우주 비행사들조차 감동을 받았습니다.
"우주비행사들은 학생들과 매우 밀접하게 연결되어 있다고 느끼고 때로는 우리를 방문하기도 합니다."라고 성인이 되어서도 우주비행사를 경외심으로 바라보는 것을 자랑스러워하지 않는 Kraves가 말했습니다. "나는 항상 그들이 믿을 수 없을 정도로 숙련된 사람들이기 때문에 도달할 수 없는 사람들이라고 생각했습니다."라고 그는 말했습니다. “그들을 만날 기회가 있었을 때 정말 놀랍습니다.” 그가 웃으며 말했습니다. "STEM 덕후를 위해 Taylor Swift 및 Michael Jordan과 어울리는 것과 같습니다."
2023 Genes in Space 대회는 17월 XNUMX일에 마감됩니다. 대회 참가에는 특수 장비가 필요하지 않으며 무료로 참가할 수 있습니다. 제안서는 개별 학생 또는 쌍으로 제출할 수 있습니다. 모든 제출물은 우주 탐사를 위한 테스트베드로 ISS를 사용해야 합니다. 응용 프로그램은에서 사용할 수 있습니다 www.genesinspace.org.
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