De wetenschap van microbioomanalyse:DNA-detectives pakken de toeleveringsketen aan

Het type forensische technieken dat rechercheurs al lang gebruiken om misdaden op te lossen, kan nu worden gebruikt om de oorsprong van gefabriceerde goederen in de toeleveringsketen te identificeren.

Phylagen is een in San Francisco gevestigd bedrijf voor gegevensanalyse dat een platform heeft ontwikkeld om goederen en materialen terug te traceren naar de boerderij, het magazijn of de fabriek. De tool maakt gebruik van microbiomen, unieke soorten natuurlijk voorkomende microben die over de hele wereld worden gevonden. De genetische informatie die in die microben is gecodeerd, creëert het equivalent van een biologische vingerafdruk.

De technologie kan worden toegepast op een breed scala aan producten, waaronder voedsel, textiel en, misschien wel het belangrijkste, namaakgoederen. Datawetenschappers kunnen tegenwoordig bijvoorbeeld het stof op een sportschoen onderzoeken en met vertrouwen de precieze fabriek bepalen waar het is vervaardigd. Jessica Green, medeoprichter en CEO van Phylagen, zegt:"Het milieumicrobioom is de grootste onaangeboorde dataset ter wereld."

Voordat ze Phylagen oprichtte, was Green professor aan de Universiteit van Oregon, waar ze onderzoek deed naar zowel genetische mapping als microbioomwetenschap. Door die twee disciplines samen te voegen, onderzocht haar lab hoe verschillende soorten micro-organismen, waaronder bacteriën, schimmels en virussen, van plaats tot plaats verschillen.

Andere onderzoekers werkten aan een soortgelijk platform op basis van het onderzoek van stuifmeel. Maar Green en haar team waren in staat om niet alleen het pollengen te sequensen, maar ook andere organismen die het generen.

Het resultaat is een hulpmiddel dat voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt, waaronder het traceren van de oorsprong van besmet voedsel naar de boerderij of verwerkingsfabriek, ervoor zorgen dat materialen worden geproduceerd in geautoriseerde fabrieken, namaak voorkomen en zelfs terrorisme bestrijden.

Wetenschappers voltooiden het in kaart brengen van het menselijk genoom in 2003. Pas onlangs zijn de kosten van DNA-sequencing echter gedaald tot waar het economisch haalbaar is geworden voor dagelijks gebruik door fabrikanten en wereldwijde toeleveringsketens. En de prijs van de technologie blijft vrijwel week na week dalen, zegt Green.

Ook de kosten van de hardware dalen, naarmate het gebruiksgemak verbetert. Toen Green in 2014 Phylagen oprichtte, waren er nog geen handheld sequencers op de markt. Sindsdien is de apparatuur drastisch in omvang gekrompen. Tegelijkertijd hebben de ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie en machine learning de apparaten slimmer en effectiever gemaakt.

Phylagen maakt een microbiële kaart die alle genetische informatie weergeeft die op locaties over de hele wereld is gecodeerd. De lucht in een bepaalde fabriek zal bijvoorbeeld onzichtbare stofdeeltjes bevatten met een uniek profiel. Door het genetische materiaal om te zetten in sequentiegegevens - in wezen een reeks letters die de genetische code van alle levende wezens vormen - genereert Phylagen een natuurlijk voorkomende streepjescode voor elke locatie.

Het genetische materiaal blijft bij het vervaardigde product, zelfs als het naar een distributiecentrum gaat en wordt ingepakt in een verpakking. Voor landbouwproducten die fermentatie ondergaan, past het bedrijf een andere set algoritmen toe die zijn afgeleid van machine learning. Een voedingsproduct kan worden getraceerd naar de boerderij - zelfs een specifiek onderdeel van die boerderij - door het unieke genetische materiaal dat zich in de bodem bevindt te onderzoeken.

Green voorziet ook het gebruik van microbioomanalyses om de aanwezigheid van conflictmineralen - die bijvoorbeeld in delen van de Democratische Republiek Congo worden gewonnen - in vervaardigde producten te bevestigen. Vergelijkbare onderzoeken zouden het gebruik van palmolie afkomstig van niet-duurzame operaties en locaties die betrokken zijn bij mensenrechtenschendingen kunnen identificeren.

Green gelooft dat het gebruik van microbioomanalyses eerdere tragedies had kunnen voorkomen, zoals de ineenstorting van het Rana Plaza-fabriekscomplex in Bangladesh in 2013, waarbij 1.134 werknemers omkwamen en ongeveer 2.500 anderen gewond raakten. De faciliteit opereerde als een niet-geautoriseerde en niet nader genoemde aannemer voor een aantal grote kledingmerken.

Phylagen bevindt zich nog in de vroege stadia van ontwikkeling. In februari kondigde het $ 14 miljoen aan serie A-financiering aan, geleid door verschillende durfkapitaalverstrekkers. Het geld zal worden besteed aan het uitbreiden van de service en microbioomdatabase van het bedrijf, zegt Green.

Phylagen weigerde zijn huidige klanten bekend te maken, maar zegt dat het gaat om "grote Noord-Amerikaanse merken en retailers die momenteel de oplossing van het bedrijf in productielocaties over de hele wereld gebruiken."

In zijn huidige vorm wordt de technologie toegepast op retail- en kledingartikelen. Green ziet een "enorme kans" om samen te werken met merken die investeren in andere markten, waaronder voeding en landbouw. Voorlopig streeft Phylagen er echter naar om zijn toepassingen in verpakte consumentengoederen uit te breiden.

Green ziet verdere waarde in het uiteindelijke vermogen van de technologie om boeren te helpen begrijpen welke soorten microben hun producten aantasten. De informatie kan worden gebruikt om de kwaliteit en veiligheid te verbeteren, zegt ze.

Phylagen is "goed op weg" om een ​​microbioomkaart van de wereld te maken, zegt Green. Naarmate de database zich uitbreidt, verwacht ze dat de technologie aanvullende toepassingen zal vinden in voorspellende risicoanalyse.

"Ik kan geen platform bedenken waar dit niet relevant is", zegt ze.