Tieners-wetenschapslaureaten stellen hun project voor

Lauren Hodge: Als je in een restaurant de gezondere optie wilde, wat zou je dan kiezen: gegrilde of gefrituurde kip? Nu zullen de meeste mensen gegrild antwoorden en het is waar dat gegrilde kip minder vet en calorieën bevat. Maar gegrilde kip heeft een verborgen gevaar. Het verborgen gevaar zijn heterocyclische amines - specifiek phenomethylimidazopyridine, of PhIP - (Gelach) dat een immunogene of kankerverwekkende verbinding is.

Een kankerverwekkende stof is een stof of agent die abnormale groei van cellen veroorzaakt en ze ook doet metastaseren of verspreiden. Het zijn ook organische verbindingen waarin een of meer van de waterstofatomen van ammoniak vervangen zijn door een meer complexe groep. Studies tonen aan dat antioxidanten deze heterocyclische amines doen verminderen. Er bestaan echter nog geen studies die laten zien hoe of waarom. Dit zijn vijf verschillende organisaties die kankerverwekkende stoffen classificeren. Zoals je kunt zien, beschouwt geen van deze organisaties die verbindingen als veilig. Dit rechtvaardigt de noodzaak om ze te verlagen in onze voeding.

Nu vraag je je misschien af waarom een 13-jarig meisje op dit idee zou kunnen komen. Wel, door een reeks gebeurtenissen. Voor het eerst door een rechtszaak waarover ik las in de wachtkamer van mijn arts. (Gelach) Die liep tussen het Dokterscomité voor Verantwoordelijke Geneeskunde en zeven verschillende fastfoodrestaurants. Ze werden niet aangeklaagd wegens kankerverwekkende stoffen in de kip, maar vanwege California's Proposition 65. Daarin werd gesteld dat als er iets gevaarlijks zat in de producten, de bedrijven een duidelijke waarschuwing moesten geven.

Ik was er erg verbaasd over. Ik vroeg me af waarom niemand beter op de hoogte was over de gevaren van gegrilde kip, die op zich niet erg schadelijk lijkt. Maar op een avond was mijn moeder gegrilde kip voor het avondeten aan het klaarmaken. Ik merkte dat de randen van de kip, die in citroensap waren gemarineerd, wit uitsloegen. Later leerde ik in de biologieles dat dat kwam door een proces dat denaturatie werd genoemd. Hierdoor veranderen de eiwitten van vorm en raken ze hun chemische functies kwijt. Ik combineerde deze twee ideeën en ik formuleerde een hypothese: zou het kunnen dat het gehalte aan kankerverwekkende stoffen wordt verlaagd door een marinade en kan dat komen door de verschillen in pH?

Mijn idee was geboren, ik had een project en een hypothese. Wat was mijn volgende stap? Nu nog een lab vinden om eraan te werken. Dat soort apparatuur vond je niet op school. Ik dacht dat het gemakkelijk zou zijn. Ik e-mailde maar zo'n 200 verschillende mensen binnen een straal van vijf uur van waar ik woonde en ik kreeg één positieve reactie dat ze met mij wilden werken. De meeste anderen hebben nooit gereageerd, of zegden dat ze geen tijd of de juiste apparatuur hadden en me niet konden helpen. Het vergde een grote inzet van me om naar het lab te rijden om er meerdere malen te gaan werken. Maar het was een geweldige kans om te werken in een echt lab - dus kon ik eindelijk beginnen met mijn project.

De eerste fase gebeurde thuis. Dat bestond uit het marineren, het grillen, het verzamelen en het voorbereiden van de kip om ze naar het lab te brengen. De tweede fase verliep in het lab van de campus van Penn State University. Ik extraheerde er de stoffen, veranderde de pH zodat ik ze door de apparatuur kon laten bewerken en scheidde de verbindingen die ik nodig had af van de rest van de kip. In de laatste fase werden de monsters door middel van hoge druk geïnjecteerd in de vloeistofchromatografie-massaspectrometer. Die scheidde de verbindingen van elkaar, analyseerde ze en vertelde me precies hoeveel kankerverwekkende stoffen er zaten in mijn kip.

Toen ik de data overliep, kreeg ik zeer verrassende resultaten. Ik vond dat vier van de vijf marinerende ingrediënten de vorming van kankerverwekkende stoffen afremde. In vergelijking met de niet gemarineerde kip, die ik als controle gebruikte, vond ik dat citroensap veruit het beste werkte. Het gaf een daling van kankerverwekkende stoffen met ongeveer 98 procent. De zoute marinade en de marinade met bruine suiker werkten ook zeer goed. Ze verminderden de kankerverwekkende stoffen met ongeveer 60 procent. Olijfolie gaf een lichte daling van PhIP-vorming, maar het was bijna te verwaarlozen. De resultaten met sojasaus waren niet overtuigend vanwege het grote gegevensbereik. Het lijkt erop dat sojasaus in feite het aantal potentieel kankerverwekkende stoffen deed toenemen.

Een andere belangrijke factor die ik aanvankelijk niet in rekening bracht, was de duur van het bakken. Ik vond dat naarmate de baktijd stijgt, de hoeveelheid kankerverwekkende stoffen snel toeneemt. De beste manier om kip te marineren, is dus de kip niet te weinig maar zeker ook niet te lang te bakken en ze zeker niet te laten aanbranden, evenals ze te marineren in hetzij citroensap, bruine suiker of zoutwater.

(Applaus)

Op basis van deze bevindingen, heb ik een vraag voor jullie. Zou je bereid zijn om een eenvoudige aanpassing in je dieet te maken die mogelijk je leven zou kunnen redden? Ik wil niet zeggen dat als je gegrilde kip eet die niet werd gemarineerd, je zeker kanker gaat krijgen en sterven. Maar alles wat je kunt doen om het risico op mogelijke kankerverwekkende stoffen te verminderen kan zeker je kwaliteit van leven doen toenemen.

Is het je de moeite waard? Hoe ga je nu je kip bakken?

(Applaus)

Shree Bose: Hoi iedereen. Ik ben Shree Bose. Ik was winnaar in de leeftijdscategorie van 17 tot 18 jaar en daarna de winnaar van de grote prijs. Ik vraag jullie allemaal je een klein meisje voor te stellen met een dode blauwe spinazieplant in haar hand. Ze staat voor je uit te leggen dat kleine kinderen hun groenten zouden opeten als ze maar een andere kleur zouden hebben. Klinkt belachelijk, niet? Dat was ik, jaren geleden. Dat was mijn eerste wetenschapsproject. Daarna werd het een beetje ingewikkelder. Mijn oudere broer Panaki Bose besteedde uren om mij over atomen te vertellen toen ik nog maar amper iets begreep van elementaire algebra. Mijn ouders hebben nog veel meer afgezien door mijn Science Fair projecten, waaronder een op afstand te bedienen vuilnisbak.

(Gelach)

De zomer na mijn eerste jaar overleed mijn opa aan kanker. Ik herinner me wat mijn familie toen doormaakte en wou dat geen andere familie zo'n verlies nog zou moeten doormaken. Gewapend met alle wijsheid van het eerste jaar biologie, besloot ik dat ik op 15 aan kankeronderzoek wilde gaan doen. Goed plan. Ik verstuurde e-mails naar alle professoren in mijn omgeving om onder hun toezicht in hun lab te mogen werken. Ik werd, op één na, door iedereen afgewezen. De volgende zomer ging ik werken onder leiding van dr. Basu in het UNT Health Center in Fort Worth, Texas. Daar begon het onderzoek.

Van eierstokkanker weten de meeste mensen niet veel af of ze geven er op zijn minst niet veel aandacht aan. Maar toch is het in de Verenigde Staten bij vrouwen de vijfde belangrijkste oorzaak van sterfgevallen door kanker. Sterker nog, één op de 70 vrouwen zal worden gediagnosticeerd met eierstokkanker. Eén op de 100 zal eraan sterven. Chemotherapie, een van de meest effectieve manieren om vandaag de dag kanker te behandelen, vergt het toedienen van hoge doses chemicaliën om kankercellen proberen te doden.

Cisplatine is een relatief veel gebruikt chemotherapiemedicijn tegen eierstokkanker - een relatief eenvoudig in het lab gemaakt molecule dat het DNA van kankercellen overhoop haalt zodat ze zichzelf ombrengen. Klinkt goed, nietwaar? Maar hier is het addertje onder het gras: soms worden patiënten resistent voor het geneesmiddel. Jaren nadat ze kankervrij zijn verklaard, komen ze terug. Maar reageren niet meer op het geneesmiddel. Het is een enorm probleem. In feite is het vandaag een van de grootste problemen met chemotherapie.

We wilden uitzoeken hoe deze eierstokkankercellen resistent werden tegen cisplatine. Als we dit konden uitknobbelen, waren we misschien in staat om dat resistent worden te voorkomen. Dat wilden we doen. We dachten dat het iets te maken had met het eiwit AMP-kinase, een energie-eiwit. We deden een aantal testen om het eiwit te blokkeren en we zagen deze enorme verschuiving. Op de dia kunnen jullie zien dat op onze gevoelige kant, deze cellen op het geneesmiddel reageren. Als we het eiwit gaan blokkeren, zal het aantal stervende cellen - die gekleurde stippen - gaan verminderen. Maar dan aan deze kant, met dezelfde behandeling, zien we hun aantal toenemen - interessant.

Maar wat betekenen die stippen op het scherm? Wat betekenen ze nu precies? In feite betekent het dat dit eiwit verandert van de gevoelige cel naar de resistente cel. Het kan de cellen zelf veranderen en resistent maken. Dat is enorm. In feite betekent dit dat we patiënten die resistent zijn tegen dit geneesmiddel een chemische stof kunnen toedienen die dit eiwit blokkeert. We kunnen hen dan weer behandelen met hetzelfde geneesmiddel. Dat is enorm belangrijk voor de effectiviteit van de chemotherapie - eventueel voor veel verschillende soorten van kanker. Dat was mijn werk en het was mijn manier om de toekomst voor toekomstig onderzoek te herbekijken, door uit te zoeken wat dit eiwit doet, maar ook voor de toekomst van de effectiviteit van chemotherapie. Misschien kunnen we zo alle grootvaders met kanker een beetje meer tijd geven om door te brengen met hun kleinkinderen.

Maar mijn werk ging niet alleen over het onderzoek. Het ging over het vinden van mijn passie. Daarom is de grote winnaar zijn van de Google Global Science Fair - leuke foto, niet? - zo spannend voor mij en zo'n geweldige eer. Sinds die tijd zijn mij een aantal mooie leuke dingen overkomen. Zoals een ontmoeting met de president tot op dit moment waar ik hier met jullie allemaal kan praten.

Maar zoals ik al zei, mijn onderneming ging niet alleen over het doen van onderzoek, het ging ook over het vinden van mijn passie en het waarmaken van mijn eigen mogelijkheden toen ik nog niet eens wist wat ik deed. Het ging over inspiratie, vastberadenheid en nooit opgeven van mijn interesse voor wetenschap, leren en groeien. Mijn verhaal begint met een droge, dorre spinazieplant en het wordt daarna alleen maar beter.

Dank je.

(Applaus)

Naomi Shah: Hoi iedereen. Ik ben Naomi Shah, en vandaag zal ik met jullie praten over mijn onderzoek over luchtkwaliteit en astmatische patiënten. 1,6 miljoen doden wereldwijd. Elke 20 seconden een dode. Mensen besteden meer dan 90 procent van hun leven binnenshuis. De economische last van astma is hoger dan die van HIV en tuberculose samen. Deze statistieken hebben mij erg beïnvloed, maar wat echt mijn interesse voor mijn onderzoek aanwakkerde, was dat mijn vader en mijn broer het hele jaar door lijden aan chronische allergie. Het verwarde me. Waarom bleven deze allergiesymptomen lang na het verstrijken van het pollenseizoen aanhouden?

Met deze vraag in het achterhoofd, begon ik met mijn onderzoek. Ik ontdekte al snel dat de luchtvervuilende stoffen binnenshuis de boosdoener waren. Zodra ik dit besefte, onderzocht ik de onderliggende relatie tussen de vier meest voorkomende luchtverontreinigende stoffen en hun invloed op de gezondheid van de longen van astmapatiënten. In eerste instantie wil ik er alleen maar achter komen welke van deze vier verontreinigende stoffen de grootste negatieve gevolgen hebben op de longgezondheid van astmapatiënten. Maar daarna ontwikkelde ik al snel een nieuw wiskundig model dat het effect van deze milieuverontreinigende stoffen op de longgezondheid van astmapatiënten kwantificeert. Het verbaast me dat er op dit moment geen model bestaat dat het effect van omgevingsfactoren op de menselijke gezondheid van de longen kwantificeert, terwijl die relatie toch zo belangrijk lijkt.

Met dat in gedachten zette ik mijn onderzoek verder en werd ik heel gepassioneerd. Omdat ik besefte dat als we een manier zouden vinden om het saneren beter aan te pakken, we ook een manier kunnen vinden om de behandeling van astmatische patiënten efficiënter te maken. Vluchtige organische stoffen zijn verontreinigende stoffen die in onze scholen, huizen en werkplaatsen worden aangetroffen. Ze zitten overal. Deze chemicaliën zijn op dit moment geen criterium voor luchtverontreiniging, zoals gedefinieerd door de U. S. Clean Air Act. Dat verbaast me omdat ik door middel van mijn onderzoek heb laten zien dat deze chemicaliën een zeer nadelige invloed hebben op de gezondheid van de longen van astmapatiënten en dus moeten worden gereguleerd.

Vandaag wil ik jullie mijn interactieve softwaremodel tonen. Op mijn laptop. Ik heb een vrijwilligster in het publiek: Julie. Alle gegevens van Julie zijn vooraf in mijn interactieve softwaremodel ingevoerd. Dit kan door iedereen worden gebruikt. Stel je voor dat je Julie bent of iemand die je erg na is en die lijdt aan astma of een andere longaandoening. Julie gaat naar het kabinet van haar arts om behandeld te worden voor haar astma. De dokter laat haar plaatsnemen, meet haar piek-uitademingssnelheid - de maximale snelheid waarmee ze uitademt of de hoeveelheid lucht die ze in één adem kan uitademen.

Die piekstroomsnelheid heb ik in het interactieve softwaremodel ingevoerd. Ook haar leeftijd, geslacht en lengte. Ik ging ervan uit dat ze in een gemiddeld huishouden leeft met gemiddelde niveaus van luchtverontreiniging. Elke gebruiker hier kan op "longfunctierapport" klikken en mijn verslag bekijken. Dit verslag houdt de kern van mijn onderzoek in.

Let even op die bovenste grafiek in de rechterbovenhoek. Ze toont Julies maximum-uitademingsdebiet in de gele balk. De meting uit het kabinet van haar arts. De blauwe balk aan de onderkant van de grafiek toont haar piekstroomsnelheid, wat haar uitademingssnelheid of longgezondheid zou moeten zijn uitgaande van haar leeftijd, geslacht en lengte. De dokter ziet dit verschil tussen de gele balk en de blauwe balk en zegt: "Hola, we moeten haar steroïden, medicatie en inhalators gaan geven."

Maar ik wil dat iedereen hier zich een wereld voorstelt waar in plaats van het voorschrijven van steroïden, inhalators en medicatie, de dokter zich tot Julie wendt en zegt: "Waarom ga je niet naar huis je luchtfilters reinigen. Reinig de luchtkanalen in je huis, werkplek of school. Stop met het gebruik van wierook en kaarsen. Als je je huis opnieuw inricht, neem dan alle vloerbedekking eruit en plaats hardhouten vloeren." Deze oplossingen zijn natuurlijk, duurzaam, en langetermijninvesteringen. Langetermijninvesteringen voor onze generatie en voor toekomstige generaties. Omdat de milieu-oplossingen van Julie in haar huis, werk en school op iedereen om haar heen hun impact hebben.

Ik ben erg enthousiast over dit onderzoek en ik wil het verder zetten en uitbreiden naar andere aandoeningen dan astma, naar meer aandoeningen aan de luchtwegen, maar ook naar meer verontreinigende stoffen. Voordat ik mijn toespraak vandaag beëindig, ga ik jullie nog een spreekwoord vertellen: "Genetica laadt het pistool, maar de omgeving haalt de trekker over." Dat maakte een enorme indruk op me toen ik dit onderzoek deed. Want ik heb de indruk dat velen van ons denken dat het milieu iets op macroniveau is, dat we niets kunnen doen om onze luchtkwaliteit te veranderen, om het klimaat of wat dan ook te veranderen.

Maar als ieder van ons het initiatief neemt in eigen huis, in eigen school en werkplaats, kunnen we een enorm verschil maken in luchtkwaliteit. Want vergeet niet dat we 90 procent van ons leven binnenshuis doorbrengen. Luchtkwaliteit en luchtverontreinigende stoffen hebben een enorme impact op de gezondheid van de longen van astmapatiënten, op iedereen met een respiratoire aandoening en op echt ieder van ons in het algemeen.

Stel je een wereld voor met een betere luchtkwaliteit, betere kwaliteit van leven en een betere kwaliteit van leven voor iedereen met inbegrip van onze toekomstige generaties.

Dank je.

(Applaus)

Lisa Ling: Dat was het. Kunnen Shree en Lauren even heel snel naar hier komen? De Google-Science-Fairkampioenen. De winnaars.

(Applaus)