General, Research, Technology

Вчені створили «живих» нанороботів з клітин африканської жаби

У січні 2020 року дослідники з УніверситетуТафтса і Університету Вермонта розробили метод створення крихітних біологічних машин з яєць африканської пазуристої жаби Xenopus laevis. Прозвані ксеноботамі в честь своїх тварин предків ці «живі» машини могли пересуватися самостійно, штовхати предмети і навіть об'єднуватися в рої. Примітно, що для їх створення вчені використовували еволюційний алгоритм, що працює на суперкомп'ютері. З його допомогою команда змогла протестувати тисячі потенційних конструкцій, що складаються з різних конфігурацій клітин, так що ніякої вам генної інженерії. Але саме приголомшливе, мабуть, полягає в тому, що через рік та ж команда випустила нову версію ксеноботов, які не тільки стали швидше, сильніше і більш здібні, ніж будь-коли, але навіть збирають власні тіла з окремих клітин.

З клітин жаб'ячої шкіри був створений мікроскопічний живий робот, здатний зцілювати і живити себе.

Як з'явилися ксеноботи?

Отже, ксеноботи - це синтетичні організми,які автоматично створюються комп'ютерами для виконання заздалегідь визначених завдань і будуються шляхом об'єднання різних біологічних тканин. Вперше світ почув про них на початку 2020 року, але з огляду на виявлення коронавируса SARS-CoV-2, на той момент новина не отримала належної уваги. Але саме тоді тонка грань між твариною і машиною стала розмитою.

Створення перших живих роботів - новина зрозряду наукової фантастики. Судіть самі - ці крихітні машини могли виконувати безліч завдань і дій, включаючи переміщення себе і інших об'єктів навколо і демонстрацію колективної поведінки в складі рою таких роботів (що є неймовірно складним завданням).

На сьогоднішній день створення механізму, що виконує завданняпід керуванням штучного інтелекту не є чимось новим. До того ж, вчені давно навчилися перебудовувати існуючі організми, змінюючи їх характеристики, форму або структуру. Так що все було б дуже здорово, якби не одне «але» - всі живі організми демонструють стійкість до будь-якого втручання ззовні, націлений на зміну їх поведінки.

Матеріали, традиційно застосовуються в робототехніці прості у виготовленні і впровадженні; наприклад, метал завжди можна розплавити, заточити або перекувати - на відміну від живих істот.

На щастя, існують ембріональні клітини,які мають по-справжньому дивовижні властивості: вони здатні до самоорганізації, регенерації тканин і процесів розвитку (в залежності від ситуації). Грамотні маніпуляції з ембріональними клітинами можуть допомогти вченим у створенні нових форм життя - яким би дивним нам це не здавалося.

Це цікаво: Історія робототехніки: як виглядали найперші роботи?

Як пишуть автори дослідження, опублікованого вжурналі Science Robotics, для створення ксеноботов вони взяли стовбурові клітини з ембріонів жаб і дозволили їм вирости в скупчення з кількох тисяч клітин, які називаються сфероїді. Через кілька днів стовбурові клітини перетворилися в клітини шкіри, покриті маленькими волоскоподобнимі виступами, званими віями, які звиваються взад і вперед.

Зазвичай ці структури використовуються дляпоширення слизу по шкірі жаби. Але у відриві від свого звичайного контексту вони взяли на себе функцію, більш схожу на ту, що спостерігається у мікроорганізмів, які використовують вії для переміщення, діючи як крихітні весла.

Тривалість життя подібних мікроботів на основі клітин становить від десяти до 14 днів. Вони можуть плавати і ходити завдяки структурам, що нагадує волоски.

«Ми спостерігаємо чудову пластичністьклітинних колективів, які будують рудиментарні нове «тіло». Воно сильно відрізняється від їх стандартного - в даному випадку жаби - не дивлячись на наявність абсолютно нормального генома », - пишуть автори роботи в прес-релізі дослідження.

Дослідники відзначають, що цей процес невідрізняється від звичайного способу створення робота, просто для його створення використовується біологічну тканину. «У якомусь сенсі ксеноботи влаштовані так само, як і звичайні роботи, тільки ми використовуємо клітини і тканини, а не штучні компоненти, щоб побудувати форму і створити передбачувана поведінка», - пишуть автори наукової роботи.

Вам буде цікаво: Навіщо іспанські вчені працюють над створенням химери людини і мавпи в Китаї?

Ксеноботи 2.0

Так як будувати кожного окремого ксеноботавручну заняття явно стомлююче, команда розробила новий підхід, який працює від низу до верху, змушуючи ксеноботов самостійно збирати свої тіла з окремих клітин. Цей підхід більш масштабований, а нові ксеноботи не тільки швидше, живуть довше і мають рудиментарную пам'ять, але і краще справляються зі спільною роботою.

І хоча форма і функції ксеноботов були досягнутібез будь-якої генної інженерії, в додатковому експерименті команда ввела їм РНК, яка змусила їх виробляти флуоресцентний білок. Це, на думку вчених, є доказом того, що ксеноботи можуть володіти молекулярної пам'яттю. Але навіщо взагалі комусь знадобилося створювати щось подібне?

У загальному і цілому, як відзначають дослідники, процеси, які допомагають формувати ксеноботов, можуть розповісти нам як сформувалися Homo sapiens.

По-перше, роботи, зроблені зі стовбурових клітин,повністю біорозкладністю і здатні до самовідновлення за все за п'ять хвилин (якщо їх розрізати), по-друге вони можуть скористатися здатністю клітин обробляти всі види хімічних речовин. А значить, ксеноботам можна знайти застосування в усьому - від терапії до екологічної інженерії.

Хочете завжди бути в курсі останніх новин зі світу високих технологій та популярної науки? Підписуйтесь на наш новинний канал в Telegram щоб не отримати нічого цікавого!

Вчені, в свою чергу, сподіваються використовувати їх,щоб краще зрозуміти процеси, які дозволяють окремим клітинам об'єднуватися і працювати разом. Ксеноботи можуть допомогти пролити світло на те, як саме клітини - такі, як ті, що становлять людське тіло - збираються разом, щоб сформувати єдиний організм, який працює як система.

«З точки зору біології, цей підхід допомагаєнам зрозуміти, як клітини спілкуються, коли вони взаємодіють один з одним під час розвитку, і як ми можемо краще контролювати ці взаємодії »- пишуть творці ксеноботов. Як то кажуть, the future is here.