Świat po raz pierwszy usłyszał o ksenobotach na początku 2020 roku. W czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS) czterech naukowców opisało swój wynalazek – pierwsze na świecie „roboty” skonstruowane w całości z żywych komórek.

Do budowy ksenobotów posłużyły komórki afrykańskich żab szponiastych Xenopus laevis, od których zresztą żywe roboty wzięły swoją nazwę. Badacze pobrali komórki macierzyste żaby, a następnie z pomocą bioinżynierii zbudowali z nich zupełnie nowy organizm.

Ksenoboty nie są ani tradycyjnymi robotami, ani żadnym znanym gatunkiem zwierząt. To nowa klasa: żywy, programowalny organizm – mówił wówczas jeden ze współautorów badania, robotyk Joshua Bongard z Uniwersytetu w Vermont.

Teraz Bongard i jego współpracownicy dokonali kolejnego przełomu w badaniach nad ksenobotami – dali im zdolność do samoreplikacji, czyli tworzenia własnych kopii.

Ksenoboty zdolne do samoreplikacji

W przypadku ksenobotów do samoreplikacji nie dochodzi w sposób, jaki zwykle obserwujemy w naturze np. w przypadku wirusów. Mechanizm namnażania ksenobotów jest zupełnie nowy i opiera się na „luźnych komórkach”.

Naukowcy odkryli, że jeśli w naczyniu laboratoryjnym umieszczą blisko siebie pewną liczbę ksenobotów (musi być ich wystarczająco dużo, aby odpowiednio zapełnić naczynie), to w roztworze, w którym pływają boty, zaczną gromadzić się luźne komórki. Gdy w jednym miejscu uzbiera się spora grupa komórek, łączą się one w pewien rodzaj potomstwa ksenobota – nowy mikroorganizm zdolny do samodzielnego poruszania się.

Autorzy badania twierdzą, że do powstania nowego ksenobota potrzebnych jest około 50 luźnych komórek. Wykazano, że „młode ksenoboty” także są zdolne do samoreplikacji, co w teorii może oznaczać, że są one zdolne do ciągłego namnażania się.

Takie zjawisko, zwane spontaniczną samoreplikacją kinematyczną, było wcześniej obserwowane w innych modelach molekularnych, ale nigdy wcześniej w żywych systemach wielokomórkowych, takich jak ksenoboty.

Roboty z żywych komórek będą dostarczać leki

Celem badań nad ksenobotami jest stworzenie „organicznych robotów”, które w przyszłości mogłyby np. transportować leki wewnątrz organizmu pacjenta. Naukowcy chcą więc uzyskać mikroorganizm zdolny do poruszania się, ale nie posiadający innych cech charakterystycznych dla żywych organizmów, które mogłyby mieć negatywny wpływ na zdrowie ludzi.

W zaprojektowaniu ksenobotów pomógł badaczom superkomputer, który przeanalizował struktury i funkcje komórek żaby i podpowiedział, z jakich typów komórek skonstruować robota. Komputerową symulację urzeczywistniono w laboratorium i tak powstały ksenoboty zbudowane z komórek skóry (stanowiących szkielet konstrukcji) i komórek mięśnia sercowego.

Pierwsze ksenoboty miały mniej niż 1 milimetr szerokości i nie były w stanie się replikować, a ich żywotność nie przekraczała siedmiu dni. Poruszały się dzięki zastosowaniu komórek serca, które rytmicznie się kurczą i rozkurczają, działając jak mały silniczek. W ramach nowego eksperymentu powstały ksenoboty o innym niż wcześniej kształcie i właściwościach. Nie tylko wykazały zdolność do samoreplikacji, lecz także poruszały się dzięki innemu mechanizmowi, a konkretnie rzęskom, które wykształciły komórki skóry.

Autorzy przyznają, że to dopiero początek badań nad ksenobotami. Symulacje komputerowe dostarczyły wielu ciekawych modeli botów, które naukowcy będą chcieli przetestować, w tym ksenoboty posiadających specjalną „kieszonkę”, którą można wykorzystać do transportu leków. Jednak największym wyzwaniem wciąż pozostaje odkrycie, jak sterować ruchem ksenobotów i skłonić je, by podążały do wyznaczonego celu.


Źródło: PNAS.