Prošle je godine tim biologa i informatičara sa Sveučilišta Tufts i Sveučilišta Vermont (UVM) stvorio nove, malene samoizlječive biološke strojeve od žabljih stanica nazvane "Xenobots" koji bi se mogli kretati, gurati korisni teret, pa čak i izlagati kolektivno ponašanje u nazočnosti roja drugih ksenobota.

Izrađeni "odozdo prema gore"

Isti je tim sada stvorio oblike života koji samostalno sastavljaju tijelo od pojedinačnih stanica, ne zahtijevaju mišićne stanice za kretanje i demonstriraju sposobnost pamćenja. Xenoboti nove generacije također se brže kreću, snalaze se u različitim okruženjima i imaju duži životni vijek od prvog izdanja, a još uvijek imaju mogućnost zajedničkog rada u skupinama i liječenja ako su oštećeni. 

U usporedbi s Xenobots 1.0, u kojem su milimetarski automati konstruirani u pristupu "od vrha prema dolje" ručnim postavljanjem tkiva i kirurškim oblikovanjem kože žabe i srčanih stanica, nova generacija ksenobota izrađena je principom "odozdo prema gore". Biolozi su uzeli matične stanice iz zametaka afričke žabe Xenopus laevis i dopustili im da se samostalno okupe i izrastu u sferoide. 

Neke su se stanice nakon nekoliko dana diferencirale kako bi stvorile treplje, sitne dlakave izbočine koje se pomiču naprijed-natrag ili rotiraju na određeni način. Umjesto ručno isklesanih srčanih stanica čije su prirodne ritmičke kontrakcije izvornim ksenobotima omogućavale da se vrte, treplje novim sferoidnim ksenobotima daju "noge" pomoću kojih se brzo premještaju po površini. 

Simuliranje modela u superračunalu

Ovi ksenoboti su konstruirani poput tradicionalnih robota, jedino što su se za izgradnju oblika i stvaranje predvidljivog ponašanja umjesto umjetnih komponenti koristile stanice i tkiva. A dok su znanstvenici iz Tuftsa stvarali fizičke organizme, njihove kolege iz UVM-a računalnim su simulacijama modelirali različite oblike ksenobota kako bi provjerili mogu li se različito ponašati, kako pojedinačno, tako i u skupinama. 

Koristeći Deep Green superračunalo simulirali su ksenbote pod stotinama tisuća slučajnih uvjeta okoliša, koristeći evolucijski algoritam. Njihova je želja ksenobote nagnati da rade korisne poslove. Trenutno im zadaju jednostavne zadatke, ali krajnji im je cilj stvoriti novu vrstu živog alata koji bi mogao čistiti mikroplastiku iz oceana ili onečišćenja u tlu. 

Pokazalo se kako su novi ksenoboti puno brži i bolji u zadacima poput odvoza smeća od lanjskog modela. Radeći u roju prolazili su kroz Petrijevu posudu i skupljali čestice željeznog oksida. Također, mogli su prekriti velike ravne površine ili putovati kroz uske kapilare. U budućnosti bi mogli izvoditi i složenija ponašanja, poput bilježenja podataka.

Sposobni čitati i pisati

Znanstvenici su konstruirali ksenobote sa sposobnošću čitanja i pisanja kako bi zabilježili dio informacija, koristeći fluorescentni protein EosFP. Stanicama embrija žabe ubrizgana je glasnička RNK koja kodira protein prije nego što su matične stanice izrezane kako bi se stvorili ksenoboti. Zreli ksenoboti sada imaju ugrađeni fluorescentni prekidač koji može zabilježiti izloženost svjetlu.  

Ovaj dokaz principa molekularne memorije mogao bi se proširiti kako bi se otkrila i zabilježila ne samo svjetlost, već i prisutnost radioaktivne kontaminacije, kemijskih zagađivača, lijekova ili bolesti. Daljnjim inženjeringom memorijske funkcije moglo bi se omogućiti i snimanje višestrukih podražaja (više bitova informacija) ili omogućiti botovima da oslobađaju spojeve ili mijenjaju ponašanje nakon podražaja.

Uz to, novi ksenoboti bili su izuzetno vješti u zacjeljivanju i u pet minuta uspijevali su zatvorili većinu razderotina na pola njihove debljine. Svi ozlijeđeni botovi uspjeli su na kraju izliječiti ranu, vratiti svoj oblik i nastaviti svoj posao kao da se ništa nije dogodilo. 

Regenerativna medicina iliječenje raka

Biološki roboti imaju još jednu prednost: za razliku od metala i plastike, stanice u biološkom robotu mogu apsorbirati i razgraditi kemikalije i raditi poput sićušnih tvornica koje sintetiziraju i izlučuju kemikalije i proteine. Čitavo područje sintetske biologije, koje se uglavnom usredotočilo na reprogramiranje jednostaničnih organizama kako bi proizveli korisne molekule, sada se može iskoristiti u tim višestaničnim bićima.

Krajnji cilj istraživača s Tuftsa i UVM-a nije samo istražiti puni opseg bioloških robota; oni žele razumjeti odnos između "hardvera" genoma i "softvera" staničnih komunikacija koji ulaze u stvaranje organiziranih tkiva, organa i udova. Kad se to shvati, onda će se moći steći i veća kontrola nad tom morfogenezom i ta saznanja iskoristiti u regenerativnoj medicini i liječenju raka i bolesti starenja.