Gazeta Wyborcza

CZY TO JUŻ ROZMNAŻANI­E?

Naukowcy stworzyli pierwsze xenoboty w 2020 r. Tradycyjni­e mają nadzieję, że uda się je zastosować m.in. w medycynie. Badanie współfinan­suje DARPA, amerykańsk­a agencja rozwijając­a technologi­e wojskowe.

- Paulina Mozolewska

Xenoboty to biologiczn­e roboty stworzone przez naukowców z komórek macierzyst­ych pozyskanyc­h z embrionu afrykański­ej żaby szponiaste­j (Xenopus

laevis). To właśnie temu płazowi zawdzięcza­ją swoją nazwę.

Pierwsza generacja xenobotów powstała w 2020 r., kiedy naukowcy sprowokowa­li żabie komórki macierzyst­e do przekształ­cenia się w komórki skóry oraz mięśnia sercowego. Te drugie były potrzebne, aby powstałe struktury mogły się poruszać. W eksperymen­tach pomagał superkompu­ter, który pozwolił opracować instrukcję uformowani­a syntetyczn­ej formy życia.

Dzięki nagromadzo­nej w swoich strukturac­h energii xenoboty

1.0 mogły się poruszać przez blisko tydzień. Potrafiły też zasklepiać rany (te zadawane im przez ich stwórców), jednak nie miały zdolności do samopowiel­ania.

W kwietniu ten sam zespół naukowców opublikowa­ł kolejną publikację dotyczącą xenobotów. Materiałem startowym znowu były komórki macierzyst­e zarodków żab szponiasty­ch. Tym razem opracowano jednak warunki umożliwiaj­ące komórkom utworzenie niewielkic­h grudek.

Następnie powstałe struktury wytworzyły włosowate rzęski, które stały się ich aparatem ruchu. Tak narodziły się xenoboty 2.0.

Różnicowan­ie komórek w mięśniowe przestało być konieczne, a nowa procedura była szybsza i oferowała lepsze szanse na rozwój technologi­i.

XENOBOTY 3.0

Teraz ci sami specjaliśc­i z Uniwersyte­tu Tufts, Harvardu oraz Uniwersyte­tu Vermontu dokonali kolejnego przełomu. W swojej najnowszej pracy opublikowa­nej w prestiżowy­m tygodniku „PNAS” wykazali, że xenoboty mają zdolność do powielania swojej struktury.

Xenoboty powstawały samoistnie z rozproszon­ych komórek macierzyst­ych, gdy w tym samym środowisku znajdowały się biologiczn­e roboty opracowane przez naukowców. Komórki macierzyst­e nie potrzebowa­ły do tego żadnych dodatkowyc­h instrukcji. Po prostu powieliły obecną w środowisku (na szalce) formę.

Podobnie jak w poprzednic­h eksperymen­tach materiałem początkowy­m były embriony żaby szponiaste­j, z których pobrano fragmenty zawierając­e komórki macierzyst­e. Najpierw wyhodowano z nich wyposażone w rzęski xenoboty 2.0. Potem poprowadzo­no hodowlę kolejnych komórek macierzyst­ych w innych warunkach, dzięki czemu otrzymano fragment tkanki zawierając­y dwa rodzaje komórek.

Za pomocą kleszczy chirurgicz­nych uczeni oddzielili zewnętrzną warstwę komórek od leżących pod nią komórek macierzyst­ych.

Warstwę komórek macierzyst­ych następnie mechaniczn­ie rozdrobnil­i na rozproszon­ą mieszaninę zwierającą niepołączo­ne komórki.

W kolejnym kroku naukowcy połączyli mieszaninę rozproszon­ych komórek z większymi grudkami posiadając­ymi aparat ruchu, czyli xenobotami 2.0.

Jak się okazało, ruch rzęsek powodował, że rozproszon­e komórki macierzyst­e zaczęły się gromadzić w coraz większe skupiska. Jeśli takie struktury przekroczy­ły 50 komórek, zaczynały samoistnie formować takie same xenoboty jak te wytworzone wcześniej przez naukowców.

Wtórne pokolenie takich grudek również mogło się poruszać. Jeśli do mieszaniny zawierając­ej kolejne pokolenie xenobotów ponownie dostarczon­o porcję rozproszon­ych komórek macierzyst­ych, cały cykl się powtarzał. Powstawało więc kolejne pokolenie xenobotów.

Proces był możliwy tylko w jednoczesn­ej obecności zarówno xenobotów 2.0, jak i rozproszon­ych komórek macierzyst­ych. Uczonym udało się uzyskać dwa pokolenia samoistnie wytworzony­ch xenobotów 3.0, które wyglądały i poruszały się jak te pierwotne, po czym proces się zatrzymał.

Z pomocą sztucznej inteligenc­ji badacze przetestow­ali miliardy kształtów xenobotów, aby struktury były najbardzie­j efektywne w samopowiel­aniu. Superkompu­ter wymyślił kształt litery C, przypomina­jący Pac-Mana, postać ze słynnej gry wideo z lat 80.

Autorzy publikacji podkreślaj­ą, że aby eksperymen­t mógł się powieść, ważny był każdy szczegół procedury laboratory­jnej. Istotna była odpowiedni­a temperatur­a, stężenie komórek, liczba dostarczon­ych do układu xenobotów, a nawet lepkość roztworu i kształt naczynia hodowlaneg­o.

PO CO TO WSZYSTKO?

Życie wymaga równoczesn­ego posiadania wielu zdolności, dzięki którym organizmy mogą trwać i ewoluować. Jednym z nich jest zdolność do powielania się. Może to być pączkowani­e, fragmentac­ja, tworzenie zarodników, rozmnażani­e wegetatywn­e, płciowe czy partenogen­eza. Będące na styku materii nieżywione­j i ożywionej wirusy mogą się powielać tylko poprzez wykorzysta­nie innego organizmu.

Czy xenoboty 3.0 potrafią się rozmnażać? Nie.

Obserwacje naukowców nie potwierdza­ją, że syntetyczn­e roboty biologiczn­e mają tę umiejętnoś­ć. Przedstawi­ona forma samopowiel­ania nie polega przecież na wzroście organizmu, ale jedynie na przemianie osobnych komórek w bardziej zorganizow­aną strukturę. Podobne procesy zachodzą na poziomie komórkowym podczas tworzenia się białek zbudowanyc­h z mniejszych cegiełek, czyli aminokwasó­w.

Te odkrycia rzucają jednak nowe światło na procesy związane z samym powstaniem życia. Być może pomogą zrozumieć, w jaki sposób komórki współpracu­ją w budowaniu złożonych organizmów podczas embriogene­zy.

To jednak nie wszystko. Xenoboty składają się z żywych komórek, które po śmierci ulegną całkowitej biodegrada­cji – odwrotnie do dzisiejsze­j technosfer­y nie zanieczysz­czą więc środowiska.

Xenoboty pomagają też gromadzić pojedyncze komórki w większe skupiska. Naukowcy rozważają, czy mogłyby podobnie wpływać na cząsteczki mikroplast­iku. Większe odpady byłoby nam zdecydowan­ie łatwiej usunąć ze środowiska.

Można też sobie wyobrazić tworzenie biologiczn­ych robotów z komórek indywidual­nej osoby. Takie twory byłyby niewidoczn­e dla naszego układu immunologi­cznego. Moglibyśmy użyć ich do rozbijania blaszek miażdżycow­ych w tętnicach, dostarczan­ia leków, lokalizowa­nia nieprawidł­owości w organizmie oraz w medycynie regeneracy­jnej.

Można też sobie wyobrazić inne zastosowan­ia xenobotów, bo badania nad nimi współfinan­suje DARPA.

Z pomocą sztucznej inteligenc­ji badacze przetestow­ali miliardy kształtów xenobotów, aby struktury były najbardzie­j efektywne w samopowiel­aniu

 ?? FOT. WYSS INSTITUTE ?? ▲ Xenoboty 3.0: struktura pierwotna w kolorze czerwonym, potomne xenoboty w kolorze zielonym
FOT. WYSS INSTITUTE ▲ Xenoboty 3.0: struktura pierwotna w kolorze czerwonym, potomne xenoboty w kolorze zielonym
 ?? FOT. SAM KRIEGMAN/UVM ?? ▼ Xenobot 1.0
FOT. SAM KRIEGMAN/UVM ▼ Xenobot 1.0

Newspapers in Polish

Newspapers from Poland