Ζωντανές μηχανές: Επιστήμονες δημιούργησαν ζωντανά, βιολογικά ρομπότ
uvm.edu
Ζωντανά κύτταρα, που είχαν προέλθει από έμβρυα βατράχων, χρησιμοποίησαν επιστήμονες στις ΗΠΑ, προκειμένου να συναρμολογήσουν νέες μορφές ζωής- ζωντανές μηχανές/ ρομπότ.
Τα αποκαλούμενα «xenobots», πλάτους χιλιοστών, έχουν τη δυνατότητα να κινηθούν προς στόχους, ενδεχομένως να πάρουν φορτία (πχ φάρμακα που πρέπει να χορηγηθούν σε συγκεκριμένα σημεία εντός του σώματος ενός ασθενούς) και μπορούν να αυτοθεραπεύονται εάν υποστούν ζημιές.
«Πρόκειται για πρωτοποριακές ζωντανές μηχανές» είπε ο Τζόσουα Μπόνγκαρντ, επιτήμονας υπολογιστών και ειδικός ρομποτικής στο University of Vermont, που ήταν ένας εκ των επικεφαλής της έρευνας. «Δεν είναι ούτε παραδοσιακά ρομπότ ούτε κάποιο γνωστό είδος ζώου. Είναι ένα νέο είδος αντικειμένου: Ένας ζωντανός, προγραμματιζόμενος οργανισμός».
Τα νέα αυτά πλάσματα σχεδιάστηκαν με υπερυπολογιστή στο UVM και μετά συναρμολογήθηκαν και δοκιμάστηκαν από βιολόγους στο Tufts University. «Μπορούμε να φανταστούμε πολλές χρήσιμες εφαρμογές αυτών των ζωντανών ρομπότ που δεν είναι δυνατές για άλλες μηχανές» είπε ο Μάικλ Λεβίν, άλλος ένας των επικεφαλής της έρευνας, που ηγείται του Center for Regenerative and Developmental Biology στο Tufts. Μεταξύ αυτών είναι η αναζήτηση επικίνδυνης ραδιενεργής μόλυνσης, η συλλογή μικροπλαστικών στους ωκεανούς και οι έρευνες σε αρτηρίες για ασθένειες.
Τα αποτελέσματα της νέας έρευνας δημοσιεύτηκαν στις 13 Ιανουαρίου στο Proceedings of the National Academy of Sciences.
Οι άνθρωποι «πειράζουν» ζωντανούς οργανισμούς προς όφελός τους από αρχαιοτάτων χρόνων, ενώ το αποκαλούμενο «gene editing» χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια, με τεχνητούς οργανισμούς που αντιγράφουν τις μορφές γνωστών ζώων να έχουν δημιουργηθεί από επιστήμονες. Ωστόσο, όπως υποστηρίζεται σε ανακοίνωση του UVM, στο πλαίσιο αυτής της έρευνας σχεδιάστηκαν για πρώτη φορά «εξολοκλήρου πλήρως βιολογικές μηχανές».
Η ομάδα των ερευνητών αξιοποίησε τις δυνατότητες του υπερυπολογιστή Deep Green, χρησιμοποιώντας έναν εξελικτικό αλγόριθμο για τη δημιουργία χιλιάδων υποψηφίων σχεδίων για τις νέες μορφές ζωής. Επιχειρώντας να πραγματοποιήσει αυτό που του ανατέθηκε από τους επιστήμονες, ο υπολογιστής επανασυρμολογούσε ξανά και ξανά μερικές εκατοντάδες εικονικά κύτταρα σε πολλές μορφές και σχήματα. Καθώς τα προγράμματα «έτρεχαν», με βάση βασικούς κανόνες βιοφυσικής σχετικά με το τι μπορεί να γίνει με κύτταρα δέρματος και καρδιάς βατράχου, διατηρήθηκαν οι πιο επιτυχημένοι εικονικοί οργανισμοί- και εξελίχθηκαν. Ακολούθως η ομάδα στο Tufts έκανε τα σχέδια αυτά πραγματικότητα.
Πρώτα συνέλεξαν βλαστοκύτταρα από τα έμβρυα αφρικανικών βατράχων (Xenopus laevis- εξ ου και το όνομα, xenobots). Αυτά διαχωρίστηκαν σε μεμονωμένα κύτταρα και αφέθηκαν να εκκολαφθούν. Στη συνέχεια διαχωρίστηκαν και ενώθηκαν/ συναρμολογήθηκαν σύμφωνα με τα σχέδια που είχε δώσει ο υπολογιστής. Οι μορφές αυτές δεν είχαν υπάρξει ξανά στη φύση, ωστόσο τα κύτταρα άρχισαν να συνεργάζονται μεταξύ τους και να λειτουργούν.
Τα κύτταρα του δέρματος χρησιμοποίησαν μια πιο παθητική αρχιτεκτονική, ενώ οι συστολές των κυττάρων καρδιακών μυών χρησιμοποιήθηκαν για την πρόκληση κίνησης προς τα εμπρός, επιτρέποντας στα ρομπότ αυτά να κινούνται μόνα τους.
Οι οργανισμοί αυτοί ήταν σε θέση να κινούνται με τακτικό τρόπο και να εξερευνούν το περιβάλλον τους για ημέρες ή εβδομάδες. Μεταγενέστερα τεστ έδειξαν πως ομάδες xenobots μπορούσαν να κινούνται σε κύκλους, λειτουργώντας συλλογικά. Άλλα σχεδιάστηκαν με τρύπα στο κέντρο, για σκοπούς καλύτερης κίνησης. Σε κάποιες προσομοιώσεις οι επιστήμονες ήταν σε θέση να μετατρέψουν την τρύπα σε «μάρσιπο» για τη μεταφορά αντικειμένων. Κατά τον Μπόνγκαρντ, αυτό είναι μια σημαντική εξέλιξη όσον αφορά στη χρήση σχεδιασμένων από υπολογιστές οργανισμών για ανεξάρτητη χορήγηση φαρμάκων.
Οι περισσότερες γνωστές τεχνολογίες χρησιμοποιούν υλικά όπως μέταλλα, τσιμέντο, πλαστικό κ.α. Αυτό τις καθιστά ανθεκτικές, ωστόσο δημιουργεί προβλήματα μόλυνσης και υγείας. «Το μειονέκτημα του ζωντανού ιστού είναι πως αδύναμος και υποβαθμίζεται» είπε ο Μπόνγκαρντ. «Για αυτό χρησιμοποιούμε ατσάλι. Αλλά οι οργανισμοί έχουν 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια εξάσκησης ως προς το να αναγεννιούνται και να συνεχίζουν για δεκαετίες». Επίσης, όταν πεθαίνουν, αποσυντίθενται χωρίς να δημιουργούν προβλήματα. «Αυτά τα xenobots είναι πλήρως βιοδιασπώμενα» είπε ο Μπόνγκαρντ. «Όταν τελειώνουν τη δουλειά τους μετά από επτά ημέρες, είναι απλά νεκρά κύτταρα δέρματος».
Επίσης, μπορούν να αυτοεπισκευάζονται: «Κόψαμε το ρομπότ σχεδόν στη μέση, και “μπαλώνεται” και συνεχίζει. Αυτό είναι κάτι που δεν μπορείς να κάνεις με συμβατικές μηχανές» συμπλήρωσε.
Όσον αφορά στο τι ακριβώς είναι αυτά τα πλάσματα, ο Λεβίν σημείωσε πως «κοιτάς τα κύτταρα με τα οποία φτιάχνουμε τα xenobots μας και, από άποψης γονιδιώματος, είναι βάτραχοι. Είναι 100% DNA βατράχων. Αλλά δεν είναι βάτραχοι. Τότε ρωτάς- τι άλλο μπορεί να φτιαχτεί με αυτά τα κύτταρα;».
Προτεινόμενα για εσάς
ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΘΕΜΑΤΑnaftemporiki.gr