Вчені навчилися створювати «напів-штучну напівжиття» - мініатюрних і слухняних ксеноботів, зібраних з окремих клітин. Залишається вирішити, чи не дуже вони небезпечні.
Що таке ксеноботи і чи варто контролювати технології створення синтетичної «напівжиття»?
Розглянувши їх під мікроскопом, впору розчаруватися: нерівні грудочки сер, пульсуючи, повзають у рідкій калюжиці, немов незручні черв'ячки. Переверніть будь-хто з них «на спину» - і він залишиться в цьому положенні, як черепаха, що застрягла в положенні догори ногами. Але всі такі асоціації недоречні: ці згустки клітин не є повноцінними і самостійними організмами. І з'явилися вони не в природі, а в біофізичній лабораторії Майкла Левіна (Michael Levin) з Університету Тафтса. Якщо ці мініатюрні грудочки - 500-1000 клітин і близько 700 мкм у поперечнику - можна назвати живими, то не істотами, а машинами.
Вчені назвали ці «реконфігуровані організми» ксеноботами, оскільки сконструювали їх з клітин, запозичених у африканських шпорцевих жаб (Xenopus laevis) - популярного модельного організму, який широко застосовується для досліджень у галузі клітинної біології та біології розвитку. З жаб'ячих ембріонів витягли стовбурові клітини, а потім з них виростили культури клітин шкіри і серцевого м'яза.
Нарешті, маніпулюючи цими двома типами «будівельних блоків», автори збирали тривимірні структури ксеноботів. Клітини шкіри забезпечили їм пружний каркас, а клітини серця - здатність скорочуватися і звернемо змінювати свою форму. Структури вийшли різні, від нітевидних і до сферичних, що дозволило простежити за тим, як форма впливає на рух клітинного згустку в рідині. Автори зазначили, що внутрішньоклітинних запасів енергії дозволяють їм працювати до 10 днів.
Ці дані були використані для створення комп'ютерних моделей ксеноботів, які потім «прогнали» через еволюційні алгоритми, що імітують процес природного відбору варіантів з найбільш складними і вдалими механізмами пересування. Найскладніші розрахунки проводилися на суперкомп'ютері Вермонтського університету VACC. Через безліч віртуальних поколінь вчені отримали оптимальні структури, які відтворювали і знову перевіряли в умовах реальної лабораторії. Було скоєно кілька ітерацій цього процесу, поки автори не зупинилися на декількох найвдаліших версіях.
Деякі віртуальні структури і створені на їх основі ксеноботи. Світло-блакитні деталі на моделях відповідають «опорним» клітинам шкіри; червоні - серцеві клітини, що скорочуються
"Вони здатні час від часу міняти рухи на інші, наприклад, рухаючись в один бік, розвертатися і повертатися назад, - каже Майкл Левін. - Якщо вони випадково зустрінуть чужі вільні клітини, то "відбуксують" їх у невеликі купки ". Розріжте ксенобота навпіл, і він збереться знову, немов «рідкий Термінатор» з другої частини культової кіноепопеї. Ксенобот з отвором може «підчіпляти» їм вантаж і переміщатися з ним. «Це новий тип живих машин», - додає робототехнік Джошуа Бонгард (Joshua Bongard), один із співавторів цієї роботи.
Насправді, з одного боку, ксеноботи складені з справжніх живих клітин. З іншого ж, задаючи ті чи інші форми їх структурам, можна до певної міри програмувати їх поведінку. Жодна з використовуваних при цьому клітин сама по собі на подібне нездатна. Але їх організація веде до появи нового рівня складності - «живої машини». А якщо вдасться детально розібратися в тому, як взаємодіють один з одним її клітини - як і коли прикріплюються, якими і навіщо обмінюються хімічними сигналами, - ми зможемо контролювати поведінку ксеноботів цілком і повністю.
Саме на це завдання і націлені тепер Левін, Бонгард і їхні колеги. Спекулюючи, вони вважають, що коли-небудь ксеноботи знайдуть масове застосування - нездатні до довгого самостійного існування, вони цілком безпечні для навколишнього середовища і могли б використовуватися для збору частинок мікропластику з океанської води. Або для очищення ділянок, забруднених небезпечними токсинами та радіоактивними речовинами.
Ксеноботи з отворами підійдуть для цільової доставки ліків у потрібні тканини організму. А якщо спорудити таку структуру з власних клітин хворого, вони зможуть допомогти загоєнню ран і боротьбі з пухлинами. Нарешті, ксеноботи здатні стати корисним інструментом для біологічних досліджень. Але раніше вченим належить навчитися краще маніпулювати живими клітинами і готовими «живими машинками» - а також вирішити ряд питань, безпосередньо з наукою не пов'язаних.
Деякі варіанти структур, згенеровані в ході роботи еволюційних алгоритмів Douglas Blackiston, Tufts University "