Estes son os primeiros robots vivos que se replican de xeito espontáneo

Un equipo de científicos dos Estados Unidos consegue crear biobots capaces de reproducirse dunha forma nunca observada no mundo animal ou vexetal

Organismo
Organismo "pai" deseñado por intelixencia artificial (en vermello), con forma de Pac-Man, xunto a células nai comprimidas nunha bóla (a descendencia) en verde. Imaxe: Sam Kriegman e Douglas Blackiston.

Metade animal, metade robot. Os xenobots, creados grazas á reutilización de células vivas obtidas de embrións de ra de unllas africanas (Xenopus laevis), foron deseñados nunha supercomputadora a partir de bloques de construción biolóxicos específicos baseados nun algoritmo evolutivo.

Estes biobots, creados por un grupo de mozos investigadores estadounidenses, foron dados a coñecer en 2020. Nese momento, medían un milímetro de longo, eran capaces de moverse cara a un obxectivo marcado, levantar carga útil ou autocurarse despois dun corte.

Agora, nun novo estudo publicado na revista PNAS, os catro científicos presentan os primeiros robots vivos autorreplicantes da historia, grazas ao achado dunha nova forma de reprodución biolóxica. Os autores extraeron células cutáneas non modificadas xeneticamente de cágados de Xenopus e incubáronas para producir organismos móbiles e multicelulares cubertos de cilios (estruturas celulares con aspecto de pestana).

Estes biobots, deseñados por computador e ensamblados a man, poden nadar nunha placa Petri, atopar células individuais e reunir centos delas e xuntar ‘bebés’ xenobot no interior da súa boca en forma de Pac-Man, o coñecido videoxogo dos comecocos.

Uns cinco días máis tarde, estes convértense en novas máquinas vivas, que poden observarse e moverse da mesma maneira. Á súa vez, atopan células e constrúen copias de si mesmos, unha e outra vez. “Co deseño adecuado, autorreplícanse espontaneamente”, afirma Joshua Bongard, informático e experto en robótica da Universidade de Vermont (UVM), que codirixiu o traballo.

Un novo modo de reprodución biolóxica

As células embrionarias de ra empregadas para crear os xenobots estaban así destinadas para converterse en pel. Situadas no exterior do cágado, a súa función sería a de manter aos patóxenos afastados e redistribuír a mucosidade. No estudo, os investigadores colocáronas noutro contexto completamente novo.

“Démoslles a oportunidade de reimaxinar a súa multicelularidade”, sinala Michael Levin, profesor de bioloxía e director do Allen Discovery Center da Universidade de Tufts e colíder do traballo. E o que imaxinan é algo moi diferente á pel.

“Estas células teñen o xenoma dunha ra, pero, liberadas de converterse en cágados, utilizan a súa intelixencia colectiva, unha plasticidade, para facer algo asombroso”, engade Levin. Nunca antes se observara unha maneira de reprodución así nun animal ou unha planta.

Segundo Sam Kriegman, autor principal, e agora investigador postdoutoral no Centro Allen de Tufts e o Instituto Wyss da Universidade de Harvard, trátase de células de ra que se replican dunha forma moi diferente a como o fan estes anfibios.

Por que unha forma de comecocos?

De seu, o proxenitor xenobot, composto por unhas 3.000 células, forma unha esfera. “Estas poden facer fillos, pero despois o sistema normalmente extínguese. En realidade, é moi difícil conseguir que o sistema siga reproducíndose”, di Kriegman.

Pero grazas a un programa de intelixencia artificial (IA) da agrupación industrial de supercomputación Deep Green do Vermont Advanced Computing Core da UVM, un algoritmo evolutivo probou miles de millóns de formas corporais en simulación (triángulos, cadrados, pirámides, estrelas de mar, etc.) para atopar as que permitían ás células ser máis efectivas na replicación “cinemática” baseada no movemento, que nunca antes se observara a escala de células ou organismos enteiros.

“Pedimos ao supercomputador da UVM que pescudase como axustar a forma dos proxenitores iniciais, e a IA deu con algúns deseños estraños tras meses de traballo, incluído un que se parecía a Pac-Man”, conta Kriegman.

Aínda que os investigadores se estrañaron da forma da boca –pouco intuitiva, pequena e única–, enviaron os resultados a Douglas Blackiston, o científico principal da Universidade de Tufts que reuniu aos ‘pais’ xenobot con forma de Pac-Man e desenvolveu a parte biolóxica do novo estudo. A partir de aí, os biobots crearon fillos, netos, bisnetos e tataranetos, ampliando o número de xeracións.

Descendencia dos xenobots: células nai compactadas en esferas por ‘pais’ deseñados por IA. Fonte: Douglas Blackiston & Sam Kriegman.
Descendencia dos xenobots: células nai compactadas en esferas por ‘pais’ deseñados por IA. Fonte: Douglas Blackiston & Sam Kriegman.

Aprender da biotecnoloxía autorreplicante

Segundo os autores, a creación destas máquinas viventes supón traballar máis profundidade na comprensión da replicación: “O mundo e as tecnoloxías están a cambiar rapidamente. É importante, para a sociedade no seu conxunto, que estudemos e entendamos como funciona”, informa Bongard.

Estas máquinas viventes de tamaño milimétrico, creadas por completo en laboratorio, facilmente extinguibles e examinadas por expertos, convértense no sistema ideal para estudar os sistemas autorreplicantes. “Temos o imperativo moral de comprender as condicións nas que podemos controlalo, dirixilo, apagalo ou esaxeralo”, recalcan.

Para os científicos, esta investigación é prometedora para os avances cara á medicina rexenerativa. “Se soubésemos como dicirlle aos grupos de células que fagan o que queremos que fagan, sería a solución ás lesións traumáticas, os defectos de nacemento, o cancro e o envellecemento”, apunta Levin, para quen estes problemas existen porque non sabemos como predicir e controlar que grupos de células van construír. “Os xenobots son unha nova plataforma para ensinarnos”, conclúe.


Referencia: Kinematic self-replication in reconfigurable organisms (Publicado en PNAS).

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.