Если размножение является отличительной чертой жизни, то первые в мире «живые роботы», возможно, только что вышли из чашки Петри в Берлингтоне, штат Вермонт. По общему признанию, слово «вышли» может быть преувеличением (вместо этого на тарелке бесцеремонно катались «ксеноботы», созданные ИИ), однако в процессе им удалось достичь чего-то весьма примечательного. Крошечные существа, похожие на Pac-Man, собирали стволовые клетки лягушек из раствора, в котором они плавали, и создавали свои копии – и масштабы этого невозможно переоценить.

Команда, ответственная за разработку – из Университета Вермонта, Университета Тафтса и Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете – опиралась на исследования, которые они обнародовали в прошлом году, когда создали первых в мире роботов, построенных полностью из живых клеток. использованные клетки были взяты из эмбрионов лягушки). Хотя эти первоначальные роботы имели чисто органическую структуру, они не считались живыми организмами, поскольку не обладали способностью к самовоспроизведению – одной из наиболее фундаментальных характеристик живого существа.

Все изменилось в этом году.

Новые формы жизни

В попытке вдохнуть жизнь в своих ксеноботов Сэм Кригман, доктор философии, один из руководителей команды, привлек ИИ из Университета Вермонта и попросил его разработать родительскую структуру ксеноботов. «После нескольких месяцев работы ИИ придумал несколько странных проектов, — говорит Кригман, — в том числе тот, который напоминал Pac-Man. Это очень неинтуитивно. Это выглядит очень просто, но это не то, что мог бы придумать человек-инженер. Почему один крошечный рот? Почему не пять?»

Несмотря на вопросы по поводу предложенной конструкции ИИ, эти результаты, тем не менее, были использованы для создания родительского ксенобота. Этот родитель сумел построить детей и продолжил строить внуков. Страшные вещи – не только то, что мы создали самовоспроизводящегося робота, но и то, что другой, который мы построили (ИИ), спроектировал его для нас. «Люди долгое время думали, что мы разработали все способы, с помощью которых жизнь может воспроизводиться или воспроизводиться», — говорит Дуглас Блэкистон, доктор философии, который собрал родителей-ксеноботов, — «но это то, чего никогда не наблюдалось». до.'

Теперь идея о рукотворных, самовоспроизводящихся существах может вызвать у некоторых людей дрожь, однако нам не нужно беспокоиться о захватчиках в стиле Pac-Man, которые прямо сейчас захватят контроль над планетой. Система самовоспроизведения, используемая ксеноботами, реализована не полностью, и через несколько поколений этот процесс затухает. Тем не менее, последствия этого биотехнологического прогресса чрезвычайно глубоки, особенно когда дело касается медицины.

Ксеноботы и регенеративная медицина 

Регенеративная медицина — это термин, охватывающий методы лечения, направленные на поврежденные ткани, с упором в основном на селективную замену и восстановление клеток. Поскольку его основной целью является омоложение, его часто называют лекарством против старения. Однако от эффективного его развития нас удерживает наша неспособность точно сообщать клеткам, что мы от них хотим.

Работа, проводимая в Университете Вермонта, приблизила нас намного ближе.

Эмбриональные клетки лягушки, собранные ксеноботами, обычно развивались в кожу лягушки, однако в руках команды Вермонта клетки были переназначены. «Мы помещаем их в новый контекст», — говорит Майкл Левин, доктор философии, один из руководителей исследования. «Мы даем им шанс переосмыслить свою многоклеточность».

Хотя клетки имели геном лягушки, они были освобождены от любого заранее определенного биологического пути и могли использовать свой коллективный генетический разум для достижения чего-то совершенно другого. «Мы работаем над пониманием этого свойства», — говорит Бонгард. «Для общества в целом важно, чтобы мы изучили и поняли, как это работает».

Действительно. Если соединить наше растущее понимание клеточной структуры со способностью ИИ создавать биологические инструменты по заказу, мы вскоре сможем иметь гораздо больший контроль над нашими собственными клетками, чем когда-либо прежде – исследование, проводимое командой из Вермонта, дает гранты нам предоставлена ​​способность бороться с разрушительным воздействием клеточного старения и увеличивать продолжительность жизни человека.

«Если бы мы знали, как приказать совокупности клеток делать то, что мы от них хотим, в конечном итоге это была бы регенеративная медицина», — говорит Левин. «Это решение проблем травматических повреждений, врожденных дефектов, рака и старения. Все эти различные проблемы возникают потому, что мы не знаем, как предсказывать и контролировать, какие группы клеток будут строиться. Ксеноботы — это новая платформа для нашего обучения».

Превращая технологию борьбы со старением в реальность

На этой ранней стадии трудно по-настоящему осознать потенциальное применение ксеноботов. «Все, что мы можем сделать, — это рассмотреть преимущества этой технологии перед традиционными роботами», — говорит Бонгард, — «а именно то, что они маленькие, биоразлагаемые и прекрасно себя чувствуют в воде». Хотя это может сделать их полезными для сельского хозяйства, производства культивированного мяса или недорогое опреснение воды, нет никаких сомнений в том, что технология борьбы со старением станет одной из основных областей будущих исследований. Перспектива исключения возрастных заболеваний из книг по истории, несомненно, будет достаточно заманчивой для любой исследовательской группы, прежде чем вы даже подумаете о финансовом вознаграждении.

Регенеративная медицина, возможно, еще не появилась на горизонте, но с появлением самовоспроизводящихся ксеноботов мы, безусловно, сделали огромный шаг в этом направлении. Благодаря возможности того, что наши собственные клетки можно будет перенаправить на борьбу с признаками старения, мы не только будем жить дольше, но и сможем получать от этого больше удовольствия — вы сможете оставаться в форме и оставаться в хорошей форме даже в свои триста лет. Так что, возможно, вам захочется отнестись к Pac-Man немного серьезнее в следующий раз, когда вы будете играть в него, потому что его двоюродный брат, ксенобот, может принести вам эликсир жизни в не столь отдаленном будущем.

Рекомендации:

1. Р. Д. Камм и др., Перспектива: перспективы многоклеточных инженерных живых систем. АПЛ Биоинж. 2, 040901 (2018).

2. Блэкистон Д. и др. Клеточная платформа для разработки синтетических живых машин. наук. Робот. 6, eabf1571 (2021).

3. Лоснер Дж., Куртеманш К., Уайтед Дж.Л. Межвидовой анализ системных медиаторов репарации и комплексной регенерации тканей. НПЖ Реген. Мед. 6, 21 (2021).

4. С. Кригман, Д. Блэкистон, М. Левин, Дж. Бонгард, Масштабируемый конвейер для проектирования реконфигурируемых организмов. Учеб. Натл. акад. наук. США 117, 1853–1859 (2020).

5. Зыков В., Митилинайос Э., Адамс Б., Липсон Х. Робототехника: Самовоспроизводящиеся машины. Природа 435, 163–164 (2005).

6. З. Цюй и др., На пути к высокопроизводительным микробатареям: Конфигурации и оптимизация электродных материалов с помощью аналитических платформ in-situ. Материал по хранению энергии. 29, 17–41 (2020).

7. Ву К. и др. Орган-на-чипе: последние достижения и перспективы на будущее. Биомед. англ. Онлайн 19, 9 (2020).

8. Гаррета Э. и др. Переосмысление органоидной технологии посредством биоинженерии. Нат. Матер. 20, 145–155 (2021).

9. Хан Ю. и др. Мезенхимальные стволовые клетки для регенеративной медицины. Ячейки 8, 886 (2019).

10. Гилберт С. Ф., Саркар С. Охватывая сложность: Организм XXI века. Дев. Дин. 219, 1–9 (2000).

11. Хасси Г.С., Дзики Дж.Л., Бадилак С.Ф. Материалы на основе внеклеточного матрикса для регенеративной медицины. Нат. Преподобный Матер. 3, 159–173 (2018).