Ксеноботы: живые роботы на основе клеток, способные к самовоспроизведению

Ксеноботы были созданы в 2020 году из стволовых клеток эмбриона африканской когтистой лягушки Xenopus laevis. Созданием новых существ занималась группа учёных: Сэм Кригман, Дуглас Блэкистон, Майкл Левин и Джош Бонгард из Университета Тафтса, Гарварда и Университета Вермонта.

Стволовые клетки — это неспециализированные клетки, которые могут развиваться в различные типы клеток. Исследователи соскребли живые стволовые клетки с эмбрионов лягушек и инкубировали их, не манипулируя генами, чтобы создать ксеноботов.

По словам исследователя Джоша Бонгарда, ксеноботы — не технические роботы, которые обычно строятся из неорганической материи, но названы так из-за своей способности действовать от имени людей.

Эти новые формы жизни шириной менее миллиметра состоят из клеток лягушки. В соответствующих лабораторных условиях они способны передвигаться, работать в группах и самовосстанавливаться. Теперь исследователи обнаружили, что эти существа могут самовоспроизводиться, используя совершенно новую форму биологического воспроизводства.

«Они объединяют строительные блоки в свои копии. Мы видим, что кластеры клеток, освобождённые от развивающегося организма, могут находить другие свободные клетки и объединять их в кластеры, которые выглядят и двигаются так же, как они. Эта способность не развивается специально и не создана с помощью генетических манипуляций», — говорится в научной статье.

Как создаются ксеноботы?

Когда стволовые клетки помещают в физиологический раствор, то они формируются в сферообразные комки шириной около 0,5 миллиметра, состоящие примерно из 3 тыс. клеток. Затем комки покрываются ресничками — волосовидными структурами, которые помогают ксеноботам двигаться, приводя реснички в движение, подобно вёслам, говорится в статье.

Ксеноботы, помещённые в посуду с разобщёнными стволовыми клетками, работают вместе и собирают свободные клетки в кучки, которые затем преобразуют в новых ксеноботов. Процесс называется спонтанной кинематической саморепликацией.

«Короче говоря, потомки создают потомство, которое затем становится потомками», — говорится в исследовании.

Каждый репродуктивный цикл приводит к появлению немного меньшего потомства ксеноботов, и в результате образуются комки с менее чем 50 клетками, которые не могут плавать и воспроизводиться дальше.

Ксеноботы можно усовершенствовать с помощью искусственного интеллекта
Исследователи воспользовались искусственным интеллектом и протестировали миллиарды потенциальных форм ксеноботов на скорость репликации. Они обнаружили, что С-образные комки наиболее эффективно собирают свободные клетки.

После алгоритмического усовершенствования ксеноботы в форме Пакмана (Pac-Man — персонаж японских видеоигр) воспроизводили четыре поколения — в два раза больше, чем ксеноботы сферической формы.

Для чего нужны ксеноботы?

По мнению исследователей, ксеноботы с их репродуктивным механизмом могут быть использованы в различных целях, например, для сбора микропластика в океанах или обследования корневых систем.

Что касается опасений по поводу самовоспроизводства, учёные заявили, что их эксперименты регулировали эксперты по этике, а живые организмы находились в пределах лабораторной среды.

«Если бы мы знали, как заставить их делать то, что мы хотим, то это содействовало бы развитию регенеративной медицины — решению проблем травматических повреждений, врождённых дефектов, рака и старения», — написал Майкл Левин в отчёте Университета Вермонта.

«Проблема в том, что мы не знаем, как предсказать и контролировать, какие группы клеток будут строиться. Ксеноботы научат нас».