Vědci napodobují život. Chtějí vyrobit materiály, které by se uměly opravit

kyborg
kyborg

Inženýři z Cornellovy univerzity ve Spojených státech vyrobili biomateriál, který napodobuje vlastnosti živých organismů. Využili k tomu vlákna z DNA, která je základem dědičnosti. Cílem pokusů je vývoj tzv. dynamických materiálů, které by dokázaly opravovat sebe sama.

V živých organismech neustále vznikají nové a nové buňky, staré zanikají a jako odpad se uklízí. Autoři studie se pokusili vytvořit materiál, v němž se neustále obměňují vlákna z DNA:

„Bylo by krásné, kdybychom měli nátěr na stěnu, který by se pořád obnovoval, i kdyby se do něj udělal škrábanec nebo by ho postříkali sprejeři,“ ilustruje dlouhodobý cíl vědců Jan Pačes, bioinformatik a molekulární genetik.

Cihla a molekula

Američtí inženýři pracovali nejdřív s 55 řetězci DNA v roztoku. Poté, co je až sto tisíckrát namnožili, vznikly řetězce o délce několika milimetrů. Dlouhá vlákna DNA se stále stejnými sekvencemi se k sobě začala lepit a sama sebe organizovat. DNA se podle Jana Pačese k podobným pokusům hodí, něco takového je pro ni přirozené. Žádané pochody se spouštějí na nanoúrovni, v malých rozměrech. 

„Když stavíme dům, cihlu můžeme vzít do ruky a někam ji postavit. Pomocí takto malých molekul ale nemůžeme nic postavit postupně podle nějakých dílků. Potřebujeme takové malé částečky, které se spontánně organizují, nalijeme je do reaktoru a ony udělá automaticky, co chceme,“ vysvětluje Pačes.

K vývoji biomateriálů, které by něco takového uměly, vědce vedou i ekologické ohledy. Třeba plasty splňují požadavky na trvanlivost materiálu, ale zároveň od nich ustupujeme kvůli ochraně životního prostředí. „Z hlediska ekologie by to bylo úžasné. Kdyby se do takového materiálu přestala dodávat energie, jeho metabolismus by se zastavil, byl by lehce degradovatelný,“ chválí přístup kolegů Jan Pačes.

Závody ve zkumavce

Naše dědičná kopírka je velmi výkonná, tvrdí vědci

DNA (ilustrační foto)

Badatelé z floridské státní univerzity rozluštili záhadu, která trápila jejich kolegy desítky let. Hledali a našli v dědičné informaci myší úseky, které řídí její kopírování. Přišli také na to, že klíčový je čas, kdy se duplikát tvoří.

Hotový roztok vědci z Cornellovy univerzity nalili do kapilár a dodávali do něj energii tak, aby se na jednom konci DNA odbourávala a na druhém přirůstala, přidávaly se další a další nukleotidy. Protože byly řetězce propletené, pod mikroskopem to vypadalo, že se hýbou. Vědci si všimli, že se takto vzniklé struktury v různých kapilárách pohybují různou rychlostí a uspořádali mezi nimi něco jako závody.

„Ta, která byla efektivnější, lépe využívá zdroje a lépe se pohybuje. Taková kompetice o zdroje se děje i v přírodě a kdo ji zvládne líp, vyhrál,“ připomíná Pačes. Vyrobený biomateriál považují autoři studie za první krok ke konstrukci robotů založených na umělém metabolismu a schopnosti organizovat sebe sama.

Umělý život a RUR

Hledání umělé napodobeniny života nebo procesů, které v živých tělech probíhají – metabolismu – fascinuje lidstvo odjakživa. Chemik Petr Slavíček připomíná oblíbený školní pokus, pochází z roku 1866: „V biologii na gymnáziu jsme se učili o Traubeho měchýřcích. Když vezmete modrou skalici a hexakyanoželeznatan, začnou se tam vytvářet membránky, osmoticky do nich začne téct voda, takže to připomíná buňku, v jisté chvíli praskne a skalice se rozleje,“ vysvětluje Slavíček.

Scéna z nastudování hry R. U. R. Karla Čapka (1922)

V 50. a v 60. letech 20. století podle něj vyvolalo ve vědě nadšení, když se objevily takzvané oscilační reakce, při nichž vznikaly samoorganizované struktury: „Vidíme tam rysy, které nám připomínají život, aniž bychom přesně věděli, co to znamená,“ připouští Slavíček. Pojem syntetická biologie známe od začátku 20. století, od 80. let vědci vytvářejí struktury, které připomínají živé organismy.

Umělý metabolismus by podle autorů studie mohl přispět k pokroku v robotice. Profesor Slavíček poukazuje na to, že v pokusu vědců z Cornellovy univerzity už jde o roboty, byť si to těžko dokážeme spojit se slizem v kapiláře. Pojem robot brzy oslaví 100 let, přičemž zpodobněním robotů v knize RUR byl Karel Čapek dnešním syntetickým biologům překvapivě blízko:

„To byli organičtí roboti, ne ti, které máme v myslích, něco, co je z oceli a drátků, ale nadmolekulární útvary z organické hmoty,“ vysvětluje Slavíček. Dodává, že spisovatel původně uvažoval o pojmu labor, ale bratr Josef mu ho prý rozmluvil.

Poslechněte si celou Laboratoř, ve které chemik Petr Slavíček, molekulární genetik Jan Pačes a spisovatel, herec a režisér Arnošt Goldflam debatují také o tekuté vodě pod bodem mrazu a tajemství pohybu medúzy.

Spustit audio

Související