Xenoboti z žabích buněk se umí sami replikovat. Jde o první umělý život, který to zvládne

3. prosinec 2021

Je vytvořený z žabích buněk a vypadá jako Pac-Man nebo miniaturní nakousnutý hrášek, který je schopný se sám replikovat. Organického robota s názvem Xenobot vytvořili vědci z několika amerických univerzit a věří, že v budoucnu by mohl najít využití při čištění vody nebo v regenerativní medicíně. Své výsledky představili v prestižním vědeckém časopise amerických akademií věd PNAS.

Xenobot je složený z kožních buněk získaných z vajíček africké žáby, konkrétně drápatky vodní, a zkombinovaný se srdeční svalovou tkání z žabího embrya. Buňky přitom nejsou nijak geneticky upravené.

Na pohled připomíná miniaturní nakousnutý smažený hrášek či mozek, který se pohybuje v Petriho misce naplněné sladkou vodou. Kroužení těchto běžových žmolků lze pozorovat pouhým okem, ale v průměru neměří ani milimetr. Vytvořili je badatelé z Vermonstské univerzity, Harvardovy univerzity a Tufts University.

Vědci xenobota poprvé představili před necelými dvěma lety coby prvního „živého“ robota. Je výsledkem biologických postupů a práce počítačových algoritmů, které ho navrhly.

Miniaturní biologický stroj je poskládaný z několika tisíc buněk. Je schopný samostatného pohybu i sebeopravování a může plnit jednoduché úkoly, jako je přesun částic z místa na místo. Po několika týdnech se samovolně rozpadne.

Teď ale jeho tvůrci oznámili, že se umí sám replikovat a může tak po sobě zanechat další xenoboty.

Replikace

Když vědci dali xenoboty do misky s dalšími žabími buňkami, objevili, že jejich výtvory můžou předat „život“ další generaci. Za určitých podmínek totiž s pomocí malých vlásků, přesněji řečeno řasinek, začnou vršit okolní buňky na hromádky. Z těch se pak za několik dní stali samostatní xenoboti schopní pohybu.

Čtěte také

Tento proces ovšem zprvu nebyl příliš úspěšný. Skupina devíti xenobotů byla schopná vytvořit jednoho či dva slabší „potomky“. Ti už ovšem nebyli schopní další replikace.

Proto podle jednoho z autorů studie Joshe Bongarda z Vermontské univerzity hledali vhodnější tvar, který by umožnil efektivnější utváření nových xenobotů. K tomuto účelu využili simulace vytvořené umělou inteligencí v superpočítači.

„Umělá inteligence přišla s návrhem, který je schopnější mnohem lepší replikace. Vypadá jako Pac-Man. Je to docela jednoduchý kruhový objekt, do něhož je vyříznutý malý klín. A když se těchto devět Pac-Manů pohybuje v misce, neúmyslně se jim do ‚úst‘ dostávají buňky. Ty buňky pak tlačí do větších hromádek a z větších hromádek se stávají větší a silnější a rychleji se pohybující ‚děti, z nichž vznikají větší vnoučata a pravnoučata. A s těmito rodičovskými xenoboty navrženými umělou inteligencí jsme se dostali až k prapravnoučatům,“ popsal celý proces informatik Bongard v rozhovoru pro agenturu Reuters s odkazem na postavičku z počítačové hry Pac-man, kde malá hlavička polyká různé věci v bludišti. 

Čtěte také

Autoři studie výsledek označili jako kinematickou autoreplikaci. Ve výsledku podle nich jde o typ reprodukce, která se liší od všech známých druhů předávání života mezi organismy. Biologové ji ovšem znají z molekulární úrovně.

S hypotézou stroje schopného se sám replikovat poprvé přišel americký matematik John von Neumann ve ve 40. letech minulého století. Hlavní autor nové studie Sam Kriegman má za to, že xenobot tento úkol splnil: 

„Hodně lidí se pokoušelo vyrobit von Neumannovy stroje z robotických dílů, ale úspěch byl omezený. Zjistili jsme, že pokud se zmírní předpoklad, že robot musí být vyroben z kovu, desek plošných spojů a elektroniky, a místo toho se použijí živé buňky, pak se dají vyrobit vlastně docela snadno vyrobit,“ uvedl Kriegman v rozhovoru pro americký rozhlas NPR.

Budoucí pomocníci?

Podle profesora Martina Pumery, který vyvíjí neživé mikroroboty, představuje replikace xenobotů významný milník v oboru. Ale má za to, že je třeba ho brát s jistou rezervou.

Čtěte také

„V zásadě jde o pohybující se hmotu, která nabalí jinou hmotu a tak dál. To znamená, že tam není klasická biologická reprodukce, kde se vytváří nová hmota na základě kódu DNA. Když to hodně zjednoduším, tak to připomíná sněhovou kouli, která vrazí do sněhu a vytvoří novou kouli. Je to hodně zajímavé. Osobně bych to nenazýval novou formou reprodukce. To by potom u toho sněhu šlo taky,“ uvažuje.

Každopádně je to velice inovativní přístup. V našem oboru jde o obrovský skok vpřed v dané technologii. Otázku, jestli jde o novou formu života, bych asi nechal biologům. Já jsem chemik. Xenoboti jsou opakem anorganických robotů z materiálů, jako je keramika nebo kov, které vyrábíme my,“ podotýká Pumera výzkumného střediska CEITEC VUT v Brně. 

Lze si představit, že by xenoboti kontrolovali kořenové systémy, snižovali náklady na výrobu sladké vody... Cokoli pod vodou.
Josh Bongard

Tvůrci xenobotů věří, že jednou by mohli podobní bioboti sestavení z lidských buněk najít lékařské využití uvnitř těla.

„V mnohem bližší budoucnosti to budou pravděpodobně podvodní aplikace. Jsou to koneckonců žabí buňky, které jsou ve sladké vodě naprosto spokojené. Lze si představit, že by kontrolovaly kořenové systémy ve vertikálních farmách nebo hydroponických rostlinách, snižovaly náklady na výrobu sladké vody v odsolovacích zařízeních, nebo pomáhaly s čištěním odpadních vod v kanalizaci. Cokoli pod vodou. Xenoboti mohou být užiteční už v nepříliš vzdálené  budoucnosti,“ vyhlíží Josh Bongard.

Čtěte také

Tvůrci xenobotů v minulosti zmiňovali, že by také mohli odstraňovat z vody mikroplasty. K obdobným účelům vyvíjí o poznání menší anorganické mikroroboty tým badatelů Martina Pumery, podle nějž takové uplatnění už opravdu není žádné sci-fi.

„Z mého pohledu se jejich milimetroví roboti dají naprogramovat k podobným funkcím jako naši mikroroboti. Ti jsou ve srovnání s nimi zhruba desetinoví a nejsou viditelní pouhým okem. Ale dokážou se pohybovat a například rozkládat mikroplasty. To je relativně nová věc, na kterou přišla naše skupina asi před rokem. Máme i roboty, kteří jsou vlastně kyborgové,“ objasňuje Pumera, jak se v současnosti při vývoji malých robotů leckdy stírají hranice mezi obory a lidové představy o robotech.

Některé biologické funkce nalepíme na tělo robota, který je vyroben z oxidů kovu. Jde třeba o enzymy, které dokážou štěpit plasty.
Martin Pumera

„To znamená, že některé biologické funkce nalepíme na tělo robota, který je vyroben z oxidů kovu. Jde třeba o enzymy, které dokážou štěpit právě plasty. Doba, kdy bude možné ukázat fungující princip v laboratoři, není příliš vzdálená. Jestli to pak bude moct fungovat třeba v oceánu a podobně, to se teprve ukáže. I v našem případě to ještě znamená cestu kupředu. Vždycky to záleží na investicích, kolik do toho můžete vložit času a lidské síly,“ podotýká Pumera s tím, že na vývoji anorganických robotů v současnosti ve světě pracuje výrazně víc laboratoří než na biologických strojích, jako jsou xenoboti.

Čtěte také

S jejich vývojem se také pojí řada etických otázek s ohledem na to, že do budoucna můžou být xenoboti schopní vnímat svět pomocí nervového systému. Výzkum také částečně financuje americká vládní agentura DARPA, která má na starosti vývoj technologií pro vojenské účely. Někteří odborníci se obávají, aby xenoboti jednou nebyli zneužiti třeba jako biologická zbraň.

Tvůrci v jejich vývoji naopak vidí možný klíč k řešením různých problémů, se kterými se lidstvo v budoucnu bude potýkat.

„Tyto živé stroje o velikosti milimetru, které jsou zcela uzavřeny v laboratoři, snadno zhasínají a jsou prověřeny federálními, státními i institucionálními odborníky na etiku, rozhodně nejsou tím, co by mi v noci nedávalo spát. To, co představuje riziko, je příští pandemie, zrychlující se poškozování ekosystémů v důsledku znečištění i sílící hrozby vyplývající ze změny klimatu," vyjmenovává některé Bongard.

A má za to, že úkolem vědců je vytvářet technologická řešení, která porostou stejnou rychlostí jako hrozby, kterým lidé čelí.

Poslechněte si reportáž Štěpána Sedláčka.

V souhrnu Vědy Plus uslyšíte také, že lidé po těžkém průběhu covidu-19 nejsou ani po vyléčení zcela v pořádku. Jak by se měla omezit produkce plastů? A jak bude fungovat nový kontejner pro dlouhodobé ukládání jaderného paliva? Novinkami ze světa vědy a výzkumu provází Renata Kropáčková.

Spustit audio