Robožabky na scéne

O nanotechnológiách umožňujúcich masové využívanie miniatúrnych robotov – nanobotov – sa hovorí dlhšie. Čo by ste však povedali na to, keby za liečbu vášho ochorenia zodpovedalo mračno miniatúrnych živých organizmov?

Pomenovanie xenobot v tomto prípade nechce naznačovať cudzí pôvod nových robotov. Súvisí s tým, že na výrobu prvého takéhoto biologického stroja vedci použili kmeňové bunky afrického druhu žaby, pazúrnatky vodnej, s vedeckým menom Xenopus laevis.

Pazúrnatka Xenopus laevis, foto wikipédia/Ben Rschr

V Petriho miske

Tento 9 až 12 cm veľký obojživelník, ktorý žije výlučne vo vode a nad hladinou sa iba nadychuje, je hojným obyvateľom vôd subsaharskej Afriky. Ako naznačuje už jej meno, pazúrnatka je dravá žaba, ktorá svoju korisť trhá na kusy pazúrnatými prednými nohami. Pre svoj nenáročný chov býva obľúbenou obyvateľkou nielen domácich akvárií, ale aj vedeckých laboratórií. Tentoraz si ju však vedci vybrali do celkom novej úlohy. Výskumníci z Vermontskej univerzity a Tuftsovej univerzity v USA extrahovali kmeňové srdcové a kožné bunky z embryí pazúrnatky a skombinovali ich do nového druhu: biologického robota. Xenoboty sú prvé roboty vyrobené kompletne zo živého materiálu. Vedcom sa na začiatku roka 2020 podarilo pomocou algoritmov navrhnutých superpočítačom najprv nasimulovať a potom aj zostaviť rôzne konfigurácie živého tkaniva získaného z buniek pazúrnatky tak, aby sa xenobot dokázal napríklad pohybovať v kvapaline alebo prenášať nejaký užitočný náklad. Takéto miniatúrne kúsky živej hmoty (menej ako 1 mm) nemožno nazvať živočíchmi: xenoboty nie sú schopné prijímať potravu, vyvíjať sa, ani sa reprodukovať. V Petriho miskách, ktoré zatiaľ tvoria ich jediný vesmír, žijú len asi týždeň, než sa rozpadnú. Predbežné zásobenie energiou však dokáže ich životnosť predĺžiť na niekoľko týždňov. Hoci repertoár xenobotov je zatiaľ obmedzený viac-menej na rudimentárny pohyb v kvapalnom prostredí, najsľubnejšie vzorky už vedci dokázali vyzbrojiť malými kliešťami a kauterizačným perom.

Vľavo dizajn vytvorený počítačovou simuláciou, vpravo výsledný fyzický organizmus zostrojený kompletne z biologických tkanív – zo žabej kože (zelená) a srdcového svalu (červený), autor wikipédia/Sam Kriegman

Bez elektroniky

Hoci pri ich návrhu stojí softvér a supervýkonné počítače, v samotnom krátkom živote xenobotov sa elektronika nevyskytuje. Pohyb botov zabezpečuje spolupráca srdcových buniek, ktoré sú schopné kontrakcie, s pasívnymi, ale pevnými kožnými bunkami, ktoré xenobotu poskytujú ochranu. Ide len o to, ako sú tieto dve navzájom komunikujúce bunkové štruktúry prepojené a vymodelované. Konkrétnu podobu výsledných zhlukov hmoty tak, aby plnili požadované funkcie (zatiaľ najmä pohyb), vedci hľadajú pomocou sofistikovaných evolučných algoritmov. Okrem výhod plynúcich zo samotného fungovania xenobotov si vedci sľubujú prínos aj pre ďalší výskum evolučných biologických dejov. Je veľkou hádankou, ako bunky navzájom spolupracujú pri tvorbe rôznych zložitých anatómií, cituje magazín Wired spoluautora projektu, biofyzika Tuftsovej univerzity Michaela Levina. Práve otázka, ako bunky spolupracujú pri výrobe špecifických funkčných štruktúr, nás zaujíma najviac, dodal M. Levin. Po zodpovedaní tejto hádanky budú môcť vedci podľa neho pokročiť k hľadaniu odpovedí na ešte tajomnejšiu otázku: čo ďalšieho ešte môže byť bunka ochotná vytvoriť… Zatiaľ nám musí stačiť perspektíva prelomu v medicíne, ktorý by zabezpečila armáda miniatúrnych xenobotov schopná dopraviť liečivé látky na superpresnú adresu vnútri ľudského organizmu. Alebo v ekológii pomocou podobných xenobotov čistiacich svetový oceán od mikroskopických častíc plastov. Xenobotov, ktoré by sa po vykonaní práce zdvorilo samy rozpadli a splynuli s oceánskou biopolievkou – alebo s našimi organizmami.

R
Článok vznikol v spolupráci s NEXTECH.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 01/2021. Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Komentáre