Mozog, versenyez, és anyagcserével is rendelkezik a Cornell forradalmi biorobotja

A Cornell Egyetem mérnökei egy olyan mesterséges anyagot hoztak létre, amely rendelkezik az élet három kulcsfontosságú jellemzőjével: van anyagcseréje, képes az önszerveződésre és az önfenntartásra. Az anyag létrehozását a DNS molekula természetének mélyebb vizsgálata tette lehetővé, és már olyan egyszerűbb gépet is alkottak a segítségével, amelyek az élőlények tulajdonságaival bíró bioanyagokból készültek.

A kutatók hangsúlyozzák, hogy nem új életformát kívánnak létrehozni, hanem egy olyan gépet, ami életszerű tulajdonságokkal bír. „Egy olyan vadonatúj, életszerű anyagkoncepciót mutatunk be, amit a saját mesterséges anyagcseréje hajt” – mondta egy közleményben Dan Luo, az egyetem környezet- és biotechnológia-professzora.

Felépíti és fenntartja magát

Ahhoz, hogy egy élő szervezet fenntartsa magát, léteznie kell egy olyan rendszernek, ami kezeli a változásokat: új sejteket kell létrehozni, a régi sejteket és a biológiai hulladékot pedig el kell távolítani. A bioszintézis és a biológiai lebomlás az önfenntartás két kulcseleme, és ezeknek anyagcserére van szükségük, hogy el tudják látni a funkciójukat.

A Cornell mérnökei egy DASH névre keresztelt (ez a „hierarchikus anyagok DNS-alapú szerveződése és szintézise” angol rövidítése) módszerrel alkották meg a mesterséges anyagcserét, amire építve aztán létrehoztak egy olyan biológiai anyagot, ami nanoméretű elemeiből önállóan építi fel magát – először polimerekké, később pedig már milliméterekben mérhető alakzatokká.

A Science Robotics című folyóiratban ismertetett folyamat során a DNS molekulák több százezerszeresükre sokszorozódtak, és végül egy néhány milliméter hosszúságú, ismétlődő DNS-szekvenciát hoztak létre. A reakcióoldatot ezután egy mikrofluidikus eszközbe fecskendezték, amely biztosította az energiaáramlást és a bioszintézishez szükséges építőelemeket. A folyadékkal érintkező anyagban a DNS új, saját szálakat szintetizált: az anyag eleje nőtt, a vége pedig kisebb lett, ezzel biztosította a mozgást és az áramlással szemben való haladást, hasonlóan a nyálkagombákhoz.

Ennek a mozgásképességnek köszönhetően a kutatók versenyeztetni is tudták a különböző anyagokat egymás ellen. Az eltérő, véletlenszerű környezeti hatások miatt az önszerveződő anyagok sosem értek egyszerre célba, valamelyik mindig előnyre tett szert a másikkal szemben.

„A mozgásra és a versenyzésre való képességétől kezdve minden folyamat önálló. Nincs semmilyen külső beavatkozás. Több milliárd évvel ezelőtt csak néhány fajta molekulából indult ki az élet. Talán ez is egy ilyen” – mondta Luo.

Szaporodjatok és sokasodjatok

„A tervek még mindig kezdetlegesek, de új utakat nyitottak meg a dinamikus gépek biomolekulákból való létrehozása előtt. A mesterséges anyagcserével rendelkező, életszerű robotok építésének első lépcsőfokán állunk” – mondta a Cornell közleményében Shogo Hamada, a tanulmány másik szerzője. „Még egy ilyen egyszerű változatból is képesek voltunk olyan kifinomult viselkedést kicsikarni, mint a versenyzés. A mesterséges anyagcsere új korszakot nyithat a robotikában” – tette hozzá.

A DASH-sel létrehozott mintákFotó: Science Robotics

A kutatók jelenleg olyan módszerek kialakításán dolgoznak, amelyek alapján az anyag képes lenne különböző ingerekre reagálni, és önállóan meg tudná különböztetni, hogy melyek a jó és melyek az ártalmas stimulánsok – legyen szó fényről vagy ételről.

A kutatócsoport által tesztelt anyag két ciklus erejéig bírja a szintézis-lebomlás folyamatot (vagyis még meghalni is képes), de a kutatók szerint ezt az élettartamot meg lehet hosszabbítani, ami Hamada szerint akár „életszerű, szaporodni képes gépek” létrehozását is lehetővé teheti.

Földhözragadtabb tervek szerint ez a felfedezés a jövőben egy olyan bioszenzor megalkotásában játszhat kulcsszerepet, ami bármilyen DNS vagy RNS molekula jelenlétét érzékelni tudja, valamint az élő sejtek nélküli fehérjelétrehozásban is nagy segítség lehet.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: