Някога представяли ли сте си свят, в който можем да използваме силата на жива клетка, за да изпълнява определени функции? Сега американските университети са измислили нов жив робот, известен като ксенобот.
Ксеноботът се смята за ценен инструмент в медицината и други области. След години това не само ще помогне за лечението на рак, но за поддържането на водите на планетата чисти.
Но въпреки това има спорове дали ксеноботът трябва да бъде част от нашето бъдеще или не. Тази статия съдържа всичко, което бихте искали да знаете за тази жива машина.
Какво е ксенобот?
Ксеноботът е роботоподобно същество, което е създадено от живи клетки. За разлика от синтетичните машинни роботи, които познаваме, ксеноботът се произвежда от органични клетки чрез биотехнологични процедури.
Следователно това е първият жив програмируем робот, създаден с активния принос на изкуствения интелект и биологията. Ксеноботът не е нито нашият обичаен традиционен робот, нито растение или животно, а е малък микроорганизъм, който може да бъде програмиран и конфигуриран да изпълнява определена задача или функция.
Като цяло се знае, че ксеноботът е с дължина 1 mm или по-малко и е направен от стволови клетки на африканска жаба (Xenopus laevis), която формира основата, от която произлиза името му. Ксеноботът се движи в линейна и кръгова посока и може да се придвижва сам или в група.
Как се създава ксенобот?
Снимка: Sam Kriegman/Wikimedia Commons
След няколко години на развитие в областта на роботиката, биотехнологиите и синтетичната биология, учените се запитаха дали могат да разработят живи клетки, които да изпълняват определена задача.
Това кара някои изследователи от университета Туфт и университета на Върмонт да проучат това, което сега наричаме ксенобот. Правейки това, те събират стволови клетки от ембриона на африканска жаба. След това клетките са диференцирани в кожни клетки и сърдечни клетки. Кожните клетки трябва да осигурят структура на биоробота, докато сърдечните клетки да подпомогнат движението.
Цялата идея на това изследване е да се манипулират и създадат живи клетки, способни да изпълняват специфична функция и да могат да се движат свободно. За да се създаде ксенобот, суперкомпютър е програмиран с еволюционен алгоритъм с цел да произвежда различни дизайни на клетъчна конфигурация.
След това изследователите трябва да тестват тези дизайни, за да проверят кой от тях ще отговаря на целта, за която e създаден. Суперкомпютърът е използван за откриване на клетъчни дизайни, които са способни да се движат към обект, и тези, които не са. Така изследователите успяват да открият виртуални дизайни, които могат да се движат и да изпълняват някои функции.
Но това не е всичко, те трябва да възпроизведат виртуалната процедура реално. За целта кожни и сърдечни клетки на жаби са свързани заедно с помощта на микрохирургични инструменти, следвайки дизайна, който е счетен за успешен. С помощта на малки щипци и електроди изследователите съединяват хиляди клетки една след друга под микроскоп.
Въпреки че не е прост процес, фактът, че клетките имат присъща способност да се слепват, прави цялата процедура по-безпроблемна. След като завършват процедурата, те успяват да изградят ксенобот, който може да се движи в права посока и в кръгове.
Първоначално ксеноботът може да живее само от седем до десет дни, но с повече напредък и изследвания от страна на учените, той вече е способен да се самолекува и да живее дълго време.
Потенциални приложения
Снимка: Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., Bongard, J./Wikimedia Commons
В своя оригинален документ от 2019 г. учените изразяват надеждата си, че еднодневните ксеноботи могат да бъдат програмирани да изпълняват полезни функции.
Според тях, „напредъкът в машинното обучение, симулацията на меко тяло и биопринтирането вероятно ще разшири потенциалните приложения. Те могат да са многобройни, като се има предвид лекотата на експресиране на нови протеини, синтетични биологични пътища и изчислителни схеми в клетки на Xenopus.“
Предвид тяхната нетоксичност и самоограничаващ се живот, те биха могли да служат като ново средство за интелигентно доставяне на лекарства или вътрешна хирургия. Ако са оборудвани да експресират сигнални вериги и протеини за ензимни, сензорни (рецепторни) и функции на механична деформация, те биха могли да търсят и усвояват токсични или отпадъчни продукти или да идентифицират представляващи интерес молекули в среда, физически недостъпна за роботи.
Ако са оборудвани с репродуктивни системи, те могат да правят това в мащаб. В биомедицински условия човек може да си представи такива биоботове (направени от собствените клетки на пациента), които премахват плаката от стените на артериите, идентифицират рак или се установяват, за да диференцират или контролират събития в местата на заболяването.
Благоприятна характеристика за безопасност на такива конструкции е, че при липса на специфично метаболитно инженерство, те имат естествено ограничен живот.
Борба срещу рак, сърдечни и други заболявания
Ксеноботите могат един ден да бъдат много полезен инструмент в борбата с рака.
В бъдеще може би „биоботи“, направени от собствените клетки на пациента, могат да бъдат проектирани да търсят и унищожават раковите клетки или да доставят целенасочена имунотерапия директно към засегнатите клетки.
Използването на ботове, направени от собствените клетки на пациента, би намалило или елиминирало шансовете за отхвърляне или други усложнения.
Такива биоботове също биха могли потенциално да се използват за премахване на плака от стените на артериите или за диференциране или контрол на събитията на клетъчната функция, за да се елиминират определени видове заболявания.
Освен за лечение на рак и сърдечни заболявания, учените също така твърдят, че ксеноботът може един ден да бъде способен да доставя лекарства в определена област на тялото или да помага в борбата с болести, които засягат редица важни части на тялото.
Пречистване на водни тела
Снимка: Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., Bongard, J./Wikimedia Commons
Многобройните индустриални дейности в нашия свят днес водят до изпускането на вредни химически отпадъци и микропластмаси в почти всеки воден басейн на планетата.
Докато някои от тези отпадъчни материали могат да бъдат отстранени чрез механични или други средства, много видове замърсяване е почти невъзможно да се премахнат. Пример за това е микропластмасата, присъстваща във всяка водна система на планетата.
Изследователите предполагат, че ксеноботите могат един ден да бъдат програмирани да „търсят и усвояват токсични или отпадъчни продукти и микропластмаси, или да идентифицират молекули, представляващи интерес, в среди, физически недостъпни за роботите“.
Етични съображения, свързани с използването на ксеноботите
Ксеноботите могат да бъдат ценен инструмент в бъдеще. Съществуват обаче и редица етични въпроси, свързани с използването на живи роботи, които са от значение за биоетиците.
Нита Фарахани, професор по право и философия в университета Дюк, казва пред списание Smithsonian: „Всеки път, когато се опитваме да контролираме живота … трябва да признаем неговия потенциал да се обърне срещу нас.“ В края на краищата, промяната на сложни системи като клетките може да доведе до непредвидени последици.
Притесненията включват:
● ксеноботите могат да започнат да работят неправилно, да развият ново „програмиране“ или може би дори да се развият в по-сложни форми на живот. Следователно трябва да има насоки за предотвратяване на това, ако е възможно.
● ксеноботите потенциално могат да бъдат манипулирани за транспортиране на вредни вещества в тялото, като например вредни лекарства или отрови.
● създаването на организми от човешки стволови клетки – които могат да бъдат събрани от човешки ембриони. Насоките за събиране на стволови клетки биха могли да предотвратят това. Всъщност може да дойде време, когато всеки има стволови клетки, събрани при раждането от пъпната му връв и съхранени за създаване на лични ботове.
● за да се увеличи максимално полезността на тази биотехнология, може да стане необходимо да се използват ксеноботи за изпълнение на по-сложни задачи. Следователно учените може да се наложи да разработят ксеноботи с нервни и сензорни клетки, което да ги направи по-близки до съзнателните същества.
● могат да възникнат въпроси и при патентоването на ксеноботите. Те жив организъм ли са? Ако е така, могат ли да бъдат патентовани? И ако не могат да бъдат патентовани, как могат да бъдат защитени като интелектуална собственост?
● Ксеноботите не са нито машини, нито живи същества. Те съществуват в неопределено състояние. Това може да ни накара да поставим под въпрос нашата дефиниция за живи и неживи организми.
● в бъдеще ксеноботите могат дори да се използват за промяна на телесните системи, включително репродуктивната, нервната и кръвоносната системи – може би удължавайки живота или давайки ни „суперсили“.
Бъдещето на ксеноботите и биотехнологиите
Само в областта на медицината ксеноботите имат потенциала да осигурят лечение на някои нелечими болести. Фактът, че вече е установено, че тази жива машина може да помогне в борбата срещу някои заболявания, потенциално ги прави важен инструмент, който трябва да бъде част от бъдещето ни. Освен това нашата околна среда може да се възползва от тези малки живи машини, за да бъде устойчива и здрава.
Въпреки че не можем да подценяваме стойността, която ксеноботите биха оказали на живота ни, което по своята същност е причината те да бъдат създадени, етичните кодекси и стандарти, които биха ни напътствали срещу тяхната вредна употреба, трябва да бъдат разработени при внимателно разглеждане на ползите и вредите от тях.
Заключение
С нашия непрекъснато променящ се свят на роботика и биотехнологии трябва да очакваме по-напреднали ксеноботи през следващите години. Ксеноботите не само биха могли да бъдат страхотен жив инструмент в медицината, но дори биха могли да помогнат в борбата срещу глобалното затопляне.
Източник: InterestingEngineering
