Те са футуристични, самолекуващи се миниатюрни биологични единици, създадени от стволовите клетки на жаби. Наричат ги „ксеноботове“. Могат да се придвижват в различни посоки, превозвайки полезен товар, учат се на колективно поведение, като лесно се превръщат в рояк.

Роботчета са…, ама не съвсем. Живи същества са…, но не точно. Изградени са от живи клетки, но са създадени на основата на същите принципи, чрез които обичайно се правят роботите.

Звучи като описание от страниците на фантастичен роман от 70-те, когато някак въображението за бъдещето се лееше извън днешните технологични рамки, нали? Е, това си е съвсем реалната характеристика на ксеноботовете.

В тяхното създаване допълват силите си по много смислен начин биологията и компютърните науки. Технологията, чрез която се „раждат“ ксеноботовете, наистина работи и те правят всичко изброено. Да, може би далеч от съвършенството, но напредват бързо, имат огромен потенциал, дори да удължат живота ни. Като същевременно отварят доста важни въпроси.

Роботче в нужда се познава

Ето че второто поколение ксеноботове пристигна с още по-интересни резултати, само година след своите предшественици. Малките зверчета вече не само се движат в контролирана посока като ято. Добавена е възможността някое от тях да се сглобява наново от отделни групи. Миниатюрните робото-организми вече имат памет, умеят да записват информация.

Новите ксеноботове се движат по-бързо, ориентират се в различни среди, живеят доста по-дълго от предците си, запазвайки всички важни умения, на които бяха способни и те.

Добре де, наистина ли е възможно всичко това? Естествен въпрос в днешния информационен хаос, където човек няма как да отсее смислените начинания от гръмките заглавия и маркетинговите трикове.

Робот в торба не седи

Името им звучи доста маркетингово. „Ксено“ ще да е нещо чуждо, различно. А те са си биологични, органични, малки и странни групи живи клетки. Създадени така, все едно са роботи.

Проектът е на реномирания университет Тафтс и Университета на Върмонт. Светът научи за тяхното съществуване през май 2020-а.

Доста по-тихомълком беше представено второто им поколение в края на март тази година (научната публикация ще намерите тук). Технологията е изключително футуристична и перспективна, чак е странно, че не се говори толкова много за нея.

Може би защото се появява в едни години, които се оказаха учудващо първобитни. Докато продължаваме да борим опасни за вида ни заболявания с дистанция и парцалчета, криещи лицето, както преди векове. Естествено, науката винаги заслужава нови шансове, не се знае откъде ще дойде следващото революционно решение.

Обикновена ноктеста жаба

На робота му е дебел вратът…

Xenopus laevis, или обикновената ноктеста жаба, се среща в Африка и Южна Америка. Не се отличава кой знае колко от братовчедите си, които познаваме у нас (ако сме ставали скоро от компютрите). Типично за нея е, че живее почти само във водата. Именно тази жаба е кръстник на ксеноботовете и… нещо като техен родител.

Биолозите от Тафтс изолират кожни и сърдечни стволови клетки от ембрионите на ноктестите жаби и ги оставят да се развиват. Поставени в благоприятни условия, те започват да се делят с много сериозна скорост. Само след няколко дни се превръщат в реснички, тънки косъмчета, които могат да се движат напред-назад или да се въртят в различни посоки. При хората тъкан, подобна на синтезираната по този начин, може да се намери в белите дробове, където задачата ѝ е да „избутва“ навън всякакви чужди тела.

Робот глава затрива

При ксеноботовете в началото тези реснички се превръщат в своеобразни крачета.

„В жабешкия ембрион тези клетки работят заедно, за да изградят поповата лъжичка“, казва проф. Майкъл Левин, водещ специалист по биология в проекта. „Ние използваме невероятната гъвкавост на групите от стволови клетки, чиято работа е да градят. Да се опитват да създават ново, рудиментарно тяло“.

И така, учените вадят клетките и просто ги оставят да се развиват и множат.

После пускат компютрите, за да следят еволюцията на целия процес.

„Извадени от „ролята“ им, виждаме тези клетки да се опитват да търсят нови приложения на заложения в гените им „хардуер“, на нишките, които изграждат, за да създадат движение. Изумително е как те светкавично влизат в нови роли, учат се на различни умения и поведения, без да минават през дългия обичаен път, по който се създават всички следващи стъпки от еволюцията на видовете“.

Бързата работа, срам за робота

Тук идва ролята на изкуствения интелект и компютърните технологии. Тяхната задача е да следят развитието на огромен брой клетъчни култури, като анализират поведението и възможностите на всяка от тях. Да моделират различни комбинации от кожни и сърдечни стволови клетки в зависимост от предназначението на съответния ксенобот.

Какъв е основният смисъл от алгоритмите в подобен тип изследвания? Че могат да спестят огромен брой проби и грешки. След като им се въведат началните параметри от създаването на няколко клетъчни култури, те могат да прекарат през „виртуалните си мозъци“ огромен брой други опити, да преценят в каква посока си струва да се правят допълнителни проби и къде всичко изглежда изгубено.

Явно по отношение на ксеноботовете те се оказват достатъчно добри, след като правят възможно толкова бързо да бъдат създадени миниатюрните роботи организми.

„Компютрите идват, за да преценят кое от всички възможни ята ксеноботчета може да изпълни най-добре дадена задача“, допълва изследователят Джошуа Бонгард. „Вярваме, че скоро те ще могат да вършат полезни задачи. Засега се справят само с най-простите проблеми, но на следващ етап ще сме способни да създаваме ксеноботове, които да пречистват океаните от микроскопични пластмаси, превръщайки ги в почва“.

Впечатляваща е бързината, с която ксеноботовете се възстановяват след травма.

За всеки робот си има пътници

Както обяснява Дъг Блакистън, един от водещите специалисти в тази част на проекта, „ксеноботовете до голяма степен се създават по същия начин, по който и традиционните роботи. Единствената разлика е, че използваме клетки и тъкани, а не метални компоненти и чипове, за да заложим някакво предсказуемо поведение.

„Що се отнася до биологията, този подход ни помага да разберем как клетките комуникират и си взаимодействат с останалите и как бихме могли в бъдеще да контролираме това взаимодействие“.

„Можете да си представите потенциала на тази технология“, казва още Блакистън.

„Добавяйки биологични компоненти, с помощта на компютърен дизайн и 3Д принтер, вече ще е възможно да произвеждаме ята от живи машинки, способни да доставят лекарства в различни части от тялото, да „чистят“ дори най-малките кръвоносни съдове от плаки, да отстраняват избирателно туморните клетки.“

Роботът не ще молитва, а мотика

В началото се работи със сфери от по средно 3026 стволови клетки ± 180. Само четири дни по-късно клетките се диференцират, превръщат се в епителни. Размерът им достига до 500-600 микрометра, което е около половин милиметър. Благодарение на ресничките, ксеноботчетата могат да се движат доста бързо във воден разтвор – с повече от 100 микрометра в секунда или около 4 метра в час.

На петия ден част от малките роботчета са наранявани с хирургически инструменти. Дори и след като са разрязани през от диаметъра си, само след 5 минути сферичките възстановяват формата си.

Кучетата си лаят, роботът си върви

Ксеноботовете се оказват способни да се нагаждат към тясно пространство и да продължават да се движат напред, променяйки формата си според препятствието, пред което са изправени.

А що се отнася до съгласуваните усилия – учените приготвят своеобразно състезание тип „Сървайвър“ за своите малки питомци. Пускат ги на площадка, пълна с малки, 5-микрометрови парченца железен оксид.

12 часа ксеноботовете почистват пространството, събирайки „боклука“ на купчинка в единия край. Те успяват да го постигнат, без да си пречат особено, макар че процесът по никакъв начин не контролиран отвън. Единствената възможна променлива е за различните форми, които трябва да имат ксеноботчетата – избрани са с помощта на алгоритъм, който предсказва успеха при различни варианти.

Ксеноботовете показват как могат да работят заедно, за да събират частиците, разпръснати край тях.

Сърдит роботко, празна му торбата

След като постигат успехите от първия етап – развитието на групите ксеноботове, които се движат в различни посоки и се самовъзстановяват, учените са изправени пред доста сериозно предизвикателство. Те трябва да придадат на създанията нещо, което се смята за основна точка в роботиката: паметта.

За да може да имат каквото и да било смислено приложение, е важно отделните единици да съхраняват данни достатъчно дълго, така че те да бъдат обработвани по някакъв начин и чрез тях да се модифицира поведението на робота. Да се прецени какви да бъдат следващите му действия.

Създателите на ксеноботовете използват в търсенето на тази цел едно традиционно решение – светлината. За целта манипулират флуоресциращия протеин EosFP, който по принцип свети в зелено, но изложен на вълна с дължина 390 нанометра, започва да блести в червено.

За да използват този ефект, учените инжектират информационна РНК, кодираща този протеин, в стволовите клетки, преди да създадат ксеноботовете от второ поколение. Така те вече имат в себе си вградената възможност за съхраняване на единица информация. Лесно може да се провери дали съответната клетка от ксеноботчето е била изложена на избраната светлина. Имаме първите нула или единица.

Благодарение на новата технология, ксеноботовете флуоресцират в различна светлина, в зависимост от това дали са посетили дадено място.

Роботът козината си мени…

„Добавяйки нови възможности при създаването на ксеноботовете, ние можем да използваме компютърните симулации така, че да прогнозират по-комплексно поведение“, казва още Бонгард. „Така ще им позволим да изпълняват много по-сложни задачи. Не само да съобщават за дадени условия, в които са попаднали, но и да ги променят и поправят“.

Първите ксеноботове живеят до 10 дни, тъй като разчитат само на енергията, която им е заложена като ембриони. След като тя се изразходва, цикълът им приключва. При второто поколение вече е намерен вариант за „презареждане“ и новите машинко-зверчета живеят до 50-60 дни.

Гладен робот хоро не играе

Биологът проф. Левин става известен със своята TED лекция по темата. В нея той описва колко ще е хубаво да имаме на своя страна биологичните роботи, които да пречистват околната среда и да ни лекуват. Но също така – и да ни помогнат да разберем как отделните клетки живеят заедно, взаимодействат си и се специализират така, че заедно да създават цялостен организъм, независимо дали е жаба, или човек.

Скоро ще заработи отделен Институт за компютърно проектирани организми, в който ще влязат учените по проекта от двете научни звена. Целта му, както пише в първоначалните съобщения, е не само да покаже пълната палитра от възможности на биологичните роботчета. А и с това да ни помогне да разберем много повече за връзката между „хардуера“ – генома на едно същество, и „софтуера“ на междуклетъчната комуникация, чрез която се изграждат тъканите и органите.

А всичко това може да даде много сериозен тласък за зараждането на регенеративната медицина. При която ще могат да се възстановяват наранените, разрушени или липсващи части от човешкото тяло. Дори да бъде спряно и обърнато стареенето…

Придвижването на ксенобот

Обърне ли се роботът, пътища много

Добре, някъде тук може би стигнахме прекалено далеч. Вече имаме „организъм“, който е „дизайниран“ с помощта на компютрите, може да носи информация, да си взаимодейства с другите подобни, да се самолекува. Но чак пък да позволи скоро да се… възстанови разрушен бъбрек, или пък цяла ръка?!

А после? Как ще сме сигурни какво точно прави и какво го контролира? Ако приемем, че традиционните технологии със своя метален блясък винаги са били малко или повече чужди на органичните ни тела… какво ще стане, когато пуснем живи роботчета в себе си?

И изобщо, живи ли са наистина те? А организми ли са, след като са създадени по този програмиран начин? Дали пък вече не живеем в един прекалено „Прекрасен нов свят“?

Няма нищо плашещо, според учените. Екипът обсъжда напредъка си с Харвардския институт по етика Уис. Проф. Левин казва, че „в свят, където вече е напълно възможно да се създават изкуствени патогени, да се притесняваме за рискове от технологиите като ксеноботовете е нелепо“.

Робот царува, робот робува, робот патки пасе

И все пак, на преден план остават много отворени въпроси. Например – редно ли е да се бъркаме в толкова фини процеси? Знаем ли наистина достатъчно много, за да сме сигурни, че с биологичните роботи вместо да си осигурим победата срещу тежки болести, ще отворим кутията на Пандора? Какво ще стане, ако в някакъв момент нещата напреднат дотолкова, че усъвършенстваните ята от ксеноботчета развият и някаква форма на съзнание?

Да, за момента те са контролирани и безобидни. Една прелюбопитна идея, която дава доста обещаващи възможности. Не знам за вас, но на мен някак са ми симпатични малките жабчета, които заслужават своя шанс. Както добре знаем, не технологиите са виновни за проблемите или ползите, които носят. Светли или тъмни, вредни или полезни, такива ги правим само и единствено ние, хората.