Създаването на живи организми винаги се е считало за фантастика, но сега това е реалност: компютърните специалисти от университета на Върмонт и биофизиците от университета Тафтс създадоха биороботи. В научната статия, публикувана в PNAS те описват използването на изкуствен интелект за изграждането на съвсем нов организъм от стволовите клетки на жаба. Стволовите клетки са характерни предимно с това, че имат способността да се развиват и да се превръщат в друг вид клетки. Така например, стволовите клетки могат да се прегрупират и да се формират кожни или сърдечни клетки. На практика това е миниатюрен жив робот. Основната цел на учените е използването на тези ксеноботи за по-добро разбиране на клетъчните процеси и за това, как клетките от всички видове обменят информация помежду си.
Тези биороботи не могат да се хранят, не могат да се размножават и живеят само около една седмица и нахлуването на франкенжаби в нашия свят не бива да ни тревожи. Но те могат да се движат, да плуват, бутат и преместват предмети, както и да работят съвместно в групи. Това е съществено постижение за първите в света подобни роботи, изградени от някаква смесица от клетки.
За постигането на тази цел екипът от Върмонт е разработил изкуствен интелект, който може да осъществява десетки хиляди симулации на това, как ще се държат различните комбинации от клетки, взети от кожата или сърцето, ако бъдат изградени не във виртуалния, а в реалния свят. А екипът от Тафтс е използвал някои от най-добрите виртуални модели, за да изградят функционален организъм от стволови клетки взети от жабешки емнбриони.
Учените събират тези клетки чрез изрязване на периферната област на ембриона, която по-късно по време на растежа се превръща в кожа или сърдечен мускул. Те ръчно са разделили тъканта на отделни клетки, които са поставени в специални съдове.
Процесът по нещо прилича на създаването на мармалад: всичко се смесва и никой не очаква тези отделни клетки да координират своите действия. С други думи, разтопеният мармалад сам по себе си никога няма да се превърне в нещо живо.
„Но това, което те изграждат съвсем не е безпорядък“ – твърди биофизикът от Тафтс Макъл Левин. „Това е цялостен и функционален организъм“.
Този организъм се движи, използвайки клетките от сърдечния мускул, който работи чрез съкращаване (така бие сърцето). Клетките на кожата помагат всичко това да бъде удържано заедно, точно както става при живите организми, допълва микробиологът Кристофър Адами от Мичиганския университет.
След като изследователите измъкнат ксенобота от епруветката, те ръчно го изрязват до вида предсказан от изкуствения интелект. Според Левин, учените са успели да измислят нещо като рецепта, с помощта на която могат да създават неголям брой ксеноботи, които могат да се движат и да изпълняват едни и същи функции. Тези същества могат да се използват и в практиката, извън лабораториите, например за подобряване доставката не лекарствени препарати в организма.
И това е само първата стъпка. „Прехвърлянето на генерирано от компютър вещество към биологичен организъм е нещо съвсем ново“ – заяви Адами. Засега не е ясно колко време ще е необходимо за усъвършенстването на този метод, за да може в крайна сметка това да стане нова медицинска технология и да промени нашето разбиране за работата на живите клетки.
Но всичко изглежда многообещаващо:
„Прехвърлянето на поведението на робот от симулация в реалността е невероятно сложно и този съвсем нов подход показва впечатляващи резултати“ – каза специалистът по роботика на Йейлския университет Ребека Крамър Ботило. „Използването на клъстър от живи клетки за получаването на моделируеми конструкции и модели на поведение е многообещаващ показател за нашата бъдеща способност да създаваме биосъвместими роботи, които могат да използват еластичността и интелекта на живите тъкани“.
Към днешен ден екипът от учени се е съсредоточил върху фундаменталната наука, а не върху някакви фантастични медицински възможности. Те работят върху създаването на нов дизайн за ксеноботите, които по-ясно ще могат да демонстрират по какъв начин клетките в живите организми си взаимодействат една с друга. Ние знаем, че те използват електрически и химически сигнали за координация на действията си, но нямаме никакво понятие по какъв начин клетките общуват и как решават какви форми да изградят.
Има няколко начини за създаването на „живи роботи“ и ксеноботите са само един от тях. Други научни екипи използват генно инженерство и различни видове създаване на тъкани от клетки, които могат да изпълняват функции, различни от тези, за които са предназначени. Но бързият прогрес на новия метод се дължи преди всичко на използването на ИИ за разработването на ксеноботи, счита компютърният инженер от Върмонт Джош Бонгърд.
Според неговите думи, компютърът работи в режим проби и грешки върху милиарди разнообразни дизайни на ксеноботите. А това научно изследване доказва, че по този начин е възможно създаването на дизайн, който има място и е ефективен в реалния свят.
Всичко това може да звучи като научна фантастика, но по принцип хората непрекъснато променят различните организми и вършат това от хилядолетия. Само че този процес отнема десетилетия и дори столетия. Да се замислим върху специалните сортове царевица, която твърде малко прилича на своите диви предци, и при която няма как процесът по създаването на нови сортове да бъде контролиран с голяма точност.
Бонгърд признава, че създаването на съвсем нови и непознати за човечеството организми повдига редица етични въпроси, дори и когато тези организми не могат да мислят и чувстват по начин, който хората могат да разберат. Той счита, че с развитието на тази технология, в крайна сметка ще се наложи да бъдат създадени съвсем нови правила за етичното отношение към ксеноботите.
Адами отбелязва, че „Те не са живи в смисъла, по който хората обикновено разбират това. Всъщност, това са тъкани, които реагират при стимулиране“.
Засега не е известно какво точно ще се случи с ксеноботите и какво те ще могат да изяснят по отношение работата на клетките. Но Левин се интересува преди всичко от това, по какъв начин клетките поддържат връзка една с друга.
„Основната задача от гледна точка на биологията е да се разбере как точно си взаимодействат отделните клетки и по какъв начин решават, какви тела трябва да изградят. Това е нещо като пясъчник или лабиринт, който трябва да бъде разгадан“.
Според неговите думи, знанието за това, по какъв начин клетките си обменят информация, ще има огромно значение за бъдещето на биологичните науки.
„Към днешен ден ние сме на такъв етап от развитието, на какъвто бе информатиката през 40-те години на миналия век, когато за препрограмиране трябваше да се променят местата на немалък брой проводници и да се работи с обикновени физически ключове. Ние трябва да се движим напред и да осъществим прехода от хардуера към програмите“.
Според Адами, ще се наложи разработването на по-фин физически контрол на клетките. Към днешен ден учените по доста груб физичен начин изграждат ксеноботите, но вече се работи върху автоматизирането на този процес. Но до създаването на 3D печат на ксеноботи е все още твърде рано да се говори.
„Може да се каже, че тези същества на практика са ембриони. Те са малки. И засега ние нямаме механизъм, който да даде възможност за автоматизиране на процеса“ – казва още Адами. „Но дори и съвсем малки количества от тези миниатюрни същества могат да ни дадат важна информация за това, по какъв начин клетките формират един цял организъм.
Но ксеноботите или новите биороботи могат да се използват за най-различни цели – например да изчистват радиоактивните отпадъци, да преработват пластмасата, попаднала в океана, да почистват артериите и вените в човешкия организъм и да извършват редица манипулации, които са прекалено фини за човешката ръка.
