Una docena de organismos diseñados por inteligencia artificial conocidos como xenobots (en forma de C; beige) junto con células madre de rana sueltas (blancas).
Douglas Blackiston y Sam Kriegman
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Douglas Blackiston y Sam Kriegman
Una docena de organismos diseñados por inteligencia artificial conocidos como xenobots (en forma de C; beige) junto con células madre de rana sueltas (blancas).
Douglas Blackiston y Sam Kriegman
Los científicos dicen que han presenciado un tipo de replicación nunca antes vista en robots orgánicos creados en el laboratorio utilizando células de rana. Entre otras cosas, los hallazgos podrían tener implicaciones para la medicina regenerativa.
El descubrimiento involucra a un xenobot, un organismo simple y «programable» que se crea ensamblando células madre en una placa de Petri, y es descrito por un equipo de investigadores de la Universidad de Tufts, la Universidad de Harvard y la Universidad de Vermont. en un artículo publicado esta semana en el Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
«Puede pensar en esto como usar diferentes celdas [as] bloques de construcción como los que construirías con LEGO o Minecraft «, dijo a NPR Douglas Blackiston, coautor del estudio.
Los investigadores esperan que algún día estos xenobots, descritos por el mismo equipo en un papel publicado hace casi dos años, podría programarse para realizar funciones útiles como encontrar células cancerosas en el cuerpo humano o capturar microplásticos dañinos en el océano.
Los xenobots están hechos de células extraídas de la rana de garras africana, o Xenopus laevis. Las células no están modificadas genéticamente, sino que simplemente se combinan en diferentes arreglos para producir xenobots, dice Blackiston, científico principal del Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts y del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard.
Un xenobot diseñado por IA (en forma de C; rojo) barriendo las células madre que se han comprimido en una bola.
Douglas Blackiston y Sam Kriegman
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Un xenobot diseñado por IA (en forma de C; rojo) barriendo las células madre que se han comprimido en una bola.
Douglas Blackiston y Sam Kriegman
Los xenobots se mueven utilizando pequeñas estructuras similares a pelos conocidas como pestañas. Tienen una tendencia a girar en forma de sacacorchos, lo que «resulta ser muy bueno para recolectar montones de cosas» como otras células, dice Blackiston.
Entonces, el equipo usó una simulación por computadora impulsada por inteligencia artificial para ver cómo podían manipular a los xenobots de maneras que serían aún mejores para apilar cosas.
Un diseño mejorado produjo un descubrimiento inesperado
Para ese propósito, la forma de esferoide inicial de los xenobots «no es el mejor diseño», explica Blackiston. En cambio, la computadora sugirió una forma de C similar a un quitanieves o, como algunos han notado, Pac-Man. Esta forma, dice, es muy eficiente para atrapar y recolectar células madre sueltas., que luego se forman naturalmente en grandes montones.
Pero cuando los xenobots Al barrer las células madre de rana sueltas en el plato, los investigadores observaron algo notable: las pilas de células formaron copias de los xenobots originales.
Varias formas de reproducción sexual y asexual son, por supuesto, bien conocidas en biología.
Pero lo que han hecho los xenobots, denominado autorreplicación cinemática, es nuevo en los organismos vivos, dice Michael Levin, profesor de biología en Tufts y miembro asociado de la facultad del Instituto Wyss. Esto sucede a nivel molecular, pero «no tenemos conocimiento de ningún organismo que se reproduzca o se replique de esta manera», dice.
Se necesitan unos cinco días para producir una copia en condiciones ideales, dicen los investigadores. La «descendencia» no asume el tipo de cuerpo en forma de C de la generación de los padres, sino que vuelve a la forma de esferoide original, menos eficiente.
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Los xenobots son colecciones de células vivas y no tienen cerebro ni sistema digestivo. Pero, en un sentido real, se pueden programar, para arrinconar a otras células, como en este estudio, o eventualmente para hacer otras cosas. Es por eso que los investigadores los consideran pequeños robots orgánicos.
«La distinción entre un robot y un organismo no es tan nítida como … solíamos pensar que era», dijo Levin a NPR. «Estas criaturas tienen propiedades de ambos».
De hecho, la idea de la autorreplicación cinemática no es completamente nueva: fue sugerida por primera vez a fines de la década de 1940 por el matemático John von Neumann. Imaginó máquinas que pudieran elegir entre las partes básicas del robot para hacer copias de sí mismas, explica Sam Kreigman, becario postdoctoral en el Instituto Wyss y autor principal del artículo.
“Mucha gente ha estado tratando de fabricar máquinas Von Neumann con piezas de robot durante mucho tiempo, y el éxito es limitado”, dice Kreigman.
“Descubrimos que si simplemente se relaja la suposición de que el robot tiene que estar hecho de metal, placas de circuito y componentes electrónicos y, en su lugar, se utilizan células vivas, las máquinas de von Neumann son realmente fáciles de hacer”, dijo a NPR.
Algunos científicos tienen preocupaciones éticas
Pero eso preocupa a algunos científicos. Nita Farahany, profesora de derecho y filosofía en la Universidad de Duke, estudia la ética involucrada en las nuevas tecnologías y no formó parte de la investigación de xenobot. «Siempre que intentamos disfrutar de la vida … [we should] reconocer su potencial para ir muy mal «, dijo Revista Smithsonian.
Sin embargo, los investigadores señalan que, como una máquina hipotética de Von Neumann, un xenobot no puede copiarse a sí mismo sin materias primas. Como resultado, prácticamente no hay posibilidad de escapar del laboratorio y comenzar a reproducirse por sí solo. Todo lo que los investigadores tienen que hacer es eliminar el stock de células madre sueltas, y no queda nada por hacer más que crear nuevos xenobots.
Y dado que no hay material genético proveniente del padre xenobob, tampoco pueden mutar o evolucionar por sí mismos, dice Blackiston.
“Sería como encontrar partes sueltas de un ser humano flotando y juntarlas para hacer una copia”, dice. «Así que es difícil averiguar cómo [evolutionary] la selección actuaría sobre esto, porque no se transfiere nada entre cada generación, cada una es independiente. «
Lo que los investigadores esperan es que algún día estos xenobots y su capacidad de autorreplicarse puedan aprovecharse para el bien de la humanidad.
«Este es realmente un primer paso, pero puede pensar en el futuro», dice Blackiston. «Si pudiéramos programarlos mejor, tal vez podrían seleccionar y mover selectivamente los tipos de células específicas que queremos o ayudarnos a dar forma a algo que estamos construyendo en un plato para la medicina regenerativa».
Para Kreigman, lo interesante es que «esta forma de replicación ocurre de forma espontánea». Por supuesto, requiere condiciones muy específicas, dice, pero «no necesitaba evolucionar durante miles de millones de años».
«Pensamos en cuánto tiempo tardó la vida en evolucionar en la Tierra», dice Kreigman. «Es una historia muy larga, pero aquí en un plato bajo las condiciones adecuadas, hemos encontrado una forma completamente nueva de replicación en los organismos».
Y el descubrimiento de una nueva forma de autorreplicación, dice, muestra que «tal vez la vida sea más esperada que inesperada».
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