Entièrement fabriqués à partir de cellules, ces adorables «Xenobots» sont pratiquement vivants

Avec l'aide d'un supercalculateur, les scientifiques ont construit de minuscules machines entièrement composées de matériaux biologiques. Capables de survivre pendant des jours et même des semaines, ces xénobots pourraient éventuellement être utilisés pour délivrer des médicaments à l'intérieur du corps et pour nettoyer l'environnement.

Nouveau recherche publié dans les Actes de la National Academy of Sciences décrit le xénobot – un «organisme reconfigurable» conçu par une équipe collaborative de l'Université Tufts, de l'Université du Vermont et du Wyss Institute à Harvard.

"Ce sont de nouvelles machines vivantes", a déclaré Joshua Bongard, un roboticien de l'Université du Vermont et co-chef de file de la nouvelle étude, dans un communiqué de presse. «Ils ne sont ni un robot traditionnel ni une espèce animale connue. C'est une nouvelle classe d'artefacts: un organisme vivant et programmable. "

Que les auteurs décrivent leur création comme «organismes», «machines vivantes» et «formes de vie» est audacieux, étant donné que ces créatures artificielles ne peuvent pas se reproduire, se nourrir ou répondre à des stimuli externes, entre autres exigences de la vie. En même temps, cependant, ces xénobots sont remarquablement réalistes en ce sens qu'ils sont entièrement constitués de matériaux biologiques, se nourrissent de l'énergie fournie par leurs cellules, se déplacent avec intention et même réparent leurs blessures. Nous pouvons certainement chicaner sur la question de savoir si ces robots sont vraiment vivants, mais ils sont très certainement un précurseur de formes de vie artificielles entièrement formées.

Mais nous prenons un peu d'avance sur nous-mêmes. Ces xénobots, qui mesurent environ un millimètre de large, pourraient être extrêmement utiles même dans cette forme préliminaire de base. Selon les chercheurs, ils pourraient éventuellement livrer des médicaments à l'intérieur du corps, aider à l'assainissement de l'environnement et même améliorer notre compréhension de la biologie elle-même. Dans le communiqué de presse, le chercheur et co-auteur de l'étude de l'Université Tufts, Michael Levin, a déclaré que les xénobots pouvaient chasser les «composés nocifs ou la contamination radioactive», rassembler les microplastiques dans les océans et voyager à l'intérieur «des artères pour éliminer la plaque».

Et parce que ces robots sont entièrement fabriqués à partir de cellules, plutôt qu'en acier ou en plastique, ils sont biodégradables par défaut. De grandes flottes de xénobots pourraient être envoyées dans l'environnement ou à l'intérieur du corps humain pour faire leur travail, puis se détériorer simplement comme tout autreses cellules biologiques une fois leur tâche terminée. Une version avancée des xénobots, peut-être aidée par la nanotechnologie moléculaire ou des bactéries bio-conçues, pourrait convertir les matériaux indésirables en une forme inerte et inoffensive.

Les xenobots ont été initialement conçus par un supercomputer logé au Université du Vermont. À l'aide d'un algorithme évolutif, les chercheurs ont imaginé des milliers de conceptions possibles pour leur nouvelle forme de vie, la capacité de locomotion unidirectionnelle étant une exigence physique fondamentale. Pour ce faire, l'algorithme a pris des centaines de cellules simulées et les a reconfigurées de différentes manières jusqu'à ce que les solutions les plus viables émergent.

Les meilleurs candidats ont ensuite été construits et testés à l'Université Tufts. Là, les scientifiques ont acquis leurs éléments de base biologiques en extrayant des cellules souches d'embryons de grenouilles africaines, en particulier Xenopus laevis, d'où vient le nom de xenobots. Des cellules spécialisées ont ensuite été cultivées et méticuleusement assemblées pour correspondre à la forme conçue par l'ordinateur. Les cellules cutanées rustiques ont fourni la structure de base, et les cellules du muscle cardiaque, qui se contractent et se dilatent spontanément, ont fourni les moyens de locomotion.

Dans les tests, les xénobots ont pu se déplacer dans leur environnement aquatique pendant des jours, parfois même des semaines, selon la quantité d'el'énergie était disponible dans leurs cellules, sans ajout de nutriments supplémentaires à l'environnement. Surtout, les robots ont pu se déplacer dans une seule direction et même pousser des granulés vers un cenemplacement tral. Une conception permettait une poche, à l'intérieur de laquelle des produits chimiques, tels que des médicaments, pourraient éventuellement être stockés en vue de leur livraison.

Dans un test pour voir ce qui se passerait quand un xénobot a été presque entièrement coupé en deux, le bot s'est automatiquement assemblé et a pu se remettre sur la bonne voie. Ce type de «comportement spontané ne peut être attendu de machines construites avec des matériaux artificiels que si ce comportement a été explicitement sélectionné pendant le processus de conception», ont écrit les auteurs dans l'article.

Tara Deans, ingénieur en biologie et professeur adjoint à l'Université de l'Utah qui n'était pas impliquée dans la nouvelle étude, a déclaré à Gizmodo que la réalisation était importante parce que les auteurs «ont utilisé le pouvoir de la biologie» pour créer «une« machine vivante » en fonction des paramètres qu'ils définissent », à savoir l'objectif du mouvement. Deans est particulièrement enthousiasmé par la perspective d'organismes programmables, qui permettraient aux scientifiques de coder des instructions de biodégradation après un laps de temps spécifié ou lorsque le bot détecte un environnement approprié dans lequel se dégrader.

«Les exemples d'applications sont infinis», a écrit Deans dans un e-mail à Gizmodo. "Il s'agit certainement d'un document de validation de principe, et il reste encore beaucoup de travail à faire pour accéder aux principales applications", a-t-elle déclaré, ajoutant qu'il n'y avait "pas d'histoire de Frankenstein ici".

En effet, la capacité de construire de nouveaux organismes à partir de zéro peut sembler un peu exagérée et effrayante – et sans aucun doute, nous devrons éventuellement surveiller et réglementer ces inventions biologiques à mesure qu'elles progressent – mais les avantages sont tout simplement trop importants pour être ignorés.