Parece cosa de una película de ciencia ficción. Pero ocurre en la vida real. Son mitad animal, mitad robot. Les llaman xenobots, y han sido creados gracias a la reutilización de células vivas obtenidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis), que fueron diseñados en una supercomputadora a partir de bloques de construcción biológicos específicos basados en un algoritmo evolutivo.
Los biobots dados a conocer en 2020, fueron creados por un grupo de jóvenes investigadores estadounidenses -Sam Kriegman, Douglas Blakiston, Michael Levin -los tres de la Universidad de Harvard y del Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts; y Josh Bongard de la Universidad de Vermont-. En ese momento, medían un milímetro de largo, eran capaces de moverse hacia un objetivo marcado, levantar carga útil o autocurarse tras un corte.
Ahora, en un nuevo estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, más conocida por sus siglas PNAS, los cuatro científicos presentaron los primeros robots vivos autorreplicantes de la historia, gracias al hallazgo de una nueva forma de reproducción biológica. Los autores extrajeron células cutáneas no modificadas genéticamente de renacuajos de Xenopus y las incubaron para producir organismos móviles y multicelulares cubiertos de cilios (estructuras celulares con aspecto de pestaña).
El resumen dice: «Todos los sistemas vivos se perpetúan a través del crecimiento en o sobre el cuerpo, seguido de la división, la gemación o el nacimiento. Encontramos que los ensamblajes multicelulares sintéticos también pueden replicarse cinemáticamente moviendo y comprimiendo células disociadas en su entorno en auto-copias funcionales. Esta forma de perpetuación, nunca antes vista en ningún organismo, surge espontáneamente durante días en lugar de evolucionar durante milenios. También mostramos cómo los métodos de inteligencia artificial pueden diseñar ensamblajes que posponen la pérdida de capacidad de replicación y realizan un trabajo útil como efecto secundario de la replicación. Esto sugiere que se pueden alcanzar rápidamente otros fenotipos únicos y útiles a partir de organismos de tipo salvaje sin selección o ingeniería genética, ampliando así nuestra comprensión de las condiciones bajo las cuales surge la replicación, la plasticidad fenotípica y la utilidad de las máquinas replicadoras».
De manera que tal y como se observa en un video, estos biobots, diseñados por ordenador y ensamblados a mano, pueden nadar en una placa Petri, encontrar células individuales y reunir cientos de ellas y juntar ‘bebés’ xenobot en el interior de su boca en forma de Pac-Man.
Cinco días más tarde, estos se convierten en nuevas máquinas vivas, que pueden observarse y moverse de la misma manera. A su vez, encuentran células y construyen copias de sí mismos, una y otra vez. “Con el diseño adecuado, se autorreplican espontáneamente”, afirma Bongard, el informático del grupo, un destacado experto en robótica, que ha codirigido el trabajo.
Un nuevo modo de reproducción biológica
Las células embrionarias de rana empleadas para crear los xenobots estaban destinadas para convertirse en piel. Situadas en el exterior del renacuajo, su función sería la de mantener a los patógenos alejados y redistribuir la mucosidad. En el estudio, los investigadores las colocaron en otro contexto completamente novedoso.
“Les dimos la oportunidad de reimaginar su multicelularidad”, señala Michael Levin, profesor de biología y director del Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts y colíder del trabajo. Y lo que imaginan es algo muy diferente a la piel.
“Estas células tienen el genoma de una rana, pero, liberadas de convertirse en renacuajos, utilizan su inteligencia colectiva, una plasticidad, para hacer algo asombroso”, añade Levin. Nunca antes se había observado una manera de reproducción así en un animal o una planta.
Según Sam Kriegman, autor principal, y ahora investigador postdoctoral, se trata de células de rana que se replican de una forma muy diferente a como lo hacen estos anfibios.
Por qué la forma de Pac-Man
Por sí solo, el progenitor xenobot, compuesto por unas 3.000 células, forma una esfera. “Estas pueden hacer hijos, pero después el sistema normalmente se extingue. En realidad, es muy difícil conseguir que el sistema siga reproduciéndose”, dice Kriegman.
Pero gracias a un programa de inteligencia artificial (IA) del clúster de supercomputación Deep Green del Vermont Advanced Computing Core de la UVM, un algoritmo evolutivo probó miles de millones de formas corporales en simulación (triángulos, cuadrados, pirámides, estrellas de mar, etc.) para encontrar las que permitían a las células ser más efectivas en la replicación “cinemática” basada en el movimiento, que nunca antes se había observado a escala de células u organismos enteros, según un artículo publicado por la revista SINC.
“Pedimos al superordenador de la UVM que averiguara cómo ajustar la forma de los progenitores iniciales, y la IA dio con algunos diseños extraños tras meses de trabajo, incluido uno que se parecía a Pac-Man”, cuenta Kriegman.
Aunque los investigadores se extrañaron de la forma de la boca –poco intuitiva, pequeña y única–, enviaron los resultados a Douglas Blackiston, el científico principal de la Universidad de Tufts que reunió a los ‘padres’ Xenobot con forma de Pac-Man y desarrolló la parte biológica del nuevo estudio. A partir de ahí, los biobots crearon hijos, nietos, bisnietos y tataranietos, ampliando el número de generaciones.
Aprender de la biotecnología autorreplicante
Según Sam Kriegman, Douglas Blakiston, Michael Levin y Josh Bongard, la creación de estas máquinas vivientes supone trabajar más profundidad en la comprensión de la replicación: “El mundo y las tecnologías están cambiando rápidamente. Es importante, para la sociedad en su conjunto, que estudiemos y entendamos cómo funciona”, informa por su parte Bongard.
Estas máquinas vivientes de tamaño milimétrico, creadas por completo en laboratorio, fácilmente extinguibles y examinadas por expertos, se convierten en el sistema ideal para estudiar los sistemas autorreplicantes. “Tenemos el imperativo moral de comprender las condiciones en las que podemos controlarlo, dirigirlo, apagarlo o exagerarlo”, recalcan.
Para los científicos, esta investigación es prometedora para los avances hacia la medicina regenerativa. “Si supiéramos cómo decirle a los grupos de células que hagan lo que queremos que hagan, sería la solución a las lesiones traumáticas, los defectos de nacimiento, el cáncer y el envejecimiento”, manifestó Levin, para quien estos problemas existen porque no sabemos cómo predecir y controlar qué grupos de células van a construir. “Los xenobots son una nueva plataforma para enseñarnos”, concluye.
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