Tecnociencia

Robots vivos que se autorreplican

Después de ‘construir’ máquinas vivas a partir de células reutilizadas de embriones de rana, un grupo de científicos de EE UU ha creado los primeros biobots capaces de reproducirse de una manera jamás observada antes en el mundo animal o vegetal. Esta nueva forma de autorreplicación biológica podría suponer un prometedor avance para la medicina regenerativa.

Mitad animal, mitad robot. Los xenobots, creados gracias a la reutilización de células vivas obtenidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis), fueron diseñados en una supercomputadora a partir de bloques de construcción biológicos específicos basados en un algoritmo evolutivo.

Estos biobots, creados por un grupo de jóvenes investigadores estadounidenses, fueron dados a conocer en 2020. 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 PNAS, los cuatro científicos presentan 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).

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.

Unos 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.

Las células embrionarias de rana empleadas para crear los xenobots estaban así 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.

Se les dio la oportunidad de reimaginar su multicelularidad; 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.Nunca antes se había observado una manera de reproducción así en un animal o una planta ya que trata de células de rana que se replican de una forma muy diferente a como lo hacen estos anfibios.

Por sí solo, el progenitor xenobot, compuesto por unas 3.000 células, forma una esfera que pueden hacer hijos, pero después el sistema normalmente se extingue. En realidad, es muy difícil conseguir que el sistema siga reproduciéndose.

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.

Se pidió 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.

Organismo ‘padre’ diseñado por inteligencia artificial (en rojo) y con forma de Pac-Man, junto a células madre que han sido comprimidas en una bola (‘descendencia’, en verde). / Sam Kriegman y Douglas Blackiston
Organismo ‘padre’ diseñado por inteligencia artificial (en rojo) y con forma de Pac-Man, junto a células madre que han sido comprimidas en una bola (‘descendencia’, en verde). / Sam Kriegman y Douglas Blackiston

Aunque los investigadores se extrañaron de la forma de la boca –poco intuitiva, pequeña y única–, enviaron los resultados a la Universidad de Tufts donde se «reunineron» a los ‘padres’ Xenobot con forma de Pac-Man y se 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 los autores, la creación de estas máquinas vivientes supone trabajar más profundidad en la comprensión de la replicación ya que el mundo y las tecnologías están cambiando rápidamente. Es importante, para la sociedad en su conjunto, que se estudie y se  entienda cómo funciona.

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.

Fuente: SINC