Levende ‘robotjes’ kunnen zich vermenigvuldigen

Onderzoekers in de Verenigde Staten hebben een nieuwe manier ontdekt waarop biologische organismen zich kunnen voortplanten. Ze hebben deze methode meteen ingezet om zelfbenoemde ‘xenobots’ aan het werk te zetten. Die planten zich voort, enkele generaties lang.

De xenobots zijn kleine (een halve millimeter doorsnede), door mensen gebouwde ‘organismen’ die bestaan uit een paar duizend dierlijke cellen. De onderzoekers noemen ze ‘levende robotjes’.

Die benaming is wat is ver gezocht, want hoewel de xenobots inderdaad uit levende kikkercellen bestaan, functioneren ze niet echt autonoom, zoals robots.
 

Omgevingsprikkels

Wel is het zo dat de kunstmatige organismen die het team sinds vorig jaar bouwt onder invloed van de juiste omgevingsprikkels aan het werk gaan. De klompjes cellen (stamcellen die normaal gesproken hadden moeten uitgroeien tot huidcellen van een kikkervisje) doen door hun vorm denken aan pacmans; maar ze maken juist dingen in plaats van ze op te eten.
 

Stamcellen verzamelen

Ze zwemmen rond en verzamelen – min of meer per ongeluk – honderden, en later duizenden, stamcellen. Het fascinerende is dat er zo een klompje cellen ontstaat dat enkele dagen later zelf weer een ‘bouwer’ wordt.
 

 

De wetenschappers hebben dus een zelf-replicerend ‘organisme’ gebouwd, een prestatie die met belangstelling zal worden ontvangen door zowel robotonderzoekers als synthetisch biologen. Ze beschrijven de details van hun aanpak in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dat maandag verscheen.
 

Bijzondere vorm

Met de vorm van de xenobots is nog wat bijzonders aan de hand. Zou je gewoon stamcellen samenbrengen, dan zou een bolletje ontstaan, maar dat kan geen nageslacht voortbrengen door stamcellen samen te vegen.

Daarom zetten de onderzoekers een supercomputer aan het werk, waarop AI-software (artificial intelligence) draaide die als doel had: vind de meest geschikte vorm voor een xenobot om zichzelf te vermenigvuldigen. ‘Na maanden rekenen kwam die met een paar rare ontwerpen aanzetten, waaronder de pacman’, vertelt Sam Kriegman, eerste auteur van het artikel in een nieuwsbericht.

‘Het gaat echt tegen je gevoel in. Het is niet een ontwerp waar een menselijke ontwerper mee zou komen. Waarom bijvoorbeeld één mondje en niet vijf?’
 

Paar generaties

Maar toen collega’s van Kriegman de pacmans daadwerkelijk bouwden, bleken ze succesvol voort te planten. Ze kregen (bouwden) kinderen, die ook weer kinderen bouwden en die bouwden de kleinkinderen van de eerste generatie. Na een paar generaties hield het voortplanten op.
 

 

Robocalypse niet aan de orde

Dit is een knappe prestatie en sommige media waarschuwen al voor de robocalypse (‘Robots kunnen zich nu zelf voortplanten, ze nemen de wereld over, help!’). Dit is echter totaal niet aan de orde.

‘Ik zou me nu nog maar geen zorgen maken. De xenobots hebben geen enkel bewustzijn en het repliceren gaat ook maar een paar generaties door. Daarna worden ze steeds kleiner en dempt het uit’, relativeert Bas Overvelde, hoofd van de soft robotic matter-groep van het Nederlandse onderzoeksinstituut AMOLF.
 

Medicijnen afgeven

Overvelde ziet wel potentie in het Amerikaanse onderzoek. ‘De xenobots zijn kleine machines die zich kunnen reproduceren afhankelijk van prikkels in de omgeving. Combineer dit met een chemische stof en dan zou dit principe op termijn bruikbaar kunnen zijn om bijvoorbeeld medicijnen af te geven op een bepaalde plek in het lichaam.’
 

Weefsels en ledematen

De Amerikanen denken zelf qua toepassing aan regenerative medicine, het kweken van weefsels of stukken van ledematen, voor mensen die een ernstig ongeluk hebben gehad, of kanker. ‘Als we aan groepen cellen kunnen opdragen wat ze moeten doen, dan is dat regenerative medicine op het meest basale niveau’, zegt hoogleraar biologie Michael Levin van Tufts University in het nieuwsbericht. ‘We kunnen in de geneeskunde op termijn veel problemen oplossen als we kunnen voorspellen én bepalen wat groepen cellen gaan bouwen.’

 

Openingsbeeld: De grillig gevormde bolletjes (een halve millimeter groot) op deze microscoopopname doen misschien denken aan oliebollen in een pan met vet, maar ze zijn eigenlijk een doorbraak op het gebied van robotica. De C-vormige organismen zwemmen rond en verzamelen stamcellen (de kleine witte stipjes), net zolang tot er daarvan voldoende zijn samengeklonterd om een nieuwe xenobot te vormen. Ook die begint dan weer stamcellen te verzamelen. Foto Douglas Blackiston and Sam Kriegman