科学家用青蛙细胞创造出“生命机器”,能集体运动,还能记忆和自我修复

2021
04/06

+
分享
评论
生物世界
A-
A+

研究团队表示,可以利用Xenobots的这种分子记忆来检测放射性污染物、化学污染物的存在,或药物、疾病状况等等。


撰文|王聪
编辑 | nagashi
排版|水成文

之前,科学家们已经开发出了由合成材料制成的群体机器人,并通过在形状精确的支架上生长的肌肉细胞进行移动。但是直到现在,创造一个自主的生命机器仍然遥不可及。

但如今,这种遥不可及正在变成现实。

2021年3月31日,塔夫茨大学艾伦探索中心主任  Michael Levin  教授团队在 Science 子刊 Science Robotics 期刊发表了题为: A cellular platform for the development of synthetic living machines  的研究论文。

在这项研究中,研究团队利用非洲爪蟾Xenopus laevis的细胞,创造了小型 合成生命机器 (Synthetics Living Machines) ,并将其命名为 Xenobots

它们可以由单个细胞自组装而来,无需肌肉细胞即可在不同环境中快速移动,推动有效载荷,它们还可以记住自己的经历,在受损时可以自愈,并表现出群体行为


微信视频预览查看


研究团队从非洲爪蟾胚胎中提取干细胞,使它们自组装并长成球形,几天后其中的一些细胞分化产生纤毛,这些纤毛就像腿一样,可以帮助球形的Xenobots快速移动。


该研究的通讯作者、塔夫茨大学艾伦探索中心主任 Michael Levin 教授表示,这项研究让我们目睹了细胞集群的非凡可塑性,尽管它们具有完全正常的基因组,但却能形成了一个几乎新的“物体”,与它们原本来源的非洲爪蟾截然不同

非洲爪蟾 ,一种原产于的水生青蛙,是一种重要的模式生物

这些细胞可以将其遗传编码的纤毛重新用于新功能的——运动,令人惊奇的是,这些细胞可以自发承担起新的角色并创建新的身体计划和行为,而无需为这些特征进行长时间的进化选择


当非洲爪蟾细胞将自己组装成Xenobots时,它们可以借助表面上存在的纤毛以协同的方式移动。而且它们可以接受外科手术、遗传、化学和光学刺激。Xenobots可以在水中操纵,在受损伤后能够自愈,并表现出可预测的集体行为。


该研究的第一作者  Douglas Blackiston  博士表示某种程度上,这种Xenobots机器人跟传统机器人在构造上是类似的,只不过Xenobots是使用了细胞和组织来构建并创造了可预测行为。这项研究也有助于了解细胞在发育过程中如何相互作用,以及如何更好地控制这些相互作用。

该研究的共同第一作者,Douglas Blackiston(左),Emma Lederer(右)

接下来,研究团队使用计算机对Xenobots的个体和集体行为进行了模拟,这些模拟发现Xenobots擅长 群体协同工作

用于清理垃圾

研究团队将Xenobots培养在均匀铺满氧化铁颗粒的培养皿中,Xenobots能够一起扫过培养皿表面,迅速收集 大量氧化铁颗粒,这表明Xenobots可以通过群体行为清理垃圾。


研究团队表示,目前Xenobots虽然只能做一些简单的任务,但是最终的目标是开发出一种有用的新型生命机器,例如用于清理海洋中的微塑料或土壤中的污染物


可以记录信息


研究团队创建Xenobots之前,向非洲爪蟾胚胎细胞中注入了编码EosFP蛋白mRNA,该蛋白会发出绿色荧光,但是当暴露于390nm波长的蓝光时,该蛋白会发出红光。因此,成熟的Xenobots具有内置的荧光开关,可以记录暴露于蓝光的情况。


为了验证这一功能,研究团队将10个Xenobots放置在一个直径5厘米的培养皿表面,培养皿中有一个直径7毫米的区域直射蓝光,2个小时后,有3个Xenobots发出了红光,其余的保持原始绿色,这表明这3个机器人曾运动到了这束蓝光下,有效记录了它们的“旅行经历”



研究团队表示,可以利用Xenobots的这种分子记忆来检测放射性污染物、化学污染物的存在,或药物、疾病状况等等


生物机器人的优势

最后,研究团队表示,这种Xenobots机器人,相比于金属和塑料机器人,具有许多优势,比如,它们可以随着细胞的生长和成熟,建立自己的身体计划,还能在受损时进行自我修复。这种自我修复是生物体的自然特征,并且在Xenobots中得以保留。

这些生物机器人中的细胞还可以吸收和分解化学物质,像微型工厂一样工作,合成和排出化学物质和蛋白质。此外,还可以通过计算机模拟为它们设计更复杂的行为,让它们执行更复杂的任务。

论文链接:
https://robotics.sciencemag.org/content/6/52/eabf1571


本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
机器人,修复,记忆,生命,运动,爪蟾,蛋白

人点赞

收藏

人收藏

打赏

打赏

我有话说

0条评论

0/500

评论字数超出限制

表情
评论

为你推荐

推荐课程


社群

精彩视频

您的申请提交成功

确定 取消
剩余5
×

打赏金额

认可我就打赏我~

1元 5元 10元 20元 50元 其它

打赏

打赏作者

认可我就打赏我~

×

扫描二维码

立即打赏给Ta吧!

温馨提示:仅支持微信支付!