Ils créent des robots à cellules vivantes avec leur libre arbitre et leur propre personnalité

04/06/2021 à 08:00 CEST

Des informaticiens de l’Université du Vermont et des biologistes de l’Université Tufts ont créé en laboratoire la première génération d’êtres vivants artificiels, des robots cellulaires vivants si sophistiqués qu’ils ont leur propre identité et leur libre arbitre.

L’exploit a commencé l’année dernière, lorsque cette même équipe a réutilisé des cellules vivantes, extraites d’embryons de grenouilles, et les a assemblées en composants artificiels pour construire une nouvelle forme de vie qui peut être confondue avec des êtres vivants naturels microscopiques.

Ils ont appelé ces êtres hybrides, mi-naturels, mi-artificiels, ils ont appelé Xenobots: d’un millimètre de large, ils peuvent se déplacer vers une cible, ramasser une charge utile (comme un médicament qui doit être administré à l’organe d’un patient) et même se guérir. eux-mêmes après avoir été coupés.

L’ensemble du processus de création de cette étrange créature était régi par un algorithme inspiré du fonctionnement de deux types de cellules capables de mouvements organisés.

Cet algorithme a été inséré dans des cellules souches d’embryons de grenouilles africaines connus sous le nom de Xenopus laevis, d’où le nom de «Xenobots».

Le résultat a été la création d’organismes synthétiques conçus automatiquement par ordinateur: ils combinent différents tissus biologiques et sont capables d’exécuter des fonctions programmées par ordinateur.

Ces formes corporelles jamais vues dans la nature ont commencé à travailler ensemble et ont formé de nouvelles structures cellulaires en suivant les instructions de l’algorithme.

Nouvelle génération de Xenobots

Nouvelle génération de XenobotsInsatisfaits de ce résultat, les chercheurs ont de nouveau expérimenté des cellules embryonnaires de la même espèce de grenouille, bien qu’avec une nouveauté importante. Les résultats de ce nouveau développement sont publiés dans la revue Science Robotics.

La nouveauté est que les nouveaux Xenobots ne sont pas limités par le programme génétique correspondant à leur nature, et aucun programme informatique de croissance ne leur a été appliqué.

Le résultat n’a pas été moins spectaculaire: les cellules de la nouvelle génération de Xenobots ont pris forme d’elles-mêmes, spontanément, sans programmation préalable, et ont agi comme une communauté, réagissant aux autres cellules et participant à des activités collectives.

Ces cellules hybrides peuvent agir comme des capteurs, des moteurs pour le mouvement, des réseaux de communication et de calcul, et des appareils d’enregistrement pour stocker des informations, ont déclaré les chercheurs dans un communiqué.

Le magazine Quanta met en évidence les implications profondes de ce résultat: le plus important est qu’il révèle comment les cellules fonctionnent en dehors du contexte génétique qui leur est propre de par leur nature.

La première chose qu’ils ont appréciée est que le génome de la grenouille n’est pas exhaustif, car il ne force pas les cellules embryonnaires à proliférer, se différencier et s’organiser d’une seule manière.

Nouveau type de créature

Nouveau type de créaturePar conséquent, on peut dire que cette génération de Xenobots représente un nouveau type de créature qui se distingue plus par ce qu’elle fait, que par ses origines génétiques (dans ce cas, une espèce de grenouille).

Michael Levin, l’un des architectes de ce développement, souligne à cet égard que les cellules individuelles ne sont pas déterminées uniquement par la génétique, mais que, bien qu’elles soient guidées par le génome, elles ont une capacité de décision (une sorte de libre arbitre cellulaire). cela vous permet de créer différents corps.

Il considère que ce que le génome contribue aux cellules naturelles n’est qu’un mécanisme qui les incite à entreprendre des activités ciblées, et non un programme d’évolution fermé. L’important est de s’adapter et de survivre.

Si cela est correct, alors la variété des formes et des fonctions corporelles qui se produisent dans les organismes naturels n’est pas tant le résultat de programmes de développement spécifiques écrits dans leurs génomes, mais de leurs comportements cellulaires, qui peuvent provenir à la fois du génome et de l’environnement, met en évidence Quanta.

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Aussi des cellules humaines?

Aussi des cellules humaines?Les chercheurs pensent également que si l’organisation observée dans ces organismes hybrides est à la base de l’organisation animale multicellulaire, les cellules humaines pourraient également se comporter de la même manière.

Cela signifierait qu’à l’avenir, nous pourrons peut-être amener nos cellules à faire des choses qu’elles pourraient théoriquement faire, comme la régénération des membres.

Contrairement aux Xenobots, nos cellules n’auraient pas encore “réalisé” qu’elles ont cette option. Dans le bon environnement, ils peuvent être en mesure de développer cette capacité.

Que les cellules puissent être programmées pour «calculer» collectivement leurs propres solutions de croissance et de forme, plutôt que ce que leur génome indique, a également un sens évolutif, car cela signifie que les objectifs collectifs des cellules d’un tissu survivent.

Ils auraient même un «je»

Ils auraient même un «je»Les implications ne s’arrêtent pas là: les xénobots peuvent même être considérés comme des organismes, dans le sens où ils représentent un ensemble de cellules avec une activité organisée et dirigée vers un but: ils ont une sorte d’identité ou «moi», notent les chercheurs.

Et bien que ces organismes vivants artificiels n’aient pas de système nerveux, ils peuvent communiquer entre eux: entre Xenobots il y a un échange d’ions calcium comme celui observé entre les neurones.

De ces communications intercellulaires émerge une sorte de code qui permet aux cellules de s’organiser plus ou moins indépendamment de leurs gènes.

Référence

RéférenceUne plateforme cellulaire pour le développement de machines vivantes synthétiques. Douglas Blackiston et coll. Science Robotics, 31 mars 2021: Vol. 6, Numéro 52, eabf1571. DOI: 10.1126 / scirobotics.abf1571

Photo du haut: Image du Xenobot. A gauche, le plan anatomique de l’organisme dessiné par ordinateur. A droite, l’organisme vivant, entièrement construit selon un algorithme bio-inspiré, à partir de peau de grenouille (verte) et de cellules du muscle cardiaque (rouge). (Crédit: Sam Kriegman, UVM)