Aktualności

Wykorzystując unikalną naturę DNA, inżynierowie Cornella stworzyli proste maszyny zbudowane z biomateriałów o właściwościach żywych istot. Przy użyciu DASH (DNA-based Assembly i Synthesis of Hierarchical, czyli Oparte na DNA Zgromadzenie i Synteza Hierarchiczna) inżynierowie skonstruowali materiał, który oprócz samoporządkowania i organizacji, ma możliwość metabolizmu, a są to 3 kluczowe cechy organizmów żywych.

„Wprowadzamy zupełnie nową, realistyczną koncepcję materiałową opartą na własnym sztucznym metabolizmie. Nie tworzymy czegoś, co żyje, ale tworzymy materiały, które są o wiele bardziej realistyczne niż kiedykolwiek wcześniej”, powiedział Dan Luo, profesor inżynierii biologicznej i środowiskowej.

Aby organizm żywy mógł się utrzymać, musi on mieć system zarządzania zmianami. Muszą być generowane nowe komórki, a stare zostać zmiecione. Taka biosynteza i biodegradacja są kluczowymi elementami samowystarczalności, a metabolizm jest im potrzebny do utrzymania formy. Takie działanie sprawia, że cząsteczki DNA są syntetyzowane i łączone w sposób hierarchiczny, a to z kolei pozwala zachować dynamiczny proces wzrostu i rozkładu.

Używając DASH inżynierowie Cornella stworzyli biomateriał, który może autonomicznie powstać z nanoskalowych elementów konstrukcyjnych i zorganizować się – najpierw w polimery i ostatecznie w kształty mezoskalowe. Zaczynając od 55-nukleotydowej sekwencji zarodkowej, cząsteczki DNA były mnożone setki tysięcy razy, tworząc łańcuchy powtarzającego się DNA o wielkości kilku milimetrów. Następnie roztwór reakcyjny wstrzyknięto do urządzenia mikroprzepływowego, które zapewniło ciekły przepływ energii i niezbędne elementy budulcowe do biosyntezy. Gdy przepływ spływał na materiał, DNA zsyntetyzowało swoje nowe pasma, z rosnącym przednim końcem materiału i degradacją ogona w optymalnej równowadze. W ten sposób poruszało się do przodu, pod prąd, w sposób podobny do tego, jak poruszają się śluzowce. Zdolność do lokomocji pozwoliła zestawić materiały przeciwko sobie w wyścigach. Ze względu na przypadkowość środowiska, jedno ciało zyska przewagę nad drugim, przekraczając linię mety wcześniej.

„Projekty są nadal prymitywne, ale pokazały nową drogę do tworzenia dynamicznych maszyn z biomolekuł. Jesteśmy na pierwszym etapie budowania realistycznych robotów z wykorzystaniem sztucznego metabolizmu”, powiedział Shogo Hamada, wykładowca i pracownik naukowy w laboratorium Luo. „Nawet z prostego projektu udało nam się stworzyć wyrafinowane zachowania, takie jak wyścigi. Sztuczny metabolizm może otworzyć nową granicę w robotyce”.

Źródło artykułu

Redaktor: Wiktoria Kurczak