Ani żywe, ani sztuczne. Najlepsze są bakterie cyborgi

Oprócz tego, że komórki stają się bardziej wytrzymałe, sztuczny szkielet pozbawia je zdolności do rozmnażania, co pozwala je lepiej kontrolować niż genetycznie zmodyfikowane żywe bakterie. Łatwiej je też otrzymać niż w pełni sztuczne komórki o porównywalnej złożoności.

„Nie spodziewaliśmy się, że to nam się uda – mówi biolog syntetyczny i współautor artykułu Cheemeng Tan z University of California w Davis. – Gdy wprowadza się żelową matrycę do komórki, można by pomyśleć, że to ją zabije”. Niemniej jego zespół postanowił spróbować.

Aby zbudować biologicznego robota, badacze często hakują kod genetyczny żywego mikroorganizmu pod kątem pożądanego celu. Jednakże miliardy lat ewolucji nauczyły drobnoustroje unikać rzeczy, które im szkodzą – co jest kłopotliwe dla biologów syntetycznych, którzy dążą do tego, by komórki wytwarzały cenne, lecz toksyczne substancje chemiczne lub wykonywały inne niebezpieczne zadania.

„One nie są głupie – nie zrobią czegoś, co nie wspomaga ich podziału bądź rozwoju – mówi Kate Adamala, biolożka syntetyczna z University of Minnesota, która nie brała udziału w tych nowych badaniach. – Na tym polega ich model biznesowy”.

W pełni sztuczne komórki nie rozmnażają się ani nie wykazują instynktu przetrwania, co pozwala je łatwiej kontrolować niż żywe. Ale często trudno jest uczynić je wystarczająco wyrafinowanymi, aby były w stanie wykonywać skomplikowane zadania. „Pod względem złożoności po prostu nie dorównują naturalnym” – mówi Tan.

W celu stworzenia komórek cyborgów badacze wprowadzili do żywych Escherichia coli hydrożel, który Tan porównuje do zbitej masy mokrego makaronu molekularnego. To wzmocnienie sprawiło, że komórki stały się bardziej wytrzymałe, co pozwala im przetrwać działanie toksycznych czynników, które zabiłyby zwykłe E. coli. Takie komórki plasują się gdzieś pomiędzy sztucznymi a naturalnymi – nie mogą się dzielić, lecz poza tym mają normalne funkcje i metabolizm. Zespół wykazał również, że komórki cyborgi można zaprogramować za pomocą „obwodów” genetycznych (zestawów genów, które pozwalają komórkom wykonywać proste obliczenia) i wyposażyć w geny, które wspomagają je w ataku na komórki nowotworowe.

Naukowcy już wcześniej wprowadzali hydrożele do w pełni sztucznych komórek. Jednak składniki hydrożeli są „naprawdę trudne do kontrolowania” w żywej komórce, zauważa Adamala. Tan mówi, że grupa natknęła się na właściwy hydrożel w zasadzie przez czysty przypadek i spędziła wiele miesięcy na dopracowywaniu jego receptury, aby nie był szkodliwy dla bakterii.

Tan i Adamala zgadzają się, że przydatne mogłoby być przekształcenie w cyborgi również innych typów komórek; na przykład drożdże to grzyby, które wytwarzają białka, czego nie potrafią bakterie. Na razie zespół Tana pracuje nad zaprogramowaniem bakterii cyborgów do rozprowadzania szczepionek i niszczenia komórek rakowych.