BAGIKAN
Organisme berkaki empat yang diproduksi, berdiameter 650-750 mikron (Credit: Douglas Blackiston, Tufts University.)

Tim ilmuwan telah mengubah sel-sel hidup yang diambil dari embrio katak dan merangkainya menjadi bentuk kehidupan yang sama sekali baru.

Dinamai sebagai Xenobot, gumpalan berukuran milimeter ini berisi 500 hingga 1000 sel katak. Dapat bergerak menuju sebuah target, membawa muatan dan mengatur serta memperbaiki diri secara mandiri. Dalam percobaanya ini, para peneliti berfokus pada sel kulit dan sel otot jantung katak.

“Ini adalah mesin kehidupan baru,” kata Joshua Bongard , seorang ilmuwan komputer dan ahli robotika di University of Vermont yang ikut memimpin penelitian terbaru ini. “Mereka bukanlah robot tradisional atau spesies hewan yang dikenal. Ini adalah kelas artefak baru: organisme hidup yang dapat diprogram.”

“Kita dapat membayangkan berbagai aplikasi berguna dari robot hidup yang tidak dapat dilakukan oleh mesin lain,” kata Michael Levin, rekan penulis penelitian dari Tufts University, “seperti mencari senyawa jahat atau kontaminasi radioaktif, mengumpulkan mikroplastik di lautan, berjalan di arteri untuk mengikis plak.”

Tahap pertama adalah merancang berbagai desain menggunakan algoritma evolusioner untuk menciptakan ribuan desain kandidat dari bentuk kehidupan baru dengan bantuan superkomputer. Selanjutnya, secara komputasi, berulang-ulang menyusun kembali beberapa ratus sel yang disimulasikan menjadi berbagai bentuk baru. Dan akhirnya, mengaplikasikan desain yang paling layak pada sel-sel katak.




Penelitian ini telah dipublikasikan di PNAS, dan tim telah membuat kode sumbernya tersedia secara gratis di Github.

Sel punca yang diperoleh dari embrio spesies katak Afrika, Xenopus laevis (oleh karena itu namanya “xenobot”) dipisahkan menjadi sel tunggal dan dibiarkan berinkubasi. Kemudian, dengan menggunakan forsep dan elektroda berukuran sangat kecil, sel-sel dipotong dan disatukan di bawah mikroskop sesuai dengan desain yang telah ditentukan oleh komputer.

Sel-sel kulit akan membentuk arsitektur yang lebih pasif, seperti perancah yang akan menopang struktur. Sementara sel kontraksi otot-otot jantung berfungsi untuk mendorong xenobot melakukan pergerakannya. Dibantu oleh pola pengorganisasian diri yang spontan, memungkinkan robot ini untuk bergerak secara mandiri.

Organisme yang dapat dikonfigurasi ulang ini terbukti mampu bergerak secara koheren dan menjelajahi lingkungan berair selama berhari-hari bahkan berminggu-minggu. Mendapatkan tenaganya dari energi yang tersimpan dalam bentuk lipid dan protein.

Salah satu xenorobot dibangun dengan sebuah lubang yang berada di tengahnya untuk mengurangi hambatan. Dalam versi simulasi ini, para ilmuwan dapat menggunakan kembali lubang ini sebagai tempat untuk membawa sebuah objek. “Ini adalah langkah menuju penggunaan organisme yang dirancang komputer untuk pengiriman obat cerdas,” kata Bongard, seorang profesor di Departemen Ilmu Komputer dan Pusat Sistem Kompleks UVM.

Meskipun tim menyebut mereka ‘hidup’, itu mungkin tergantung pada bagaimana Anda mendefinisikan makhluk hidup. Walaupun kehidupan mungkin mudah dikenali, sebenarnya sangat sulit untuk didefinisikan dan telah melibatkan berbagai ilmuwan dan filsuf dalam perdebatan selama berabad-abad – jika tidak ribuan tahun. Xenobot ini tidak dapat berevolusi sendiri, tidak ada organ reproduksi, dan tidak dapat berkembang biak

via GIPHY

Ketika xenorobot tidak bekerja lagi, tidak akan menimbulkan efek yang berbahaya. Xenobot ini sepenuhnya biodegradable atau dapat terurai secara biologis. Ketika selesai dengan pekerjaannya setelah tujuh hari, mereka hanya berupa gumpalan sel-sel mati, kata Bongard.

Dalam percobaan terbarunya, para ilmuwan mencoba memotong xenobot hampir setengahnya dan mengamati apa yang akan terjadi. Ternyata, mereka akan merangkainya kembali secara mandiri dan tetap bekerja. “Dan ini sesuatu yang tidak bisa kamu lakukan dengan mesin biasa.” kata Bongard.

“Pertanyaan besar dalam biologi adalah untuk memahami algoritma yang menentukan bentuk dan fungsi,” kata Levin. “Genom mengkode protein, tetapi aplikasi transformatif menunggu penemuan kita tentang bagaimana perangkat keras memungkinkan sel untuk bekerja sama menuju pembuatan anatomi fungsional dalam kondisi yang sangat berbeda.”




Sifat-sifat yang muncul dan geometris ini dibentuk oleh proses bioelektrik, biokimia, dan biomekanik, “yang berjalan pada perangkat keras yang ditentukan DNA,” kata Levin, “dan proses ini dapat dikonfigurasi ulang, memungkinkan bentuk-bentuk kehidupan baru.”

Banyak orang khawatir tentang implikasi perubahan teknologi yang cepat dan manipulasi biologis yang kompleks. “Ketakutan itu tidak masuk akal,” kata Levin. “Ketika kita mulai dipusingkan dengan sistem kompleks yang tidak kita mengerti, kita akan mendapatkan konsekuensi yang tidak diinginkan.”

“Jika umat manusia akan bertahan hidup di masa depan, kita perlu lebih memahami bagaimana sifat kompleks, entah bagaimana, muncul dari aturan sederhana,” kata Levin. Banyak ilmu pengetahuan difokuskan pada “mengendalikan aturan tingkat bawah. Kita juga perlu memahami aturan tingkat tinggi,” katanya. “Jika Anda menginginkan sarang semut dengan dua cerobong, bukan satu, bagaimana Anda memodifikasi semut? Kita tidak tahu.”

“Saya pikir ini adalah kebutuhan mutlak bagi masyarakat untuk maju untuk mendapatkan penanganan yang lebih baik pada sistem di mana hasilnya sangat kompleks,” kata Levin. “Langkah pertama untuk melakukan itu adalah mengeksplorasi: bagaimana sistem kehidupan memutuskan seperti apa perilaku keseluruhan dan bagaimana kita memanipulasi potongan-potongan untuk mendapatkan perilaku yang kita inginkan?”

Bagaimanapun seiring berkembangnya bidang penelitian ini, pedoman regulasi dan etika perlu dibuat, diterapkan, dan dipatuhi.



1 KOMENTAR