Vědcům se podařilo uvést v život uměle vytvořený organismus – medusoid
„Schopnost plavání se u umělého organismu neobjeví jen tím, že okopírujeme a uměle zkonstruujeme všechny součástky plavajícího organismu a zasadíme je do shodného uspořádání,“ říká Jana Nawrothová, která se na výzkumu podílela. „Zaměřili jsme se na medúzy, které si svým pohybem i přihánějí potravu. A na této primitivní biologické struktuře jsme se rozhodli vystavět náš praktický konstrukční výzkum.“ Medúzy jsou považovány za první více-orgánové živočichy, kteří byli už před 500 miliony lety schopni komplikovanější koordinace pohybů.
Za největší přínos práce považuje Janna Nawrothová, vedoucí výzkumu z Caltechu, pokrok v chápání mechanismu fungování tkání. „Doposud byl tkáňový inženýrink spíše kvalitativním moderním uměním, při kterém jsme se snažili tkáně a orgány přesně okopírovat s důrazem na ty součásti, jež jsme považovali za důležité,“ popisuje Nawrothová. "Pořád nám ale chybělo nezbytné porozumění významu jednotlivých součástek pro specifické funkce. Navíc jsme netušili, jaké materiály by bylo nejvhodnější použít,“ dodala.
V rytmu srdce
K odhalení mechanismu přitom přispěla zdánlivě drobná náhoda. „V roce 2007 mi poprvé přišlo, že jsme selhali při pochopení základních principů fungování svalových pump,“ přiznává Kevin Kit Parker, bioinženýr harvardské univerzity a spoluautor studie.
„Zaměřil jsem se tedy více na pozorování vodních živočichů, kteří využívají systému pump jako pohonu pro pohyb. Až mě v jednom akváriu zaujala zdánlivě nepravděpodobná podobnost mezi stahy těla medúzy s tepem lidského srdce. Tato podobnost nás přivedla až k myšlence na vytvoření živé bio-pumpy.“ Spolu s Johnem Dabirim, profesorem aeronautiky a bioinženýrinku z Caltechu rozpracovali detailní plán mechanismu pohybového ústrojí medúz.
Podstatné pro ně bylo jak uspořádání vnitřních svalů, jež umožňuje smršťování jejich těla, ale také jak energie nasáté a vypouštěné vody pomáhá k efektivnímu pohybu. Nawrothová mezitím hledala vhodný „stavební“ materiál, elastickou a lehkou hmotu, podobnou tkáni jejich biologické předlohy. Zaměřila se na křemíkaté polymery, které by mohla využít při sestavení malé osmiramenné medúzky. Dokonalé technické provedení medusoidu by ale nebylo schopné samostatného pohybu, pokud nebyla do jeho jádra zasazena srdeční tkáň z potkana. Jednotlivé implantované buňky měly být schopné svými stahy uvést do pohybu ramena medúzy.
Volně splývající medusoid v nádržce byl nehybný, než byl „oživen“ pomocí slabého elektrického pole. Mezi jedním až pěti volty začala srdeční tkáň, umístěná v jádru umělé medúzy, pracovat a stahovat jednotlivá ramena i celé tělo.
Uměle vytvořený organismus se dal do pohybu, přesně tak jako jeho živoucí předloha v mořích oceánů. „Ve skutečnosti nás pořádně překvapilo, jak jsme s relativně málo součástkami – vhodně uspořádanou silikonovou bází a trochou buněk – vytvořili komplexní systém, který je schopen pohybu a získávání potravy, stejně jako u živé medúzy,“ přiznává Dabiri.
Dabiri v sobě inženýra nezapře: „Jsem potěšen, když vidím, jak blízko jsme se strefili do živé předlohy, ale současně vidím, že reálný evoluční proces minul i několik jiných dobrých technických řešení provedení medúzy.“ Podle týmu vědců je nyní při dalším výzkumu nezbytné soustředit maximum pozornosti na mechanismus a samotnou funkci orgánových struktur.
Podle Parkera je to, že se jim podařilo navrhnout, sestavit a v praxi otestovat uměle vytvořený organismus, jen začátek. Návrh biologických struktur, s porozuměním jejich funkci a okopírováním přírodního designu může být výrazně efektivnější a energeticky úspornější.
reklama
Brit navrhl "kuřecí Matrix" – průmyslový chov kuřat v bezvědomí
Vědci z brněnských laboratoří popsali strukturu viru napadajícího mořské řasy
Čeští vědci zkoumají, jak funguje fotosyntéza některých bakterií v noci
Olomoučtí vědci odhalili počínající vývoj nových druhů z mikroskopické řasy