Hoppa till huvudinnehåll

De levande robotarna är på frammarsch: Xenobotar, hot eller möjlighet?

Grafisk framställning av en genmodifierad människa.
Framtidens plåtniklas är av kött och blod. Grafisk framställning av en genmodifierad människa. Bild: Mostphotos Xenobot,Genmodifierade livsmedel

Vi står på tröskeln till en biologisk revolution. Det syntetiska livet är snart här. De första konstgjorda livsformerna, xenobotarna - en sorts levande robotar - skapades faktiskt i laboratoriet i fjol.

Låt oss därför rita upp vägen som ledde till det här genombrottet, och fundera kring vad det kan leda till. För här finns både nyckeln till en bättre, renare och mer välmående värld, och en som vi helst vill undvika.

Innan man kan skapa hela konstgjorda varelser måste man lära sig tillverka de enklaste komponenterna. Man måste lära sig skriva på livets uråldriga språk: DNA.

Under de dryga tre miljarder år som livet har existerat på jorden har det aldrig funnits något alternativ till det biologiska, naturliga, DNA-baserade livet. Det liv vars kod skrivs av evolutionen, styrd av det naturliga urvalet.

Tills nu. En ny sorts liv håller på att se dagens ljus. Det syntetiska livet, eller den syntetiska biologin. Organismer med en konstgjord genetisk kod och nya egenskaper, designade av oss. Och det hela hände inte över en natt.

Steg 1: Syntetiska virus

Syntetiskt liv har existerat åtminstone sedan 2002, då det första helt konstgjorda genomet presenterades. Ett syntetiskt virus. Virusen har en betydligt enklare och kortare kod än bakterier och andra mikroorganismer. Ska man börja konstruera syntetiska genom, då är virus ett bra ställe att börja.

Stiliserade virus.
Ska man börja skapa syntetiskt liv, är det enklast att börja från virus. Stiliserade virus. virus

I och för sig, innan man kan lära sig skapa nytt så börjar man ofta med att göra “covers” av existerande verk. Vad forskarna gjorde var att de plagierade ett existerande virus, så att säga, stavelse för stavelse. Närmare bestämt ett poliovirus. Men slutresultatet var hur som helst konstgjort.

Och det fungerade. Det syntetiska polioviruset var nästan omöjligt att skilja åt från den “äkta varan”. Och det var dödligt, det hade livet av laboratoriemöss.

Det här skapade förstås omedelbart en livlig debatt om de moraliska aspekterna av det hela. Vad om den här sortens teknik utnyttjas av folk med ondskefulla avsikter? Vilken sorts biologiska vapen kan det leda till?

Faktum är att den här diskussionen har aktualiserats på sistone, i och med coronapandemin som rasar i världen just nu. Vissa menar ju att Sars-CoV-2 är ett syntetiskt virus, ett vapen framtaget i ett laboratorium. Men vad skulle vara poängen med ett sådant vapen? Det är i så fall ett synnerligen trubbigt vapen. Ingen har ju vunnit någonting på det här, hela världen har ju drabbats.

Eller vad säger Cecilia Sahlgren, som är professor i cellbiologi vid Åbo Akademi? Om vi kan “skriva” ett poliovirus, skulle det inte vara möjligt att skriva ett coronavirus också då?

- Säkert är det möjligt. Det går nog att skapa motsvarande virusformer. Men om det är det i det här fallet, det är jag ju nog mycket skeptisk till.

Cecilia Sahlgren.
Cecilia Sahlgren Cecilia Sahlgren. Bild: Bart van Overbeeke cecilia sahlgren

Och Sahlgren är ju inte ensam om att tycka så.

Men nu talar vi hur som helst ännu “bara” om virus. Enkla rader av RNA eller DNA, lite biologisk skräpkod som driver omkring. "Dåliga nyheter omgivna av lite proteiner", som nån uttryckte det.

Alla är inte ens överens om att virus är liv i ordets egentliga bemärkelse. De kan ju inte ens föröka sig själva för egen maskin, de behöver våra celler till det. Eller vad säger Cecilia Sahlgren?

- Jag definierar själv livet som någonting som kan reproducera sig. Och virusen kan ju inte göra det av sig själva. Så det är inte ett självständigt liv, men samtidigt består det av livets byggklossar. Så jag skulle kanske säga att det är - liv.

Och i så fall är ett syntetiskt virus ju syntetiskt liv. Enligt samma definition.

Steg 2: Det syntetiska genomet växer

Från syntetiska virus är det ändå långt kvar till syntetiska, fullfjädrade biologiska celler. En biologisk cell är ju ett helt maskineri, otroligt mycket mer komplicerad än det lilla viruset.

Men nu är det ju faktiskt så att forskare har lyckats skapa syntetiska celler också.

2008 lyckades ett team forskare på det amerikanska J. Craig Venter-institutet skapa det dittills största konstgjorda bakteriegenomet. Det bestod av mer än 580 000 baspar av bakterien Mycoplasma genitalium KCVI-1.0. Med andra ord, en könssjukdom den här gången. Orsakar urinvägsinfektioner.

Med baspar menar jag alltså kombinationer av DNA-molekylerna adenin, cytosin, guanin och tymin (A, C, T och G) som alla levande organismer på jorden bygger på. De här jobbar sedan ihop med vissa specifika aminosyror, de organiska legoklossarna som bygger upp livets grundbultar, proteinerna.

Grafik föreställande DNA:s dubbelspiral.
A, C, G och T: livets bokstäver. Grafik föreställande DNA:s dubbelspiral. Bild: Mostphotos DNA

Hur som helst: 2017 lyckades sedan en annan forskargrupp skapa en syntetisk version av genomet hos Saccharomyces cerevisiae, jästen som vi bakar bröd och brygger vin och öl med. Hellre det än att bygga syntetiska poliovirus och diverse könssjukdomar, om man frågar mig.

Steg 3: Hela syntetiska bakterier

Två år senare kom sedan det definitiva genombrottet. Då “byggde” forskare från det engelska Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology den första bakterien med hela genomet till 100% konstruerat av människohand. En E.coli-bakterie är det vi talar om nu. Studien kring det hela publicerades i tidskriften Nature.

Det skräddarsydda DNA:t bestod av uppemot fyra miljoner baspar. Ett otroligt komplicerat bygge. Forskarna lyckades inte plantera in arvsmassan som sådan i cellen, de var tvungna att ta den i bitar och pussla ihop den inne som ett skepp i en flaska.

Men hur som helst, precis som med polioviruset jag var inne på tidigare, “fungerade” även den här kolibakterien som den äkta varan. Tillväxttakten var lite långsammare än hos ett naturligt virus och det syntetiska viruset var längre än ett “riktigt”.

Kolibakterier i förstoring.
Kolibakterier i förstoring. De orsakar bland annat matförgiftning. Kolibakterier i förstoring. Bild: Mostphotos kolibakterieinfektioner

Och det finns alltså genuina, allmännyttiga ändamål för mixtrandet med syntetiska genom. Det forskas inte i det här bara för att det är intressant. Det finns en potentiell, stor utdelning för oss alla här.

Det är egentligen en version av diskussionen vi har haft om genmodifierade livsmedel. Ska vi vara så här många människor på den här jorden så har vi inte råd att se ner på ett enda redskap som kan hjälpa oss mätta alla munnar och se till att miljön inte lider. Cecilia Sahlgren nämner några exempel här.

- Man kommer kanske att kunna använda genetiskt modifierade organismer till att syntetisera bränsle. Det tror jag att vi kommer att se. Eller olika komponenter som ingår i matlagning eller i jordbruket.

Sahlgren målar också upp en intressant vision så här i coronatider, som kunde tänkas bli verklighet inför någon framtida pandemi.

- Med tanke på hur besvärligt det har varit att producera och distribuera coronavaccin: man kunde tänka sig att modifiera plantor som syntetiserar läkemedel. Så att de i sina löv syntetiserar läkemedlet. Sedan kunde du odla de här plantorna på plats och ställe och bara smula löven. Bara som ett exempel.

Exempel från verkligheten

Vi har ju redan tagit steg in på den här vägen. Det finns redan modifierat ris som producerar betakaroten, som motverkar A-vitaminbrist. "Gyllene ris" kallas det här.

Så kallat gyllene ris på ett bord.
Det "gyllene riset" räddar barn från att bli blinda. Så kallat gyllene ris på ett bord. Gyllene riset

Upp till en miljon barn blir blinda varje år på grund av A-vitaminbrist. Så kan man bekämpa det här genom att skriva om det naturliga risets genom, så - ja, varför skulle man inte göra det?

Eller: finns det ett sätt att konstruera mikroorganismer avsedda att bryta ned föroreningar i jordmånen eller i haven, så undersöker man väl åtminstone den möjligheten.

Men så här långt har vi trots allt “bara” talat om att syntetisera eller modifiera enskilda celler. Det finns en nivå ovanför det här, som vi har nått - ja, i fjol, faktiskt. Då talar jag om någonting kallat xenobotar. Och då handlar det om regelrätta, konstgjorda flercelliga organismer. Biologiska robotar, kort sagt.

Steg 4: Riktiga, flercelliga biologiska robotar

Helt nyligen publicerade ett forskarteam från University of Vermont en spännande studiei Proceedings of the National Academy of Sciences. Där beskriver de hur de konstruerade någonting som de själva kallar “en helt ny livsform”.

De här syntetiska, flercelliga mikroorganismerna är strax under en millimeter i längd. De är konstruerade av stamceller tagna från den afrikanska klogrodan, Xenopus laevis. Därav namnet xenobotar.

En afrikansk klogroda.
Afrikansk klogroda (Xenpous laevis) En afrikansk klogroda. Bild: Mostphotos Afrikansk klogroda

Stamceller är alltså icke-specialiserade celler som kan utvecklas i princip till vad som helst inom en kropp. I det här fallet handlade det om stamceller som skulle ha blivit till grodans hud- och hjärtceller. Och de här skar man till önskad form varefter de sammanfogades de till en “kropp” som en superdator hade ritat upp.

“Levande maskiner”, så kallar Joshua Bongard, en av forskarna som deltog i studien (han är datavetare och robottekniker).

De är varken en traditionell robot eller en känd djurart. De tillhör en helt ny kategori av varelser: levande, programmerbara organismer. Så beskriver Bongard det hela i ett pressmeddelande från Vermont-universitetet.

En annan forskare i teamet bakom studien, Michael Levin, menar att de här xenobotarna i framtiden kunde tänkas göra saker som att spåra upp föroreningar, samla upp mikroplaster från oceanerna - eller skrapa bort plack från våra artärer.

Xenobotar gjorda av mänskliga stamceller kan också programmeras till att plocka upp en liten nyttolast, en medicindos till exempel. Sedan simmar de runt i vårt blodomlopp och levererar medicinen till strategiskt valda ställen.

De kan också programmeras till att angripa cancerceller, till exempel, eller till att reparera skador på inre organ. Och det blir bättre, säger Cecilia Sahlgren:

- Man kunde tänka sig att man för in så kallade gensaxar med de här xenobotarna. Du för in gensaxarna i kroppen och rättar till defekta gener eller sjukdomsgener. Och sedan när allt är rättat så bryts xenobotarna ned. Det är nog en fantastisk möjlighet!

Upptrissad evolution inuti superdator

Det är ju egentligen en väldigt bekant story, det här. Vi människor har utnyttjat och manipulerat andra levande organismer så länge vi har existerat här. Hästar, hundar, grisar, höns etc. Men, som forskarna konstaterar i sin studie, xenobotarna är ett nytt kapitel i storyn i och med att vi nu designar biologiska maskiner helt och hållet från grunden.

Det här kan vi göra dels tack vare den nya datortekniken. Forskarna vid University of Vermont använde sig av universitetets superdator för att köra en så kallad evolutionär algoritm. Den skapade tusentals kandidatdesigner för de nya livsformerna.

En superdator.
Evolution på snabbspolning med hjälp av en superdator. En superdator. superdator

Datorn hade som uppgift att spana efter vissa designer där de simulerade cellerna betedde sig på ett visst sätt. Som att skapa rörelse i en viss riktning till exempel. Datorn utgick då från vissa grundläggande biofysiska regler om vad grodans hud- och hjärtceller kan göra.

Bland otaliga simulerade organismer sållades sedan de mest framgångsrika fram, medan misslyckade mönster kastades bort. Som evolutionsteorin fast virtuell, inuti en superdator.

Cecilia Sahlgren säger att datorerna har blivit helt oumbärliga för den som gör den här sortens jobb.

- Det är nog någonting som kommer väldigt starkt, och det ser vi redan nu. Både datorsimulering och -modellering av liv och funktioner, och biologiska processer. För det är nästan enbart med artificiell intelligens som man på något sätt kan greppa den sortens komplexitet.

- Cellerna i din kropp kommunicerar konstant med varandra, ger varandra signaler. Att på något sätt översätta den här komplexiteten till funktioner av vävnader och organ, där har man väldigt mycket hjälp av datorerna. Det är nästan omöjligt för en enskild människa att få den helhetsbilden.

Xenoboten tar form

Efter ett hundratal körningar av evolutions-algoritmen valde forskarna på University of Vermont sedan ut de mest lovande designerna till att omsättas i riktig biologisk form. Och ser man på, när cellerna väl var sammanfogade med hjälp av mikroskop och pyttesmå pincetter, började de sprattla, så att säga. Hjärtcellernas synkroniserade sammandragningar skapade en framåtriktad rörelse medan hudcellerna bildade organismens passiv struktur.

Och där kunde de sedan simma runt, i vätskan de placerades i, i dagar eller veckor, drivna av sina embryonala energilager.

Ett mikroskop och laboratorieutrustning.
Petnoga jobb att pyssla ihop levande organismer mindre än en millimeter. Ett mikroskop och laboratorieutrustning. mikroskop

Senare tester visade att grupper av xenobotar kunde samordnas till att knuffa små nyttolaster till en given destination. Eller bära en last i en inbyggd hålighet, som små, levande paketbilar. Cecila Sahlgren säger att det låter bekant, det här.

- Vi gör ju samma sak, men vi använder inte xenobotar, vi använder funktionella material. Men principen är samma: vi försöker ge signaler till celler i kroppen via funktionella material. Men det här är spännande: man kunde, i och med att det är cellulärt material, använda [xenobotarna] som bärare av signaler till vävnader inne i kroppen. Så att du skulle kunna aktivera stamceller du har i din kropp för att stimulera vävnadsbildning.

Biologiskt nedbrytbara robotar

Vi har hittills konstruerat våra maskiner mestadels av metall eller plast. De här är starka och nyttiga material, men det skapar samtidigt ett problem med skräp, när prylarna är uttjänta.

De levande maskinerna däremot, de är biologiskt nedbrytbara till 100%. De slutar inte fungera, snarare så dör de. När de har gjort sitt jobb, efter en vecka eller så, förvandlas de till nånting i stil med döda hudceller.

Illustration av organiska robotar.
"Behövde din lever fixas? Inget problem!" Illustration av organiska robotar. robot

Och de har en annan fördel som maskinerna av plast och metall inte ens kan drömma om, inte ens din nya laptop, hur dyr och avancerad den än är. De biologiska maskinerna kan reparera sig själva om de skadas.

Forskarna bakom experimentet med xenobotarna skar med avsikt sina biologiska maskiner nästan itu för att se vad som hände. Vad som hände var att xenobotarna lappade ihop sig själva och fortsatte fungera som om ingenting hade hänt. I och för sig, ingenting konstigt med det, säger Cecilia Sahlgren:

- Det är ju nog en definition av livet, det. Vi har ju en förmåga att läka. Inte alla organ, men de flesta har en förmåga till läkning.

Xenobotarna som forskarna på University of Vermont konstruerade var hur som helst bara ett första steg i en utveckling där det mesta ännu återstå att upptäcka. Levande celler är i princip som datorer - hårdvara - som körs på maskinspråket som kallas DNA - som man i princip kan koda om helt enligt behov, som vi har hört. Cellerna har också sina egna processorer och minnesfunktioner som lagrar information.

De kommunicerar dessutom med varandra, som ett biologiskt internet. Och alla de här processerna går att programmera om. De går att konfigureras efter behov, av någon som vet vad hen gör.

Så vem vet vilken sorts otroligt avancerade biologiska robotar vi kan vänta oss i framtiden, bara forskarna får bättre koll på tekniken. Eventuellt sådana med avancerade nervsystem, eller till och med ett eget medvetande. Och det öppnar ju sedan för sina egna etiska spörsmål.

Inte helt utan risker

Många oroar sig för vart det här kan leda i framtiden. Det är ju inte bara fredliga tillämpningar som man kan föreställa sig här. Och riskerna går längre än bara små biologiska stridsrobotar. Michael Levin från University of Vermont säger att vi måste se på den stora bilden.

När vi börjar mixtra med komplexa system som vi inte förstår kommer vi att få oavsiktliga konsekvenser, säger Levin.
Många komplexa system, som en myrkoloni, börjar med en enkel enhet - en individuell myra. Utgående från den är det omöjligt att förutsäga formen på myrornas koloni eller vad de kan åstadkomma tillsammans. Bara för att du lyckas skapa en myra vet du inte nödvändigtvis hurdana myrstackar de kommer att bygga.

På samma sätt kan man också tänka sig att grupper av xenobotar kan slå sig samman och börja göra saker som de inte var menade att göra. Saker som kan vara farliga för oss.

Cecilia Sahlgren, professor i cellbiologi vid Åbo Akademi, håller med om det här.

- Även om vi har kontroll över att ge en del av cellerna en viss funktion, så vet vi inte hur cellerna med den funktionen sedan påverkar andra. För att sedan påverka hela organismen. Och bilden här är ju inte ännu alldeles klar. De här komplexa sammanhangen är ännu svåra att förstå.

Stiliserad bild av en springande människa.
Kroppen är ett "cellernas internet" där allting påverkar allt annat, och exakt hur, det vet vi inte ännu. Stiliserad bild av en springande människa. komplexitet

Och det handlar ytterst om saker som sträcker sig långt bortom grupper av myror eller enkla, simmande, biologiska robotar - xenobotar. Det kan handla om vad som händer när vägarna fylls av självkörande, intelligenta bilar. Eller hur de många andra komplexa och autonoma systemen i våra städer och i våra hem, som alltmer kommer att forma våra liv. Eller i värsta fall, ta över våra liv.

Inbyggt "nödstopp" behövs

Borde vi då bygga in någon sorts killswitch, ett nödstopp i de biologiska robotarna, som automatiskt får dem att stanna om de börjar bete sig illa? Vad tycker Cecilia Sahlgren?

- Jo, det tycker jag nog. Som sagt, jag drar gränsen vid att de absolut borde förhindras att reproducera sig. Det är den viktigaste begränsningen. Att se till att de inte kan bli flera. Injicerar du hundra stycken i en människa så ska det vara hundra stycken, och sedan ska de brytas ned. Det ska inte plötsligt bli tusen stycken.

En annan sak som vi behöver ta ställning till är att vem ska ha rätt att pynja med sådana här saker? För alla kan knappast tillåtas att tillverka biologiska robotar hemma i källaren.

- Absolut ska det begränsas! Jag menar, det är precis som med allt biologiskt arbete, det måste vara etiskt granskat. Så det ska absolut begränsas. Och jag tror att man borde ha en aktivare diskussion inom forskningssamfundet, om att det faktiskt ingår i din utbildning och din forskning att diskutera den etiska aspekten av vad du gör. För det är ju livet.

Bild av skylten ovanför ingången till Jurassic Park.
"Era forskare var så upptagna med att diskutera huruvida de kunde, att de helt glömde bort att diskutera huruvida de borde. -Ian Malcolm" Bild av skylten ovanför ingången till Jurassic Park. Bild: Universal Jurassic Park,jurassic park 3d

Det är livet, jo. Och som den fiktiva forskaren Ian Malcolm säger i filmen Jurassic Park, life finds a way. Livet är kreativt. Livet hittar på hyss. Och det är ju det som gör det så intressant.

Men måtta med allt - också intressant.

Nyligen publicerat - Vetenskap