Tworzenie sztucznego życia to powracający temat zarówno w nauce, jak i literaturze popularnej, gdzie przywołuje obrazy pełzających, śluzowatych stworzeń o złych intencjach lub niezwykle uroczych, designerskich zwierzątek. Jednocześnie pojawia się pytanie: jaką rolę powinno odgrywać sztuczne życie w naszym środowisku tu na Ziemi, gdzie wszelkie formy życia są stworzone przez naturę i mają swoje miejsce i cel?
Profesor nadzwyczajny Chenguang Lou z Wydziału Fizyki, Chemii i Farmacji Uniwersytetu Południowej Danii wraz z profesorem Hanbinem Mao z Kent State University są rodzicami specjalnej sztucznej cząsteczki hybrydowej, która może prowadzić do powstania sztucznych form życia. Opublikowali teraz w czasopiśmie Cell Reports Physical Science recenzję na temat stanu badań w dziedzinie leżącej u podstaw ich stworzenia. Dziedzina ta nosi nazwę „hybrydowych nanostruktur peptydowo-DNA” i jest dziedziną wschodzącą, mającą niecałe dziesięć lat.
Wizją Lou jest stworzenie szczepionek wirusowych (zmodyfikowanych i osłabionych wersji wirusa) oraz sztucznych form życia, które można wykorzystać do diagnozowania i leczenia chorób.
„W naturze większość organizmów ma naturalnych wrogów, ale niektóre nie. Na przykład niektóre wirusy chorobotwórcze nie mają naturalnego wroga. Logicznym krokiem byłoby stworzenie sztucznej formy życia, która mogłaby stać się dla nich wrogiem” – stwierdził. mówi.
Podobnie przewiduje, że takie sztuczne formy życia mogą działać jako szczepionki przeciwko infekcjom wirusowym i można je wykorzystywać jako nanoroboty lub nanomaszyny ładowane lekami lub elementami diagnostycznymi i wysyłane do ciała pacjenta.
„Sztuczna szczepionka wirusowa może pojawić się za około 10 lat. Z drugiej strony na horyzoncie pojawia się sztuczna komórka, ponieważ składa się z wielu elementów, które należy sprawdzić, zanim będziemy mogli zacząć z nimi budować. Jednak dzięki wiedzy, którą posiadamy, w zasadzie nie ma przeszkód, aby w przyszłości produkować sztuczne organizmy komórkowe” – mówi.
Jakie elementy składowe wykorzysta Lou i jego koledzy z tej dziedziny do stworzenia szczepionek wirusowych i sztucznego życia? DNA i peptydy to jedne z najważniejszych biomolekuł w przyrodzie, co czyni technologię DNA i technologię peptydów dwoma najpotężniejszymi narzędziami molekularnymi w dzisiejszym zestawie narzędzi nanotechnologicznych. Technologia DNA zapewnia precyzyjną kontrolę nad programowaniem, od poziomu atomowego do poziomu makro, ale może zapewniać jedynie ograniczone funkcje chemiczne, ponieważ ma tylko cztery zasady: A, C, G i T. Z drugiej strony technologia peptydowa może zapewniają wystarczające funkcje chemiczne na dużą skalę, ponieważ do pracy jest 20 aminokwasów. Natura wykorzystuje zarówno DNA, jak i peptydy do budowy różnych fabryk białek znajdujących się w komórkach, umożliwiając im ewolucję w organizmy.
Niedawno Hanbinowi Mao i Chenguang Lou udało się połączyć zaprojektowane trójniciowe struktury DNA z trójniciowymi strukturami peptydowymi, tworząc w ten sposób sztuczną cząsteczkę hybrydową, która łączy w sobie zalety obu. Praca ta została opublikowana w Nature Communications w 2022 roku.
W innych częściach świata inni badacze również pracują nad połączeniem DNA i peptydów, ponieważ połączenie to stanowi solidną podstawę dla rozwoju bardziej zaawansowanych bytów biologicznych i form życia.
Na Uniwersytecie Oksfordzkim naukowcom udało się zbudować nanomaszynę zbudowaną z DNA i peptydów, która może przewiercić błonę komórkową, tworząc sztuczny kanał błonowy, przez który mogą przechodzić małe cząsteczki. (Spruijt i in., Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 739-745)
Na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie Nicholas Stephanopoulos i współpracownicy umożliwili DNA i peptydom samoorganizację w struktury 2D i 3D. (Buchberger i in., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)
Naukowcy z Northwest University wykazali, że mikrowłókna mogą tworzyć się w połączeniu z samoorganizującym się DNA i peptydami. DNA i peptydy działają na poziomie nano, więc biorąc pod uwagę różnice w wielkości, mikrofibry są ogromne. (Freeman i in., Science, 2018, 362, 808–813)
Na Uniwersytecie Ben-Guriona w Negewie naukowcy wykorzystali cząsteczki hybrydowe do stworzenia przypominającej cebulę sferycznej struktury zawierającej lek przeciwnowotworowy, który może zostać zastosowany w organizmie do zwalczania guzów nowotworowych. (Chotera i in., Chem. Eur. J., 2018, 24, 10128-10135)
„Moim zdaniem ogólna wartość wszystkich tych wysiłków polega na tym, że można je wykorzystać do poprawy zdolności społeczeństwa do diagnozowania i leczenia chorych. Patrząc w przyszłość, nie zdziwię się, że pewnego dnia będziemy mogli dowolnie tworzyć hybrydowe nanomaszyny, szczepionki wirusowe i nawet sztuczne formy życia z tych elementów, aby pomóc społeczeństwu w walce z tymi trudnymi do wyleczenia chorobami. Byłaby to rewolucja w opiece zdrowotnej” – mówi Chenguang Lou.