Si l’idée de robots vivants fabriqués à partir de cellules de grenouille n’est pas assez étrange pour vous, que diriez-vous de robots vivants fabriqués à partir de cellules de grenouille ayant la capacité de se répliquer ? Ces « Xénobots« , premiers du genre, ne sont pas seulement une merveille de la bio-ingénierie moderne qui pourrait ouvrir des possibilités passionnantes en médecine régénérative, mais ils représentent également un type de reproduction biologique jamais observé auparavant dans la science.

Image d’entête : un organisme « parent » conçu par une intelligence artificielle (forme C ; rouge) à côté de cellules souches qui ont été comprimées en une boule (« progéniture » ; vert). (Douglas Blackiston et Sam Kriegman)

Ces nouveaux robots s’appuient sur des recherches menées l’année dernière par des scientifiques américains de l’université du Vermont (UVM), de l’université Tufts et de l’université Harvard, qui ont mis au point des robots vivants à partir de cellules prélevées sur des grenouilles Xenopus laevis. Ces robots ont été conçus par un superordinateur et assemblés à la main, en utilisant l’énergie embryonnaire stockée pour nager autour des boîtes de Pétri et effectuer différentes tâches en fonction de leur conception, notamment en poussant des matériaux dans leur environnement et en formant même des répliques à partir de cellules libres.

Selon Sam Kriegman, auteur principal de l’étude :

Elles peuvent engendrer des descendants, mais le système s’éteint normalement après cela. Il est très difficile, en fait, de faire en sorte que le système continue à se reproduire.

Pour doter leurs Xenobots de telles capacités, les scientifiques se sont à nouveau tournés vers un algorithme évolutionnaire basé sur un superordinateur pour tester des milliards de formes corporelles potentielles différentes. Il s’agissait de triangles, de carrés, de pyramides et d’étoiles de mer, l’objectif étant de trouver un modèle qui permette au Xenobot d’effectuer ce que les chercheurs appellent la « réplication cinématique » basée sur le mouvement.

Ce phénomène a été observé au niveau moléculaire, où les molécules se répliquent en se déplaçant et se combinant avec d’autres blocs de construction pour former des copies d’elles-mêmes. Ce phénomène n’a jamais été observé auparavant dans des cellules ou des organismes entiers, mais la conception élaborée par le superordinateur a donné naissance à un Xenobot capable de faire précisément cela.

Les organismes conçus par l’IA (en forme de C) empilent des cellules souches libres (en blanc) lorsqu’ils se déplacent dans leur environnement. (Douglas Blackiston et Sam Kriegman)

Toujours selon Kriegman :

Nous avons demandé au superordinateur de l’UVM de trouver comment ajuster la forme des parents initiaux, et l’IA a produit des modèles étranges après des mois de travail, dont un qui ressemblait à Pac-Man. C’est très peu intuitif. Il a l’air très simple, mais ce n’est pas quelque chose qu’un ingénieur humain aurait imaginé. Pourquoi une seule petite bouche ? Pourquoi pas cinq ? Nous avons envoyé les résultats à Doug (le coauteur Douglas Blackiston) et il a construit ces Xénobots parents en forme de Pac-Man. Puis ces parents ont construit des enfants, qui ont construit des petits-enfants, qui ont construit des arrière-petits-enfants, qui ont construit des arrière-arrière-petits-enfants.

Ces Xénorobots en forme de Pac-Man nagent et rassemblent des centaines de cellules uniques. Ils assemblent des répliques dans leur bouche, qui deviennent en quelques jours des Xénorobots qui ressemblent à leurs parents et bougent comme eux. Ces nouveaux Xenobots peuvent ensuite faire de même, en construisant des copies d’eux-mêmes, encore et encore.

Selon Michael Levin, auteur de l’étude :

C’est très important. Ces cellules ont le génome d’une grenouille, mais, libérées de l’obligation de devenir des têtards, elles utilisent leur intelligence collective, une plasticité, pour faire quelque chose de stupéfiant.

Les scientifiques notent qu’aucun animal ou plante n’est connu pour se reproduire de cette manière, et considèrent la nouvelle génération de Xenobots comme le vecteur idéal pour étudier les systèmes autoreproduits. Si l’idée de robots auto-réplicateurs peut en inquiéter certains, l’équipe souligne l’environnement contrôlé dans lequel se déroulent ses expériences et la facilité avec laquelle elles peuvent être interrompues.

L’espoir est que ces types de robots réplicateurs puissent aider l’humanité à résoudre plus rapidement des problèmes complexes. Il pourrait s’agir de mettre au point des machines pour nettoyer les microplastiques des cours d’eau, de développer des vaccins contre de nouveaux virus ou des médicaments pour toutes sortes d’affections.

Selon Levin :

Si nous savions comment dire à des collections de cellules de faire ce que nous voulons qu’elles fassent, en fin de compte, c’est de la médecine régénérative, c’est la solution aux blessures traumatiques, aux anomalies congénitales, au cancer et au vieillissement. Tous ces différents problèmes sont là parce que nous ne savons pas comment prédire et contrôler les groupes de cellules qui vont se construire. Les xénobots sont une nouvelle plateforme pour apprendre.

L’étude publiée dans The Proceedings of the National Academy of Sciences : Kinematic self-replication in reconfigurable organisms et présentée sur le site du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université Harvard : Team builds first living robots—that can reproduce et de l’Université du Vermont : Team Builds First Living Robots That Can Reproduce.

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