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„Xenobots“

Das ist kein Frosch, das ist ein Roboter

Die afrikanische Froschart Xenopus laevis.
Die afrikanische Froschart Xenopus laevis.(c) imago images/Nature Picture Libr (Cyril Ruoso via www.imago-images)
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Erstmals ist es gelungen, aus lebenden Zellen neue Lebensformen zusammenzubauen.

Es klingt wie aus einem Science-Fiction-Film: Der Mensch schafft lebende Organismen, die es in der Natur so nicht gibt, und setzt sie zu seinen Zwecken ein. Einem Team von Biologen und Computerwissenschaftlern der Tufts University und der University of Vermont ist genau das nun erstmals gelungen (Pnas, 13. 1.). Ihr Startpunkt war nicht das Labor, sondern ein Algorithmus. Er simulierte auf der Basis einfacher Regeln der Biophysik, wie sich die Haut- und Herzmuskelzellen der afrikanischen Froschart Xenopus laevis entwickeln, wenn man ein paar Hundert von ihnen in einer bestimmten Form zusammensetzt. Monatelang rechnete ein Supercomputer Tausende mögliche Designs durch. Einige Erfolg versprechende blieben übrig. Die baute man in echt als Froschroboter oder „Xenobots“ nach: Man kratzte Stammzellen aus den Embryos, die sich durch Teilung vermehrten. Dann nahm ein Mikrochirurg eine Pinzette und kleinste Elektroden, schnitt die Zellen unter dem Mikroskop auseinander und setzte sie neu zusammen, nach dem Bauplan des Algorithmus. Die Zellen begannen wie in einem natürlichen Organismus, Informationen auszutauschen und zu kooperieren. In einfacher Form kann sich ein Zellverband so auch ohne Neuronen und zentrales Nervensystem selbst organisieren.

 

Künftiger Einsatz in der Medizin

Die Hautzellen bleiben dabei eher passiv, bilden nur die Struktur, die Herzmuskelzellen sorgen durch ihre Kontraktion für die Fortbewegung im Wasser. Und zwar in eine bestimmte Richtung, so wie vom Menschen geplant und vom Algorithmus simuliert. Der Unterschied zum Roboter aus Stahl, Plastik und Software: Die Programmierer geben die Tätigkeit nicht fix vor, sondern suchen nur die Form aus, bei der ein Xenobot das gewünschte Verhalten von selbst entwickelt.

Wie auch bei der zweiten Aufgabe: Die Lebewesen sammeln kleine Partikel in ihrem Umfeld auf. Bei einer anderen Art von Design verbinden sie sich für einige Umdrehungen, sobald sie kollidieren. Schließlich baute man noch Xenobots mit Loch, eigentlich nur, um den Strömungswiderstand zu vermindern. Aber zumindest in der Simulation zeigte sich, dass sich in diesen Löchern auch kleine Objekte transportieren lassen.

Alles nur kühne Spielereien? Von wegen. Künftig könnten lebende Miniroboter, gebaut aus den Zellen von Patienten, den Kalk von den Wänden der Arterien kratzen oder Arzneien durch die Blutbahn gezielt zum Krankheitsherd bringen. Oder sie identifizieren unerwünschte Stoffe und entsorgen sie, ob nun Gifte im menschlichen Körper oder Plastikmüll in den Weltmeeren. Der Vorteil gegenüber üblichen Robotern: Sie haben eine fixe Lebensdauer und sind biologisch abbaubar. Und, wie schon die Xenobots beweisen: Sie heilen ihre Wunden selbst – schneidet man sie auseinander, fügen sie sich wieder zusammen. Das soll ihnen eine Maschine erst einmal nachmachen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 14.01.2020)