Onko ohjattu evoluutio sinulle tuttua? Normaalisti evoluutio on hyvin hidas prosessi, joka vaatii vuosituhansia, ei vuosikymmeniä, osoittaakseen merkittäviä muutoksia ja geneettisiä mutaatioita. Voiko robotiikalla olla sijaa tällaisessa tieteessä? Tieteelliset läpimurrot ovat kuitenkin mahdollistaneet tutkijoiden nopeuttamisen voimakkaasti, mikä antaa heille mahdollisuuden luoda uusia proteiineja ja muita molekyylejä laboratoriossaan nopeasti.
Tämä uusi, mutta jo laajasti sovellettu käytäntö tunnetaan nimellä ohjattu evoluutio tai lyhyesti DE. Se auttaa tutkijoita eri aloilla, kuten tuottamaan uusia vasta-aineita sairauksien, kuten syövän tai muiden sairauksien hoitoon. Se voisi auttaa luomaan entsyymejä, koska niitä käytetään biopolttoaineen tuotannossa, tai auttaa kuvantamisaineiden kanssa, jotka ovat osa magneettikuvausta (MRI).
Luontoa nopeammin
Kevin Esveltin johtamat tutkijat ovat kehittäneet uuden robottialustan, jonka avulla he voivat seurata satoja mikrobipopulaatioita kerralla ja seurata proteiinien ja muiden molekyylien kehitystä. Robotti voi myös auttaa pelastamaan populaatioita sukupuuttoon, jos ne kamppailevat selviytyäkseen.
Tämän tutkimuksen ymmärtämisen taustatietona robottialustoja käytetään monilla tutkimusalueilla, mukaan lukien solujen geenitekniikassa. Suunnattu evoluutio on menetelmä, joka nopeuttaa uusien mutaatioiden kertymistä ja valintaa. Evoluution ymmärtäminen on elintärkeää kehitettäessä uusia lääkkeitä ja rokotteita sekä kehitettäessä soluja muihin tarkoituksiin.
Tässä artikkelissa kuvattu tutkimustekniikka, jolle tutkijat ovat antaneet nimen faagi- ja robotiikkaavusteiseksi lähes jatkuvaksi evoluutioksi (PRANCE), mahdollistaa useiden evoluution kehityskulkujen yhtymisen, mikä lisää onnistumisen mahdollisuuksia. Robottialustat auttavat automatisoimaan kokeita, jotka muuten olisivat vaikeita, aikaa vieviä tai mahdottomia toteuttaa.
Molekyylit ja proteiinit nopealla kaistalla
Professori Martin A. Nowakin johdolla Robotti evoluutio Laboratorio kehittää uusia teknologioita solupopulaatioiden kehityksen seuraamiseksi pitkien ajanjaksojen aikana. Yksi haaste, jota tämä ryhmä käsittelee, on se, kuinka tarkkailla, mitä evoluutioprosessin aikana tapahtuu, puuttumatta siihen. He ovat esimerkiksi miettineet ongelman ratkaisemista suorittamalla kokeita virtuaalitodellisuudessa tietämättään tehneensä niin.
Robotic Evolution Laboratory kiinnitti korkean resoluution mikroskooppi robotille, jonka liikkeitä ohjaa tietokone. Tämä mahdollistaa satojen mikrobipesäkkeiden samanaikaisen kuvantamisen. Antamalla heille mahdollisuuden seurata samanaikaisesti satoja mikrobipopulaatioita, kun ne kehittävät uusia proteiineja tai muita molekyylejä, sitä voidaan käyttää lääkekehitykseen tai evoluution toiminnan ymmärtämiseen.
Kommentteja ja päätelmiä
"Perinteisesti suunnattu evoluutio on ollut paljon enemmän taidetta kuin tiedettä, saati sitten insinööritiede. Ja se on totta, kunnes voit systemaattisesti tutkia erilaisia permutaatioita ja tarkkailla tuloksia”, sanoo Kevin Esvelt, MIT:n Media Labin apulaisprofessori ja uuden tutkimuksen vanhempi kirjoittaja.
"Robotti voi hoitaa tätä viruspopulaatiota mittaamalla tämän lukeman, jonka avulla se voi nähdä, toimivatko virukset hyvin vai ovatko ne todella vaikeuksissa ja heidän auttamiseksi on tehtävä jotain", Erika A. DeBenedictis sanoo.
Myös mielenkiintoinen: Gramener käyttää tekoälyä pingviinien laskemiseen tutkimiseen ja pelastamiseen
"Voimme virittää näitä evoluutioita reaaliajassa suoraan vastauksena siihen, kuinka hyvin nämä evoluutiot tapahtuvat", Emma J. Chory sanoo. "Voimme kertoa, milloin kokeilu onnistuu, ja voimme muuttaa ympäristöä, mikä antaa meille paljon enemmän laukauksia maaliin, mikä on hienoa sekä biotekniikan että perustieteen näkökulmasta."
"Järjestelmämme antaa meille mahdollisuuden suorittaa nämä evoluutiot ymmärtämällä huomattavasti paremmin, mitä järjestelmässä tapahtuu", Chory lisää. "Voimme oppia evoluution historiasta, ei vain loppupisteestä."
Robottialustoja käytetään yhä laajemmin tutkijoiden keskuudessa ympäri maailmaa. Eri olosuhteissa PRANCE voi kehittyä 100 kertaa niin monta populaatiota rinnakkain. PRANCE voi auttaa pelastamaan populaatiot sukupuuttoon, jos ne kamppailevat selviytyäkseen. Robottialustat vähentävät merkittävästi aikaa ja vaivaa, jotka vaaditaan evoluutioprosessin tarkkailemiseen ilman, että sitä testataan.
Lisätietoja saat myös tutustumalla MIT:n uutisraportti tai paperi"Systemaattinen molekyylievoluutio mahdollistaa vankan biomolekyylien löytämisenErika A. DeBenedictis, Emma J. Chory, Dana W. Gretton, Brian Wang, Stefan Golas ja Kevin M. Esvelt, joka julkaistiin 30.
YouTube: Vuoden 2018 kemian Nobelin palkinto: Ohjattu evoluutio ja faagiesitys – kemiasta puheen ollen
Klikkaamalla toistopainiketta hyväksyt YouTuben Käyttöehdot ja TietosuojakäytäntöTietoja voidaan jakaa YouTuben/Googlen kanssa.
