Az élő szervezet definíciója elég tág határokon belül mozog, de sok olyan meghatározás látott már napvilágot, ami szerint ahhoz, hogy élőnek lehessen tekinteni egy struktúrát, rendelkeznie kell többek között az (egészséges esetben) szaporodásra, az önreprodukcióra lehetőséget adó képességekkel is vagyis azzal, hogy örökíteni tudja a tulajdonságát, sok más kulcsfontosságú jellemző mellett (de ez egy úgynevezett egyedek feletti sajátosság). A UC Davis (University of California, Davis) egyetem biomérnökei emiatt az általuk alkotott organizmust csak félig élőként definiálják, mivel a mesterségesen létrehozott sejtek nem képesek önállóan utódok előállítására, de élő anyagból készítették őket.

A kiborg sejtek alapját baktériumok sejtjei, vagyis élő struktúra alkotja, ezekbe a kutatók mesterséges polimereket juttattak, majd UV-fény segítségével hidrogél mátrixot alakítottak ki belőlük.

A kész sejt egyfajta átmenet a természetes és a mesterséges lények között,

és magában hordozza mindkét változat előnyeit, emiatt a szintetikus biológiai kísérletek ideális alanya lehet. A sejtek tulajdonságainak megváltoztatásával ugyanis lehetséges az addigiaknál jobb, valamilyen extra képességgel ellátott verziójukat megalkotni, de ha ezek a sejtek önmaguktól szaporodnak, az utódaik felépítését már nem tudják olyan jól kontroll alatt tartani a mérnökök, viszont a reprodukciós folyamatok kiiktatásával minden egyed "kézműves" termék lesz, pontosan szabályozott felépítéssel.

A kiborg sejteket azzal a céllal gyártották a kutatók, hogy új megoldást találjanak a szintetikus biológiai kutatások terén jelentkező kihívásokra és a vizsgálatok alapján a félig élő sejtek a célnak megfelelően működnek és ígéretes segítőtársak lehetnek több területen is, például hatásosan tudják a rákos sejteket támadni. A mérnökök a laboratóriumban tenyésztett rákos sejteken tesztelték az új sejtek képességeit és felfedezték, hogy a kiborgok néhány órás inkubációs periódus után képesek behatolni a rákos sejtek közé. Ehhez a sejteket úgy programozták, hogy magukban hordozzák az Invasin nevű fehérjét, ami a Yersinia pseudotuberculosis egyik proteinje, majd ennek felhasználásával a megalkotott Cyborg E. coli BL21(DE3) sejtek hatásosan támadták a neuroblastoma daganatok legalább 34%-át.

A félig mesterséges, félig természetes sejtek ellenállóképesség tekintetében is jobban működnek, mint a teljesen természetes verziók és olyan pusztító hatású anyagokkal szemben is védettek maradtak, ami nagyban károsítja vagy akár meg is öli a 'normális' társaikat. A tesztek során hidrogén-peroxidnak, antibiotikumoknak és a magas pH értékű környezetnek tették ki őket, de az esetek többségében megőrizték épségüket. A következtetések szerint ez részben a hidrogélnek köszönhető, a sejtek belsejében lévő mátrix hatékony védelmet nyújt a külső hatások ellen.

A kiborg sejtek csak jól kontrollált körülmények között maradnak működőképesek, ami azt jelenti, hogy megfelelő tápanyagellátást kell biztosítani számukra és nagy előnyük, hogy mivel nem osztódnak, ezért nem 'szennyezik be' a környezetüket.

"A szintetikus biológia nagy lépéseket tett a teljes mértékben programozható, észlelésre és a bármilyen környezeti kontextusban meghatározott stimulációra reagálni képes bio-mikrogépek Szent Grálja felé.

A bio-mikrogépek általános típusa az élő sejtek genetikai módosításával készül. Az élő sejtek rendelkeznek a nagymértékű alkalmazkodóképesség és sokszínűség különleges előnyével." - írják a kutatók a tanulmányban, hozzátéve, hogy a szintetikus élő sejtek kontrollja elé logisztikai akadályokat gördít a folyamatos fejlődésük, ezért a félig élő sejtek sokkal jobb megoldást jelentenek.

Ezekben megtalálható a szintetikus anyagok szerkezeti egyszerűsége és a természetes sejtek bonyolult funkcionalitása is, bár azt a kutatók sem tudják biztosan, hogy a hidrogél pontosan hogyan járul hozzá a reprodukciós folyamatok leállításához. Az elméletek szerint vagy megakadályozza a DNS replikációt, vagy a sejtek méretének növekedését befolyásolja, de csak a további vizsgálatok folyamán derül majd ki az igazság. De mire lesznek alkalmazhatóak a kiborg sejtek?

A biomérnökök elképzelései szerint az alkotmányok a klasszikus szintetikus anyagok és a sejtalapú rendszerek között helyet foglaló új osztályt képviselik majd és sosem látott biotechnológiai alkalmazások platformjaként szolgálhatnak. Felhasználhatóak lesznek például bioszenzorokhoz, orvosi kezelésekhez, a bélrendszeri mikroorganizmusok módosításához és, legelsősorban, a rákterápiák során is.

(Fotó: Cheemeng Tan/UC Davis, Getty Images/urfinguss)