Το μακρόπνοο όραμα της νανοτεχνολογίας φαντάζεται ότι μικροσκοπικά ρομπότ «συναρμολογητές» θα μαζεύονται σαν αόρατο σμήνος στον αέρα, το νερό, ακόμα και στα σώματά μας, δημιουργώντας τα πάντα από άτομα. Αυτό, όμως, αποτελεί αποκύημα της φαντασίας και ακόμα (κατά κύριο λόγο) ένα όνειρο. Αλλά αν το δει κανείς λίγο διαφορετικά, αυτοί οι νανοσυναρμολογητές ήδη υπάρχουν και τους ονομάζουμε «ζωή». Βασικά οργανικά μηχανήματα παίρνουν διαρκώς πρώτες ύλες και δημιουργούν (μόριο-μόριο) κύτταρα, όργανα και σώματα –από καρδιές μέχρι εγκεφάλους, από μυρμήγκια μέχρι μπλε φάλαινες.
Φυσικά, μας αρέσει να δημιουργούμε παραλληλισμούς μεταξύ των εφευρέσεών μας και του φυσικού κόσμου. Σήμερα, το γενετικό υλικό είναι το λογισμικό και οι εγκέφαλοί μας υπολογιστές. Αυτές οι αναλογίες μας βοηθούν να οραματιζόμαστε, ακόμα και να δημιουργούμε, περίπλοκα συστήματα, αλλά είναι αναγκαστικά ανακριβείς.
Ακόμα και έτσι, αυτό που κάνει η ζωή στις μικρότερες κλίμακες και αυτό που σκοπεύει να κάνει η νανοτεχνολογία δεν είναι και τόσο διαφορετικά μεταξύ τους. Και οι δύο συναρμολογούν και επισκευάζουν μικροσκοπικές δομές παίρνοντας άτομα και μόρια ευρισκόμενα σε μια κατάσταση και μετατρέποντάς τα σε διαφορετικές. Αφενός, η ζωή κάνει το δικό της, συντονίζοντας και επαναπροσδιορίζοντας τον εαυτό της αέναα για να ταιριάζει στο περιβάλλον. Αφετέρου, η νανοτεχνολογία θα ήταν προσαρμοσμένη στους σκοπούς μας –μικροσκοπικές μηχανές που θα αναπρογραμματίζαμε όποτε θέλαμε.
Δεν έχουμε ακόμα προσεγμένους, λεπτούς νανοσυναρμολογητές, αλλά η βιολογία μπορεί να αποτελεί γέφυρα για αυτό το μέλλον. Η έρευνα πάνω στη σύγκλιση της βιοτεχνολογίας και της νανοτεχνολογίας ελέγχει τους «νανοσυναρμολογητές» της ζωής και αναπροσδιορίζει τον σκοπό τους. Οι πρωτεΐνες, για παράδειγμα, ενορχηστρώνουν τον περίπλοκο μοριακό χορό στα ζωντανά κύτταρα –αλλά τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να τα βάλουμε να δημιουργήσουν, επίσης, άλλα πράγματα;
Σε μια πρόσφατη μελέτη του Dartmouth College που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, οι ερευνητές δείχνουν ότι μια τεχνητή πρωτεΐνη (COP) μπορεί να οργανώσει μπάλες άνθρακα 60 ατόμων –γνωστές ως φουλερένια ή buckyball- σε ένα πλέγμα. Τα δύο μόρια συναρμολογούνται μόνα τους σε μια σταθερή δομή που αποτελείται από πρωτεΐνη και φουλερένιο, στην οποία οι μπάλες άνθρακα μπαίνουν ανάμεσα στις πρωτεΐνες.
Τα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτα, επειδή, αν και το φουλερένιο είναι γνωστό στη νανοτεχνολογία για την υψηλή αντίσταση στη θερμότητα και την ενισχυμένη υπεραγωγιμότητά του, δεν είναι εύκολο να συναρμολογηθεί σε χρήσιμες δομές. Ο συγγραφέας Gevorg Grigorian λέει ότι η εργασία είναι «απόδειξη μιας αρχής» που δείχνει ότι οι συνθετικές πρωτεΐνες μπορούν να συναρμολογούν υλικά εκ προθέσεως, και προσδοκεί ότι αυτά τα συγκεκριμένα αποτελέσματα μπορούν να οδηγήσουν και σε πιο γενικευμένες μεθόδους στο μέλλον.
Σύμφωνα με τον Grigorian, η προγραμματιζόμενη συναρμολόγηση των μορίων με τη χρήση συνθετικών πρωτεϊνών θα μπορούσε να προσφέρει ένα εύρος νέων υλικών σχεδιασμένων να είναι δυνατότερα, ελαφρύτερα, ή αντιδραστικά από χημικής πλευράς και με μεγάλο εύρος εφαρμογών στην ιατρική, την ενέργεια και τα ηλεκτρονικά.
«Η μάθηση της μηχανικής της αυτοσυναρμολόγησης θα έδινε τη δυνατότητα στην ακριβή διάταξη των μορίων να δημιουργεί σκόπιμα ύλη με προσαρμοσμένες ιδιότητες», είπε ο Grigorian.
Η μελέτη αποτελεί παράδειγμα ενός ευρύτερου σώματος ερευνών που στοχεύει να πάρει τα θεμελιώδη δημιουργικά στοιχεία της ζωής και να βρει νέες, περισσότερο τεχνολογικά ωφέλιμες χρήσεις τους.
Το γενετικό υλικό έχει χρησιμοποιηθεί για να δημιουργηθούν αυτοσυναρμολογούμενες δομές που ονομάζονται «οριγκάμι γενετικού υλικού». Με την κωδικοποίηση και την συνθετική δημιουργία της σωστής ακριβώς σειράς νουκλεοτιδίων, το γενετικό υλικό μπορεί να δημιουργήσει χαμογελαστά πρόσωπα, το αλφάβητο, ή μικροσκοπικά περιβλήματα που είναι έτοιμα να μεταφέρουν μέσα κάποια ουσία και να ανοίγουν όποτε τους υποδεικνύεται.
Σε μια ομιλία του περασμένου έτους, ο Andrew Hessel της Autodesk –συνθετικός βιολόγος στη σύγκλιση μεταξύ βιοτεχνολογίας και νανοτεχνολογίας- είπε ότι η νανοτεχνολογία είναι ακόμα πολύ δύσκολη υπόθεση. Όταν φτάνετε σε μοριακές και ατομικές κλίμακες, αλλάζουν οι κανόνες. Όλα κινούνται και στριμώχνονται: η ακρίβεια αποτελεί πρόκληση.
Αλλά η βιολογία έχει μακρά εμπειρία στη δημιουργία σε μικρές κλίμακες.
Ο Hessel θεωρεί χρήσιμο τον παραλληλισμό της μηχανικής με τη βιολογία, βλέπει τα κύτταρα ως μικροσκοπικά εργοστάσια και το γενετικό υλικό ως υπολογιστικό κώδικα –και όλα αυτά είναι ήδη εδώ, έτοιμα να χρησιμοποιηθούν από εμάς.
«Αν πράγματι ενδιαφέρεστε για την νανοτεχνολογία, αλλά θέλετε να την κάνετε ψηφιακά, με τρόπο που δημιουργεί δομές, και να μοιραστείτε τον κώδικα», είπε ο Hessel, «πρέπει πράγματι να σκεφτείτε να προγραμματίσετε ζωντανά κύτταρα για να κάνουν τη δουλειά και να χρησιμοποιήσετε γενετικό υλικό για αυτόν τον σκοπό».
Οι επιστήμονες εδώ και χρόνια αναπρογραμματίζουν μικρόβια για να παραγάγουν υποπροϊόντα όπως καύσιμα και πλαστικά. Κάποια μετατρέπουν ακόμα και λύματα σε ηλεκτρισμό. Και ενώ τα κύτταρα είναι κάπως αντίθετα στη νανοκλίμακα, δείχνουν ότι μπορούμε να αξιοποιήσουμε τη βιολογία για να δημιουργήσουμε χρήσιμα πράγματα.
Όλα αυτά αποτελούν μέρος μιας μετατροπής που περιέγραψαν οι George Church και Ed Regis του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ στο βιβλίο Regenesis που εξεδόθη το 2012. Η συνθετική βιολογία και η γενετική μηχανική δεν αφορούν μόνο τα τεχνητά έμβρυα κατά παραγγελία. Οι δυνατότητες είναι πιο ευρείες. Η βιολογία πλησιάζει τον ορισμό ενός «συμπαντικού συναρμολογητή», σύμφωνα με τους Church και Regis, και το ερώτημα δεν είναι τόσο τι μπορούν να κάνουν τέτοια συστήματα –αλλά τι δεν μπορούν να κάνουν.
«Εξάλλου, μικροσκοπικές μορφές, καθοδηγούμενες απλά από το φυσικό γενετικό τους υλικό, έχουν δημιουργήσει από μόνες τους μεγάλους, πολύπλοκους οργανισμούς: ελέφαντες, φάλαινες, δεινόσαυρους», έγραψαν. «Ένα μικροσκοπικό γονιμοποιημένο αβγό φάλαινας παράγει έναν απόγονο τόσο μεγάλο όσο ένα σπίτι. Οπότε μπορεί μια μέρα να μπορούμε να προγραμματίζουμε έναν οργανισμό, ή μια ομάδα οργανισμών, να παράγει όχι τη φάλαινα, αλλά το σπίτι καθεαυτό».
Βέβαια, φρόντισαν να σημειώσουν οι Church και Regis, είμαστε μακριά ακόμα από μια τέτοια πραγματικότητα. Αλλά η πρόσφατη πρόοδος δείχνει ότι αρχίζουμε να βαδίζουμε προς μια τέτοια κατεύθυνση. Είτε οι επιστήμονες χρησιμοποιούν πρωτεΐνες για να συναρμολογήσουν νέες πρώτες ύλες, ή μικρόβια για να δημιουργηθούν καύσιμα και πλαστικά, είμαστε στην αρχή μιας εποχής όπου η συνθετική βιολογία μας βοηθά να χτίζουμε ακριβέστερα εκ βάθρων.
