Unik! Diprogram dengan Gen Sintetis, Peneliti Berhasil Ubah Bakteri Jadi Perangkat Sensor

Dini Listiyani, Jurnalis · Rabu 11 Oktober 2017, 05:03 WIB
https: img-o.okeinfo.net content 2017 10 10 56 1792742 unik-diprogram-dengan-gen-sintetis-peneliti-berhasil-ubah-bakteri-jadi-perangkat-sensor-kKJhTQD9XA.jpg (Foto: Duke University)

JAKARTA - Peneliti di Duke University berhasil mengubah bakteri menjadi pembuat perangkat yang berguna, memprogramnya dengan serangkaian gen sintetis.

Lantaran koloni bakteri tumbuh menjadi bentuk belahan bumi, rangkaian gen memicu produksi jenis protein untuk didistribusikan di dalam koloni yang bisa merekrut material anorganik.

Bila dipasok dengan nanopartikel emas oleh para peneliti, sistem ini membentuk cangkang emas di sekitar koloni bakteri, ukuran, dan bentuknya bisa dikendalikan dengan mengubah lingkungan pertumbuhan.

Hasilnya ialah perangkat yang bisa dijadikan sensor tekanan, membuktikan bahwa prosesnya bisa menciptakan perangkat kerja.

Saat eksperimen lain berhasil mengembangkan bahan dengan menggunakan proses bakteri, mereka mengandalkan sepenuhnya pada pengendalian eksternal di mana bakteri tumbuh dan dibatasi hanya pada dua dimensi.

Dalam studi terbaru itu, para peneliti di Duke mendemonstrasikan produk struktur komposit dengan memprogram sel-sel itu sendiri dan mengendalikan akses mereka terhadap nutrisi, namun tetap membiarkan bakteri bebas tumbuh dalam tiga dimensi.

Studi ini muncul secara online pada 9 Oktober di Nature Biotechnology. "Teknologi ini memungkinkan kita menumbuhkan perangkat fungsional dari satu sel. Pada dasarnya, ini tidak berbeda dengan memprogram sel untuk menumbuhkan seluruh pohon," kata Lingchong You, Paul Ruffin Scarborough Associate Professor of Engineering at Duke yang dikutip dari Science Daily, Rabu (11/10/2017).

Alam penuh dengan contoh kehidupan yang menggabungkan senyawa organik dan anorganik untuk membuat bahan yang lebih baik. Moluska tumbuh kerang yang terdiri dari kalsium karbonat interlaced dengan sejumlah kecil komponen organik, menghasilkan struktur mikro tiga kali lebih keras daripada kalsium karbonat saja.

Tulang manusia sendiri merupakan campuran dari kolagen organik dan mineral anorganik yang terdiri dari berbagai macam garam. Memanfaatkan kemampuan konstruksi seperti itu pada bakteri akan memiliki banyak kelebihan dibandingkan proses manufaktur saat ini.

Di alam, pembuatan biologis menggunakan bahan baku dan energi yang sangat efisien. Dalam sistem sintetis ini, misalnya, instruksi pertumbuhan tweaker untuk menciptakan berbagai bentuk dan pola secara teoritisi bisa jauh lebih murah dan lebih cepat.

Sirkuit genetik itu seperti paket instruksi biologis yang ditanamkan oleh peneliti ke dalam DNA bakteri. Petunjuk pertama memberitahu bakteri untuk menghasilkan protein yang disebut T7 RNA polymerase (T7RNAP), yang kemudian mengaktifkan ekspresi sendiri dalam umpan balik positif.

Selain itu, ini juga menghasilkan molekul kecil yang disebut AHL yang bisa berdifusi ke lingkungan seperti messenger.

Seiring berkembangnya sel dan berkembang ke luar, konsentrasi molekul pembawa pesan kecil mencapai ambang konsentrasi kritis, sehingga memicu produksi dua protein yang disebut T7 lysozyme dan curli.

Interaksi dinamis dari loop umpan balik ini menyebabkan koloni bakteri tumbuh dalam pola berbentuk kubah hingga kehabisan makanan. Ini juga menyebabkan bakteri di luar kubah menghasilkan biological Velcro, yang menyambar nanopartikel emas yang dipasok oleh para peneliti, membentuk tempurung seukuran rata-rata bintik.

Para peneliti mampu mengubah ukuran dan bentuk kubah dengan mengendalikan sifat-sifat membarn berpori yang tumbuh di atasnya. Misalnya, mengubah ukuran pori-pori atau berapa banyak membran yang menolak air mempengaruhi berapa banyak nutrisi yang masuk ke sel, mengubah pola pertumbuhannya.

Untuk menunjukkan bagaimana sistem mereka bisa digunakan untuk memproduksi perangkat kerja, para peneliti menggunakan struktur organik atau anorganik hibrida ini sebagai sensor tekanan. Array identik dari kubah ditanam pada dua permukaan substrat.

Kedua substrat itu kemudian diapit bersama sehingga masing-masing kubah diposisikan tepat di seberang rekannya di substrat lainnya. Setiap kubah kemudian dihubungkan ke bola lampur LED melalui kabel tembaga.

Saat tekanan diterapkan pada sandwich, kubah saling menempel, menyebabkan deformasi menghasilkan peningkatan konduktivitasnya. Hal ini, pada gilirannya menyebabkan bola lampu LED yang sesuai untuk mencerahkan jumlah tertentu tergantung pada jumlah tekanan yang diterapkan.

(din)

Bagikan Artikel Ini

Cari Berita Lain Di Sini