sel bakteri direkayasa
Model dari sel bakteri direkayasa untuk menghasilkan nanofibers amiloid yang menggabungkan partikel seperti titik-titik kuantum (bola merah dan hijau) atau nanopartikel emas. (Photo: YAN LIANG / Massachusetts Institute of Technology)

Peneliti MIT Kembangkan “Material Hidup” Menggunakan Bakteri Escherichia coli

Diposting pada
sel bakteri direkayasa
Model dari sel bakteri direkayasa untuk menghasilkan nanofibers amiloid yang menggabungkan partikel seperti titik-titik kuantum (bola merah dan hijau) atau nanopartikel emas. (Photo: YAN LIANG / Massachusetts Institute of Technology)

Bhataramedia.com – Para peneliti di Massachusetts Institute of Technology telah menciptakan sebuah material yang memiliki sifat hidup dan non-hidup menggunakan bakteri Escherichia coli. Studi mereka membuka jalan untuk penggunaan material yang dapat “merakit sendiri” pada sel surya dan biosensor.

Seperti dilansir laman Nature World News (24/3/2014), tim peneliti yang dipimpin oleh Timothy Lu, seorang asisten profesor teknik elektro dan rekayasa biologi, telah menunjukkan bahwa ada kemungkinan untuk menggabungkan nanopartikel emas dan bahkan quantum dots (nanokristal yang terbuat dari bahan semikonduktor) untuk menciptakan “bahan hidup.”Material “cerdas” ini tidak hanya akan mampu menanggapi lingkungan seperti sel hidup, tetapi bahkan dapat mengembangkan jaringan kompleks yang diperlukan untuk aplikasi buatan manusia.

Misalnya, material yang dapat beregenerasi untuk membantu menyerap dan menghantarkan listrik di dalam sel surya. Bahan-bahan tersebut juga dapat mendeteksi bagian yang rusak dan memperbaiki sendiri bagian tersebut tanpa perintah eksternal.

“Kami memiliki ide untuk menempatkan sesuatu yang hidup dan tak hidup secara bersamaan untuk membuat bahan hibrida yang memiliki sel-sel hidup yang berfungsi di dalamnya,” kata Lu di dalam sebuah rilis berita. “Hal ini merupakan suatu cara berpikir menarik yang sangat berbeda dari apa yang orang lakukan sekarang.”

Kontrol terhadap Bakteri E. coli

Pengembangan material cerdas tersebut pada dasarnya “membajak” produksi biofilm bakteri, sehingga memaksa bakteri untuk menggunakan nanopartikel emas dan quantum dots. Biofilm membantu bakteri (seperti yang ada di plak gigi) untuk menempel pada permukaan.

Bakteri E. coli menghasilkan biofilm yang mengandung “serat curli.” Serat Curli adalah komponen protein utama yang dihasilkan oleh kelas Enterobacteriaceae untuk membantu menempel pada permukaan. Serat tersebut terdiri atas matriks ekstraselular kompleks yang terbuat dari rantai subunit protein yang disebut CsgA.

Di dalam penelitian ini, para peneliti mengoptimalkan kemampuan alami E. coli untuk memproduksi CsgA dan menciptakan strain E. coli yang telah di rekayasa secara genetik untuk menghasilkan CsgA hanya di dalam kondisi tertentu. Misalnya, dengan adanya molekul yang disebut AHL. Hal ini membantu peneliti untuk mengontrol produksi biofilm bakteri.

Pada tahap selanjutnya, peneliti merekayasa E. coli untuk menghasilkan CsgA yang berikatan dengan peptida yang mengandung asam amino “histidin.” Produksi CsgA yang telah “ditandai” ini dikendalikan dengan membatasi jumlah molekul yang disebut aTC.

Pada saat nanopartikel emas ditambahkan ke dalam campuran serat curli yang ditandai dan tidak ditandai dengan histidin, serat yang mengandung histidin akan mengikat nanopartikel emas dan menciptakan jaringan kawat emas nano. Di masa depan, jaringan ini dapat diaplikasikan pada komputer dan biosensor.

Para peneliti bahkan telah menunjukkan bahwa bakteri E. coli di dalam jaringan tersebut dapat berkembang dan berkomunikasi untuk “membujuk” bakteri lainnya memproduksi histidin-tagged CsgA (CsgA yang ditandai dengan histidin).

“Konsep pada material ini merupakan sistem yang sangat sederhana, tetapi dari waktu ke waktu kami mendapatkan serat curli yang berkembang dengan sendirinya. Hal ini menunjukkan bahwa kami dapat membuat sel-sel yang berbicara satu sama lain dan sel-sel tersebut dapat mengubah komposisi material dari waktu ke waktu,” kata Lu . “Pada akhirnya, kami berharap dapat meniru sistem alam, seperti bagaimana tulang terbentuk.”

Para peneliti menggunakan cara yang hampir serupa dengan nanopartikel emas pada quantum dots. Mereka menggunakan SpyCatcher (protein dan SpyTag) untuk membuat serat curli yang dapat “menenun” quantum dots di dalam biofilm.

Penelitian ini didukung oleh Office of Naval Research, Army Research Office, National Science Foundation, Hertz Foundation, Department of Defense, National Institutes of Health, dan Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers. Penelitian ini diterbitkan di jurnal Nature Materials.