Read Time:4 Minute, 9 Second

Menciptakan udara yang bersih kini tak perlu tenaga dan biaya ekstra. Cukup dengan bantuan bakteri, karbondioksida (CO2) bisa diserap dan udara bakal bersih.

Itu berkat temuan peneliti Israel yang sukses menciptakan strain Escherichia coli yang mengonsumsi CO 2 untuk energi daripada senyawa organik. 

Pencapaian dalam biologi sintetis ini menyoroti plastisitas metabolisme bakteri yang luar biasa dan dapat memberikan kerangka kerja bagi bioproduksi karbon-netral di masa depan. Karya itu muncul 27 November di jurnal Cell .

“Tujuan utama kami adalah menciptakan platform ilmiah yang nyaman yang dapat meningkatkan fiksasi CO 2 , yang dapat membantu mengatasi tantangan terkait produksi pangan dan bahan bakar berkelanjutan dan pemanasan global yang disebabkan oleh emisi CO 2 ,” kata ketua tim peneliti Ron Milo, di biolog sistem di Institut Sains Weizmann.

 “Mengubah sumber karbon E. coli , kuda pekerja bioteknologi, dari karbon organik menjadi CO 2 adalah langkah besar menuju pembentukan platform semacam itu,” sambung Milo seperti dilansir situs sciencedaily.com (27/11/2019).

Dunia hidup dibagi menjadi autotrof yang mengubah CO 2 anorganik menjadi biomassa dan heterotrof yang mengonsumsi senyawa organik. Organisme autotrofik mendominasi biomassa di Bumi dan memasok banyak makanan dan bahan bakar kita. Pemahaman yang lebih baik tentang prinsip-prinsip pertumbuhan autotrofik dan metode untuk meningkatkannya sangat penting untuk jalan menuju keberlanjutan.

Tantangan besar dalam biologi sintetik adalah menghasilkan autotropi sintetis dalam model organisme heterotrofik. 

Meskipun ada minat luas dalam penyimpanan energi terbarukan dan produksi pangan yang lebih berkelanjutan, upaya masa lalu untuk merekayasa organisme model heterotrofik yang relevan untuk menggunakan CO 2 sebagai satu-satunya sumber karbon telah gagal. 

Upaya sebelumnya untuk menetapkan siklus fiksasi CO 2 autokatalitik dalam model heterotrof selalu membutuhkan penambahan senyawa organik multi-karbon untuk mencapai pertumbuhan yang stabil.

“Dari sudut pandang ilmiah dasar, kami ingin melihat apakah transformasi besar dalam diet bakteri – dari ketergantungan pada gula hingga sintesis semua biomassa mereka dari CO 2 – adalah mungkin,” kata rekan Milo, Shmuel Gleizer dari Institut Sains Weizmann, Israel. 

“Selain menguji kelayakan transformasi semacam itu di laboratorium, kami ingin tahu seberapa ekstrem adaptasi diperlukan dalam hal perubahan pada cetak biru DNA bakteri.”

Dalam studi sel , para peneliti menggunakan rewiring metabolik dan evolusi laboratorium untuk mengubah E. coli menjadi autotrof. Strain yang direkayasa memanen energi dari formate, yang dapat diproduksi secara elektrokimia dari sumber yang terbarukan. 

Karena format adalah senyawa satu karbon organik yang tidak berfungsi sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan E. coli , ia tidak mendukung jalur heterotrofik. Para peneliti juga merekayasa strain untuk menghasilkan enzim non-asli untuk fiksasi dan pengurangan karbon dan untuk memanen energi dari formate. 

Tetapi perubahan ini saja tidak cukup untuk mendukung autotropi karena metabolisme E. coli disesuaikan dengan pertumbuhan heterotrofik.

Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti beralih ke evolusi laboratorium adaptif sebagai alat optimisasi metabolisme. Mereka menonaktifkan enzim sentral yang terlibat dalam pertumbuhan heterotrofik, membuat bakteri lebih tergantung pada jalur autotrofik untuk pertumbuhan. 

Mereka juga menumbuhkan sel dalam kemoterapi dengan pasokan gula xylose yang terbatas – sumber karbon organik – untuk menghambat jalur heterotrofik. 

Pasokan awal xylose selama sekitar 300 hari diperlukan untuk mendukung cukup proliferasi sel untuk memulai evolusi. Kemoterapi juga mengandung banyak format dan atmosfer CO 2 10% .

Dalam lingkungan ini, ada keuntungan selektif besar untuk autotrof yang menghasilkan biomassa dari CO 2 sebagai satu-satunya sumber karbon dibandingkan dengan heterotrof yang bergantung pada xilosa sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan. 

Menggunakan pelabelan isotop, para peneliti mengkonfirmasi bahwa bakteri yang terisolasi berevolusi benar-benar autotrofik, yaitu, CO 2 dan bukan xilosa atau senyawa organik lainnya yang mendukung pertumbuhan sel.

“Agar pendekatan umum evolusi lab berhasil, kami harus menemukan cara untuk memasangkan perubahan yang diinginkan dalam perilaku sel untuk keuntungan kebugaran,” kata Milo. “Itu sulit dan membutuhkan banyak pemikiran dan desain yang cerdas.”

Dengan mengurutkan genom dan plasmid dari sel autotrofik yang berevolusi, para peneliti menemukan bahwa sedikitnya 11 mutasi diperoleh melalui proses evolusi dalam chemostat. 

Satu set mutasi mempengaruhi gen yang mengkode enzim yang terkait dengan siklus fiksasi karbon. Kategori kedua terdiri dari mutasi yang ditemukan pada gen yang biasanya diamati bermutasi dalam eksperimen evolusi laboratorium adaptif sebelumnya, menunjukkan bahwa mereka tidak harus spesifik untuk jalur autotrofik. 

Kategori ketiga terdiri dari mutasi pada gen tanpa peran yang diketahui.

“Studi ini menggambarkan, untuk pertama kalinya, transformasi yang sukses dari mode pertumbuhan bakteri. Mengajar bakteri usus untuk melakukan trik yang terkenal dengan tanaman adalah pukulan yang sangat panjang,” kata Gleizer. 

“Ketika kami memulai proses evolusi yang diarahkan, kami tidak memiliki petunjuk tentang peluang keberhasilan kami, dan tidak ada preseden dalam literatur untuk memandu atau menyarankan kelayakan transformasi ekstrem seperti itu.

Selain itu, melihat pada akhirnya relatif kecil sejumlah perubahan genetik yang diperlukan untuk membuat transisi ini mengejutkan.

“Prestasi ini adalah bukti kuat konsep yang membuka prospek baru yang menarik untuk menggunakan bakteri hasil rekayasa untuk mengubah produk yang kita anggap limbah menjadi bahan bakar, makanan, atau senyawa menarik lainnya,” kata Milo. “

Ini juga dapat berfungsi sebagai platform untuk lebih memahami dan meningkatkan mesin molekuler yang merupakan dasar produksi makanan untuk kemanusiaan dan dengan demikian membantu di masa depan untuk meningkatkan hasil pertanian.” (ast)

Happy
Happy
0 %
Sad
Sad
0 %
Excited
Excited
0 %
Sleepy
Sleepy
0 %
Angry
Angry
0 %
Surprise
Surprise
0 %
Konsep baru GoFit Previous post Pemilik Fitness First Ini Tawarkan Konsep Baru
Next post Obesitas Pun Bisa Sebabkan Kerusakan Otak