Spora bakteri – struktur bertahan hidup yang kuat yang dibentuk oleh spesies bakteri tertentu – terbukti menjadi pengubah permainan di bidang bahan hidup rekayasa (ELM). Dengan menanamkan spora Bacillus ke dalam ELM, Jeong-Joo Oh, Franka van der Linden, Marie-Eve Aubin-Tam dan rekan peneliti mereka telah menciptakan materi hidup yang tidak hanya tahan terhadap lingkungan yang keras tetapi juga dapat diprogram untuk melakukan tugas tertentu. Di masa depan, bahan-bahan ini dapat menjadi pengganti bahan-bahan berbasis fosil yang berkelanjutan. Temuan mereka dipublikasikan di Kemajuan Ilmu Pengetahuan .
Lapisan selulosa basah, terdiri dari bakteri penghasil selulosa Komagataeibacter rhaeticus dan spora Bacillus. Kredit: Jeong-Joo Oh, Lab Aubin-Tam
ELM yang dikembangkan secara mandiri ini memiliki beragam potensi penerapan, seperti mendeteksi biomarker penyakit dan mengkatalis penguraian polutan lingkungan. Mereka mungkin juga berfungsi sebagai komposit penyembuhan diri. Di masa depan, aplikasi terakhir ini dapat digunakan untuk bahan bangunan, serupa dengan beton self-healing yang dikembangkan oleh rekan TU Delft, Henk Jonkers. -Bayangkan meminta bakteri menghasilkan mineral yang mengisi celah pada beton, kita dapat memperbaiki dinding sendiri,- jelas Jeong-Joo Oh, rekan penulis pertama artikel tersebut. -Selain itu, pendekatan ini dapat memajukan keberlanjutan, karena ELM dapat menggantikan bahan berbasis fosil, seperti plastik, dalam kehidupan kita sehari-hari.-
Yang unik dari material baru ini adalah fungsionalitasnya yang dapat diprogram sesuai permintaan. ELM dapat tidur, bertahan dalam kondisi yang keras, dan bangun sesuai perintah. -Sel hidup konvensional mampu melakukan fungsi berguna seperti mendeteksi biomarker, namun hanya bertahan dalam waktu singkat. Kami menginginkan bahan yang bisa kami gunakan kapan pun kami mau,- kata Oh.
Lapisan selulosa basah di bawah mikroskop. Film ini terdiri dari bakteri penghasil selulosa Komagataeibacter rhaeticus (diberi label dengan protein fluoresen hijau) dan spora Bacillus (diberi label dengan protein fluoresen merah). Gambar dibuat dengan mikroskop confocal. Kredit: Jeong-Joo Oh, Lab Aubin-Tam
Terinspirasi oleh siklus hidup bakteri
-Jadi, kami mencari cara untuk menjaga sel tetap hidup dan terinspirasi oleh siklus hidup bakteri.- Spesies bakteri tertentu dapat beralih ke keadaan tidak aktif dan tidak aktif secara metabolik, yang disebut spora. Spora sangat tahan terhadap panas, kekeringan, dan tekanan kimia. -Keadaan tidak aktif ini memungkinkan kita -membangunkan bakteri ketika fungsi yang dapat diprogram diinginkan,- kata Oh. -Menggunakan bakteri normal, Anda hanya dapat menggunakan bahan tersebut dalam beberapa hari atau seminggu. Kami menemukan bahwa spora masih berfungsi setelah enam bulan tanpa kehilangan fungsinya.-
Dua spesies berkolaborasi
Untuk membuat bahan tersebut, para ilmuwan menggabungkan dua spesies bakteri: Komogataeibacter rhaeticus Dan Bacillus subtilis K. rheaticus menghasilkan serat selulosa bakteri kuat yang bertindak sebagai penghalang fisik pelindung. Bacillus menyumbangkan kapasitas pembentukan sporanya. Campuran tersebut menghasilkan bahan hidup yang kuat. Dengan memodifikasi permukaan spora bakteri secara genetik, tim menambahkan fungsionalitas yang dibutuhkan. Selain itu, langkah rekayasa genetika meningkatkan pengikatan spora pada selulosa.
Langkah demi langkah untuk penggunaan di dunia nyata
Sebelum material ini muncul dalam kehidupan kita sehari-hari, kinerja dan stabilitas jangka panjang ELM harus memenuhi standar material yang ada. -Pada tahap ini, pekerjaan kami berada pada tingkat pembuktian konsep di laboratorium,- Catatan Oh. -Untuk menggunakan material ini pada beton, misalnya, material tersebut harus sesuai dengan kekuatan material bangunan yang ada. Namun hasilnya sudah sangat menjanjikan. Selangkah demi selangkah, saya berharap dapat mengganti bahan-bahan yang tidak ramah lingkungan dengan bahan-bahan yang hidup dan dapat bertahan sendiri.-
Apa yang dimaksud dengan bahan hidup rekayasa (ELM)?
ELM adalah bahan inovatif yang menggunakan sel hidup untuk menjalankan fungsinya. Bahan-bahan tersebut mengandung sel hidup alami atau hasil rekayasa genetika. Sel-sel tersebut tertanam pada bahan pendukung yang terbuat dari komponen alami atau sintetis. Bahan-bahan ini dapat merasakan, merespons, dan bahkan memperbaiki dirinya sendiri, berkat aktivitas biologis sel yang tertanam di dalamnya.
Penelitian ELM telah berkembang pesat sejak tahun 2020, menggabungkan mikrobiologi, ilmu material, dan biologi sintetik.
Bahan rekayasa ini didasarkan pada matriks selulosa bakteri yang ditumbuhkan yang menampung mikroorganisme.
