ilustrasi: bakteri E. coli autotrof hasil rekayasa (https://www.sciencemag.org)
Sebagian besar dari kita tentu pernah mendengar istilah Heterotrof dan Autotrof. Bahkan mungkin secara tak sadar akan langsung memberikan definisi dalam pikirannya ketika mendengar ataupun membaca istilah tersebut. Bagi yang belum pernah mendengar istilah tersebut, yuk simak penjelasannya dibawah ini….
Istilah Heterotrof mengacu pada organisme yang tidak dapat membuat makanannya sendiri (bergantung dengan organisme lain), misalnya rusa yang memakan tumbuhan dan bakteri Eschericia coli (E. coli) yang memakan selulosa untuk pertumbuhannya. Sebaliknya organisme Autotrof mampu membuat makanannya sendiri dengan berbagai cara. Misalnya tanaman alga (organisme fotoautotrof) menggunakan cahaya matahari untuk mengubah karbondioksida (CO2) dan air (H2O) menjadi bahan organik yang akan digunakan dalam fungsi-fungsi sel seperti respirasi dan biosintesis. Ada pula Leptothrix acharacea dan Nitrobacter (organisme kemoautotrof) yang memanfaatkan energi dari reaksi oksidasi besi dan nitrit untuk membuat makanannya [1].
Seiring dengan perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi manusia terus berpikir dan berusaha untuk memodifikasi sesuatu demi efisiensi dan efektivitas sebuah proses serta untuk mendapatkan manfaat yang lebih besar. Telah disinggung diatas bahwa bakteri E. coli termaksud dalam organisme heterotrof. Bakteri tersebut dapat ditemukan pada usus besar manusia dan hewan, tanah, air serta pada dekomposisi material (materi yang telah terurai) [1].
Dalam proses analisis serta penelitian dan pengembangan bakteri tersebut memiliki manfaat yang besar. Keberadaan E. coli dalam air akan memberikan informasi apakah air tersebut layak digunakan (bioindikator). Selain itu bakteri ini juga telah digunakan untuk memproduksi hormon insulin (obat diabetes melitus) secara masal melalui teknik DNA rekombinan (rekayasa genetika) [2].
Pada proses penelitian dan pengembangan di laboratorium bakteri E. coli harus terus dijaga pertumbuhannya. Salah satunya dengan menjamin kecukupan bahan makanan yang dibutuhkan. Bahan makanan yang biasa digunakan oleh para peneliti adalah gula sederhana [3] sebagai sumber karbon.
Adalah Robert F. Service, seorang reporter majalah sains telah melaporkan keberhasilan para ilmuwan merekayasa bakteri E. coli. Bakteri hasil rekayasa tersebut memiliki kemampuan untuk menggunakan karbondioksida yang ada di udara sebagai makanan (sumber karbon) untuk pertumbuhannya [3]. Lalu bagaimana mereka melakukannya?
Pantengin terus guys…. dan simak penjelasan berikut!
Ron Milo, seorang ahli rekayasa biologi dari Weizmann Institute of Science (Israel) bersama timnya melakukan rekayasa pada dua bagian penting dari metabolisme bakteri E. coli. Rekayasa yang dilakukan adalah cara mendapatkan energi dan sumber karbon yang digunakannya untuk tumbuh [3] .
Di sisi energi, para peneliti tidak dapat memberikan bakteri kemampuan untuk melakukan fotosintesis, karena prosesnya terlalu kompleks. Sebagai gantinya, mereka memasukkan gen pengkode enzim yang memungkinkan bakteri E. coli memiliki kemampuan untuk memakan molekul format/HCOOH (molekul karbon sederhana). Bakteri ini selanjutnya mengubah molekul format menjadi ATP (Adenosin Tri Fosfat), molekul kaya energi yang dapat digunakan sel. Makanan itu memberi bakteri energi yang dibutuhkan untuk menggunakan dua dari tiga enzim baru yang diekspresikannya. Ketiga enzim tersebut adalah Rubisko (Ribulosa bifosfat karboksilase), Fosforibulokinase dan Format dehidrogenase [3,4].
Adanya ketiga enzim tersebut menjadikan bakteri E. coli mampu mengikat (fiksasi) dan mereduksi karbondioksida menjadi gula dan molekul organik lainnya melalui sebuah siklus yang dinamakan Calvin-Benson-Bassham. Selain memasukkan gen pengkode enzim tertentu para peneliti juga menghilangkan beberapa enzim pada jalur metabolisme alaminya serta memaksanya untuk mampu bertahan hidup dengan pengurangan karbon organik secara berkala. Segala proses yang dilakukan diatas bertujuan untuk mendapatkan bakteri E. coli dengan sifat yang diinginkan [3,4].
Gambar 1. Siklus Calvin-Benson-Bassham
Hasil penelitian ini menunjukkan bakteri E. coli hasil rekayasa telah mampu tumbuh dan bertahan beberapa minggu pada uji laboratorium dengan pengurangan karbon organik (misalnya gula sederhana) secara berkala. Setelah 300 hari bakteri E. coli berevolusi menjadi jenis baru (E. coli autotrof), sedangkan untuk jenis yang masih bergantung pada sumber karbon organik telah hilang. Pada bakteri hasil rekayasa terjadi 11 mutasi genetik baru yang memungkinkannya bertahan hidup tanpa memakan organisme lain. ” Ini benar-benar menunjukkan betapa menakjubkannya evolusi, karena dapat mengubah sesuatu yang sangat mendasar seperti metabolisme seluler,” kata Milo menambahkan [3,4] . Ditempat lain seorang biokimiawan dari University of California, Berkeley memberikan apresiasi atas temuan ini. Beliau mengungkapkan penemuan ini memiliki implikasi yang besar dan pada akhirnya akan mengubah cara dalam mengajar biokimia [3] .
Dari uraian diatas kita juga dapat memahami bahwa rekayasa bakteri E. coli heterotrof menjadi autotrof dapat menekan biaya penelitian dan pengembangan dengan mengganti penggunaan molekul gula dengan karbondioksida sebagai sumber karbon. Temuan ini telah membuka peluang baru untuk memanfaatkan gas karbondioksida di udara. Penelitian dan pengembangan lebih lanjut mungkin akan membuka peluang untuk menciptakan molekul-molekul baru dari karbondioksida yang dapat dimanfaatkan di bidang kesehatan, energi maupun bidang-bidang yang lainnya.
Referensi
1. Setiawan, S., 2019, https://www.gurupendidikan.co.id/escherichia-coli/ diakses pada 15 Januari 2020 pukul 10.45 WITA
2. Nugroho, E., D., dan Rahayu, D., A., 2012, Pengantar Bioteknologi (Teori dan Aplikasi), Deepublish: Yogyakarta
3. Service, R., F., 2019, https://www.sciencemag.org/news/2019/11/microbe-no-longer-needs-eat-food-grow-thanks-bit-genetic-engineering, diakses pada 15 Januari 2020 pukul 11.09 WITA .
4. Gleizer, S., Ben-Nissan R., Bar-On, Y., M., Shamshoum, M., Bar-Even, A., Milo, R., 2019, Conversion of Escherichia colito Generate All Biomass Carbon from CO2, Cell, 6, 179, 1255-1263.
Seorang pembelajar yang ingin menyebar manfaat kepada sesama. Berminat mendalami bidang Biokimia dan Biologi Molekuler dan pengaruhnya terhadap manusia dan alam.