Biofilm merupakan lapisan lendir yang terbentuk saat bakteri menempel pada suatu permukaan. Biofilm dapat memberikan kemampuan bagi bakteri untuk melindungi diri dari lingkungan ekstrem dan menghindari efek antibiotik. Dalam penelitian terbaru, para peneliti berhasil menunjukkan bahwa cahaya laser dalam bentuk penjepit optik dapat digunakan untuk mengendalikan pembentukan biofilm. Temuan ini bisa membantu ilmuwan memanfaatkan lapisan mikroba ini untuk berbagai aplikasi bioengineering.
Penjepit optik atau optical tweezers adalah alat yang menggunakan sinar laser untuk menangkap dan memanipulasi benda kecil, seperti sel atau partikel mikroskopis. Ketika sinar laser ditempatkan pada objek, hal tersebut menciptakan gaya yang dapat menarik atau mendorong objek ke arah tertentu. Para ilmuwan dapat mengendalikan gerakan objek ini dengan mengubah arah atau intensitas cahaya laser. Penjepit optik digunakan untuk riset dalam biologi, fisika, dan nanoteknologi karena memungkinkan manipulasi benda pada skala yang sangat kecil, membantu pemahaman lebih lanjut tentang dunia mikroskopis.
Kredit: Anna Bezryadina, California State University Northridge
Dalam jurnal Biomedical Optics Express dari Optica Publishing Group journal, para peneliti melaporkan hasil eksperimen mereka menggunakan penjepit optik untuk mengatur agregasi bakteri dan perkembangan biofilm. Mereka menemukan bahwa berbagai jenis laser dapat digunakan untuk merangsang dan menekan pertumbuhan biofilm.
Menggunakan cahaya untuk mengendalikan pertumbuhan bakteri
Sebagian besar penelitian biofilm telah difokuskan pada pendekatan mekanis, kimia, dan biologi untuk menekan dan mengendalikan biofilm. Meskipun ilmuwan telah menunjukkan bahwa pendekatan sintetis dan kimia dapat digunakan untuk mengaktifkan, mengendalikan, serta mengatur biofilm menjadi struktur spasial tertentu, Bezryadina dan timnya ingin mencari tahu apakah metode optik dapat digunakan untuk mengontrol dinamika biofilm. Untuk mencapai hal ini, diperlukan tim interdisipliner dengan keahlian dalam teknologi optik canggih dan mikrobiologi.
Para peneliti melakukan eksperimen dengan Bacillus subtilis, bakteri non-patogen yang secara alami membentuk biofilm. Mereka menggunakan lingkungan rendah nutrisi yang tidak bersahabat bagi B. subtilis untuk mendorong bakteri membentuk biofilm. Setelah mendapatkan gumpalan biofilm kecil, mereka melakukan eksperimen penjepit optik menggunakan laser biru 473 nm atau laser Ti:sapphire inframerah dekat yang dapat disetel dari 700 hingga 1000 nm.
Tim peneliti tersebut menemukan bahwa menggunakan laser dengan panjang gelombang 820 nm hingga 830 nm memungkinkan rekayasa optik yang bisan berlangsung lama pada gumpalan biofilm sambil meminimalkan kerusakan foto yang signifikan. Namun, penggunaan laser pada 473 nm—panjang gelombang yang sangat diserap oleh bakteri—menyebabkan sel-sel tersebut pecah dan gumpalan biofilm menjadi hancur. Mereka juga mengamati bahwa gumpalan bakteri yang ideal untuk manipulasi optik terdiri dari tiga hingga 15 sel.
Membentuk pola
Ketika para peneliti mempelajari dinamika bakteri dan pembentukan biofilm menggunakan optical tweezers pada panjang gelombang 820 nm selama satu jam, mereka menemukan bahwa gumpalan bakteri mengumpul di sekitar gumpalan yang tertangkap secara optik, menempel pada permukaan, dan mulai membentuk mikrokoloni.
Para peneliti juga bisa memindahkan gumpalan bakteri yang tertangkap secara optik ke seluruh sampel ke posisi tertentu, yang bisa bermanfaat untuk membangun struktur dari bakteri. Laser NIR tampaknya tidak mengganggu pembentukan biofilm untuk gumpalan bakteri yang terpapar laser NIR yang sangat terfokus, yang mengimplikasikan bahwa panjang gelombang NIR dalam rentang 800 nm hingga 850 nm dapat digunakan untuk periode waktu yang lebih lama untuk rekayasa optik, manipulasi, dan pembentukan pola gumpalan bakteri.
Secara keseluruhan, eksperimen tersebut mengungkapkan beberapa fleksibilitas dalam kondisi pertumbuhan yang tepat, ukuran gumpalan, dan panjang gelombang yang diperlukan untuk memanipulasi biofilm. Metodologi ini mungkin juga dapat digunakan pada mikroorganisme pembentuk biofilm lainnya.
Referensi :
[1] https://optica.org/about/newsroom/news_releases/2024/january/researchers_control_biofilm_formation_using_optical_traps/ diakses pada 03 Februari 2024
[2] Czarlyn Camba, Brooke Walter-Lakes, Phillip Digal, Sattar Taheri-Araghi, Anna Bezryadina. Biofilm formation and manipulation with optical tweezers. Biomedical Optics Express, 2024; 15 (2): 1181 DOI: 10.1364/BOE.510836
