Sekelompok mahasiswa dari Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Brawijaya di Malang berhasil menciptakan sebuah inovasi yang menggabungkan ilmu pengetahuan dan teknologi dengan cara yang unik dan berkelanjutan. Mereka menciptakan lampu yang memanfaatkan bakteri sebagai sumber cahaya, yang diklaim dapat bertahan seumur hidup.
Inovasi ini berawal dari keinginan untuk menemukan solusi penerangan yang ramah lingkungan dan hemat energi. Tim mahasiswa tersebut menggunakan bakteri yang memiliki kemampuan bioluminesensi, yaitu kemampuan untuk menghasilkan cahaya secara alami. Dengan memanfaatkan sifat alami bakteri ini, mereka berhasil menciptakan lampu yang tidak memerlukan sumber energi eksternal seperti listrik atau baterai. Dengan menggunakan bakteri bioluminesen, lampu ini tidak hanya ramah lingkungan tetapi juga memiliki potensi untuk digunakan dalam berbagai aplikasi, terutama di daerah yang sulit dijangkau oleh jaringan listrik.
Umumnya bakteri bioluminesen dapat ditemukan di lingkungan laut. Bakteri ini menghasilkan cahaya melalui reaksi kimia yang melibatkan enzim luciferase dan molekul luciferin. Dalam konteks pembuatan lampu, bakteri tersebut ditanam dalam medium khusus yang mendukung pertumbuhan dan aktivitas bioluminesensinya. Lampu ini memiliki potensi usia seumur hidup dengan kondisi lingkungan yang mendukung tumbuh kembang reproduksi bakterinya.
Mengenal Bakteri Bioluminesen
Bioluminesensi adalah fenomena unik di mana makhluk hidup menghasilkan cahaya melalui reaksi biokimia. Di dunia bakteri, kemampuan ini ditemukan pada kelompok tertentu seperti Vibrionaceae, Shewanellaceae, dan Enterobacteriaceae. Bakteri ini sebagian besar hidup di habitat laut dan sering membentuk simbiosis dengan organisme laut lainnya, seperti ikan atau cumi-cumi, yang memanfaatkan cahaya untuk berkomunikasi atau melindungi diri dari predator.
Proses Biokimia Bioluminesensi
Kultur bakteri Photobacterium phosphoreum di bagian kiri Vibrio fischeri Y-1 di bagian kanan
Sumber: Brodl, et al. 2018. Molecular Mechanisms of Bacterial Bioluminescence. Comput Struct Biotechnol J; 16:551-564. doi: 10.1016/j.csbj.2018.11.003.
Pada tingkat molekuler, bioluminesensi bakteri melibatkan reaksi yang dikatalisis oleh enzim luciferase. Enzim ini dihasilkan oleh gen yang tergabung dalam operon lux (luxCDABEG). Berikut adalah peran utama dari berbagai gen tersebut:
- luxA dan luxB: Mengkode subunit α dan β luciferase, yang bertanggung jawab atas produksi cahaya.
- luxC, luxD, dan luxE: Berfungsi dalam sintesis aldehida rantai panjang yang digunakan sebagai substrat dalam reaksi.
- luxG: Mengkode flavin reduktase yang menghasilkan flavin mononukleotida (FMN) tereduksi, komponen kunci dalam reaksi bioluminesensi.
Reaksi dimulai dengan oksidasi FMN tereduksi dan aldehida menggunakan oksigen, menghasilkan asam, air, dan cahaya dengan panjang gelombang sekitar 490 nm. Cahaya yang dihasilkan berasal dari keadaan eksitasi FMN-4a-hidroksida yang kembali ke keadaan dasar.
Baca juga: Tanaman Nanobionik : Tanaman Bercahaya Tanpa Rekayasa Genetik
Fungsi Bioluminesensi
Cahaya yang dihasilkan oleh bakteri bioluminesen sendiri dimanfaatkan untuk berbagai fungsi. Adaupun pemanfaatannya meliputi:
- Simbiosis: Ikan atau cumi-cumi yang memiliki organ cahaya menggunakan bioluminesensi untuk menarik mangsa atau melindungi diri dari predator.
- Perputaran Nutrisi: Bakteri yang terikat pada partikel fecal laut menarik ikan untuk mengonsumsi partikel tersebut, memungkinkan bakteri mendapatkan lingkungan yang kaya nutrisi di saluran pencernaan inang.
- Komunikasi dan Atraksi: Cahaya dapat digunakan untuk menarik perhatian spesies lain, baik untuk tujuan reproduksi atau ekologi lainnya.
Mekanisme Evolusi
Bukti menunjukkan bahwa bioluminesensi pada bakteri mungkin telah berevolusi secara independen sebanyak 40 kali. Variasi dalam konfigurasi gen lux mendukung hipotesis ini. Contohnya, beberapa bakteri memiliki tambahan gen luxF, yang membantu mengatur intensitas cahaya.
Aplikasi dan Potensi Bioluminesensi
Kemampuan bioluminesensi bakteri telah menarik perhatian ilmuwan untuk aplikasi teknologi, seperti biosensor, pencahayaan ramah lingkungan, dan alat diagnostik. Baru-baru ini, para peneliti berhasil meningkatkan efisiensi cahaya hingga tujuh kali lipat melalui rekayasa genetik operon lux.
Keunggulan dan Tantangan Lampu dari Bakteri
Keunggulan utama dari lampu berbasis bakteri ini adalah kemampuannya untuk menghasilkan cahaya tanpa memerlukan sumber energi eksternal. Selain itu, karena bakteri dapat bereproduksi dan mempertahankan populasi mereka, lampu ini berpotensi memiliki umur yang sangat panjang, asalkan kondisi lingkungannya tetap mendukung.
Namun, ada beberapa tantangan yang perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat diimplementasikan secara luas. Salah satunya adalah memastikan bahwa bakteri tetap hidup dan aktif menghasilkan cahaya dalam jangka waktu yang lama. Ini mungkin memerlukan perawatan khusus, seperti pemberian nutrisi dan pengaturan kondisi lingkungan yang tepat. Selain itu, intensitas cahaya yang dihasilkan oleh bakteri bioluminesen biasanya rendah daripada sumber cahaya konvensional, sehingga mungkin perlu dilakukan optimasi untuk meningkatkan kecerahan lampu.
Inovasi Ramah Lingkungan dari Anak Negeri
Inovasi ini menunjukkan potensi besar dalam pengembangan teknologi penerangan yang berkelanjutan dan ramah lingkungan. Dengan penelitian dan pengembangan lebih lanjut, lampu berbasis bakteri bioluminesen dapat menjadi alternatif yang menarik untuk solusi penerangan di masa depan, terutama di daerah yang kekurangan akses listrik.
Selain itu, penggunaan bakteri sebagai sumber cahaya juga membuka peluang untuk aplikasi lain, seperti dalam bidang medis, dekorasi, dan indikator biologis. Misalnya, bakteri bioluminesen dapat digunakan sebagai biosensor untuk mendeteksi keberadaan zat tertentu dalam lingkungan atau sebagai alat diagnostik dalam penelitian biologi.
Secara keseluruhan, penemuan lampu oleh mahasiswa Universitas Brawijaya ini merupakan langkah maju dalam upaya mencari solusi teknologi yang inovatif dan berkelanjutan. Dengan terus mendorong batasan ilmu pengetahuan dan teknologi, kita dapat menemukan cara-cara baru untuk memenuhi kebutuhan manusia tanpa merusak lingkungan.
Referensi
Hananto, Akhyari. 2016. Lampu dari Bakteri yang Tahan Seumur Hidup Karya Mahasiswa Malang. Diakses pada 28 Januari 2025 dari https://www.goodnewsfromindonesia.id/2016/02/17/lampu-dari-bakteri-yang-tahan-seumur-hidup-karya-mahasiswa-malang
Brodl, et al. 2018. Molecular Mechanisms of Bacterial Bioluminescence. Comput Struct Biotechnol J; 16:551-564. doi: 10.1016/j.csbj.2018.11.003. PMID: 30546856; PMCID: PMC6279958. Diakses pada 28 Januari 2025 dari https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6279958/
