Struktur Seperti Sel Buatan Baru Menggunakan Fotosintesis Untuk Melakukan Reaksi Metabolik

• Peneliti mengembangkan mesin fotosintesis buatan untuk melakukan reaksi metabolisme. 

• Penelitian ini menggabungkan yang terbaik dari dunia hewan dan tumbuhan untuk menyesuaikan dan mengontrol produksi energi sel.

Ada dua pendekatan utama untuk mengembangkan sel buatan.

1. Merekayasa ulang materi genetik (genom) suatu organisme.

2. Bangun struktur seperti sel dari awal yang meniru fungsi sel hidup.

Yang kedua tidak sesederhana kedengarannya: ini membutuhkan pengembangan reaksi biologis dan kimia yang kompleks yang dapat meniru perilaku sel yang rumit.

Baru-baru ini, para peneliti dari Universitas Sogang dan Universitas Harvard mengembangkan struktur mirip sel yang memanfaatkan fotosintesis untuk melakukan reaksi metabolisme seperti fiksasi karbon, pemanenan energi, dan pembentukan sitoskeleton.

Studi ini adalah langkah pertama untuk membangun beberapa jaringan regulasi untuk struktur mirip sel yang mampu menunjukkan perilaku sel yang sebenarnya.

Untuk mengembangkan komponen sintetis ini, para ilmuwan memanipulasi organel fotosintesis (struktur seluler kecil yang menjalankan fungsi tertentu di dalam sel) dari senyawa khusus dunia hewan dan tumbuhan.

Mereka memilih 2 pengonversi foto protein: satu dari bakteri, dan yang lainnya dari tumbuhan. Mereka dapat menghasilkan gradien melintasi membran sel untuk memicu reaksi tertentu.

Bagaimana itu bekerja?

Peneliti membuat konverter foto sensitif terhadap dua panjang gelombang cahaya yang berbeda - Merah dan Hijau. Mereka menenggelamkan protein dan enzim di dalam membran lipid, yang menghasilkan Adenosine Triphosphate (ATP) - molekul pembawa energi yang ditemukan di semua sel hidup.

Membran terkena sinar merah menghasilkan reaksi kimia fotosintesis, yang akhirnya menghasilkan ATP. Reaksi berhenti ketika membran terkena cahaya hijau.

Gambar di atas menunjukkan regulasi produksi aktin. Cahaya merah memicu lebih banyak proton di dalam organel, yang mempercepat sintesis ATP. Sedangkan lampu hijau menghabiskan proton, yang menghentikan produksi ATP. 

Dengan cara ini, para ilmuwan memperoleh kemampuan untuk menghidupkan / mematikan produksi energi secara manual. Ini memungkinkan mereka untuk mengontrol berbagai reaksi, seperti blok bangunan khas jaringan, polimerisasi aktin, dan banyak lagi.

Baik model analitik maupun hasil eksperimen menunjukkan bahwa sintesis ATP oleh organel buatan merupakan proses yang dominan dalam pertumbuhan filamen aktin.

Apa yang Membuat Riset Ini Unik?

Ini bukan pertama kalinya, seseorang telah menghasilkan ATP dari proses kimiawi yang unik, tetapi teknik sebelumnya dibatasi untuk menghasilkan ATP tunggal dalam satu waktu. Studi baru ini menggabungkan yang terbaik dari dunia hewan dan tumbuhan untuk menyesuaikan dan mengontrol produksi energi sel. Mereka mulai dari protein individu, dan merekayasa sel-sel ini dari bawah ke atas.

Sekarang para ilmuwan dapat mengatur struktur membran sel, dan dapat memberikan metode untuk merekayasa sel seluler. Mekanisme bottom-up ini dapat digunakan untuk mengembangkan organel buatan lainnya, misalnya, sistem mirip nukleus untuk replikasi genetik dan retikulum endoplasma untuk metabolisme protein.

Berbagi :