Ilmuwan Menggemparkan Biologi dengan Mengubah Arus Menjadi Bahan Bakar Kimia Sel

Sel-sel semua organisme hidup ditenagai oleh bahan bakar kimia yang sama: adenosin trifosfat (ATP). Kini, para peneliti telah menemukan cara untuk menghasilkan ATP langsung dari listrik, yang dapat meningkatkan proses bioteknologi yang mengembangkan segala sesuatu mulai dari makanan, bahan bakar, hingga obat-obatan.

Menggabungkan teknologi berbasis elektronik modern dengan biologi sangatlah sulit. Salah satu kendala utama adalah cara mereka diberi daya yang sangat berbeda. Meskipun sebagian besar gadget kita menggunakan elektron, alam bergantung pada energi yang dilepaskan ketika ikatan kimia ATP terputus. Menemukan cara untuk mengkonversi antara dua mata uang energi yang sangat berbeda ini dapat bermanfaat bagi sejumlah bioteknologi.

Mikroba hasil rekayasa genetika telah digunakan untuk menghasilkan berbagai bahan kimia bernilai tinggi dan protein yang berguna untuk terapi, dan ada harapan bahwa mereka dapat segera membantu menghasilkan produk yang lebih ramah lingkungan. bahan bakar jet, memecah sampah plastik, dan bahkan menanam makanan baru dalam bioreaktor raksasa. Namun saat ini, proses-proses ini dipicu oleh proses yang tidak efisien dalam menumbuhkan biomassa, mengubahnya menjadi gula, dan memberikannya kepada mikroba.

Kini, para peneliti di Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology di Jerman telah menemukan cara yang lebih langsung untuk menggerakkan proses biologis. Mereka telah menciptakan jalur metabolisme buatan yang dapat secara langsung mengubah listrik menjadi ATP menggunakan campuran enzim. Dan yang terpenting, prosesnya berhasil in vitro dan tidak bergantung pada mesin asli sel.

"Memasukkan listrik langsung ke dalam reaksi kimia dan biokimia merupakan terobosan nyata,” Tobias Erb, yang memimpin penelitian tersebut, mengatakan dalam siaran pers. “Hal ini akan memungkinkan sintesis sumber daya berharga yang kaya energi seperti pati, biofuel, atau protein dari bahan penyusun seluler sederhana—di masa depan bahkan dari karbon dioksida. Bahkan molekul biologis dapat digunakan untuk menyimpan energi listrik.”

Di alam, ATP dan molekul saudaranya adenosin di-fosfat (ADP) dapat dianggap hampir seperti baterai. ATP seperti baterai yang terisi daya, menyimpan energi dalam ikatan kimianya. Jika sebuah sel perlu mengeluarkan energi itu, ia akan memutuskan salah satunya of tiga gugus fosfat molekul dan energi yang terikat dalam ikatan kimia tersebut kemudian dapat menggerakkan beberapa proses seluler.

Proses ini mengubah molekul ATP menjadi ADP, yang dapat dianggap sebagai baterai kosong. Untuk mengisi ulangnya, sel perlu menggunakan energi dari makanan atau fotosintesis untuk menambahkan gugus fosfat kembali ke molekul ADP, mengubahnya kembali menjadi ATP.

Namun proses pengisian ulang ini bergantung pada rangkaian reaksi kompleks yang melibatkan berbagai kompleks protein yang tertanam dalam membran sel. Merekayasa ulang sistem ini agar dapat bekerja di luar sel merupakan suatu tantangan karena memerlukan berbagai protein untuk diorientasikan secara hati-hati dalam membran buatan, yang membuatnya rumit dan rapuh.

Pendekatan baru, yang diuraikan dalam a kertas masuk Joule, jauh lebih sederhana. Dijuluki “siklus AAA”, siklus ini hanya melibatkan empat enzim yang berinteraksi dalam suatu larutan. Bahan utama yang memungkinkan semua ini terjadi adalah penemuan enzim yang disebut aldehyde ferredoxin oxidoreductase (AOR) pada bakteri yang baru ditemukan bernama Aromatikum aromatoleum, yang mampu memecah minyak bumi.

Enzim ini mampu mengambil elektron dari elektroda dan mengikat energinya dalam ikatan aldehida yang ditambahkan ke bahan kimia prekursor yang disebut propionat. Ini kemudian mengalir melalui tiga enzim lagi yang bekerja pada bahan kimia tersebut dan pada akhirnya menggunakan energi yang tersimpan di dalamnya untuk mengubah ADP menjadi ATP. Pada akhirnya, molekul propionat muncul yang kemudian dapat dimasukkan kembali ke dalam siklus.

"Siklus AAA sederhana adalah pendekatan yang cerdas dan elegan…yang jauh lebih sederhana daripada cara biologi membuat ATP secara alami,” Drew Endy, ahli biologi sintetik di Universitas Stanford, mengatakan Ilmu. Dia menambahkan bahwa hal ini bisa menjadi kunci yang memungkinkan terjadinya “elektrobiosintesis”, yaitu gagasan menggunakan listrik untuk secara langsung menggerakkan sintesis bahan kimia yang berguna oleh sel.

Para peneliti mengatakan proses tersebut masih memerlukan kerja keras, karena enzim tidak stabil dan hanya mampu mengubah sejumlah kecil energi. Namun jika gagasan ini dapat disempurnakan dan diperluas, maka hal ini akan memungkinkan untuk menjalankan semua jenis proses bioteknologi yang kuat pada energi terbarukan, tidak hanya menjadikannya lebih ramah lingkungan namun juga memperluasnya secara signifikan.ing jumlah energi yang dapat mereka manfaatkan.

Gambar Kredit: Gunther / Pixabay

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• ChartPrime. Tingkatkan Game Trading Anda dengan ChartPrime. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/08/31/in-a-new-biology-electronics-crossover-scientists-used-electricity-to-produce-the-chemical-fuel-of-cells/