Freefastapp.net – Ilmuwan dapat melakukan beberapa hal hebat dengan mikroba, termasuk merekayasa sel bakteri untuk merasakan dan memberi sinyal keberadaan senyawa tertentu. Biosensor sel utuh mikroba ini memiliki banyak tujuan, mulai dari mendeteksi racun di lingkungan hingga memberi sinyal infeksi atau penyakit pada manusia. Didorong oleh kemajuan dalam biologi sintetis, para peneliti terus menyempurnakan metodologi untuk menciptakan biosensor bakteri, dan mengembangkan cara-cara baru di mana perangkat ini dapat diterapkan untuk meningkatkan kesehatan manusia dan planet.
Mengenal Biosensor Sel Utuh
Untuk bertahan hidup, bakteri perlu mengetahui apa yang terjadi di sekitar mereka. Bakteri memiliki banyak sensor yang secara alami merupakan bagian dari fisiologi mereka. Namun sensor ini tidak hanya merasakan, namun juga memberi tahu bakteri untuk melakukan sesuatu. Para peneliti memanfaatkan respons alami tersebut agar bakteri memberi tahu kita, sebagai manusia, apa yang mereka lihat dan apa yang mereka rasakan.
Meskipun ada banyak cara untuk membuat biosensor mikroba sel utuh, prinsip dasarnya sama, yaitu sel bakteri diprogram (biasanya melalui rekayasa genetika) untuk mengenali dan menghasilkan sinyal terukur sebagai respons terhadap molekul yang diinginkan. Dalam proses alami, suatu senyawa mengikat reseptor pada bakteri, memicu kaskade transkripsi dan produksi protein dengan fungsi fisiologis tertentu. Saat menghasilkan biosensor, para ilmuwan menggabungkan respons ini dengan transduser dan merekayasanya untuk menciptakan respons yang dapat mereka baca.
Tergantung pada biosensor dan tujuan penggunaannya, respons ini dapat bersifat elektrokimia, atau melibatkan ekspresi protein pelapor fluoresen atau luminesen. Biosensor sel utuh sering kali direkayasa untuk berfungsi hanya saat molekul targetnya hadir. Kemampuan untuk menyempurnakan spesifisitas dan sensitivitas ini menjadikan biosensor bakteri sebagai alat analisis yang menjanjikan.
Pengaplikasikan Biosensor Bakteri
Secara umum, aplikasi dari biosensor bakteri dapat dibagi menjadi 2 kategori yaitu lingkungan dan biomedis.
Aplikasi Lingkungan
Di bidang lingkungan, biosensor sel utuh memberikan wawasan tentang tingkat nutrisi dan senyawa organik dalam tanah, yang dapat menginformasikan metode untuk mengelola pertumbuhan tanaman. Mereka juga dapat memberi sinyal keberadaan dan tingkat senyawa yang berpotensi bermasalah. Misalnya, peneliti telah mengembangkan biosensor yang dapat mendeteksi tiosulfat, bahan kimia yang umum digunakan dalam pengolahan air yang dalam jumlah berlebihan dapat memicu mekarnya mikroba air tawar.
Perlu dicatat, sebagian besar biosensor bergantung pada transkripsi gen reporter untuk menghasilkan sinyal, yang memerlukan waktu dan banyak energi seluler. Dalam upaya mengoptimalkan proses tersebut, para peneliti mengambil pendekatan pascatranslasi, dengan menciptakan rantai transpor elektron sintetis dalam Escherichia coli. Elektron dari tiosulfat bergerak melalui rantai sintetis ini dan memantul ke elektroda, menghasilkan arus listrik dalam waktu 1 menit atau kurang. Dengan teknologi ini, ada peluang untuk merespons dengan cepat pelepasan toksin lingkungan yang tidak diinginkan sehingga dapat mengurangi dampak ekologis.
Aplikasi Biomedis
Selain nutrisi dan senyawa beracun, biosensor bakteri dapat dirancang untuk merespons bakteri lainnya. Mikroba mengeluarkan semua jenis metabolit, yang banyak di antaranya dapat berfungsi sebagai analit target. Misalnya, biosensor mikroba yang mendeteksi molekul penginderaan kuorum yang disekresikan oleh patogen bakteri dapat memberi sinyal keberadaan mikroba penyebab penyakit dalam air, atau dalam sampel manusia untuk membantu mendiagnosis infeksi.
Biosensor bakteri dapat memberikan informasi yang berguna tentang kesehatan manusia. Sebuah studi baru-baru ini menggambarkan biosensor yang terbuat dari bakteri lingkungan, Acinetobacter baylyi, yang dapat mendeteksi DNA dari sel kanker secara in vitro dan dalam model tikus. Studi ini memberikan dasar untuk penerapan biosensor mikroba dalam deteksi dan diagnosis kanker.
Para ilmuwan juga telah menciptakan biosensor yang dapat ditelan yang dapat mendeteksi biomarker perdarahan atau inflamasi dalam usus untuk memantau kesehatan usus. Sinyal dari perangkat mikroba internal ini dapat ditransmisikan ke perangkat eksternal seperti ponsel, sehingga menggambarkan bagaimana biosensor dapat dipasangkan dengan teknologi digital yang ada untuk memfasilitasi pengumpulan dan analisis data.
Mengapa Biosensor?
Sudah ada alat dan teknologi untuk tugas seperti memantau analit dalam tanah atau mendiagnosis penyakit. Dalam kebanyakan kasus, instrumentasi dan pengujian standar tidak perlu menggunakan biosensor untuk misalnya mendeteksi kadar pH atau oksigen. Namun, dalam hal spesifisitas kimia, biosensor benar-benar unggul. Biologi sangat menakjubkan karena dapat membedakan antara misalnya agonis estrogen dan antagonis estrogen dengan sangat cepat. Hal ini mengacu pada penggunaan biosensor cepat di laboratorium untuk mendeteksi antagonis estrogen yang dapat mengganggu reproduksi vertebrata laut. Memanfaatkan spesifisitas alami sinyal mikroba memungkinkan para ilmuwan menemukan apa yang mereka cari di dunia alami yang secara molekuler berantakan.
Biosensor bakteri juga dapat digunakan di lingkungan tanpa mengganggu ekosistem lokal secara fisik. Manfaat lainnya ialah biosensor mikroba relatif murah untuk disiapkan dan disimpan, sehingga berpotensi berharga di wilayah dengan sumber daya rendah di mana instrumentasi atau pengujian analitis tradisional mungkin tidak dapat diakses.
Masa Depan Biosensor Bakteri
Dengan kemajuan bidang ini, dunia di mana biosensor bakteri akan menjadi alat analitis umum tidak lama lagi. Saat mereka maju menuju masa depan itu, para peneliti berfokus pada beberapa area pengembangan utama.
Penerapan yang Aman
Salah satu percakapan terpenting seputar biosensor bakteri adalah cara menggunakannya dengan aman. Perangkat mikroba tidak dapat dan tidak boleh dilepaskan ke lingkungan tanpa kendala. Penting untuk menyoroti bahwa penerapan berbagai tingkatan pengendalian. Seperti mengembangkan taktik untuk menahan mikroba baik secara fisik maupun secara biokimia akan menjadi kuncinya. Ada juga upaya untuk melibatkan publik dan pembuat kebijakan guna memahami dan mengatasi berbagai masalah seputar pembuatan dan penerapan biosensor mikroba. Ini karena pengembangan teknologi apapun itu, harus dilakukan secara etis.
Biosensor yang Merasakan dan Merespons
Idealnya, biosensor bakteri di masa depan akan melakukan lebih dari sekadar merasakan (sensing), tetapi juga merespons. Artinya, sensor tidak hanya dapat mendeteksi keberadaan polutan, tetapi juga mendegradasinya. Bagaimanapun, inilah yang dilakukan bakteri secara alami, dimana mereka merasakan ancaman dan mengatasinya. Di masa depan diharapkan peneliti dapat mengembangkan teknologi biosensor bakteri dimana bakteri juga bisa merespon dan mengatasi ancaman secara cepat dan efektif. Dengan begitu, teknologi ini bisa memberikan manfaat yang lebih optimal.
Satu Biosensor, Beberapa Analit
Spesifisitas kimiawi biosensor bakteri sangat bagus, tetapi agak tidak realistis untuk membuat yang baru untuk setiap ribuan senyawa yang mungkin ingin dideteksi oleh para ilmuwan. Oleh karena itu, ada dorongan untuk mengembangkan biosensor yang mendeteksi fungsi molekuler daripada bahan kimia individual. Jadi, diharapkan bahwa suatu hari nanti, bisa dikembangkan suatu alat biosensor yang bisa digunakan untuk mendeteksi beberapa hal sekaligus. Sehingga penggunaannya bisa lebih efisien. Dengan biosensor yang terus dikembangkan, itu bukan hal yang tidak mungkin. Ini hanya masalah waktu sampai hal tersebut bisa terwujud.
Baca Juga : Perkembangan Biosensor Di Industri Teknologi Medis