Bakteri telah lama dikenal sebagai pembangkit tenaga listrik yang sangat kecil, namun kini para ilmuwan semakin memahami cara mereka menangkap karbon dioksida – sebuah pengetahuan yang dapat merevolusi solusi perubahan iklim. Para peneliti dari Universitas Liverpool dan Universitas Newcastle telah memecahkan kode pada karboksisom, kompartemen mikroskopis di dalam bakteri yang bertindak seperti miniatur pabrik penangkap karbon.
Studi terobosan mereka, yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences, mengungkap struktur rumit “mesin nano” ini dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya. Karboksisom sangat penting bagi siklus karbon global karena karboksisom mengkonsentrasikan dan mengubah CO₂ menjadi bentuk yang dapat digunakan, sehingga memungkinkan banyak bakteri untuk berkembang bahkan di lingkungan di mana gas penting ini langka.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah berjuang untuk menentukan dengan tepat bagaimana enzim kunci dalam karboksisom, yang disebut karbonat anhidrase (CsoSCA), berkumpul dan berfungsi di dalam kompartemen berbasis protein ini.
Dengan menggunakan teknik mutakhir seperti mikroskop krio-elektron – yang pada dasarnya mengambil “snapshot” molekul yang sangat detail dengan resolusi mendekati atom – tim memvisualisasikan CsoSCA dari model bakteri yang disebut Halothiobacillus neapolitanus. Mereka menemukan bahwa enzim tersebut membentuk struktur heksagonal yang tidak biasa (seperti enam lingkaran yang bergabung) dan terbungkus dalam cangkang karboksisom melalui interaksi non-spesifik yang fleksibel dengan protein cangkang. Temuan ini menantang asumsi sebelumnya tentang bagaimana enzim ini tertanam.
Studi ini juga mengungkap hubungan mengejutkan antara CsoSCA dan Rubisco, enzim penting lainnya yang terlibat dalam fiksasi CO₂. Interaksi ini menunjukkan bahwa bakteri telah mengembangkan pendekatan “perangkat” modular untuk membangun mesin penangkap karbon ini, mengoptimalkan efisiensinya dengan mengatur enzim secara hati-hati di dalam karboksisom.
Merekayasa Rancangan Alam untuk Masa Depan yang Berkelanjutan
Memahami proses perakitan yang rumit ini memberikan cetak biru bagi bioteknologi dan inovasi iklim. Bayangkan memanfaatkan kekuatan mesin nano alami ini untuk:
- Meningkatkan Hasil Tanaman: Meningkatkan fiksasi CO₂ pada tanaman, yang mengarah pada peningkatan produksi tanaman dan berpotensi memitigasi masalah keamanan pangan yang terkait dengan perubahan iklim.
- Rancangan Bahan Inovatif: Menciptakan bahan nano rancangan yang bertindak sebagai katalis yang sangat efisien untuk berbagai proses industri, sehingga mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.
- Kembangkan Biosensor Generasi Berikutnya: Membangun biosensor sensitif yang mampu mendeteksi dan memantau kadar CO₂ di lingkungan atau dalam sistem biologis.
Meskipun penelitian ini memberikan pemahaman mendasar tentang organisasi karboksisom, penyelidikan lebih lanjut akan mengeksplorasi bagaimana pabrik kecil ini berfungsi dalam sel hidup dan mengoptimalkan karboksisom sintetis untuk aplikasi di dunia nyata.
Dengan menggabungkan teknik pencitraan canggih dan rekayasa molekuler yang canggih, para peneliti bertujuan untuk menyempurnakan model ini dan mengembangkan cangkang buatan yang mampu merangkum enzim katalitik dengan konsentrasi lebih tinggi – membuka potensi penuh teknologi penangkapan karbon alami untuk masa depan yang lebih berkelanjutan.
