Bakteri metanotrofik mengkonsumsi 30 juta metrik ton metana per tahun dan telah memikat para peneliti karena kemampuan alami mereka untuk mengubah gas rumah kaca yang kuat menjadi bahan bakar yang dapat digunakan. Namun kita hanya tahu sedikit tentang bagaimana reaksi kompleks terjadi, membatasi kemampuan kita untuk menggunakan manfaat ganda untuk keuntungan kita.
Dengan mempelajari enzim yang digunakan bakteri untuk mengkatalisis reaksi, tim di Universitas Northwestern sekarang telah menemukan struktur kunci yang dapat mendorong proses tersebut.
Temuan mereka pada akhirnya dapat mengarah pada pengembangan katalis biologis buatan manusia yang mengubah gas metana menjadi metanol.
“Metana memiliki ikatan yang sangat kuat, jadi sangat luar biasa ada enzim yang dapat melakukan ini,” kata Amy Rosenzweig dari Northwestern, penulis senior makalah tersebut. “Jika kita tidak mengerti persis bagaimana enzim melakukan kimia yang sulit ini, kita tidak akan dapat merekayasa dan mengoptimalkannya untuk aplikasi bioteknologi.”
Enzim, yang disebut particulate methane monooxygenase (pMMO), adalah protein yang sangat sulit dipelajari karena tertanam dalam membran sel bakteri.
Biasanya, ketika peneliti mempelajari bakteri metanotrofik ini, mereka menggunakan proses yang keras di mana protein dikeluarkan dari membran sel menggunakan larutan deterjen. Meskipun prosedur ini secara efektif mengisolasi enzim, prosedur ini juga membunuh semua aktivitas enzim dan membatasi seberapa banyak informasi yang dapat dikumpulkan peneliti—seperti memantau jantung tanpa detak jantung.
LAGI: Mesin Penjual Otomatis Ini Mengisi Ulang Produk Pembersih—Mengendalikan Plastik Dan Menghemat Uang Anda
Dalam penelitian ini, tim menggunakan teknik baru sepenuhnya. Christopher Koo, penulis pertama dan Ph.D. kandidat di lab Rosenzweig, bertanya-tanya apakah dengan memasukkan kembali enzim ke dalam membran yang menyerupai lingkungan aslinya, mereka dapat mempelajari sesuatu yang baru. Koo menggunakan lipid dari bakteri untuk membentuk membran di dalam partikel pelindung yang disebut nanodisc, dan kemudian memasukkan enzim ke dalam membran itu.
“Dengan menciptakan kembali lingkungan asli enzim dalam nanodisc, kami mampu mengembalikan aktivitas enzim,” kata Koo. “Kemudian, kami dapat menggunakan teknik struktural untuk menentukan pada tingkat atom bagaimana lipid bilayer memulihkan aktivitas. Dengan melakukan itu, kami menemukan pengaturan penuh situs tembaga dalam enzim di mana oksidasi metana kemungkinan terjadi.”
Para peneliti menggunakan mikroskop cryo-electron (cryo-EM), teknik yang cocok untuk protein membran karena lingkungan membran lipid tidak terganggu selama percobaan. Ini memungkinkan mereka untuk memvisualisasikan struktur atom enzim aktif pada resolusi tinggi untuk pertama kalinya.
LAGI: BeyondPlastic Awards Untuk Kemasan Inovatif: Kantong yang Meleleh Saat Direbus dan Tabung Pasta Gigi Berkelanjutan
“Sebagai konsekuensi dari ‘revolusi resolusi’ baru-baru ini dalam cryo-EM, kami dapat melihat struktur atom secara detail,” kata Rosenzweig. “Apa yang kami lihat benar-benar mengubah cara kami berpikir tentang situs aktif enzim ini.”
Rosenzweig mengatakan bahwa struktur cryo-EM memberikan titik awal baru untuk menjawab pertanyaan yang terus menumpuk. Bagaimana metana melakukan perjalanan ke situs aktif enzim? Atau metanol keluar dari enzim? Bagaimana tembaga di situs aktif melakukan reaksi kimia? Selanjutnya, tim berencana untuk mempelajari enzim secara langsung di dalam sel bakteri menggunakan teknik pencitraan terdepan yang disebut cryo-electron tomography (cryo-ET).
TERKAIT: Para Ilmuwan Ini Melawan Plastik Laut Dengan Sandal Jepit Biodegradable yang Terbuat Dari Alga
Jika berhasil, para peneliti akan dapat melihat dengan tepat bagaimana enzim diatur dalam membran sel, menentukan bagaimana ia beroperasi di lingkungan aslinya dan mempelajari apakah protein lain di sekitar enzim berinteraksi dengannya. Penemuan ini akan memberikan kunci mata rantai yang hilang bagi para insinyur.
Potensi untuk membersihkan tumpahan minyak
“Jika Anda ingin mengoptimalkan enzim untuk menghubungkannya ke jalur biomanufaktur atau mengonsumsi polutan selain metana, maka kita perlu tahu seperti apa lingkungan aslinya dan di mana metana itu terikat,” kata Rosenzweig. “Anda bisa menggunakan bakteri dengan enzim yang direkayasa untuk memanen metana dari situs fracking atau untuk membersihkan tumpahan minyak.”
Penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Science.
Sumber: Universitas Northwestern
SHARE Penelitian Terobosan Ini; Berbagi Harapan…
Posted By : nomor yang akan keluar malam ini hongkong
