Temui “Conan si Bakteri,” Mikroba yang Tertawa Saat Menghadapi Radiasi Mematikan

Deinococcus radioduransjuga dikenal sebagai “Conan si Bakteri,” adalah salah satu bentuk kehidupan paling tangguh di alam, mampu bertahan pada tingkat radiasi ribuan kali lebih tinggi daripada radiasi yang dapat membunuh manusia.

Para ilmuwan akhirnya mengungkap rahasia molekuler di balik ketahanannya: kompleks antioksidan unik yang dibentuk oleh mangan dan metabolit spesifik. Penemuan ini dapat membuka jalan bagi teknologi yang dapat menyelamatkan nyawa, mulai dari eksplorasi ruang angkasa hingga perawatan medis.

“Conan sang Bakteri”

Dijuluki “Conan si Bakteri” karena ketahanannya yang luar biasa, Deinococcus radiodurans dapat bertahan hidup dalam dosis radiasi yang ribuan kali lebih kuat daripada radiasi yang berakibat fatal bagi manusia – atau organisme lain yang diketahui.

Resistensi luar biasa ini berasal dari serangkaian metabolit sederhana yang dikombinasikan dengan mangan untuk menghasilkan antioksidan kuat. Peneliti di Universitas Barat Laut dan Uniformed Services University (USU) kini telah mengungkap cara kerja mekanisme pertahanan alami ini.

Antioksidan Sintetis Terinspirasi oleh Ketahanan Mikroba

Dalam sebuah studi baru, para peneliti mengkarakterisasi antioksidan perancang sintetik, yang disebut MDP, yang terinspirasi oleh Deinococcus radiodurans' ketangguhan. Mereka menemukan komponen MDP – ion mangan, fosfat, dan peptida kecil – membentuk kompleks terner yang merupakan pelindung yang jauh lebih kuat dari kerusakan radiasi dibandingkan mangan yang digabungkan dengan salah satu komponen individual lainnya.

Penemuan ini pada akhirnya dapat menghasilkan antioksidan sintetik baru yang khusus disesuaikan dengan kebutuhan manusia. Penerapannya termasuk melindungi astronot dari radiasi kosmik yang intens selama misi luar angkasa, mempersiapkan keadaan darurat radiasi, dan memproduksi vaksin yang tidak mengaktifkan radiasi.

Studi ini dipublikasikan pada 12 Desember di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.

Terobosan dalam Penelitian Antioksidan

“Kompleks terner inilah yang merupakan perisai luar biasa MDP terhadap efek radiasi,” kata Brian Hoffman dari Northwestern, yang melakukan penelitian bersama Michael Daly dari USU. “Kami telah lama mengetahui bahwa ion mangan dan fosfat bersama-sama menghasilkan antioksidan yang kuat, namun menemukan dan memahami potensi 'ajaib' yang diberikan oleh penambahan komponen ketiga merupakan sebuah terobosan. Studi ini telah memberikan kunci untuk memahami mengapa kombinasi ini merupakan radioprotektan yang sangat kuat – dan menjanjikan.

Hoffman adalah Profesor Kimia Charles E. dan Emma H. ​​Morrison dan profesor biosains molekuler di Sekolah Tinggi Seni dan Sains Weinberg Northwestern. Ia juga merupakan anggota Institut Proses Kimia Kehidupan. Seorang ahli dalam Deinococcus radioduransDaly adalah guru besar patologi USU dan anggota National Academies' Committee on Planetary Protection.

Hulk yang Luar Biasa dari Dunia Mikroba

Studi baru ini didasarkan pada penelitian sebelumnya dari kolaborasi Hoffman dan Daly, di mana mereka berusaha untuk lebih memahami Deinococcus radiodurans' prediksi kemampuannya dalam menahan radiasi Mars. Dalam penelitian tersebut, tim Hoffman di Northwestern menggunakan teknik spektroskopi canggih untuk mengukur akumulasi antioksidan mangan dalam sel mikroba.

Menurut Hoffman dan Daly, besarnya dosis radiasi yang dapat bertahan hidup oleh suatu mikroorganisme atau sporanya berkorelasi langsung dengan jumlah antioksidan mangan yang dikandungnya. Dengan kata lain, lebih banyak antioksidan mangan berarti lebih banyak ketahanan terhadap radiasi intens.

Dalam penelitian sebelumnya, peneliti lain menemukan Deinococcus radiodurans dapat bertahan hidup pada 25.000 abu-abu (atau unit sinar x dan gamma). Namun, dalam penelitian mereka pada tahun 2022, Hoffman dan Daly menemukan bahwa bakteri tersebut – ketika dikeringkan dan dibekukan – dapat menahan radiasi 140.000 abu-abu, dosis yang 28.000 kali lebih besar daripada dosis yang dapat membunuh manusia. Jadi, jika ada mikroba beku yang terkubur di Mars, mereka mungkin bisa bertahan dari serangan radiasi kosmik galaksi dan proton matahari hingga hari ini.

Sifat Pelindung Radiasi yang Unik

Berdasarkan upaya mereka untuk memahami ketahanan radiasi mikroba, tim Hoffman dan Daly menyelidiki perancang dekapeptida yang disebut DP1. Ketika dikombinasikan dengan fosfat dan mangan, DP1 membentuk MDP agen pemulung radikal bebas, yang berhasil melindungi sel dan protein dari kerusakan radiasi. Dalam penelitian terbaru lainnya, Daly dan kolaboratornya menemukan bahwa MDP efektif dalam pembuatan vaksin polivalen yang diiradiasi.

Dengan menggunakan spektroskopi resonansi paramagnetik tingkat lanjut, tim mengungkapkan bahwa bahan aktif MDP adalah kompleks terner – kumpulan fosfat dan peptida yang terikat pada mangan secara tepat.

“Pemahaman baru mengenai MDP ini dapat mengarah pada pengembangan antioksidan berbasis mangan yang lebih kuat untuk aplikasi dalam layanan kesehatan, industri, pertahanan, dan eksplorasi ruang angkasa,” kata Daly.

Referensi: “Kompleks terner Mn²⁺dekapeptida DP1 sintetis (DEHGTAVMLK) dan ortofosfat adalah antioksidan yang luar biasa” oleh Hao Yang, Ajay Sharma, Michael J. Daly dan Brian M. Hoffman, 12 Desember 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2417389121

Penelitian ini didukung oleh Institut Kesehatan Nasional (nomor hibah GM111097), National Science Foundation (nomor hibah CHE-2333907) dan Badan Pengurangan Ancaman Pertahanan (nomor hibah HDTRA1620354).