Mikroba Menari: Ilmuwan Mengatur Bakteri Menjadi Sinkronisasi Sempurna
Ilmuwan TU Delft menemukan bahwa bakteri E. coli dapat menyinkronkan pergerakan mereka dalam rongga mikro yang direkayasa, membuka kemungkinan baru untuk mempelajari dan merancang sistem biologis.
Para peneliti di TU Delft telah menemukan bahwa bakteri E. coli dapat menyinkronkan gerakan mereka, menciptakan keteraturan dalam sistem biologis yang tampaknya acak. Dengan menjebak bakteri individu dalam rongga melingkar yang direkayasa secara mikro dan menggabungkan rongga tersebut melalui saluran sempit, tim mengamati gerakan bakteri yang terkoordinasi.
Temuan mereka, yang memiliki aplikasi potensial dalam rekayasa jaringan osilator biologis yang dapat dikontrol, baru-baru ini dipublikasikan di Kecil.
Penonton bertepuk tangan seirama, kunang-kunang berkedip serempak, atau sekawanan burung jalak bergerak menyatu – sinkronisasi adalah fenomena alam yang diamati pada berbagai sistem dan skala. Pertama kali dijelaskan oleh Christiaan Huygens pada abad ke-17, sinkronisasi terkenal diilustrasikan oleh ayunan jam pendulumnya yang selaras. Kini, para peneliti TU Delft telah menunjukkan bahwa bahkan bakteri E. coli – organisme bersel tunggal yang panjangnya hanya beberapa mikrometer – dapat menunjukkan fenomena yang sama.
“Ini adalah momen yang luar biasa bagi tim kami,” kata Farbod Alijani, profesor di Fakultas Teknik Mesin. “Melihat bakteri 'menari secara sinkron' tidak hanya menunjukkan keindahan alam tetapi juga memperdalam pemahaman kita tentang asal mula pengorganisasian diri secara mikroskopis di antara organisme hidup terkecil.”
Gerakan tersinkronisasi
Tim Alijani, bersama dengan profesor TU Delft Cees Dekker dan spin-off TU Delft SoundCell, mencapai hal ini dengan menggunakan rongga mikro yang direkayasa secara presisi yang menjebak sel E. coli tunggal dari sejumlah besar populasi. Di dalam rongga melingkar ini, bakteri mulai menunjukkan gerakan berputar seperti jam pendulum. Dengan menghubungkan dua rongga tersebut dengan saluran kecil, para peneliti mengamati bahwa setelah beberapa waktu, kedua bakteri tersebut mulai menyinkronkan gerakannya.
Penari kecil: Para ilmuwan menyinkronkan gerakan bakteri. Kredit: TU Delft
“Sinkronisasi ini terjadi karena interaksi hidrodinamik yang disebabkan oleh pergerakan bakteri dalam sistem berpasangan,” jelas Alijani. Tim mengukur kekuatan kopling ini dan menemukan bahwa gerakan terkoordinasi bakteri mematuhi aturan sinkronisasi matematika universal.
Menuju jaringan gerak terkoordinasi
Temuan ini sangat menjanjikan, membuka jalan bagi perancangan alat mikro yang mampu menginduksi osilasi dan sinkronisasi terkendali dalam sistem bakteri. Alat-alat tersebut dapat membantu para ilmuwan mempelajari motilitas dan koordinasi bakteri dalam lingkungan terbatas, sehingga memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bahan aktif mikroba.
Tim tersebut kini mengeksplorasi sistem yang lebih kompleks dengan menggabungkan beberapa rongga untuk membentuk jaringan bakteri yang tersinkronisasi. “Kami ingin mengungkap bagaimana jaringan ini berperilaku dan apakah kami dapat merekayasa gerakan dinamis yang lebih canggih lagi,” tambah Alijani.
Kemungkinan untuk skrining obat
Meskipun penelitian ini pada dasarnya bersifat mendasar, potensi penerapannya sangat luas. “Hal ini bahkan dapat memberikan pendekatan baru dalam skrining obat, misalnya dengan mengukur perubahan aliran cairan dan kekuatan yang disebabkan oleh pergerakan bakteri sebelum dan sesudah pemberian antibiotik,” saran Alijani.
Penelitian ini terinspirasi oleh penelitian sebelumnya di mana tim Alijani merekam suara bakteri tunggal untuk pertama kalinya menggunakan a graphene drum. “Kami penasaran apakah kami bisa melangkah lebih jauh dan menciptakan keteraturan dari kekacauan yang kami amati,” kata Alijani. Dengan penelitian ini, mereka beralih dari merekam soundtrack satu bakteri ke mengatur 'tango' mereka.
Referensi: “Sinkronisasi Bakteri E. coli Bergerak dalam Coupled Microwells” oleh Aleksandre Japaridze, Victor Struijk, Kushal Swamy, Ireneusz Rosłoń, Oriel Shoshani, Cees Dekker dan Farbod Alijani, 25 November 2024, Kecil.
DOI: 10.1002/smll.202407832
