Berita Magnet 2021: Magnetisme ke Organisme Non-Magnetik – Untuk lebih memahami biologi yang mendasari magnetisasi terinduksi, para peneliti dari Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University dan Harvard Medical School telah menginduksi magnetisme ke organisme non-magnetik.
Saat menumbuhkan ragi, para peneliti memperkenalkan satu protein, feritin, dan merobohkan ekspresi protein lain, ccc1, yang menghasilkan sel dengan tingkat magnetisme sekitar tiga kali lipat lebih tinggi daripada tipe liar yang dilengkapi dengan zat besi.
Medan magnet menjangkau dunia, tetapi hanya sedikit organisme yang dapat merasakannya.
Faktanya, bagaimana beberapa organisme yang sadar akan magnet ini, seperti kupu-kupu dan lebah, mendapatkan daya magnetnya tetap menjadi salah satu misteri biologi yang belum terpecahkan.
Sekarang, dengan menggunakan alat-alat biologi sintetik, para peneliti dari Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University dan Harvard Medical School telah menginduksi magnetisme ke organisme non-magnetik: ragi.
Dan karena mereka menggunakan jalur sel yang sama, temuan menunjukkan bahwa magnet seperti itu dapat dicapai di banyak jenis sel untuk berbagai aplikasi industri, medis, dan penelitian.
Temuan ini muncul di PLoS Biology edisi 28 Februari.
“Magnetisme di alam adalah fungsi biologis yang unik dan misterius yang sangat sedikit dieksploitasi oleh sistem kehidupan,” kata peneliti utama Pam Silver, Profesor Biokimia dan Sistem Biologi Elliott T. And Onie H. Adams di HMS.
“Jadi, meskipun ragi magnetik terdengar seperti rasa ingin tahu, sebenarnya ini adalah langkah pertama yang sangat signifikan untuk memanfaatkan fenomena alam ini dan menerapkannya ke segala macam tujuan praktis yang penting.”
Tim Silver mengambil pendekatan teknik.
Penulis pertama Keiji Nishida, rekan peneliti dalam biologi sistem di HMS, pertama kali menumbuhkan ragi dalam media yang mengandung zat besi.
Sel-sel ragi mengambil elemen dan menyimpannya di dalam wadah seluler yang disebut vakuola.
Dengan menempatkan magnet di bawah biakan, Nishida melihat bahwa sel ragi menjadi sedikit magnetis.
“Kami menggunakan siklus desain, pembuatan, pengujian para insinyur,” kata Silver, yang juga merupakan anggota fakultas inti di Institut Wyss.
“Itu berhasil, tetapi kami ingin membuatnya lebih baik. Di situlah kami menggunakan biologi sintetis.”
Alat biologi sintetik memanipulasi instruksi biologis alami, seperti gen atau sinyal seluler.
Karena instruksi yang membentuk organisme biologis yang dihasilkan tidak ditemukan bersama di alam, biologi baru dianggap “sintetis.”
Untuk meningkatkan ragi magnet, Nishida menggunakan dua alat biologi sintetik: Dia memperkenalkan satu protein, feritin, yang bergabung dengan besi dan mencegahnya menjadi racun bagi sel.
Dia juga merobohkan ekspresi protein lain, ccc1, yang membawa besi ke dalam vakuola sel.
“Sel-sel yang kami bangun akhirnya membentuk kristal besi magnetik di mitokondria mereka, bukan tempat ragi biasanya meletakkan besi,” kata Nishida.
Mereka juga menunjukkan tingkat magnetisme tiga kali lipat lebih tinggi daripada tipe liar yang dilengkapi dengan besi.
Silver dan Nishida juga mencari gen yang mungkin berkontribusi pada magnetisme.
Mereka menyaring koleksi ragi dengan gen berbeda yang disingkirkan untuk mutan yang memengaruhi magnetisme.
Mereka fokus pada gen homeostasis zat besi, yang mengatur bagaimana sel menyimpan zat besi, dan gen stres oksidatif, yang mengatur bagaimana sel menggunakan zat besi.
Mereka memusatkan perhatian pada satu gen: TCO89.
Peningkatan level membangkitkan magnetisme, sementara level yang menurun menurunkannya.
Eksperimen lebih lanjut menunjukkan bahwa, untuk mencapai peningkatan magnetisme, protein TCO89 harus berinteraksi dengan TORC1, kompleks protein yang mengatur metabolisme sel.
TORC1 sangat lestari, artinya bentuk dan fungsinya mirip dari ragi hingga yang lebih maju, bahkan sel manusia.
“Ini menunjukkan bahwa sel-sel lain berpotensi memiliki magnet yang sama,” kata Silver.
Kemampuan seperti itu bisa memiliki banyak aplikasi.
Dalam pengaturan industri, magnetisasi bisa menjadi sarana untuk mengisolasi sel selama proses.
“Seringkali ada kebutuhan untuk menyedot sel yang membuat produk atau mencemari bioprosesor,” kata Silver.
Insinyur jaringan dapat memandu sel secara magnetis untuk melapisi diri mereka sendiri pada perancah.
Dan dengan penerapan alat biologi sintetis tambahan, dokter suatu hari nanti dapat menggunakan sel yang direkayasa untuk merespons medan magnet dengan menumbuhkan atau menyembuhkan, atau menanamkan sel induk magnetik yang dapat dilacak dengan pencitraan resonansi magnetik.
“Studi ini adalah contoh fasilitas yang dapat digunakan untuk merekayasa biologi,” kata Silver, yang membayangkan bahwa pendekatan serupa dapat digunakan untuk meniru fenomena alam tidak biasa lainnya.
“Biologi adalah tempat kimia organik sekitar 80 tahun yang lalu.
Sekarang kita cukup tahu tentang biologi sehingga bisa mengambil alih dari kimia.”
Ragi sintetis juga dapat membantu dalam studi magnetisme di alam.
Meskipun Nishida dan Silver mungkin tidak dapat mempelajari bakteri magnetik alami secara langsung — itu tidak berhasil dengan baik di lab — “kami memiliki perangkat evolusi pribadi kami sendiri.
“Ini mungkin buatan atau tidak, tetapi ini adalah titik awal yang memungkinkan kita untuk mempelajari evolusi fenomena tersebut.”…
