Home » Metanotrofik Ubah Gas Rumah Kaca Jadi Bahan Bakar

Metanotrofik Ubah Gas Rumah Kaca Jadi Bahan Bakar

oleh Citra Sythiarini

Metode tercanggih mengungkapkan struktur atom yang belum pernah dilihat sebelumnya yang mengendalikan prosesnya.

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, yang diterbitkan Sabtu (19/3) di jurnal Science, 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 bisa melakukan ini. Jika kita tidak mengerti persis bagaimana enzim melakukan kimia yang sulit ini, kita tidak akan dapat merekayasa dan mengoptimalkannya untuk aplikasi bioteknologi,” kata Profesor Amy Rosenzweig dari Northwestern.

Profesor Amy Rosenzweig

Enzim, yang disebut partikulat metana monooksigenase (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. 

Sementara prosedur ini secara efektif mengisolasi enzim, itu juga membunuh semua aktivitas enzim dan membatasi berapa banyak informasi yang dapat dikumpulkan peneliti — seperti memantau jantung tanpa detak jantung.

Christopher Koo

Dalam penelitian ini, tim menggunakan teknik baru sepenuhnya. Christopher Koo, dari Laboratorium 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. 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,” kata Koo. 

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.

“Sebagai konsekuensi dari ‘revolusi resolusi’ baru-baru ini dalam cryo-EM, kami dapat melihat struktur atom secara detail. Apa yang kami lihat benar-benar mengubah cara kami berpikir tentang situs aktif enzim ini,” kata Rosenzweig. 

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).

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.

“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 mengikat. Anda bisa menggunakan bakteri dengan enzim yang direkayasa untuk memanen metana dari situs fracking atau untuk membersihkan tumpahan minyak,” kata Rosenzweig. (ci/dsn-3)

 

Related Posts

Tinggalkan Komentar