Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Studi mengungkapkan bagaimana sel mengontrol apa yang mereka hasilkan setelah makan – ScienceDaily


Sebuah studi baru mengungkapkan bagaimana bakteri mengontrol bahan kimia yang dihasilkan dari mengonsumsi ‘makanan’. Wawasan tersebut dapat mengarah pada organisme yang lebih efisien dalam mengubah tanaman menjadi bahan bakar nabati.

Studi tersebut, yang ditulis oleh para ilmuwan di UC Riverside dan Laboratorium Nasional Pacific Northwest, telah dipublikasikan di Jurnal Antarmuka Royal Society.

Dalam artikel tersebut, penulis mendeskripsikan pemodelan matematika dan komputasi, algoritme kecerdasan buatan, dan eksperimen yang menunjukkan bahwa sel memiliki mekanisme yang aman dari kegagalan yang mencegahnya memproduksi terlalu banyak zat antara metabolik.

Metabolic intermediet adalah bahan kimia yang menggabungkan setiap reaksi satu sama lain dalam metabolisme. Kunci dari mekanisme kontrol ini adalah enzim, yang mempercepat reaksi kimia yang terlibat dalam fungsi biologis seperti pertumbuhan dan produksi energi.

“Metabolisme sel terdiri dari sekumpulan enzim. Saat sel bertemu dengan makanan, enzim memecahnya menjadi molekul yang dapat digunakan oleh enzim berikutnya dan selanjutnya, pada akhirnya menghasilkan energi,” jelas rekan penulis studi, UCR adjunct math. profesor dan ilmuwan komputasi Laboratorium Nasional Pacific Northwest William Cannon.

Enzim tidak dapat menghasilkan zat antara metabolik yang berlebihan. Mereka menghasilkan jumlah yang dikendalikan oleh seberapa banyak produk itu sudah ada di dalam sel.

“Dengan cara ini konsentrasi metabolit tidak terlalu tinggi sehingga cairan di dalam sel menjadi kental dan lengket seperti molase, yang dapat menyebabkan kematian sel,” kata Cannon.

Salah satu hambatan dalam menciptakan biofuel yang harganya bersaing dengan minyak bumi adalah ketidakefisienan dalam mengubah bahan tanaman menjadi etanol. Biasanya, bakteri E. coli direkayasa untuk mengurai lignin, bagian keras dari dinding sel tumbuhan, sehingga dapat difermentasi menjadi bahan bakar.

Mark Alber, rekan penulis studi dan profesor matematika terkemuka UCR, mengatakan bahwa studi tersebut adalah bagian dari proyek untuk memahami cara bakteri dan jamur bekerja sama untuk mempengaruhi akar tanaman yang ditanam untuk bahan bakar nabati.

“Salah satu masalah rekayasa bakteri untuk biofuel adalah bahwa sebagian besar waktu proses hanya membuat bakteri sakit,” kata Cannon. “Kami mendorong mereka untuk memproduksi protein secara berlebihan, dan itu menjadi tidak nyaman – mereka bisa mati. Apa yang kami pelajari dalam penelitian ini dapat membantu kami merekayasa mereka dengan lebih cerdas.”

Mengetahui enzim mana yang perlu dicegah dari produksi berlebih dapat membantu para ilmuwan merancang sel yang menghasilkan lebih banyak dari yang mereka inginkan dan lebih sedikit dari yang tidak mereka inginkan.

Penelitian ini menggunakan teori kontrol matematika, yang mempelajari bagaimana sistem mengontrol dirinya sendiri, serta pembelajaran mesin untuk memprediksi enzim mana yang perlu dikontrol untuk mencegah penumpukan metabolit yang berlebihan.

Sementara studi ini meneliti metabolisme pusat, yang menghasilkan energi sel, ke depannya, Cannon mengatakan tim peneliti ingin mempelajari aspek lain dari metabolisme sel, termasuk metabolisme sekunder – bagaimana protein dan DNA dibuat – dan interaksi antar sel.

“Saya telah bekerja di laboratorium yang melakukan hal semacam ini secara manual, dan butuh waktu berbulan-bulan untuk memahami bagaimana satu enzim tertentu diatur,” kata Cannon. “Sekarang, dengan menggunakan metode baru ini, ini dapat dilakukan dalam beberapa hari, yang sangat menarik.”

Departemen Energi AS, yang berusaha mendiversifikasi sumber energi negara, mendanai proyek penelitian tiga tahun ini dengan hibah $ 2,1 juta.

Proyek ini juga merupakan bagian dari inisiatif yang lebih luas yang sedang berlangsung di Pusat Interdisipliner UCR untuk Pemodelan Kuantitatif yang baru didirikan dalam Biologi.

Meskipun proyek ini berfokus pada metabolisme bakteri, kemampuan untuk mempelajari bagaimana sel mengatur dan mengendalikan diri juga dapat membantu mengembangkan strategi baru untuk memerangi penyakit.

“Kami berfokus pada bakteri, tetapi mekanisme biologis dan metode pemodelan yang sama berlaku untuk sel manusia yang telah menjadi tidak teratur, yang terjadi ketika seseorang menderita kanker,” kata Alber. “Jika kita benar-benar ingin memahami mengapa sel berperilaku seperti itu, kita harus memahami peraturan ini.”

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP