Sains & Teknologi

Peneliti Mengeksplorasi Daya Listrik dari Protein

Enzim adalah molekul kritis yang bertindak sebagai katalis untuk banyak reaksi penting dalam berbagai jalur seluler. Pekerjaan baru oleh peneliti Stuart Lindsay dan timnya telah mengidentifikasi fungsi enzim dan semua proteinmereka dapat menghantarkan listrik dalam kondisi tertentu. 

Konduksi protein bukanlah proses yang dipahami dengan baik, dan ini dapat membantu membuka pendekatan baru dalam peralatan medis dan produksi industri. Satu enzim khususnya dapat membantu memajukan teknologi pengurutan DNA cepat, misalnya.

“Ini adalah cara memasukkan keragaman kimia yang luar biasa dari enzim secara langsung ke komputer,” jelas Lindsay. Penelitian ini, yang telah dilaporkan di ACS Nano, “membuka kotak Pandora untuk melihat fungsi dari setiap enzim dalam chip komputer.”

Dalam karya ini, dilaporkan dalam ACS Nano , para peneliti berhasil melampirkan enzim yang memperbaiki atau mensintesis DNA yang disebut DNA polimerase ke sepasang elektroda. Mereka mengukur lonjakan arus saat enzim terikat dan dilepaskan dari basis DNA target. Metodologi mereka menunjukkan bahwa susunan protein dapat dipasang ke chip komputer, di mana mereka dapat berfungsi sebagai prosesor untuk berbagai tugas.

“Enzim adalah molekul luar biasa yang melakukan reaksi kimia yang tidak akan terjadi sebaliknya,” kata Lindsay, yang adalah Direktur Pusat Biodesign untuk Biofisika Molekul Tunggal di Arizona State University.

Para peneliti telah mengetahui bahwa protein dapat mengisolasi aliran listrik, tetapi kekuatannya sebagai konduktor baru-baru ini diketahui. Sekarang, mereka dapat diposisikan di antara isolator dan konduktor.

Pekerjaan sebelumnya oleh Lindsay telah menunjukkan bahwa listrik dapat dilakukan oleh protein yang siap di antara dua elektroda. Daerah protein yang mengikat molekul lain dan mengerahkan efeknya, situs aktifnya, dihubungkan ke elektroda. Penelitian baru ini menghubungkan protein ke elektroda menggunakan situs pengikatan yang berbeda, dan situs aktif masih dapat berfungsi secara alami.

DNA polimerase – enzim yang mensintesis molekul DNA dari blok pembangun nukleotida – siap di antara sepasang elektroda. / Kredit: Laboratorium Lindsay

Para ilmuwan menghubungkan DNA polimerase dengan elektroda menggunakan molekul biotin dan streptavidin, yang dapat bertindak sebagai penghubung, dan sinyal konduktansi yang kuat dihasilkan ketika polimerase secara berturut-turut mengikat dan melepaskan basa nukleotida.  

“Bukankah lebih rapi jika Anda bisa meletakkan sepasang elektroda di dalam polimerase karena polimerase mengambil DNA dan memotongnya melalui persimpangan. Jika Anda memiliki mekanisme pembacaan yang tertanam dalam polimerase, Anda memiliki mesin pengurutan yang ideal , “jelas Lindsay.

Molekul biotin tampaknya sangat penting dalam menghasilkan sinyal konduktif, dan menempelkan enzim ke elektroda adalah proses yang melelahkan. Dalam menerapkan teknik ini, para peneliti harus berhati-hati untuk tidak mengganggu situs aktif protein. Untuk pengurutan, sinyal konduktansi dari setiap basis nukleotida harus dipisahkan dari kebisingan latar belakang. Pembelajaran mesin mungkin membantu meningkatkan teknik. Jika polimerase diisolasi dan dimasukkan ke dalam chip tertutup yang menahannya, Lindsay menyarankan bahwa rintangan ini dapat diatasi.

Teknik ini berpotensi mempercepat sekuensing DNA hingga sangat cepat – sekitar seratus nukleotida per detik.

“Jika Anda menempatkan 10.000 molekul pada sebuah chip – bukan hal yang sulit untuk dilakukan – Anda akan mengurutkan seluruh genom dalam waktu kurang dari satu jam,” kata Lindsay. Dengan alat saat ini, seluruh genom manusia membutuhkan sekitar satu hari untuk diurutkan.

Sumber: AAAS / Eurekalert! melalui Arizona State University , ACS Nano

Artikel Terkait:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *