HIMAMIKRO "Archaea" ITB

Deinococcus radiodurans: Bakteri super tahan radiasi tinggi, harapan untuk kolonisasi planet baru?

Penulis: Moh. Aqid Satria Utama (Archaea ‘23)

Ribuan kilometer jauhnya dari permukaan bumi, tempat para astronot dan ilmuwan berada di International Space Stations (ISS) mengamati makhluk hidup mungil yang luar biasa, yaitu Deinococcus radiodurans yang dapat bertahan pada kondisi yang luar angkasa yang sangat ekstrim dengan radiasi tinggi dan suhu yang sangat dingin membuka mimpi fiksi ilmiah lama tentang kolonisasi planet baru.

Pendahuluan

Deinococcus radiodurans merupakan suatu bakteri gram positif yang berbentuk spherical dan pigmen merah jambu yang dapat bertahan pada kondisi yang sangat ekstrem hingga dijuluki sebagai “Conan The Bacterium” [1].

Gambar 1. Morfologi D. radiodurans dibawah SEM [2]

Hal yang paling mengesankan mengenai D. radiodurans adalah tingkat resistensi terhadap berbagai faktor ekstrem yang tidak dimiliki oleh makhluk hidup lainnya, seperti radiasi ionik dan UV, kekeringan, zat oksidatif, dan mutagen elektrofilik [5]. Sebagai perbandingan, manusia hanya dapat hidup dengan radiasi sebesar 5 gray atau 500 rad. Sedangkan, D. radiodurans dapat hidup dengan radiasi kronis sebesar 6000 rads/jam dan radiasi gamma sebesar 1500 rads tanpa mengalami mutasi pada materi genetiknya [5].

Sejarah Penemuan Deinococcus radiodurans

Bakteri Deinococcus radiodurans awalnya ditemukan pertama kali pada tahun 1956 oleh (Anderson et al., 1956) pada proses sterilisasi makanan kaleng dengan radiasi gamma yang ditunjukkan dengan adanya pembusukan pada daging kalengan yang sudah disterilisasi [3, 4].

Signifikansi Ilmiah dan Potensi Aplikatif

Temuan tentang kemampuan bakteri D. radiodurans dalam bertahan dalam kondisi yang sangat ekstrem menjadi suatu jendela untuk membuka potensi eksplorasi alam semesta, bahkan harapan untuk kolonisasi planet baru dan mencari jejak kehidupan ekstraterestrial.

Mekanisme Pertahanan terhadap Radiasi

Gambar 2. Mekanisme radioresistance pada D. radiodurans [2]
  1. Struktur Sel

Struktur sel unik pada D. radiodurans memiliki peran terhadap ketahanan bakteri ini melawan radiasi tinggi. Lapisan dinding selnya terdiri atas tujuh lapisan, yaitu membran dalam dan luar yang tersusun atas lipid polar, lapisan berpori, interstitial layer, lapisan padat elektron, S-layer yang tersusun atas protein heksagonal, dan juga lapisan polisakarida yang tebal yang efektif untuk melawan stres oksidatif dan protektif dari apoptosis akibat stres [2].

  1. Genome Composition

Kromosom yang ada pada D. radiodurans memiliki banyak salinan yang berguna sebagai cadangan apabila ada kerusakan dengan jumlah salinan mencapai 4-10 kromosom yang tidak dimiliki oleh organisme lainnya. Selain itu, gen yang digunakan untuk perbaikan DNA dan ROS memiliki perulangan karena menjadi pertahanan dan perbaikan gen yang mengalami kerusakan dalam waktu yang cepat dan efisien.

3. DNA Repair Mechanism

Gambar 3. Mekanisme sistem perbaikan DNA pada D. radiodurans [2]

Perbaikan DNA sebagai materi genetik pada D. radiodurans memiliki banyak jalur dengan enzim yang melimpah dan sangat aktif. Enzim-enzim ini bekerja dengan sangat cepat dan akurat untuk menyusun dan memperbaiki potongan DNA yang hancur akibat radiasi. Selain perbaikan DNA yang efisien, bakteri ini juga memiliki sistem pertahanan antioksidan kuat, seperti kompleks Mangan-Fosfat-Peptida (MDP) yang dapat melindungi protein dan DNA dari kerusakan oksidatif. Ciri khas dari D. radiodurans adalah konsentrasi ion mangan yang ada di dalam sel lebih tinggi dibandingkan dengan ion besi.

Aplikasi

  1. Terraforming

gKemampuan bakteri D. radiodurans dalam menghadapi lingkungan yang sangat ekstrem membuka potensi untuk melakukan terraforming pada planet lain, seperti Mars yang dapat menjadi rumah kedua manusia setelah bumi.

  1. Enzim Tahan Radiasi

Enzim yang bekerja pada D. radiodurans juga menarik perhatian para ilmuwan dalam potensi pengembangan enzim yang tahan terhadap radiasi untuk berbagai aplikasi bioteknologi.

Referensi

  1. Timmins, J., & Moe, E. (2016). A Decade of Biochemical and Structural Studies of the DNA Repair Machinery of Deinococcus radiodurans: Major Findings, Functional and Mechanistic Insight and Challenges. Computational and Structural Biotechnology Journal, 14, 168–176. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2016.04.00
  2. Liu, F., Li, N., & Zhang, Y. (2023). The radioresistant and survival mechanisms of Deinococcus radiodurans. Radiation Medicine and Protection, 4(2). https://doi.org/10.1016/j.radmp.2023.03.001
  3. MUCHAMAD ZAID WAHYUDI. (2020, November 12). Bakteri ”Deinococcus radiodurans” Mampu Bertahan Hidup di Luar Angkasa. Kompas.id; Harian Kompas. https://www.kompas.id/baca/ilmu-pengetahuan-teknologi/2020/11/12/bakteri-deinococcus-radiodurans-mampu-bertahan-hidup-di-luar-angkasa
  4. Anderson AW, Nordan HC, Cain RF, et al. Studies on a radio-resistant micrococcus .1. Isolation, morphology, cultural characteristics, and resistance to gamma radiation. Food Technol. 1956;10(12):575–578.
  5. Makarova, K. S., Aravind, L., Wolf, Y. I., Tatusov, R. L., Minton, K. W., Koonin, E. V., & Daly, M. J. (2001). Genome of the extremely radiation-resistant bacterium Deinococcus radiodurans viewed from the perspective of comparative genomics. Microbiology and molecular biology reviews : MMBR, 65(1), 44–79. https://doi.org/10.1128/MMBR.65.1.44-79.2001

,

Baca juga artikel lainnya: