Larva annelida laut Platynerei dumeriliimikrograf elektron pemindaian (skala ukuran: 100µm). Kredit: Luis Zelaya-Lainez, Universitas Teknologi Wina
Pemahaman yang lebih baik tentang proses pembentukan alam ini menawarkan potensi untuk pengembangan teknis.
Sebuah studi interdisipliner baru yang dipimpin oleh ahli biologi molekuler Florian Raible dari Max Perutz Labs di Universitas Wina memberikan wawasan menarik tentang bulu-bulu cacing annelida laut Platynereis dumerilii. Sel-sel khusus, yang disebut chaetoblast, mengendalikan pembentukan bulu-bulu tersebut. Cara kerja mereka sangat mirip dengan printer 3D teknis. Proyek ini merupakan kerja sama dengan para peneliti dari Universitas Helsinki, Universitas Teknologi Wina, dan Universitas Masaryk di Brno. Studi ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal terkenal Komunikasi Alam.
Printer 3D Alam: Cacing Bulu Membentuk Bulu Sepotong demi Sepotong
Kitin merupakan bahan pembangun utama rangka luar serangga dan bulu cacing berbulu seperti cacing annelida laut. Platynerei dumeriliiNamun, cacing berbulu memiliki kitin yang agak lebih lunak – yang disebut beta kitin – yang sangat menarik untuk aplikasi biomedis. Bulu-bulunya memungkinkan cacing bergerak di dalam air.
Bagaimana tepatnya kitin terbentuk menjadi bulu-bulu yang berbeda masih menjadi misteri. Studi baru ini kini memberikan wawasan menarik tentang biogenesis khusus ini.
Florian Raible menjelaskan: “Prosesnya dimulai dari ujung bulu sikat, diikuti bagian tengah, dan terakhir pangkal bulu sikat. Bagian yang sudah jadi didorong semakin jauh keluar dari badan sikat. Dalam proses pengembangan ini, unit fungsional yang penting dibuat satu per satu, sepotong demi sepotong, yang mirip dengan pencetakan 3D.”
Perbandingan antara pencetakan 3D “biologis” (kiri) dan “teknologis” (kanan). Kredit: Claudia Amort, Studio Amort
Biogenesis Bulu Sikat pada Cacing Laut
Pemahaman yang lebih baik tentang proses seperti ini juga berpotensi untuk pengembangan produk medis di masa depan atau untuk produksi bahan yang dapat terurai secara alami. Beta-kitin dari cangkang punggung cumi-cumi, misalnya, saat ini digunakan sebagai bahan baku untuk produksi pembalut luka yang sangat tahan lama. “Mungkin di masa depan, sel annelida juga dapat digunakan untuk memproduksi bahan ini,” kata Raible.
Segmen bulu yang berbeda dari annelida laut Platynereis dumerilii. Rekonstruksi 3D dari lebih dari 1000 mikrograf elektron. Bilah (kiri), bilah dengan sambungan (tengah), poros (kanan). Kredit: Ilya Belevich, Universitas Helsinki
Peran Chaetoblast dalam Pembentukan Kitin
Latar belakang biologis yang tepat untuk hal ini: yang disebut chaetoblast memainkan peran utama dalam proses ini. Chaetoblast adalah sel-sel khusus dengan struktur permukaan yang panjang, yang disebut mikrovili. Mikrovili ini mengandung enzim tertentu yang menurut penelitian dapat bertanggung jawab atas pembentukan kitin, bahan yang pada akhirnya digunakan untuk membuat bulu sikat. Hasil penelitian menunjukkan permukaan sel yang dinamis yang dicirikan oleh mikrovili yang tersusun secara geometris.
Mikrovili individual memiliki fungsi yang mirip dengan nosel printer 3D. Florian Raible menjelaskan: “Analisis kami menunjukkan bahwa kitin diproduksi oleh mikrovili individual dari sel chaetoblast. Perubahan tepat dalam jumlah dan bentuk mikrovili ini dari waktu ke waktu adalah kunci untuk membentuk struktur geometris bulu sikat individual, seperti gigi individual pada ujung bulu sikat, yang presisi hingga kisaran sub-mikrometer.” Bulu sikat biasanya berkembang hanya dalam waktu dua hari dan dapat memiliki bentuk yang berbeda; tergantung pada tahap perkembangan cacing, bulu sikat lebih pendek atau lebih panjang, lebih runcing atau lebih datar.
Penulis pertama Kyojiro Ikeda dan pemimpin studi Florian Raible (dari kiri ke kanan). Kredit: Max Perutz Labs
Kemajuan dalam Teknik Pencitraan Bulu
Selain kerja sama lokal dengan Universitas Teknologi Wina dan spesialis pencitraan dari Universitas Brno, kerja sama dengan laboratorium Jokitalo di Universitas Helsinki terbukti sangat bermanfaat bagi para peneliti di Universitas Wina. Dengan menggunakan keahlian mereka dalam mikroskopi elektron pemindaian blok-muka serial (SBF-SEM), para peneliti menyelidiki susunan mikrovili dalam proses pembentukan bulu sikat dan mengusulkan model 3D untuk sintesis pembentukan bulu sikat. Penulis pertama Kyojiro Ikeda dari Universitas Wina menjelaskan: “Tomografi elektron standar sangat padat karya, karena pemotongan sampel dan pemeriksaannya dalam mikroskop elektron harus dilakukan secara manual. Namun, dengan pendekatan ini, kami dapat mengotomatiskan analisis ribuan lapisan dengan andal.”
Kelompok Raible saat ini tengah berupaya meningkatkan resolusi pengamatan untuk mengungkap lebih banyak detail tentang biogenesis bulu sikat.
Referensi: “Dynamic microvilli sculpt bristles at nanometric scale” oleh Kyojiro N. Ikeda, Ilya Belevich, Luis Zelaya-Lainez, Lukas Orel, Josef Füssl, Jaromír Gumulec, Christian Hellmich, Eija Jokitalo dan Florian Raible, 13 Mei 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-48044-3
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
