Penemuan menarik kesejajaran yang mengejutkan antara organisme tingkat rendah dan neuron canggih; meletakkan dasar untuk sistem biologis yang mampu mengingat.
Ahli biologi yang mempelajari kumpulan bakteri, atau “biofilm”, telah menemukan bahwa apa yang disebut organisme sederhana ini memiliki kapasitas memori yang kuat.
Bekerja di laboratorium Universitas California San Diego Profesor Gürol Süel, Chih-Yu Yang, Maja Bialecka-Fornal dan rekan mereka menemukan bahwa sel bakteri yang distimulasi dengan cahaya mengingat paparan berjam-jam setelah stimulus awal. Para peneliti mampu memanipulasi proses tersebut sehingga muncul pola memori.
Penemuan ini mengungkapkan kesejajaran yang mengejutkan antara organisme sel tunggal tingkat rendah dan neuron canggih yang memproses memori di otak manusia.
“Bahkan beberapa tahun yang lalu orang tidak menganggap sel bakteri dan neuron itu sama karena mereka adalah sel yang sangat berbeda,” kata Süel. “Temuan pada bakteri ini memberikan petunjuk dan peluang untuk memahami beberapa fitur utama otak dalam sistem yang lebih sederhana. Jika kita memahami bagaimana sesuatu yang secanggih neuron muncul—akar kunonya—kita memiliki kesempatan yang lebih baik untuk memahami bagaimana dan mengapa ia bekerja dengan cara tertentu.”
Jejak memori: Para peneliti menggunakan paparan cahaya untuk mengesankan pola kompleks (bekas logo Perpustakaan Geisel UC San Diego, tersebar di area yang sedikit lebih kecil dari ketebalan rambut manusia) ke komunitas biofilm – terdiri dari ratusan bakteri individu – yang mengingat rangsangan cahaya awal, mirip dengan bagaimana neuron membentuk memori. Kredit: Lab Suel, UC San Diego
Temuan tersebut, yang dijelaskan hari ini (27 April 2020) dalam jurnal Cell Systems , juga memberikan jalan awal bagi para ilmuwan untuk suatu hari merancang sistem komputasi dasar dengan organisme hidup seperti bakteri.
Mengikuti penemuan baru-baru ini oleh lab Süel bahwa bakteri menggunakan saluran ion untuk berkomunikasi satu sama lain, penelitian baru menunjukkan bahwa bakteri mungkin juga memiliki kemampuan untuk menyimpan informasi tentang keadaan masa lalu mereka. Dalam studi baru, para peneliti mampu mengkodekan pola memori kompleks (video di sini) dalam biofilm bakteri dengan perubahan yang disebabkan oleh cahaya pada potensi membran sel bakteri Bacillus subtilis. Jejak optik, mereka temukan, bertahan selama berjam-jam setelah stimulus awal, yang mengarah ke penggambaran memori sel tunggal resolusi langsung yang dapat dikontrol.
“Saat kami mengganggu bakteri ini dengan cahaya, mereka mengingat dan merespons secara berbeda sejak saat itu,” kata Süel. “Jadi untuk pertama kalinya kita bisa langsung memvisualisasikan sel mana yang memiliki memori. Itu adalah sesuatu yang tidak dapat kita visualisasikan dalam otak manusia.”
Kemampuan untuk menyandikan memori dalam komunitas bakteri, kata para peneliti, dapat memungkinkan perhitungan biologis di masa depan melalui pencetakan pola memori spasial yang kompleks dalam biofilm.
“Bakteri adalah bentuk kehidupan yang dominan di planet ini,” kata Süel. “Mampu menulis memori ke dalam sistem bakteri dan melakukannya dengan cara yang rumit adalah salah satu persyaratan pertama untuk dapat melakukan komputasi menggunakan komunitas bakteri.”
Selanjutnya, seperti yang dicatat oleh para peneliti dalam penelitian ini: “Dengan demikian dimungkinkan untuk menanamkan sirkuit sintetis dalam biofilm bakteri, dengan mengaktifkan berbagai jenis perhitungan di area terpisah dari biofilm… Secara keseluruhan, pekerjaan kami kemungkinan akan menginspirasi potensi membran baru- pendekatan berbasis biologi sintetik dan menyediakan paradigma bakteri untuk sistem biologis berkemampuan memori.”
###
Referensi: “Memori Berbasis-Potensi-Membran Pengkodean dalam Komunitas Mikroba” oleh Chih-Yu Yang, Maja Bialecka-Fornal, Colleen Weatherwax, Joseph W. Larkin, Arthur Prindle, Jintao Liu, Jordi Garcia-Ojalvo dan Gürol M. Süel, 27 April 2020, Sistem Seluler .
DOI: 10.1016/j.cels.2020.04.002
Penulis penelitian ini termasuk: Chih-Yu Yang, Maja Bialecka-Fornal, Colleen Weatherwax (mahasiswa pascasarjana), Joseph Larkin, Arthur Prindle, Jintao Liu, Jordi Garcia-Ojalvo dan Gürol Süel.
Studi ini didukung oleh National Institute of General Medical Sciences (R01 GM121888), program Beasiswa Fakultas Howard Hughes Medical Institute-Simons Foundation, Kementerian Sains, Inovasi dan Universitas Spanyol dan FEDER (PGC2018-101251-B-I00), Program Maria de Maeztu untuk Unit Unggulan dalam R&D (CEX2018-000792-M) dan Generalitat de Catalunya (program ICREA Academia).
