KeSimpulan.com Dokumentasi Berita Sains
(2008-2013)
HOME - ARSIP - PENCARIAN

Tuesday, October 25, 2011

Virus Untuk Merakit Struktur Heliks Mirip Serat Kolagen

News KeSimpulan.com - Para peneliti mengubah virus menjadi alat rekayasa untuk merakit struktur yang meniru kolagen, salah satu protein struktural paling penting di alam.

Proses pengembangan akhirnya dapat untuk memproduksi materi dengan sifat optik, biomedis dan mekanika. Para peneliti melapor ke Nature dengan menyebut teknik sebagai self-templating material assembly.

"Kami mengambil inspirasi dari alam," kata Seung-Wuk Lee, bioenginer Synthetic Biology Institute UC Berkeley dan Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL).

"Alam memiliki kemampuan unik membuat material dari blok bangunan dasar. Kami menemukan cara meniru beragam susunan, struktur kompleks makromolekul heliks seperti kolagen, kitin dan selulosa sebagai blok bangunan utama berbagai macam fungsional pada hewan dan tumbuhan."

Sebagai contoh kulit wajah monyet mandrill yang keren abis, bukan dari pigmen tetapi hamburan cahaya tertentu ketika serat kolagen tipis digabung, memutar dan berlapis di kulitnya.

Sebaliknya, menyelaraskan kolagen seperti pola grid menciptakan transparansi dan dasar jaringan kornea mata. Juga serat mineral setelah berinteraksi dengan kalsium dan fosfat dapat menghasilkan bagian-bagian tersulit dari tubuh yaitu tulang dan gigi.

"Blok bangunan dasar untuk semua bahan-bahan fungsional seperti kornea mata, kulit dan gigi persis sama. Ini kolagen."

"Saya terpesona ketika melihat warna kulit cemerlang dan wajah biru monyet di Kebun Binatang San Francisco. Menakjubkan dimana serat kolagen sejajar dan memutar menjadi fungsi optik dan mekanik."

"Kita tidak paham bagaimana sebuah blok bangunan yang sederhana dapat membuat struktur rumit dengan fungsi beragam."

"Kami melihat bagaimana kolagen disekresi dalam ruang terbatas dan bagaimana perakitan ke dalam jaringan dipengaruhi oleh lingkungannya," kata Woo-Jae Chung, mahasiswa pascasarjana UC Berkeley.

"Sayangnya, kolagen adalah materi yang sulit dipelajari karena sulit untuk menyempurnakan struktur fisik dan kimia. Kita membutuhkan sistem untuk memecahkan masalah ini."

Sistem adalah larutan garam mengandung berbagai konsentrasi virus bakteriofag M13. Para peneliti memilih virus M13 (berbahaya bagi manusia dan organisme) karena panjang dengan bentuk alur heliks pada permukaan mirip serat kolagen.

Teknik dikembangkan dengan mencelupkan lembaran kaca ke bak virus, lalu perlahan-lahan menarik keluar pada kecepatan yang tepat. Lembaran muncul dengan film virus yang segara melekat.

Pada saat menarik dimulai dengan kecepatan 1-10 mikrometer per menit jadi bisa berlangsung 10 jam untuk memproses seluruh lembar.

Dengan menyesuaikan konsentrasi virus dalam larutan dan kecepatan penarikan kaca, peneliti dapat mengontrol viskositas cairan, tegangan permukaan, dan laju penguapan selama proses pertumbuhan film. Faktor-faktor ditentukan jenis pola yang dibentuk oleh virus.

Para peneliti menciptakan tiga pola film berbeda menggunakan teknik ini. Dengan konsentrasi virus yang relatif rendah hingga 1,5 miligram per mililiter, spasi band teratur mengandung filamen berorientasi pada sudut 90 derajat satu sama lain.

Karena tarikan lambat dan gerakan orientasi maka virus secara spontan berkumpul bersama dan ketika menempel mulailah memutar heliks seperti pita melingkar untuk membungkus hadiah. Pola paling rumit menggunakan konsentrasi virus dari 4-6 miligram per mililiter.

Dengan menggunakan Advanced Light Source di LBNL, para peneliti menemukan struktur dapat membelokkan cahaya seperti prisma dengan cara yang belum pernah diamati di alam atau material rekayasa lainnya.

"Kita dapat menentukan jenis struktur melalui teknik ini dengan fine-tuning faktor-faktor yang mempengaruhi kinetika dan termodinamika proses perakitan," kata Chung.

"Kita bisa mengontrol tingkat ketertiban, arah twist, serta lebar, tinggi dan jarak pola film."

Para peneliti lebih lanjut menunjukkan bahwa proses perakitan virus dapat digunakan dalam aplikasi biomedis. Virus mutan mengekspresikan peptida spesifik yang mempengaruhi pertumbuhan jaringan lunak dan keras.

Film virus yang dihasilkan sebagai template untuk biomineralisasi kalsium fosfat, membentuk enamel gigi seperti komposit yang dapat diterapkan sebagai bahan jaringan regeneratif. Namun teknik harus disederhanakan agar bisa diterapkan dalam manufaktur.

"Ada triliunan filamen virus diatur dalam pola-pola substrat. Salah satu aspek paling penting bahwa kita harus mulai memahami pendekatan alam untuk menciptakan struktur kompleks dan mengembangkan cara mudah untuk meniru dan bahkan memperluasnya," kata Lee.
  1. Woo-Jae Chung (Department of Bioengineering, University of California, Berkeley, California 94720, USA; Physical Biosciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, USA) et.al. Biomimetic self-templating supramolecular structures. Nature, 478, 364–368, 19 October 2011, DOI:10.1038/nature10513

Seung-Wuk Lee http://leelab.berkeley.edu/aboutlee.php
Woo-Jae Chung http://leelab.berkeley.edu/people.php

Gambar : Woo-Jae Chung
Video : NSF http://www.nsf.gov/


Artikel Lainnya: