Bhataramedia.com – Para ilmuwan dari Departemen Energi National Renewable Energy Laboratory (NREL) telah menemukan bahwa jalur metabolisme yang sebelumnya hanya diduga berfungsi pada organisme fotosintetik, sebenarnya merupakan jalur utama dan dapat mengaktifkan konversi efisien karbon dioksida menjadi senyawa organik.
Penemuan ini memberikan cahaya baru pada jaringan metabolisme yang kompleks untuk pemanfaatan karbon pada cyanobacteria. Di sisi lain, juga membuka pintu bagi cara yang lebih baik untuk memproduksi bahan kimia dari karbon dioksida atau biomassa tanaman, bukan berasal dari minyak bumi.
Penemuan ini dipimpin oleh ilmuwan senior NREL Jianping Yu dan Wei Xiong, seorang Postdoc Fellow Direktur NREL. Penemuan ini dipublikasikan di jurnal Nature Plants edisi online.
Penemuan terbaru NREL ini mengikuti karya terbaru yang melibatkan sianobakteri, yang pada umumnya dikenal sebagai ganggang biru-hijau. Ilmuwan NREL merekayasa sianobakterium, jenis Synechocystis, yang tidak dapat menyimpan karbon sebagai glikogen, menjadi strain yang dapat memetabolisme xilosa (komponen gula utama dari biomassa selulosa). Sehingga dapat mengubah xilosa dan karbon dioksida menjadi piruvat dan 2-oksoglutarat, bahan kimia organik yang dapat digunakan untuk memproduksi berbagai bahan kimia berbasis bio dan biofuel. Sementara pengujian strain mutan ini dilakukan di bawah beberapa kondisi pertumbuhan, para ilmuwan tiba-tiba menemukan asam asetat yang diekskresikan dalam jumlah besar.
“Ini adalah kejutan besar,” kata Yu, seperti dilansir DOE/National Renewable Energy Laboratory (22/12/2015).
Asam asetat merupakan bahan kimia yang diproduksi pada volume tinggi untuk berbagai keperluan. Industri kimia menghasilkan lebih dari 12 juta ton asam asetat per tahun, terutama dari metanol, yang pada gilirannya terutama dihasilkan dari gas alam. Potensi untuk menghasilkan asam asetat dari fotosintesis dapat mengurangi ketergantungan pada gas alam.
Sementara memiliki aplikasi potensial yang menjanjikan, para peneliti tidak dapat menjelaskan produksi asam asetat dari jalur yang dikenal. Jalur tradisional yang melibatkan dehidrogenase piruvat tidak cukup sesuai fakta. Mereka tahu bahwa enzim yang disebut phosphoketolase dapat terlibat, karena sebelumnya enzim ini ditemukan aktif di sianobakteri.
Saat itulah penelusuran dimulai. Mulai dari phosphoketolase yang dipelajari sebelumnya, para peneliti mampu mengidentifikasi gen slr0453 gen sumber kemungkinan dari phosphoketolase di Synechocystis.
Langkah berikutnya adalah untuk menonaktifkan gen tersebut dan melihat apa yang terjadi. Menonaktifkan gen ini pada strain liar dan mutan dari Synechocystis, memperlambat pertumbuhan di bawah sinar matahari. Hal ini menunjukkan bahwa gen memainkan peran dalam metabolisme karbon fotosintesis. Strain dengan gen yang dinonaktifkan tidak mengeluarkan asam asetat pada kondisi terang di hadapan xilosa.
Hal yang menentukan adalah Synechocystis mampu menghasilkan asam asetat dalam gelap ketika diberi makan dengan gula, tetapi strain dengan gen cacat tidak bisa. Para peneliti menemukan bahwa jalur phosphoketolase bertanggung jawab untuk produksi asam asetat dalam gelap dan juga memberikan kontribusi signifikan terhadap metabolisme karbon pada kondisi terang ketika xilosa disediakan.
“Dari sudut pandang keilmuan dasar, ini adalah jalur utama yang memiliki fungsi potensial penting untuk mengatur konversi energi fotosintesis,” kata Yu. “Kami tidak memulai dengan hipotesis bahwa ada jalur tambahan yang secara aktif terlibat dalam metabolisme karbon, kami hanya mengikuti temuan kami sendiri dan membuat penemuan ini.”
Xiong kemudian menghitung kontribusi dari jalur yang baru ditemukan tersebut dengan menggunakan isotop karbon untuk melacak bagaimana xilosa dan karbon dioksida diubah menjadi kimia organik lainnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jalur phosphoketolase sebenarnya membawa proporsi yang signifikan dari metabolisme karbon pusat.
“Ternyata jalur phosphoketolase adalah jalur utama di bawah kondisi percobaan kami,” kata Yu. “Oleh karena hilangnya karbon yang terkait dengan jalur tradisional dapat dihindari, berbagai bioproduk dan biofuel dapat dibuat lebih efisien menggunakan jalur ini.”
“Ada dua aspek yang penting pada penemuan ini,” kata Yu. “Salah satunya adalah jalur tersebut merupakan jalur metabolisme asli sianobakteri yang perannya tidak dipelajari sebelumnya. Kedua adalah bahwa jalur ini lebih efisien daripada jalur tradisional, sehingga dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan produktivitas fotosintesis.”
Referensi Jurnal :
Wei Xiong, Tai-Chi Lee, Sarah Rommelfanger, Erica Gjersing, Melissa Cano, Pin-Ching Maness, Maria Ghirardi, Jianping Yu. Phosphoketolase pathway contributes to carbon metabolism in cyanobacteria. Nature Plants, 2015; 15187 DOI: 10.1038/nplants.2015.187.
