Mikrob Penambang dapat Membantu Manusia Menjajah Bulan dan Planet Mars

Wawan Setiawan - Kamis, 15 Desember 2022 | 07:00 WIB

Yuri Gorby, Rensselaer Polytechnic Institute

Mikrob memainkan peran penting di planet Bumi. Mengapa tidak memanfaatkan kekuatan mereka untuk kolonisasi ruang angkasa?

Nationalgeographic.co.id—Proses biokimia di mana cyanobacteria memperoleh nutrisi dari bebatuan di Gurun Atacama Chili telah mengilhami para insinyur di University of California, Irvine. Mereka memikirkan bagaimana cara baru mikroba ini dapat membantu manusia membangun koloni di bulan dan planet Mars.

Para peneliti di Departemen Ilmu dan Teknik Material UCI dan Departemen Biologi Universitas Johns Hopkins menggunakan mikroskop elektron beresolusi tinggi dan teknik pencitraan spektroskopi canggih untuk mendapatkan pemahaman yang tepat. Tentang bagaimana cara mikroorganisme ini memodifikasi mineral alami dan keramik nano buatan. Faktor kunci, menurut para ilmuwan, adalah cyanobacteria menghasilkan biofilm yang melarutkan partikel oksida besi magnetik di dalam batuan gipsum. Kemudian mengubah magnetit menjadi hematit teroksidasi.

Temuan tim ini telah dipublikasikan di jurnal Materials Today Bio pada 15 Desember dengan judul “Iron acquisition and mineral transformation by cyanobacteria living in extreme environments.” Temuan ini dapat memberikan jalur untuk metode penambangan biomimetik baru.

Para penulis juga mengatakan bahwa mereka melihat hasilnya sebagai langkah menuju penggunaan mikroorganisme dalam pencetakan 3D skala besar. Atau manufaktur aditif pada skala yang berguna dalam teknik sipil di lingkungan yang keras, seperti di bulan dan planet Mars.

“Melalui proses biologis yang telah berkembang selama jutaan tahun, penambang kecil ini menggali bebatuan, mengekstraksi mineral yang penting untuk fungsi fisiologis. Seperti fotosintesis, yang memungkinkan kelangsungan hidup mereka,” kata penulis korespondensi David Kisailus, profesor material UCI sains dan teknik. "Bisakah manusia menggunakan pendekatan biokimia serupa untuk mendapatkan dan memanipulasi mineral yang kita anggap berharga? Proyek ini telah membawa kita ke jalur itu."

Gurun Atacama adalah salah satu tempat terkering dan paling tidak ramah di Bumi. Akan tetapi Chroococcidiopsis, cyanobacterium yang ditemukan dalam sampel gipsum yang dikumpulkan di sana oleh tim Johns Hopkins, telah mengembangkan "adaptasi paling menakjubkan untuk bertahan hidup di habitat berbatu," kata rekan penulis Jocelyne DiRuggiero, profesor biologi di universitas Baltimore.

“Beberapa sifat itu termasuk menghasilkan klorofil yang menyerap foton merah jauh dan kemampuan mengekstraksi air juga zat besi dari mineral di sekitarnya,” tambahnya.

Steve Zylius / UCI

David Kisailus, profesor ilmu dan teknik material UCI, memegang model magnetit kristal. Dia dan rekan penelitinya menemukan bahwa mikrob yang hidup di Gurun Atacama Chili mengubah magnetit menjadi fase oksida besi yang berbeda yang disebut hematit dalam proses memperoleh besi yang diperlukan untuk kelangsungan hidup mereka di lingkungan yang keras, mirip di bulan dan planet Mars.

Menggunakan mikroskop elektron canggih dan instrumen spektroskopi, para peneliti menemukan bukti mikrob dalam gipsum dengan mengamati bagaimana mineral yang terkandung di dalamnya diubah.

“Sel-sel Cyanobacteria mempromosikan pembubaran magnetit dan pelarutan besi dengan memproduksi zat polimer ekstraseluler yang melimpah, yang mengarah pada pembubaran dan oksidasi magnetit menjadi hematit,” kata DiRuggiero. "Produksi siderofor [senyawa pengikat besi yang dihasilkan oleh bakteri dan jamur] ditingkatkan dengan adanya nanopartikel magnetit. Ini menunjukkan penggunaannya oleh cyanobacteria untuk memperoleh besi dari magnetit."

Kisailus mengatakan cara mikroorganisme memproses logam di rumah mereka yang sunyi membuatnya berpikir tentang praktik penambangan dan manufaktur kita sendiri.

"Ketika kita menambang mineral, kita sering berakhir dengan bijih yang dapat menimbulkan tantangan untuk mengekstraksi logam berharga," katanya. "Kita sering harus menempatkan bijih ini melalui pemrosesan ekstrem untuk mengubahnya menjadi sesuatu yang bernilai. Praktik itu bisa mahal secara finansial dan lingkungan."

Kisailus mengatakan dia sekarang memikirkan pendekatan biokimia menggunakan analog alami atau sintetik untuk siderophores, enzim dan sekresi lain. Hal ini bertujuan untuk memanipulasi mineral di mana saat ini hanya mesin penghancur mekanis besar yang bekerja. Dan mengambil lompatan dari sini, dia mengatakan mungkin juga ada cara bagi mikroorganisme menggunakan kemampuan biokimia serupa untuk menghasilkan bahan rekayasa sesuai permintaan di lokasi yang kurang nyaman.

"Saya menyebutnya 'pembentukan bulan' daripada terraforming," kata Kisailus. "Jika Anda ingin membangun sesuatu di bulan, alih-alih menghabiskan biaya untuk membuat orang melakukannya, kita dapat memiliki sistem robot media cetak 3D dan kemudian meminta mikroba mengkonfigurasi ulang menjadi sesuatu yang bernilai. Ini dapat dilakukan tanpa membahayakan kehidupan manusia."

"Kita hanya perlu mengekstraksi rahasia dan cetak biru untuk apa yang dilakukan alam dan menerapkan atau menyesuaikannya dengan apa yang kita butuhkan," pungkas Kisailus.