Sebelum membahas lebih lanjut tentang penelitian kristal susu kecoa ini, yuk kenalan dulu dengan spesies kecoa unik yang menjadi subjek penelitian menarik ini.
Apa itu Diploptera punctata?
Dikutip dari laman Science Direct, Diploptera punctata merupakan kecoa vivipar yang mengeluarkan campuran protein terglikosilasi sebagai dasar nutrisi untuk embrio yang sedang berkembang, yang disebut sebagai susu kecoa.Protein susu tersebut diidentifikasi sebagai protein susu mirip lipocalin (Lili-Mip) yang terdapat dalam kantung induk betina D. punctata yang sedang mengandung.
Dalam penelitian berjudul Structure of a heterogeneous, glycosylated, lipid-bound, in vivo-grown protein crystal at atomic resolution from the viviparous cockroach Diploptera punctata yang terbit di jurnal IUCrJ, Juli 2016, dijelaskan cara terbaik memahami fenomena unik ini dengan mempelajari struktur molekuler kristal susu tersebut. Kristal protein susu ini tumbuh secara alami di dalam usus tengah embrio kecoa vivipar Diploptera punctata dan memiliki kandungan energi yang luar biasa.
Berbeda dengan kristal protein yang biasanya ditumbuhkan di laboratorium dari sampel murni, kristal susu kecoa ini tumbuh langsung di dalam tubuh organisme hidup pada lingkungan alami fungsionalnya. Para peneliti berhasil menentukan struktur kristal pada resolusi atom (1.2 Å), menunjukkan protein yang mengalami glikosilasi, mengikat lipid, dan tersusun membentuk kisi kristal sangat padat.
Kandungan energi tiga kali lipat susu mamalia
Penelitian yang dipublikasikan dalam Journal of Applied Crystallography ini menjelaskan satu kristal tunggal diperkirakan mengandung lebih dari tiga kali energi massa setara susu mamalia. Bentuk penyimpanan nutrisi unik ini memberikan akses konstan pada pasokan nutrisi lengkap bagi embrio yang sedang berkembang.Diploptera punctata adalah satu-satunya spesies kecoa vivipar yang diketahui, kondisi evolusioner canggih di mana telur memiliki sedikit kuning telur, namun keturunan yang sedang berkembang mendapat nutrisi langsung dari induk melalui dinding kantung induk. Viviparitas meningkatkan perkembangan larva karena waktu hingga kematangan reproduksi berkurang secara substansial pada D. punctata dibanding spesies ovovivipar.
Selain itu, kristal yang tumbuh secara in vivo dari protein heterogen yang berdifraksi hingga resolusi atomik adalah contoh unik yang belum pernah dilaporkan sebelumnya.
Proses ekstraksi dan analisis kristal
Sebuah tim peneliti merancang analisis mendalam untuk menentukan bagaimana kristal susu kecoa ini terbentuk dan berfungsi. Pada tahap pertama, kristal diekstraksi dari usus tengah embrio D. punctata. Kecoa dipelihara pada suhu sekitar 27°C dengan siklus terang dan gelap 12 jam.Untuk mendapatkan kristal, embrio dengan lembut diekstrusi dari kantung induk betina berusia 54 hari. Usus tengah diisolasi dari setiap embrio dengan memotong kepala dan ujung perut, memungkinkan usus tengah diekstrusi ke dalam larutan Ringer serangga. Kristal dikumpulkan dan ditransfer ke air steril segar, di mana mereka tidak larut.
Para peneliti melakukan difraksi sinar-X yang mengungkap struktur dengan resolusi atomik. Data menunjukkan protein yang mengalami glikosilasi pada empat situs (Asn35, Asn66, Asn79, dan Asn145), dengan struktur glikasi inti terdiri dari dua molekul N-asetilglukosamin dan satu molekul manosa.
Struktur protein dan kandungan lipid
Analisis lebih lanjut mengungkap kristal ini tidak hanya mengandung protein, tetapi juga lipid seperti asam linoleat atau asam oleat. Rongga dalam struktur protein berkedalaman 15 Ångström dengan volume 727 Ångström kubik, dapat menampung rantai asam lemak hingga 18 karbon.Yang menarik, protein kristal susu kecoa ini sangat heterogen dengan variasi urutan asam amino, glikosilasi, dan komposisi asam lemak terikat. Meskipun heterogen, kristal tetap berdifraksi hingga resolusi atomik, sesuatu yang jarang terjadi karena heterogenitas biasanya secara signifikan mengurangi kemungkinan memperoleh kristal yang berdifraksi baik.
Struktur yang berhasil dipecahkan menunjukkan protein susu termasuk keluarga lipocalin, kelompok protein pengikat lipid. Protein mengadopsi lipatan lipocalin dengan tong beta sentral yang terdiri dari delapan untai antiparalel.
Mekanisme kristalisasi alami
Kristalisasi protein dalam usus tengah embrio kemungkinan diatur oleh peningkatan konsentrasi protein hingga tingkat supersaturasi yang mengarah pada nukleasi, diikuti perakitan teratur. Kemampuan kristalisasi yang tinggi ditunjukkan oleh rekristalisasi in vitro protein yang dilarutkan hanya menggunakan polietilen glikol dengan berat molekul lebih tinggi.Memahami struktur molekuler kristal protein yang tumbuh secara in vivo ini memungkinkan kita menghargai bagaimana prinsip termodinamika dan kinetika dimanfaatkan secara luar biasa dalam biologi untuk memberikan keunggulan evolusioner.
Pertumbuhan larva yang sangat cepat
Kandungan energi kristal susu kecoa begitu luar biasa sehingga memungkinkan larva D. punctata tumbuh sangat cepat. Dari lahir hingga kematangan reproduksi, larva hanya membutuhkan 43-52 hari, dibandingkan 160 hari untuk larva ovovivipar Rhyparobia maderae.Antara awal pembentukan kuning telur di ovarium dan kelahiran embrio D. punctata, kandungan protein meningkat 600 kali lipat, sekitar sembilan kali lebih banyak daripada protein pada larva R. maderae. Kandungan protein tinggi ini disebabkan oleh Lili-Mip (nama protein susu) yang disediakan kantung induk dan penyimpanannya sebagai kristal dalam usus tengah embrio.
Masih banyak yang perlu dipelajari tentang bagaimana kristal susu kecoa ini terbentuk dan diatur dalam tubuh embrio. Mekanisme ini kemungkinan melibatkan perubahan ionik, proteolisis, atau protein pendamping yang mengatur proses kristalisasi.
Namun, yang jelas adalah kristalisasi protein in vivo ini menunjukkan strategi biologis yang sangat efisien dan patut untuk diketahui. Mempelajari cara organisme menyimpan dan melepaskan nutrisi dengan cara ini juga bisa membuka jalan untuk aplikasi di bidang nutrisi dan bioteknologi.
Nah, itulah informasi mengenai penemuan mengejutkan terkait kecoa vivipar yang mampu memproduksi susu kristal dengan kandungan nutrisi super tinggi. Berani coba? (Bramcov Stivens Situmeang)
Cek Berita dan Artikel yang lain di
Google News
