Bakteri di alam sesungguhnya bernafas dengan menghembuskan elektron berlebih, menyebabkan jaringan listrik intrinsik. Terkait hal itu, dalam sebuah studi baru, para peneliti dari Yale University menemukan bahwa cahaya dapat meningkatkan aktivitas elektronik ini dalam bakteri biofilm.
Hasil studi mereka mengungkap bahwa kondisi ini menghasilkan peningkatan konduktivitas listrik hingga 100 kali lipat. Peningkatan arus dramatis pada kawat nano yang terpapar cahaya menunjukkan arus cahaya yang stabil dan kuat yang bertahan selama berjam-jam.
Penulis senior penelitian ini, Nikhil Malvankar, Profesor Biofisika dan Biokimia Molekuler di Microbial Sciences Institute on Yale’s West Campus menyebutkan bahwa para ilmuwan sekarang mencari cara untuk memanfaatkan penemuan baru ini dan menemukan aplikasi untuk itu.
Misalnya, menghilangkan limbah biohazard dan menciptakan sumber bahan bakar baru yang terbarukan.
Bagi makhluk hidup, merupakan hal biasajika menghirup oksigen untuk membuang kelebihan elektron saat mengubah nutrisi menjadi energi. Namun, bakteri tanah yang hidup jauh di bawah lautan atau terkubur di bawah tanah selama miliaran tahun tidak memiliki akses ke oksigen yang berharga ini.
Oleh karena itu, mereka mengembangkan cara untuk bernafas dengan ‘menghirup mineral’ melalui filamen protein kecil yang disebut kawat nano. Para ilmuwan menemukan bahwa ketika jenis bakteri ini terkena cahaya, mereka menghasilkan peningkatan arus listrik yang substansial dan mengejutkan.
“Tidak ada yang tahu bagaimana ini bisa terjadi,” ungkap Malvankar seperti dikutip dari Interesting Engineering, Selasa (20/9/2022).
Dalam studi baru, tim peneliti yang dipimpin oleh peneliti postdoctoral Jens Neu dan mahasiswa pascasarjana Catharine Shipps menemukan bahwa proses ini didukung oleh protein yang mengandung logam yang dikenal sebagai sitokrom OmcS (yang membentuk kawat nano bakteri, alat yang digunakan bakteri untuk bernafas).
OmcS pada dasarnya bertindak sebagai fotokonduktor alami yang memfasilitasi transfer elektron yang efisien ketika biofilm terkena cahaya.
“Ini adalah bentuk fotosintesis yang sama sekali berbeda. Di sini, cahaya mempercepat pernapasan oleh bakteri karena transfer elektron yang cepat antara kawat nano,” kata Malvankar.
Saat ini, lab Malvankar sedang mengeksplorasi bagaimana penemuan ini dapat digunakan untuk memacu pertumbuhan optoelektronik dan bahkan menangkap metana untuk membantu memerangi pemanasan global.
Ini bukan satu-satunya bakteri yang ditemukan memiliki sifat yang bermanfaat. Pada Agustus 2018, tim ahli mikrobiologi dari Washington State University menemukan bakteri di Heart Lake Geyser Basin Taman Nasional Yellowstone yang dapat “menghirup” listrik dengan melewatkan elektron ke logam atau mineral luar, menggunakan bulu seperti kawat yang menonjol.
Saat bakteri bertukar elektron, mereka menghasilkan aliran listrik yang mungkin dapat dimanfaatkan untuk aplikasi berdaya rendah. Secara teori, selama bakteri memiliki bahan bakar, mereka dapat terus menghasilkan energi.
Kemudian, pada Juni 2022, tim peneliti di Binghamton University menemukan cara untuk memberi daya pada biobatteries selama berminggu-minggu dengan menggunakan tiga jenis bakteri yang ditempatkan di ruang terpisah.
Penemuan-penemuan ini menunjukkan bahwa alam dapat memberikan banyak solusi untuk beberapa masalah yang paling tidak dapat diatasi saat ini. Yang diperlukan adalah penelitian dan pengembangan ke arah yang benar.