0
0
Bakteri komputer hidup kini bukan sekadar konsep dalam cerita fiksi ilmiah. Tim peneliti Massachusetts Institute of Technology (MIT) berhasil merekayasa bakteri agar bekerja seperti transistor biologis, kemudian menghubungkan koloni-koloni tersebut menjadi rangkaian yang mampu melakukan operasi logika.
Alih-alih menggunakan silikon dan aliran elektron seperti komputer biasa, sistem ini memanfaatkan sel hidup serta molekul kimia untuk membawa informasi. Penelitian yang diterbitkan di Nature Chemical Biology tersebut membuka kemungkinan menghadirkan kemampuan komputasi langsung ke lingkungan biologis, misalnya pada akar tanaman.
Bakteri Komputer Hidup Berfungsi seperti Transistor
Transistor merupakan salah satu komponen dasar perangkat elektronik modern. Secara sederhana, transistor dapat berfungsi seperti sakelar yang mengendalikan aliran sinyal.
Tim MIT mencoba menerjemahkan konsep tersebut ke dunia biologi. Mereka merekayasa sel bakteri agar dapat menerima molekul tertentu sebagai masukan, memproses kondisi tersebut, kemudian menghasilkan molekul lain sebagai keluaran.
Namun ada perbedaan penting. Tidak ada arus listrik yang bergerak dari satu bakteri ke bakteri berikutnya seperti pada chip komputer. Informasi di dalam sistem ini dikirim menggunakan molekul pemberi sinyal.
Menggunakan Bakteri Pantoea agglomerans
Untuk membangun transistor biologis, para peneliti menggunakan bakteri Pantoea agglomerans. Bakteri tersebut umum ditemukan tumbuh pada berbagai permukaan, termasuk tanaman.
Peneliti kemudian menciptakan dua tipe transistor biologis. Keduanya dapat diaktifkan atau dimatikan menggunakan molekul yang disebut OC-6.
Salah satu transistor akan aktif ketika menerima input tersebut, sedangkan transistor lainnya melakukan respons sebaliknya. Sistem juga dapat mendeteksi keberadaan molekul target lain bernama OC-12.
Tiga Bakteri Lain Menjadi Pembawa Pesan
Transistor saja belum cukup untuk menciptakan rangkaian.
Karena itu, tim juga mengembangkan tiga strain bakteri yang berfungsi meneruskan informasi di antara transistor. Kombinasi tersebut menghasilkan seperangkat komponen biologis yang dapat disusun dengan konfigurasi berbeda.
Prinsipnya mengingatkan pada elektronik modular.
Komponen sederhana tidak perlu melakukan semuanya sendiri. Dengan menghubungkan banyak unit yang mempunyai tugas berbeda, sistem dapat menjalankan fungsi yang jauh lebih kompleks.
Bisa Dicetak seperti Papan Sirkuit
Bagian yang membuat teknologi ini terlihat semakin futuristik adalah cara penyusunannya.
Koloni bakteri dapat dicetak pada media pertumbuhan di cawan Petri, membentuk pola yang menyerupai papan sirkuit.
Setiap koloni menjadi sebuah unit dalam rangkaian biologis.
Ketika satu bagian menghasilkan molekul tertentu, sinyal tersebut dapat diterima oleh bagian berikutnya. Informasi dengan demikian bergerak melintasi jaringan bakteri tanpa membutuhkan kabel logam.
MIT menyebut sistem tersebut sebagai living circuit boards, atau papan sirkuit hidup.
Rangkaian Terbesar Berisi 24 Koloni
Para ilmuwan tidak hanya menunjukkan satu transistor bekerja sendirian.
Mereka menghubungkan unit-unit tersebut menjadi rangkaian yang lebih kompleks. Sistem dapat menjalankan beberapa operasi logika, termasuk memproses banyak input dan mengarahkan suatu sinyal menuju tujuan tertentu.
Salah satu rangkaian terbesar yang dibuat mempunyai 24 koloni bakteri yang saling terhubung.
Rangkaian itu dirancang untuk melakukan operasi penjumlahan terhadap dua input.
Bisa Melakukan Operasi Logika
Peneliti menunjukkan bahwa transistor biologis dapat menjalankan beberapa jenis operasi logika bergantung pada posisi dan susunannya.
Di antaranya terdapat fungsi multi-input, OR, dan IMPLY.
Tim kemudian menggabungkan transistor tersebut untuk membuat rangkaian yang mampu memproses beberapa sinyal sekaligus.
Mereka juga membangun fungsi seperti demultiplexer, yaitu sistem yang menerima satu sinyal masuk kemudian mengarahkannya ke salah satu dari beberapa tujuan berdasarkan sinyal kontrol.
Apakah Ini Berarti Bakteri Bisa Menjadi Laptop?
Belum.
Walaupun konsep bakteri komputer hidup terdengar seperti pengganti chip silikon, tujuan penelitian bukan membuat laptop atau ponsel yang dipenuhi bakteri.
Kecepatan sistem biologis juga sangat berbeda.
Rangkaian yang dibuat tim MIT membutuhkan sekitar delapan jam untuk melakukan satu perhitungan. Sebuah prosesor elektronik modern dapat melakukan operasi dalam waktu yang sangat jauh lebih singkat.
Namun kecepatan bukan tujuan utama teknologi ini.
Delapan Jam Bisa Dianggap Cukup Cepat
Delapan jam tentu sangat lambat untuk komputer konvensional.
Namun dalam dunia biologi, waktunya dapat dianggap cukup masuk akal.
Bayangkan sistem dipasang pada akar tanaman untuk memantau kondisi selama berhari-hari atau berbulan-bulan. Tidak diperlukan respons dalam sepersejuta detik.
Tanaman juga tumbuh dalam skala waktu jauh lebih lambat daripada komputer.
Karena itu, sebuah sistem yang membutuhkan beberapa jam untuk mendeteksi masalah dan menghasilkan respons masih dapat mempunyai nilai praktis.
Suatu Hari Bisa Dipasang pada Akar Tanaman
Salah satu aplikasi yang dibayangkan para peneliti adalah pertanian.
Bakteri hasil rekayasa dapat ditempatkan di sekitar akar atau permukaan tanaman. Sistem kemudian dapat dirancang untuk mendeteksi berbagai jenis tekanan lingkungan.
Misalnya, beberapa sensor biologis dapat memeriksa kombinasi kondisi tertentu. Setelah pola masalah terdeteksi, rangkaian dapat memerintahkan sel menghasilkan respons biologis.
MIT memberikan contoh kemungkinan memicu sintesis fungisida ketika kondisi tertentu terdeteksi.
Komputer yang Bisa Tumbuh
Di sinilah perbedaan paling fundamental dengan komputer biasa muncul.
Komponen elektronik harus diproduksi di pabrik.
Bakteri adalah organisme hidup yang dapat berkembang biak ketika mendapatkan kondisi dan nutrisi sesuai.
Secara teori, karakter tersebut memungkinkan sistem biologis beroperasi di lingkungan yang sangat berbeda dari chip silikon.
Namun sifat hidup juga menciptakan tantangan baru. Pertumbuhan bakteri, perubahan lingkungan, mutasi, stabilitas genetika, serta interaksi dengan organisme lain harus dikendalikan sebelum sistem seperti ini dapat digunakan secara luas.
Mengapa Tidak Memasukkan Semua Fungsi ke Satu Sel?
Biologi sintetis sebenarnya telah lama mencoba membuat sel menjalankan operasi logika.
Masalahnya, kapasitas satu sel terbatas.
Semakin banyak rangkaian genetik yang dimasukkan ke dalam satu organisme, semakin besar beban yang harus ditanggung mesin produksi protein sel tersebut.
Jumlah faktor transkripsi yang dapat digunakan juga terbatas.
Tim MIT mengambil pendekatan berbeda: membagi pekerjaan ke banyak sel. Setiap bakteri menangani fungsi sederhana, lalu hasilnya digabungkan melalui komunikasi antarkoloni.
Mirip Prinsip Komputer Modern
Pendekatan tersebut mempunyai kemiripan konseptual dengan sistem komputasi.
Satu transistor elektronik sangat sederhana.
Namun miliaran transistor yang dihubungkan dalam pola tertentu dapat menghasilkan prosesor dengan kemampuan luar biasa.
Dalam penelitian MIT, unit dasarnya bukan komponen silikon, melainkan sel hidup.
Dengan membagi fungsi menjadi modul-modul biologis sederhana, peneliti dapat menyusun sistem yang lebih kompleks tanpa memaksa satu sel melakukan seluruh pekerjaan.
Bukan Berarti Bakteri Menjadi “Pintar”
Istilah komputer hidup mudah menimbulkan salah pengertian.
Bakteri tersebut tidak tiba-tiba mempunyai kesadaran, pikiran, atau kemampuan memahami angka.
Mereka tetap menjalankan proses biokimia.
Ilmuwan merekayasa hubungan antara input dan output sehingga respons biologisnya dapat direpresentasikan sebagai operasi logika.
Dengan kata lain, kecerdasannya berasal dari desain rangkaian, bukan karena bakteri mulai berpikir seperti manusia.
Tantangannya Masih Besar
Sebelum papan sirkuit hidup dapat digunakan di dunia nyata, peneliti harus menyelesaikan banyak persoalan.
Sistem harus tetap stabil ketika berada di luar kondisi laboratorium. Sinyal kimia perlu bergerak dengan konsisten, sementara koloni harus tetap berada dalam kondisi yang memungkinkan fungsi rangkaian berjalan.
Untuk aplikasi lingkungan, aspek keamanan biologis juga menjadi bagian penting.
Organisme hasil rekayasa tidak dapat dilepaskan begitu saja tanpa sistem pengendalian dan evaluasi risiko.
Karena itu, penelitian ini merupakan demonstrasi kemampuan teknologi, bukan produk pertanian yang siap digunakan besok.
Bakteri Komputer Hidup Membuka Konsep Baru
Penelitian bakteri komputer hidup menunjukkan bahwa batas antara teknologi elektronik dan biologi semakin menarik.
Tim MIT berhasil menciptakan dua transistor biologis serta tiga strain bakteri pembawa informasi. Dengan menyusun komponen tersebut, mereka membangun berbagai rangkaian logika dan bahkan sistem dengan 24 koloni bakteri.
Rangkaian itu memang membutuhkan sekitar delapan jam untuk menyelesaikan sebuah perhitungan. Dibandingkan komputer modern, kecepatannya sangat lambat.
Tetapi penelitian ini tidak bertujuan membuat bakteri mengalahkan prosesor komputer.
Tujuannya adalah membawa kemampuan merasakan, menghitung, dan merespons langsung ke dalam sistem biologis.
Suatu hari, teknologi turunannya mungkin berada di tempat yang sama sekali tidak terlihat seperti komputer: di tanah, pada akar tanaman, atau di lingkungan biologis lainnya.
Komputer masa depan mungkin tidak semuanya berbentuk kotak dengan layar.
Sebagian mungkin tumbuh, berkembang biak, dan benar-benar hidup.
