Sebagian bakteri mampu menelusuri ruang yang sangat sempit. Para peneliti—dan ilustrasi mengagumkan dari seorang periset yang menggambarkan mikroba terlihat puas secara jahat—telah mengungkap bagaimana bakteri Caballeronia insecticola dapat melintasi saluran sempit dalam saluran pencernaan serangga kacang.
Dalam studi yang diterbitkan pekan lalu di Nature Communications, sebuah tim peneliti menemukan bahwa C. insecticola bernavigasi melalui penyempitan di usus serangga yang lebarnya hanya 1 mikrometer dengan gerakan “pembelitan flagel”. Dalam proses ini, mikroba melilitkan flagelnya—bagian mirip ekor yang digunakan bakteri untuk bergerak—mengelilingi tubuhnya dan bergerak maju seperti obsek yang berputar. Temuan ini mengungkapkan bagaimana spesies ini berhasil berpindah melalui celah sempit dan juga dapat memberi informasi untuk penanganan bakteri berbahaya.
Konfigurasi ‘ulir-sekrup’
“Beberapa tahun lalu, para peneliti menyadari fenomena tak biasa: C. insecticola terkadang melilitkan flagelnya di depan tubuh, alih-alih menyeretnya di belakang seperti perenang biasa,” tulis Daisuke Nakane, peneliti di University of Electro-Communications dan rekan penulis studi, dalam artikel Behind the Paper untuk Springer Nature. “Konfigurasi ‘ulir-sekrup’ yang terbelit ini berputar seperti mesin pengebor miniatur, membantu sel mendorong diri maju. Tetapi, apakah gerakan unik ini hanya sekadar keanehan—ataukah justru kunci untuk menaklukkan ruang sempit?”
Menurut Nakane, para peneliti telah lama mempertanyakan kemampuan spesies ini untuk bernavigasi di ruang sangat kecil. Nakane dan timnya menempatkan C. insecticola dalam suatu perangkat dengan saluran yang lebarnya hampir identik dengan penyempitan sebenarnya. Seperti terlihat dalam video di bawah, bakteri tersebut melintas dengan lancar melalui saluran sempit ini.
Makhluk-makhluk mungil itu sebagian besar mengubah geraknya menjadi pembelitan flagel. Sekitar 15% bakteri menggunakan pembelitan flagel di ruang yang luas, namun 65% menggunakannya di koridor mini buatan peneliti, dan hanya diperlukan ruang terbatas untuk memicu perubahan ini. Simulasi komputer mengungkap rahasia di balik kesuksesan metode tersebut.
“Dalam ruang sempit, cairan di sekitar sel hampir tidak bergerak karena tertahan dinding. Flagel yang terbentang—yang biasanya mendorong air ke belakang—menjadi hampir tak berguna,” jelas Nakane. “Namun, flagel yang terbelit menciptakan permukaan heliks berotasi yang memeras cairan melalui celah sangat kecil antara sel dan dinding. Ini menghasilkan daya dorong maju yang kuat, mengubah bakteri menjadi sekrup berpenggerak sendiri yang sangat sesuai untuk lingkungan ketat.”
Aturan yang elegan
Nakane dan rekan-rekannya menemukan bahwa beberapa kerabat C. insecticola berperilaku serupa. Spesies yang mampu menggunakan pembelitan flagel dapat mempertahankan kecepatan dengan baik saat meluncur di terowongan mini, sementara yang tidak mampu melambat drastis atau bahkan berhenti sama sekali.
Para peneliti juga menunjukkan bahwa kemampuan membelit bakteri terletak pada ‘hook’ (kait), sendi fleksibel di pangkal flagel yang memberikan tingkat kelenturan berbeda bergantung spesies. Tim mengonfirmasi teori mereka—bahwa C. insecticola memiliki hook fleksibel yang memungkinkan pembelitan flagel—melalui eksperimen modifikasi genetik.
Ketika peneliti mengganti hook fleksibel C. insecticola dengan versi lebih kaku dari spesies lain, mikroba itu tak lagi bisa menggunakan pembelitan flagel dan berhenti total di ruang sempit. Tetapi ketika dilengkapi dengan hook lentur milik C. insecticola, spesies lain itu dapat—setidaknya sebagian—melakukan pembelitan flagel, sehingga mampu bergerak di ruang lebih ketat.
“Simulasi fisika mereproduksi hasil ini, mengukuhkan aturan sederhana namun elegan: hook fleksibel memungkinkan pembelitan; pembelitan memungkinkan pengeboran; pengeboran memungkinkan kelangsungan hidup,” kata Nakane. “Dan ini bukan sekadar fenomena laboratorium. Saat kami menguji mutan hook-kaku di dalam serangga kacang nyata, kemampuan mereka menjajah inang merosot tajam. Tanpa pembelitan, mereka tak bisa melewati hambatan satu mikrometer. Evolusi secara jelas membentuk kelenturan hook untuk membantu bakteri menelusuri arsitektur internal inangnya.”
Klub pembelitan flagel
Ilmuwan mengamati gerakan serupa pada organisme seperti Campylobacter, Helicobacter, dan Pseudomonas—bakteri yang bergerak melalui saluran kelenjar dan lapisan lendir—menunjukkan bahwa pembelitan flagel mungkin merupakan sifat umum di antara mikroba yang perlu melintasi area sempit dan kental.
Yang mungkin lebih menarik, kemampuan untuk menghambat atau meningkatkan strategi ini dapat memperlambat bakteri berbahaya dan mendukung bakteri menguntungkan. Pergantian ‘gigi’ yang cerdik ini juga dapat menginspirasi konfigurasi sistem pengeboran skala nano atau mikro-robot.