Kesehatan – Ilmu Pengetahuan – Teknologi (Edisi 25)

Baru-baru ini para ilmuwan telah berhasil membentuk sebuah paradigma ‘’fotosinstesis artifisial’’ yang dapat diandalkan untuk memproduksi bahan bakar dari air, karbon dioksida, dan cahaya yang dapat terlihat. Dengan bantuan sinar matahari, reaksi kimia antara air dan CO2 dikatalisasi pada tumbuhan untuk menghasilkan dan menyimpan energi solar dalam bentuk glukosa. Proses ini disebut dengan fotosintesis. Dalam studi terbaru, para peneliti mengembangkan sebuah proses artifisial yang menggunakan mekanisme fotosisntesis alami yang sama untuk mengubah CO2 dan air menjadi bahan bakar cair dengan menggunakan nanopartikel emas yang kaya akan elektron sebagai sebuah katalisnya. Nanopartikel emas memiliki peran yang sama dengan klorofil dalam fotosintesis alami untuk menyerap cahaya dan mentransfer elektron dan proton untuk mengkatalisasi reaksi kimia antara CO2 dan air. Partikel ini diketahui lebih efisien dalam menyerap cahaya dan juga tidak merusak maupun menguranginya, sebagaimana yang terjadi pada metal-metal lainnya. Energi yang tersimpan dalam ikatan bahan bakar hidrokarbon dapat dilepaskan dengan metode pembakaran konvensional atau dengan generasi baru, sel daya bahan bakar ramah lingkungan, yang hingga akhirnya akan memproduksi arus listrik. Dengan mengubah CO2 menjadi molekul yang lebih rumit seperti gas propana, teknologi energi hijau kini selangkah lebih dekat menggunakan kelebihan CO2 untuk menyimpan energi solar yang dapat digunakan saat matahari tidak tengah bersinar dan pada saat permintaan sedang banyak. Pengembangan ‘’CO2 menjadi bahan bakar cair’’ ini mungkin akan menyenangkan para pendukung teknologi energi hijau, namun proses fotosintesis artifisial ini tidak akan sedekat dan seefisien prosesnya pada tumbuhan. Metode yang baru masih perlu dikembangkan untuk dapat menambahkan efisiensi katalis dan hilir reaksi kimia dalam skala yang lebih besar.

Yu and Jain. Plasmonic photosynthesis of C1–C3 hydrocarbons from carbon dioxide assisted by an ionic liquid. Nature Communications, May 2019.

Area Otak yang Mendeteksi Keberadaan Dinding telah Teridentifikasi

Para ahli saraf telah mengidentifikasi bagian otak manusia yang memiliki tugas membantu kita melihat hambatan dan menentukan ruang navigasi di sekitar kita, seperti dinding ataupun plafon, sehingga kita terhindar dari menabrak sesuatu dan bernavigasi dengan aman pada lingkungan di sekitar kita. Melalui penglihatan, manusia mengolah perasaan yang secara instan membantu kita memahami keberadaannya dalam sebuah ruangan. Meski proses ini terasa seperti tanpa usaha, namun sebenarnya ia membutuhkan aktivitas terkoordinasi dari kerjasama daerah otak ganda dan neuron-neuron agar dapat menghadirkan rasa tertentu terkait kondisi di sekeliling kita. Sebelumnya, proses ini masih belum bisa diketahui secara pasti. Namun berkat studi terbaru, sepertinya kita selangkah lebih dekat untuk memecahkan teka teki ini. Dengan menggunakan teknologi ‘’pencitraan otak mutakhir’’, para peneliti menguji respon mental para relawan saat mereka diperlihatkan berbagai gambar pemandangan tiga dimensi. Gambar tersebut melukiskan sebuah ruang tipikal dengan tiga dinding, plafon, dan lantai, namun kemudian berubah secara tiba-tiba dengan menghilangkan dinding dan plafonnya. Dengan melakukan hal ini berulang kali, tim peneliti pun dapat menentukan bagaimana otak para peserta mengodekan setiap pemandangan. Dalam pindaian otak para relawan, sebuah bagian otak bernama “Area Tempat Oksipital” (the occipital place area – OPA) sangatlah menonjol dengan jelas. Aktivitas OPA merepresentasikan geometri pemandangan dan pola aktivitas, merefleksikan keberadaan dan ketiadaan masing-masing komponen, seperti misalnya plafon atau dinding, dan memproyeksikan sebuah gambar terinci keseluruhan konfigurasi. Secara mengagumkan OPA terlihat mengabaikan penampakan permukaan berbagai komponen semisal warna atau teksturnya, agar fokus hanya pada pola geometrinya saja. OPA berhasil menampilkan semua kebutuhan komputasi yang dibutuhkan untuk mendapatkan perasaan tentang sebuah tata ruangan dengan sangat cepat (hanya dalam 100 milidetik). Di masa depan kelak, tim peneliti berencana menggabungkan teknologi VR (virtual reality) untuk membuat lingkungan 3D yang lebih realistis bagi para peserta untuk dapat dirasakan. Semoga mereka mendapatkan wawasan lebih mendalam terhadap bagaimana otak kita memproses dan menghasilkan perasaan informasi secara visual.

Henriksson et al. Rapid Invariant Encoding of Scene Layout in Human OPA. Neuron, May 2019.

Segmen Usus Diatur Berdasarkan Fungsinya

Saat makanan masuk ke dalam usus kita, ia akan berhadapan dengan sebuah petualangan panjang. Sebuah studi terbaru memberikan wawasan bagi kita tentang bagaimana usus memaksimalkan penyerapan nutrisi sekaligus melindungi tubuh dari invasi mikroba yang berpotensi bahaya. Secara sekilas, usus tampak memiliki struktur jaringan yang seragam. Namun ketika para ilmuwan mengamati mereka lebih dekat, ditemukan bahwa saluran pemrosesan makanan kita tampaknya terdiri dari beberapa segmen atau kompartemen yang mempercepat reaksi sistem imun terhadap makanan yang melewatinya. Para ilmuwan menemukan segmen-segmen usus fungsional pada tikus ketika mereka meneliti struktur usus yang disebut limfonodi penguras usus (kelenjar limf pada usus), yang mengatur respons dari sistem imun. Para peneliti menemukan bahwa “nodi” (nodes) di beberapa bagian berbeda usus memiliki berbagai komposisi sel yang berbeda, dan mereka mengamati adanya respons imun yang berbeda pada setiap segmen ketika mereka mencobakan sel patogen penyebab penyakit pada tikus tersebut. Berdasarkan percobaan tersebut, tampak bahwa pertahanan tidak terlalu agresif terjadi di segmen pertama di mana nutrisi makanan diserap, dan mendapati respon yang lebih kuat di segmen akhir, di mana sel patogen dihancurkan. Para peneliti berencana untuk mengeksploitasi perbedaan imunologis antara segmen usus ini demi mengobati berbagai penyakit gangguan pencernaan. Sebagai contoh, dengan menargetkan obat penekan kekebalan tubuh pada segmen usus tertentu di mana obat akan lebih efektif, memungkinkan pula untuk mengurangi efek sampingnya. Spektrum respon imun sepanjang usus juga dapat digunakan untuk membuat vaksin oral baru yang lebih baik. Sejauh ini, upaya para ilmuwan untuk merancang vaksin oral masih terhambat kesulitan untuk menghasilkan respon kekebalan tubuh yang kuat. Ada kemungkinan bahwa respon imun yang dinon- aktifkan pada bagian segmen awal usus merupakan sebagian alasan mengapa vaksin oral cenderung kurang efektif daripada suntikan. Jadi, menargetkan ujung usus yang paling jauh mungkin merupakan langkah yang lebih efisien untuk menginduksi respon imun yang diperlukan.

Esterházy D. et al. Compartmentalized gut lymph node drainage dictates adaptive immune responses. Nature, April 2019.

Artikel Kesehatan – Ilmu Pengetahuan – Teknologi (Edisi 25) pertama kali tampil pada Majalah Mata Air.