Lem laba-laba sebenarnya merupakan protein sutra yang khusus. Sarah Stellwagen, CC BY-ND

Rahasia lem laba-laba diungkap oleh penelitian genetika

Apa kesamaan dari 45.000 lebih spesies laba-laba yang telah ditemukan di Bumi? Masing-masing membuat setidaknya satu jenis sutra. Di luar sana, ada banyak sekali jenisnya.

Laba-laba yang membentuk sarang berbentuk bundar, yang sering memilin jaring dua dimensi yang seakan melayang di udara, dapat menghasilkan tujuh jenis sutra yang berbeda, masing-masing dengan sifat material yang unik.

Sutra jenis dragline membentuk jaring bundar dan terkenal karena kekuatan dan ketangguhannya yang dapat dibandingkan dengan baja. Spiral penangkap terbuat dari versi yang sangat elastis yang disebut sutra flagelliform. Laba-laba yang membentuk jaring bundar menggunakan satu jenis sutra tambahan untuk membungkus mangsa dan membuat dekorasi jaring.

Namun ada jenis lain yang, di permukaan, tidak menyerupai sutra sama sekali: lem lengket yang digunakan beberapa laba-laba untuk menutupi benang sutra mereka. Zat lengket ini tidak terlihat seperti jalinan benang klasik yang kita bayangkan ketika memikirkan sutra laba-laba, tetapi zat ini sebenarnya adalah protein sutra.

Selama bertahun-tahun, para peneliti telah mengungkap rahasia lem laba-laba, yang tetap basah dan lengket meski di udara terbuka. Namun, cetak biru genetiknya tetap sulit dipahami. Para ilmuwan belum sampai pada tahap untuk dapat mengembangkan produksi skala besar biomaterial yang berpotensi bermanfaat ini.

Dengan menggunakan teknologi baru, saya dan kolega telah mampu mengurutkan rangkaian genetik lengkap pertama untuk kode untuk protein lem laba-laba.

Tetes lem laba-laba menyebar di sepanjang untaian sutra spiral. Sarah Stellwagen, CC BY-ND

Sutra yang sebenarnya adalah lem lengket

Di bawah mikroskop, lem laba-laba menyerupai manik-manik pada seutas tali. Lem tersebut membentuk bola-bola kecil yang berkilau di sepanjang untaian sutra pendukung yang elastis. Alih-alih dipintal menjadi serat saat meninggalkan tubuh laba-laba seperti sutra lainnya, protein lem dikeluarkan sebagai massa yang bercampur. Tugas mereka adalah mempertahankan mangsa yang lengket di jaring.

Spesies laba-laba yang berbeda menghasilkan lem yang disesuaikan dengan kondisi dan mangsa habitatnya.

Lem dari spesies labal-laba tropis bersifat lengket di habitat basah, tetapi kelekatannya menurun hingga hanya sebatas menempel di tempat dengan kelembapan rendah. Lem penenun lingkaran dari daerah kering menjadi encer dan tipis jika kelembapannya terlalu tinggi.

Laba-laba _bolas_ tidak membuat jaring bundar. Sebagai gantinya, laba-laba jenis ini menghasilkan lem besar di ujung untaian panjang sutra yang mereka pilin dengan cepat di udara. Lem dari jerat lengket ini khusus untuk menangkap ngengat yang ditutupi sisik-sisik longgar.

Laba-laba widow menghasilkan garis perjalanan vertikal yang tertutup lem yang akan lepas dari tanah ketika korban mendekatinya. Mangsa akan terlempar dan kemudian tergantung dari udara. Tidak seperti lem laba-laba jaring bundar, lem laba-laba widow tahan terhadap fluktuasi kelembapan.

Berbagai sifat perekat khusus ini telah membangkitkan minat para peneliti biomaterial yang dapat membayangkan berbagai kegunaan dari versi buatan lem laba-laba. Akan tetapi tanpa mengetahui gen yang mengkode protein ini, belum ada peta jalan yang jelas untuk menghasilkan lem laba-laba sintetis.

em lengket mereka adalah bagian dari apa yang membuat jaring laba-laba sangat sulit untuk lepas. Robert Mutch/Shutterstock.com

Memecahkan kode berulang yang panjang

Anehnya, para peneliti hanya mengurutkan sekitar 20 gen sutra laba-laba secara penuh meskipun ada keragaman laba-laba yang luar biasa dan ada minat pada sutra sebagai biomaterial bermanfaat selama puluhan tahun.

Ternyata bukan hanya sifat sutra laba-laba yang menakjubkan, tetapi juga kode DNA yang menyimpan instruksi untuk membuat protein. Gen sutra laba-laba sangat besar; itu bukan masalah, tetapi sebagian besar urutan mereka dibuat dari pengulangan dari potongan DNA kecil yang sama.

Bayangkan bahwa kalimat panagram “THE QUICK BROWN FOX JUMPED OVER THE LAZY DOG” adalah urutan DNA yang mengkodekan sebuah protein, tetapi urutan huruf yang tepat masih belum diketahui.

Untuk menemukan urutan ini, metode utama teknologi pengurutan DNA yang tersedia saat ini memiliki tiga langkah utama. Setelah sampel DNA dikumpulkan, banyak salinan kalimat secara acak dipecah menjadi potongan-potongan kecil. Misalnya, Anda mungkin berakhir dengan koleksi potongan seperti “THE QU” “QUICK B” “BROWN FO” “WN FOX J” “AZY DOG” dan seterusnya.

Kemudian mesin pengurutan DNA menemukan setiap huruf dari setiap bagian. Langkah terakhir adalah menjahit semua potongan pendek tersebut, secara teknis disebut “bacaan,” sehingga kembali bersama dalam satu urutan untuk mengetahui kalimat aslinya.

Untuk kalimat di atas, ini adalah tugas yang mudah. Urutan hurufnya unik, dan selama setidaknya ada lima karakter dalam setiap bacaan, dimungkinkan untuk mengetahui kecocokan satu karakter dengan yang lain.

Sekarang bayangkan sebuah kalimat yang serupa: “THE QUICK BROWN FOX JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS JUMPS OVER THE LAZY DOG.” Adanya banyak bacaan pendek acak dari bagian tengah seperti “UMPS J” atau “S JUMP,” tidak peduli bagaimana Anda memotongnya, tidak mungkin menggunakan metode ini untuk mengetahui jumlah “JUMPS” dalam kalimat lengkap.

Mengurutkan pembacaan panjang DNA dalam sekali jalan

Selama bertahun-tahun pengurutan DNA terbatas pada strategi membaca singkat ini: memecah suatu gen menjadi potongan-potongan dan kemudian menyusun kembali menjadi satu urutan yang kohesif.

Mengesampingkan beberapa teknik yang sulit dan mahal yang tidak terjangkau oleh laboratorium standar, cara terbaik untuk mengungkap gen berulang yang panjang adalah dengan mengurutkan bagian berulang dari awal hingga selesai dalam sekali jalan. Untungnya, teknologi yang muncul, meski masih dalam masa pertumbuhan, mulai memungkinkan pengurutan yang telah lama dibaca ini dengan mengatasi keterbatasan kimia metode baca-pendek. Bagi mereka yang mempelajari DNA yang amat repetitif, ini adalah berita bagus: Jenis baru pengurut DNA akhirnya menyelesaikan masalah “JUMPS.”

Sekarang setelah dua gen lem laba-laba diurutkan secara penuh, langkah pertama untuk membuat versi sintetis selesai. Para peneliti sekarang dapat memasukkan gen ke organisme lain, seperti bakteri atau ragi, untuk membuat lem dalam jumlah besar.

Tetesan lem laba-laba tergantung pada tangkapan spiral sutra (kiri) dan setelah menempel pada kaca geser (kanan). Sarah Stellwagen, CC BY-ND

Tidak seperti sutra padat, protein lem tidak harus diubah dari cairan menjadi serat padat, sesuatu yang dilakukan laba-laba dengan mudah tetapi sulit untuk direplikasi para ilmuwan. Lem memiliki potensi untuk banyak aplikasi unik dan dapat terurai secara hayati, terlarut dalam air, dan tetap lengket selama berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun.

Bayangkan manfaatnya untuk mengkontrol hama yang lebih aman atau filter yang bisa dicuci. Atau anak-anak yang bergulat di kolam penuh lem laba-laba. Apa pun hasilnya, suatu hari nanti mungkin Anda akan memasukkan tangan Anda ke dalam seember lem laba-laba, bagian rumit selanjutnya adalah dengan tidak membuat apa pun yang Anda sentuh berikutnya menempel pada Anda.

Las Asimi Lumban Gaol menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.

This article was originally published in English