Para ilmuwan di Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) telah mengembangkan teknologi biosensor yang memungkinkan visualisasi dan pelacakan aktivitas asam ribonukleat (RNA) secara waktu nyata di dalam sel tumbuhan hidup. Metode inovatif ini menggabungkan teknik penyambungan molekuler dengan protein penanda fluoresen.
Pendekatan baru ini memungkinkan para peneliti untuk mendeteksi dan memantau perubahan dalam RNA dan ekspresi gen secara waktu nyata. Ini menyediakan alat yang berharga untuk meningkatkan tanaman bioenergi dan pangan serta mengidentifikasi modifikasi tanaman yang tidak diinginkan, patogen, dan hama. RNA, molekul pemberi sinyal, menerjemahkan kode DNA menjadi komponen fungsional seperti protein, yang sangat penting untuk pertumbuhan tanaman dan respons stres.
Biosensor yang dikembangkan ORNL terus memantau kadar RNA pada tanaman hidup, menggantikan metode tradisional pengumpulan, pemrosesan, dan analisis jaringan. Menurut Xiaohan Yang, ketua proyek di ORNL, biosensor menawarkan "wawasan waktu nyata tentang bagaimana sel memprogram ulang diri mereka sendiri pada tingkat molekuler di bawah kondisi lingkungan yang berubah seperti kekeringan atau penyakit."
Biosensor bekerja dengan membelah ribozim—molekul RNA yang mengkatalisis penyambungan RNA—menjadi dua bagian yang tidak aktif. Bagian-bagian ini kemudian dilampirkan ke urutan RNA pemandu yang berikatan dengan target RNA tertentu di dalam sel tumbuhan. Ketika RNA pemandu menemukan targetnya, potongan-potongan ribozim bergabung kembali, mengaktifkan protein reporter yang menghasilkan fluoresensi yang terlihat. Fluoresensi ini menunjukkan lokasi dan kelimpahan RNA. Fungsionalitas biosensor ditunjukkan dengan mendeteksi virus yang menginfeksi tanaman tembakau dan dengan mengungkapkan aktivitas gen pada *Arabidopsis*. Sistem ini dapat mendeteksi aktivitas gen dari sel individu hingga tingkat jaringan di seluruh tanaman, termasuk daun, akar, bunga, dan batang.
Paul Abraham, rekan penulis dan manajer Area Fokus Ilmu Desain dan Rekayasa Ekosistem Aman (SEED SFA) DOE, mencatat kegunaan biosensor dalam mengamati kapan dan di mana tanaman mulai memprogram ulang dirinya sendiri sebagai respons terhadap kondisi seperti kekeringan. Jerry Tuskan, rekan penulis dan direktur Pusat Inovasi Bioenergi DOE, menambahkan bahwa fleksibilitas biosensor meluas dari genomik fungsional yang ditingkatkan hingga aplikasi praktis seperti penyaringan kinerja tanaman untuk deteksi dini patogen atau respons stres lainnya.
Pekerjaan ORNL bertujuan untuk mendorong inovasi untuk bahan bakar, bahan kimia, dan material berbasis bio domestik yang terjangkau, yang dibangun di atas sejarah penelitian biologi dan genetika. Paul Langan, direktur laboratorium asosiasi, menyoroti bahwa penemuan RNA pembawa pesan berasal dari ahli biologi dan kimia ORNL pada tahun 1950-an. Proyek ini menerima dukungan dari SEED SFA dan Pusat Inovasi Bioenergi, dengan pendanaan dari program Penelitian Biologi dan Lingkungan Kantor Sains DOE.