Sel menggunakan ‘bioelektrisitas’ untuk bekerja sama dan mengambil keputusan kelompok

• Proses sel jaringan epitel mengeluarkan sel abnormal melalui sinyal listrik telah terungkap
• Perubahan potensial membran sel bertindak sebagai titik awal ekstrusi sel (extrusion), serta mengidentifikasi sel yang lemah atau kekurangan energi
• Sel yang sehat memulihkan ketidakseimbangan potensial, tetapi sel yang rusak gagal mempertahankannya sehingga menyusut lalu terdorong ke luar jaringan
• Aliran bioelektrisitas ini berperan penting dalam menjaga kesehatan jaringan dan mengatur pertumbuhan
• Para peneliti menekankan bahwa bioelektrisitas adalah mekanisme dasar pertukaran informasi di seluruh jaringan hidup, bukan hanya pada sistem saraf

---

Bioelektrisitas dan komunikasi antarsel

• Penelitian terbaru mengonfirmasi bahwa jaringan epitel menggunakan sinyal listrik untuk membuang sel abnormal
  • Proses ini penting untuk menjaga kesehatan jaringan dan mencegah penyakit seperti kanker atau asma
  • Aliran listrik berperan sebagai semacam ‘pemeriksaan kesehatan’ bagi sel
• Semakin padat sel-sel tersebut, semakin besar arus yang mengalir melalui membran sel, dan sel yang lemah gagal mempertahankan potensialnya
  • Saat itu air di dalam sel keluar, sel menyusut, lalu kemudian dihilangkan dari jaringan
• Peneliti GuangJun Zhang menilai temuan ini sebagai contoh yang menunjukkan bahwa sinyal bioelektrik sangat penting dalam pengambilan keputusan pada tingkat sel

Prinsip dasar bioelektrisitas

• Semua sel mengonsumsi energi untuk mempertahankan potensial membran (membrane potential)
  • Ini adalah perbedaan tegangan yang muncul dari perbedaan konsentrasi ion di kedua sisi membran sel, yaitu bentuk penyimpanan energi listrik
• Melalui saluran ion dan pompa, sel mengatur perpindahan muatan dan dengan demikian menghasilkan sinyal listrik
• Sel saraf menggunakan potensial ini untuk memicu pelepasan neurotransmiter dan lonjakan potensial guna menyampaikan informasi
  • Kontraksi otot dan detak jantung juga dimulai oleh sinyal listrik semacam ini

Mekanisme ekstrusi listrik pada sel epitel

• Jaringan epitel menggunakan sekitar 25% energi untuk mempertahankan potensial membran sel
• Tim peneliti Jody Rosenblatt mengamati fenomena sebagian sel menyusut lalu terdorong keluar dari jaringan saat kepadatan sel terlalu tinggi
  • Perubahan potensial menjadi titik awal ekstrusi, dan saluran kalium berpintu tegangan memegang peran kunci
• Sel yang sehat mengaktifkan pompa untuk memulihkan potensial, tetapi sel yang rusak gagal mempertahankannya sehingga menyusut lalu dikeluarkan
  • Tekanan antarsel memicu perubahan potensial, yang kemudian mengidentifikasi ‘mata rantai lemah’ di antara sel

Universalitas evolusioner bioelektrisitas

• Menurut penelitian Gürol Süel, koloni bakteri (biofilm) juga mengatur kerja sama dan distribusi sumber daya melalui sinyal listrik
  • Perubahan potensial langsung mencerminkan kondisi sel dan berfungsi sebagai sarana integrasi informasi yang cepat
• Bioelektrisitas terkonfirmasi sebagai mekanisme koordinasi yang berulang kali muncul sepanjang evolusi
  • Digunakan secara luas pada berbagai makhluk hidup, termasuk sel saraf, sel epitel, dan respons sentuhan pada tumbuhan
• Penelitian oleh Zhang, Levin, Barriga, dan lainnya menunjukkan bahwa sinyal listrik juga terlibat dalam arah pertumbuhan embrionik dan pembentukan bentuk

Potensi perluasan riset bioelektrisitas

• Sel kanker memiliki potensial membran yang berbeda dari sel normal, dan kegagalan pengaturan listrik dapat berkaitan dengan pembentukan tumor
• Bioelektrisitas berfungsi sebagai fondasi semua sistem energi sel, termasuk sintesis ATP
  • Beberapa hipotesis tentang asal mula kehidupan awal mengajukan aliran listrik di ventilasi hidrotermal laut dalam sebagai titik awal kehidupan
• Para peneliti mengatakan bahwa bahkan setengah dari bioelektrisitas pun belum sepenuhnya dipahami, sehingga bidang ini dipandang sebagai area eksplorasi utama dalam ilmu hayati ke depan

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Wawancara Michael Levin benar-benar sangat menarik. Jika menonton mulai 1:19:11, kita bisa melihat kilas balik penelitian bioelektrisitas (bioelectricity) yang ia lakukan selama bertahun-tahun, serta contoh-contoh menakjubkan seperti eksperimen menciptakan mata pada embrio katak
  Lihat video wawancara
  • Bagian kilas balik Levin sangat mengesankan. Penelitiannya mengguncang pandangan perkembangan yang berpusat pada gen. Eksperimen di mana pola listrik mengabaikan instruksi genetik dan membuat mata terbentuk di tempat yang bukan jaringan mata menunjukkan lapisan lain dari informasi morfogenesis yang baru mulai kita pahami
  • Di video itu juga diceritakan kisah awal laboratoriumnya. Penemuan tentang “memodelkan” mata dengan bioelektrisitas adalah terobosan yang gila. Aku sedang mencari orang untuk berdiskusi tentang topik ini, jadi aku membuat server Discord
    Tautan bergabung
  • Sebagai catatan, bagian awal tentang biologi juga wajib didengar. Itu perlu agar makna isi setelahnya bisa dipahami dengan benar
• Sejak membaca penelitian Michael Levin, aku jadi yakin bahwa aktivitas bioelektrik juga sangat penting di luar neuron. Kasus ini sederhana tetapi menarik. Proses sel saling mendorong dan menemukan sel yang paling lemah terasa seperti mekanisme kerja sama dan eksklusi dalam komunitas
• Dalam penelitian tahun 2023, mereka meningkatkan kecepatan penyembuhan luka dengan menggunakan arus eksternal. Efeknya terutama terlihat pada kasus yang sulit sembuh seperti luka diabetik
  Tautan penelitian
• Menurutku ungkapan dalam artikel Quanta Magazine agak berlebihan. Penelitian sebenarnya menunjukkan bahwa ketika sel menjadi padat, potensial membrannya berubah, lalu sel yang kekurangan energi berkontraksi dan mengirim sinyal ke tetangga sehingga sel itu mengeluarkan dirinya sendiri. Jadi ini bukan ‘pengambilan keputusan kolektif’ antar sel, melainkan reaksi fisik-kimia pada tingkat sel individual
  • Kalau begitu, apakah ketika zat kimia membuat arah flagellum berubah itu bisa disebut ‘keputusan’? Pada akhirnya ini soal definisi ‘keputusan’. Mekanisme koordinasi serupa juga terlihat dalam pembelahan sel (mitosis)
  • Itu penjelasan yang benar
• Topik seperti ini juga dibahas dalam The Body Electric (1985) karya Robert O. Becker. Senang melihat penelitian terbaru seolah melanjutkan alur itu
• Bahkan pada tingkat sel, listrik adalah hal yang inti. Sebagian besar biomolekul berada di batas antara konduktor dan isolator, dan keadaannya berubah tergantung ikatan atau perubahan pH. Interaksi listrik antarkelompok sel adalah abstraksi satu tingkat di atasnya
  Tulisan terkait
• Kira-kira apakah penelitian seperti ini berkaitan dengan fenomena orang yang merasa sensitif terhadap radiasi non-ionisasi?
  • Seorang kenalanku lama mengira gelombang elektromagnetik adalah masalahnya, tetapi akhirnya ternyata itu penyakit genetik hemochromatosis. Teratasi dengan donor darah rutin
  • Aku memang benar-benar orang yang sensitif terhadap medan elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik memicu insomnia, mimpi buruk, dan memburuknya gangguan suasana hati. Kanal ion berpintu tegangan berkaitan dengan gangguan suasana hati, dan ini bisa menjadi jalur yang merespons EMF
    Makalah terkait
  • Pada akhirnya ini berarti memancarkan energi, jadi tentu saja bisa memengaruhi keseimbangan kimia. Bisa juga hanya efek sederhana seperti kenaikan suhu
• Mengejutkan bahwa sel menggunakan 25% energinya untuk mempertahankan potensial membran
• Dari sudut pandang orang awam, menarik bahwa ada contoh efek jarak jauh juga muncul di luar neuron. Artikel Quanta terbaru tentang astrocyte juga terasa berada dalam konteks serupa
  Tautan artikel
• Sudah lama diketahui bahwa beberapa refleks terjadi tanpa keputusan sadar. Misalnya respons menarik tangan saat menyentuh benda panas. Reaksi seperti ini juga menggunakan sinyal listrik, jadi aku penasaran apa hal baru dari penelitian kali ini
  • Ini bukan tentang rangsangan listrik yang menggerakkan otot, melainkan tentang mekanisme yang menyampaikan kondisi kesehatan sel sebagai sinyal untuk mengeluarkan sel yang menua atau sakit dari jaringan
  • Itu disebut Withdrawal reflex. ‘Keputusan’ terjadi pada tingkat sumsum tulang belakang. Otak bisa dianggap sebagai versi perluasan besar dari sumsum tulang belakang. Ganglion juga layak dilihat