Sementara dunia terbenam dalam plastik, para peneliti terus berburu bahan praktis yang ringan, kuat, dan bisa terurai secara alami.

Beberapa tahun terakhir, ilmuwan makin sering menengok alam buat cari inspirasi—dan cukup banyak riset yang menyoroti kehebatan sutra laba-laba.

Tapi ada satu alternatif menjanjikan lain yang sebenarnya sudah lama ada di depan mata: sutra lebah.

Kalau sekarang kamu menggaruk kepala, kamu nggak sendirian. Kebanyakan orang memang belum pernah dengar soal sutra lebah.

“Produksi sutra di alam jauh lebih tersebar luas daripada yang disadari banyak orang,” ujar Oran Wasserman, ahli biologi molekuler yang menyelesaikan doktoralnya di Utah State University, di Spider Silk Lab milik Justin Jones, kepada ScienceAlert.

“Sutra berevolusi secara mandiri berkali-kali, setidaknya ada 23 asal-usul terpisah pada serangga saja,” jelas Wasserman, termasuk di kelompok semut, lebah, dan tawon.

Di awal tahun ini, Wasserman dan timnya menjadi yang pertama berhasil membuat lembaran film dari jenis sutra lebah tertentu—langkah awal yang penting untuk memanfaatkan kekuatan bahan luar biasa ini.

Di dunia serangga, sutra dipakai untuk apa saja, mulai dari membangun jaring, membuat sarang, sampai memintal kepompong.

Buat lebah secara spesifik, fungsinya adalah perlindungan.

“Lebah sosial, seperti lebah madu dan lebah gemuk, memproduksi sutra buat melapisi sel-sel pengeraman di koloni mereka,” kata Wasserman.

“Lebah soliter—yang mencakup sekitar 75 persen dari seluruh spesies lebah—memintal sutra untuk membentuk kepompong yang memberi perlindungan dari tekanan lingkungan.”

Betul, kira-kira tiga perempat dari semua spesies lebah memintal sutra.

“Produksi sutra di alam jauh lebih tersebar luas daripada yang disadari banyak orang.” – ahli biologi molekuler Oran Wasserman

Sebenarnya, para peneliti sudah menyelidiki sifat-sifat beragam sutra lebah selama 20 tahun terakhir, tapi Wasserman dan laboratorium Jones membawa langkah ini lebih jauh dengan menciptakan pendekatan non-invasif untuk menyintesis sutra tersebut.

Ini penting, karena meskipun semua orang tahu betapa mengesankannya sutra laba-laba—lima kali lebih kuat dari baja per beratnya!—bahan ini terbukti sangat sulit direproduksi di laboratorium.

Riset Wasserman berfokus pada lebah tukang kebun biru (Osmia lignaria), lebah soliter yang penting sebagai penyerbuk kebun, dengan kepompong kecil memanjang berwarna kecokelatan dan punya tutup khas berbentuk puting di salah satu ujungnya.

Kepompong ini ternyata lebih tangguh dari tampilannya.

Walau sama-sama memakai sutra untuk membuat kepompong, ulat sutra dan lebah blue orchard memproduksi sutra dengan cara yang sangat berbeda. Ulat sutra memintal kepompongnya dari satu utas benang berkesinambungan.

Larva lebah mengambil pendekatan yang lebih arsitektural, jelas Wasserman. Mereka menambatkan sutra ke dinding sel sarang, menarik untaiannya menggunakan gerakan kepala, lalu mengikatkannya di titik baru, dan mengulangi proses ini sampai seluruh tubuhnya tertutup.

Kepompong yang dihasilkan hanya punya beberapa lapisan struktural, tapi semuanya bekerja sama buat menyeimbangkan pertukaran gas, perlindungan mekanis, penjagaan kelembapan, dan ketahanan terhadap parasit.

Poin terakhir itu lebih penting dari kedengarannya.

Kepompong lebah soliter menghadapi ancaman yang sangat nyata: tawon parasitoid. Ini adalah tawon yang menemukan kepompong lebah lewat sinyal kimia, lalu berusaha menembus lapisannya dengan alat mirip jarum buat menaruh telur di dalam tubuh lebah yang sedang berkembang (iyew, kami juga geli).

Kepompong sutra lebah praktis menjadi satu-satunya garis pertahanan si larva.

Dan selain sangat sulit ditembus (sifat yang sedang didalami lebih lanjut oleh Jones Lab dengan protokol baru), material ini juga fleksibel, antimikroba, dan breathable—mampu bernapas.

Kombinasi yang persis dibutuhkan untuk material biomedis generasi berikutnya seperti benang jahit bedah, perancah rekayasa jaringan, dan tekstil teknis.

Tantangan untuk memanfaatkan sifat-sifat ini, bagaimanapun, adalah bagaimana menciptakan kembali sutra tersebut di luar tubuh larva lebah.

Upaya awal Wasserman melibatkan pengisolasian serat sutra tunggal dari kepompong yang sudah jadi, tapi prosesnya sangat melelahkan dan menghasilkan banyak untaian yang putus. Jadi, tim kembali ke sumbernya.

“Protokol yang kami kembangkan mengisolasi serat sutra langsung dari mulut larva,” Wasserman menjelaskan.

Untuk melakukannya, mereka menggunakan sistem pemeliharaan cetak 3D yang meniru rongga sarang alami lebah, lalu mereka benar-benar membesarkan larva lebah di dalamnya.

Tim memantau setiap larva setiap hari dan turun tangan tepat di saat larva mulai memintal—ketika untaian pertama masih longgar dan dalam jangkauan.

Serat-serat itu lalu diisolasi dan dipasang untuk uji mekanis.

“Salah satu aspek paling menjanjikan dari protokol ini adalah larva tetap melanjutkan pembentukan kepompongnya, yang menunjukkan bahwa metode ini bersifat minimally invasive,” jelas Wasserman.

Dengan untaian yang sudah diisolasi, tim kini bisa memproduksi sutra dari nol, memakai teknik biologi molekuler dengan memasukkan gen target ke dalam mikroorganisme rekayasa yang kemudian memompanya keluar di laboratorium.

Mereka lalu memurnikan protein yang dihasilkan (disebut fibroin) dan mencetaknya menjadi film transparan yang bisa berdiri sendiri.

Ini adalah pertama kalinya protein sutra lebah soliter diproduksi dengan cara ini dan diubah menjadi suatu material.

Meskipun belum bisa langsung dipakai untuk aplikasi apa pun, teknik ini membuka pintu bagi studi lebih lanjut terhadap sutra lebah dari berbagai spesies.

Contohnya, sudah diketahui bahwa sutra lebah madu lebih elastis ketimbang sutra lebah orchard, dan teknik yang sama ini berpotensi dipakai untuk merekayasa ulang sutra itu, atau bahkan mencampurnya dengan material lain.

Itulah yang sekarang sedang dilakukan Wasserman dan timnya pada sutra lebah mereka—menggabungkannya dengan sesuatu yang lebih aneh lagi: lendir hagfish.

Hagfish adalah ikan laut dalam purba tanpa rahang yang mengeluarkan sekresi kental saat terancam. Sekresi ini mengembang dengan cepat di air laut dan menyumbat insang penyerangnya.

Lendir itu adalah campuran mukus dan benang-benang protein halus, dan saat benang itu ditarik lalu dikeringkan, sifat mekanisnya mendekati sutra laba-laba.

Laboratorium Wasserman memakai alur kerja molekuler yang sama untuk protein hagfish maupun sutra lebah, dan kedua material ini berbagi struktur protein dasar yang mirip. Artinya, mereka berpotensi digabungkan menjadi material campuran yang menggabungkan sifat-sifat terbaik masing-masing.

Baca juga: Angkatan Laut AS Merekayasa Lendir Hagfish Buat Menghentikan Rudal dan Hiu

“Sutra telah dimanfaatkan untuk berbagai keperluan selama ribuan tahun,” kata Wasserman. “Meskipun begitu, sebagian besar perhatian hanya tertuju pada segelintir spesies, terutama ulat sutra dan laba-laba.

“Di kalangan serangga secara lebih luas, sutra sangatlah beragam, dipintal oleh banyak spesies dengan komposisi dan sifat mekanis yang bervariasi … Tapi yang mengejutkan, banyak aspek, seperti sutra dan kepompong mereka, masih kurang diteliti.

“Seiring berkembangnya bidang ini, saya perkirakan banyak pertanyaan terbuka itu akan mulai terjawab.”

Riset ini telah dipublikasikan di PLOS One dan SynBio.

Artikel ini telah diverifikasi faktanya oleh Rachel Garner dan disunting oleh Peter Dockrill. Meskipun kami bangga dengan proses kami, kami hanya manusia biasa. Kalau kamu menemukan kesalahan, tolong beri tahu kami.