“Warna menjadi elemen penting pada seni lukis. Sebuah lukisan membutuhkan warna untuk menciptakan representasi subjek seperti aslinya. Seperti koreksi dispersi pada pemodelan kurkumin. Pemodelan kurkumin membutuhkan koreksi dispersi untuk memberikan hasil kalkulasi yang mendukung pengamatan eksperimen. “
Kutipan tersebut adalah hasil utama tim riset dari 51动漫 yang diketuai oleh Assoc. Prof. Febdian Rusydi. Tim riset tersebut berkolaborasi dengan berbagai universitas dan institut dalam dan mancanegara, yaitu Universitas Jenderal Soedirman (Indonesia), Institut Teknologi Sumatera (Indonesia), Institut Teknologi Bandung (Indonesia), Universiti Kebangsaan Malaysia (Malaysia), dan Osaka University (Jepang).
Kurkumin merupakan senyawa aktif utama yang terdapat pada kunyit (Curcuma Longa) yang telah lama dikenal sebagai bahan makanan. Selain sebagai bahan makanan, kurkumin juga dikenal karena memiliki banyak potensi kesehatan. Diantara potensi-potensi tersebut, dua yang paling terkenal dan banyak dipelajari adalah sebagai antioksidan dan anti-inflamasi. Sebagai antioksidan, kurkumin dapat mencegah kerusakan sel-sel tubuh akibat paparan radikal bebas. Sedangkan sebagai anti-inflamasi, kurkumin dapat menghambat molekul-molekul yang berperan pada pembentukan radang.
Meski memiliki banyak potensi kesehatan, pemanfaatan kurkumin sebagai obat masih terbatas. Keterbatasan tersebut disebabkan oleh dua faktor, yaitu kelarutan dan ketersediaan hayati (bioavailabilitas) kurkumin di dalam air yang rendah. Kelarutan suatu zat merupakan salah satu faktor penentu laju penyerapan obat. Oleh sebab itu, tingkat kelarutan suatu zat sering dikaitkan dengan tingkat bioavailabilitasnya.
Studi tentang struktur kurkumin dapat mengatasi dua keterbatasan tersebut. Sayangnya, masih sedikit studi yang fokus pada struktur kurkumin, baik studi secara eksperimen maupun komputasi. Secara komputasi, belum ada studi struktur kurkumin yang mempertimbangkan efek dispersi. Padahal interaksi dispersi berkontribusi besar pada interaksi non-kovalen yang berdampak pada molekul-molekul fleksibel seperti kurkumin.
Assoc. Prof. Febdian Rusydi mengarahkan tim risetnya untuk mengkaji struktur dan mekanisme tautomerisasi kurkumin untuk mengatasi masalah kelarutannya. Kajian tersebut dilakukan pada skala atomik berbasis first-principles calculations dengan tujuan mengevaluasi pentingnya efek dispersi. Untuk mencapai tujuan tersebut, tim riset telah menyelesaikan lebih dari 700 kalkulasi. Kalkulasi-kalkulasi tersebut dilakukan di Riven, komputer klaster milik Research Center for Quantum Engineering Design, 51动漫 yang dibangun secara mandiri dan bertahap. Sejak 2017 hingga saat ini, Riven sudah memiliki 100 prosesor.
Selama pengerjaan riset, tim menghadapi berbagai kendala teknis maupun non-teknis. Berbagai kendala tersebut mulai dari gangguan listrik padam dan jaringan internet yang tidak stabil, hingga kompleksitas sistem yang dikaji. Sebagai usaha mengatasi kendala yang terakhir, kompleksitas sistem, Assoc. Prof. Febdian Rusydi melakukan kunjungan ke Universiti Kebangsaan Malaysia guna memantapkan model komputasi untuk penelitian ini.
Kajian kelarutan kurkumin di dalam air bukanlah pekerjaan baru di dunia sains. Yang menjadikan pekerjaan ini menarik adalah perancangan metode untuk mengonstruksi kemungkinan konformer kurkumin dan cara mereduksinya. Hasilnya, kemungkinan konformer kurkumin sebanyak satu juta lebih telah mengerucut menjadi 16 dan 10 konformer teroptimisasi (untuk enol dan keto; bentuk tautomer dari kurkumin).
淧emodelan tautomerisasi keto-enol kurkumin membutuhkan koreksi dispersi. Dengan koreksi dispersi, kita dapat menjelaskan relasi kelarutan kurkumin di dalam air dengan energi aktivasi tautomerisasi.
Penelitian ini telah mendemonstrasikan pentingnya koreksi dispersi pada kajian struktur dan tautomerisasi kurkumin. Koreksi dispersi menurunkan energi aktivasi tautomerisasi hasil kalkulasi dan membuat bentuk keto lebih stabil. Implikasinya, tautomerisasi terjadi secara endergonik. Kedua hasil tersebut mendukung pengamatan eksperimen. Selain pentingnya koreksi dispersi, tim riset juga mendemonstrasikan pentingnya model pelarut. Model pelarut yang dipilih harus dapat merepresentasikan dua fungsi air, yakni sebagai katalis dan pelarut.
Untuk penelitian berikutnya, Assoc. Prof. Febdian Rusydi termotivasi untuk mengombinasikan kalkulasi density-functional theory (DFT) dengan simulasi metadynamics, dan machine learning. Simulasi metadynamics digunakan untuk memprediksi perubahan struktur kurkumin akibat dinamika molekul air, sedangkan machine learning digunakan untuk memperbaiki metode konstruksi konformer yang sudah kami kembangkan. Kombinasi ketiga metode tersebut adalah bagian dari usaha tim riset untuk mengakomodasi kompleksitas sistem yang dikaji.
Penulis: Roichatul Madinah, S.Si.
Hasil dari penelitian ini telah diterbitkan pada jurnal ACS Omega pada pertengahan tahun ini dan dapat diakses secara bebas melalui 7.
