

(Kredit: Katie E dari Pexels)
BOULDER, Kol.— Apakah Anda termasuk orang yang suka memberi energi atau terus-menerus berjuang melawan rasa lelah? Jawabannya kemungkinan besar ada hubungannya dengan ibumu. Meskipun ilmu pengetahuan mengatakan bahwa separuh gen kita berasal dari Ibu dan separuh lagi dari Ayah, sebuah penelitian baru menemukan bahwa pembangkit listrik kecil, yang disebut mitokondria, di dalam sel kita hanya berisi DNA dari ibu kita.
Jadi, apa yang terjadi dengan gen mitokondria ayahmu? Para peneliti dari University of Colorado Boulder menemukan bahwa sel-sel tersebut hancur ketika sperma bertemu dengan sel telur.
Mengapa ini terjadi? Terlebih lagi, bagaimana jika tidak berfungsi dengan baik? Studi tersebut dipublikasikan di jurnal Kemajuan Ilmu Pengetahuanmenjelaskan pertanyaan-pertanyaan ini. Jawabannya secara signifikan dapat mempengaruhi pemahaman kita tentang penyakit tertentu yang langka namun serius.
Pertama, mari kita uraikan apa sebenarnya mitokondria. Anda dapat menganggapnya sebagai baterai kecil di hampir setiap sel di tubuh Anda. Tugas mereka adalah menghasilkan bahan kimia yang disebut ATP (adenosin trifosfat), yang pada dasarnya merupakan mata uang energi yang menggerakkan hampir semua aktivitas sel Anda.
Yang membuat mitokondria istimewa adalah mitokondria mempunyai DNA sendiri, terpisah dari DNA dalam inti sel. Pada sebagian besar hewan, termasuk manusia, DNA mitokondria ini hanya berasal dari induknya.
“Mungkin memalukan bagi seorang pria untuk mendengarnya, tapi itu benar. Barang-barang kita sangat tidak diinginkan sehingga evolusi telah merancang berbagai mekanisme untuk memastikannya hilang selama reproduksi,” jelas Dr. Ding Xue, profesor di UC Boulder dan penulis senior studi tersebut, dalam siaran persnya.
Jadi, apa yang terjadi jika proses ini, yang disebut “eliminasi mitokondria paternal” (disingkat PME), tidak berjalan dengan baik? Itulah yang ingin ditemukan oleh Xue dan timnya.
Mereka beralih ke cacing kecil bernama C. elegans untuk eksperimen mereka. Jangan biarkan ukurannya membodohi Anda – cacing ini memiliki sistem saraf, usus, dan otot yang mirip dengan manusia, menjadikannya model yang bagus untuk penelitian semacam ini.
Para ilmuwan tidak dapat sepenuhnya menghentikan terjadinya PME (yang menunjukkan betapa pentingnya proses ini), namun mereka berhasil menundanya sekitar 10 jam. Hasil yang mengejutkan mengungkapkan bahwa embrio yang sedang berkembang memiliki tingkat ATP yang jauh lebih rendah, yang berarti lebih sedikit energi untuk mendorong pertumbuhannya. Banyak cacing yang tidak dapat bertahan hidup sama sekali. Mereka yang selamat mengalami kesulitan berpikir jernih, menunjukkan pola aktivitas yang tidak biasa, dan kesulitan bereproduksi. Sederhananya, membiarkan DNA mitokondria Ayah berkeliaran menyebabkan beberapa masalah serius.


Di sinilah segalanya menjadi sangat menarik. Para peneliti menemukan bahwa mengobati cacingan dengan vitamin K2 (khususnya, jenis yang disebut MK-4) tampaknya dapat mengatasi banyak masalah ini. Ini membawa tingkat ATP kembali normal pada embrio dan meningkatkan memori, aktivitas, dan reproduksi pada cacing dewasa.
Temuan ini membuka kemungkinan menarik untuk pengobatan potensial pada manusia. Dr Xue berspekulasi bahwa suatu hari nanti, keluarga dengan riwayat kelainan mitokondria mungkin mengonsumsi vitamin K2 sebagai tindakan pencegahan selama kehamilan.
Sekarang, Anda mungkin bertanya-tanya – apakah hal ini benar-benar terjadi pada manusia? Meskipun jarang terjadi, ada beberapa kasus yang terdokumentasi di mana para ilmuwan mengira mereka telah menemukan jejak DNA mitokondria pihak ayah pada orang dewasa.
Satu kasus melibatkan seorang pria berusia 28 tahun yang mengalami kesulitan bernapas, otot lemah, dan tidak dapat berolahraga. Studi lain mengamati 17 orang dari tiga keluarga berbeda yang mengalami kelelahan, nyeri otot, keterlambatan bicara, dan gejala neurologis.
Meskipun penelitian lebih lanjut diperlukan, Dr. Xue menduga bahwa dalam beberapa kasus, bahkan sedikit keterlambatan dalam menghilangkan DNA mitokondria Ayah dapat menjadi penyebab beberapa penyakit yang sulit didiagnosis.
“Jika Anda memiliki masalah dengan ATP, hal ini dapat berdampak pada setiap tahap siklus hidup manusia,” jelas penulis studi tersebut.
Penelitian ini tidak hanya membantu kita memahami proses biologis yang unik. Hal ini dapat mempunyai implikasi besar dalam mendiagnosis dan mengobati sekelompok kondisi yang disebut gangguan mitokondria. Penyakit-penyakit ini, yang menyerang sekitar satu dari 5.000 orang, terjadi ketika mitokondria tidak bekerja dengan baik, sehingga membuat tubuh kesulitan menghasilkan energi yang cukup.
“Ada banyak penyakit yang kurang dipahami. Tidak ada yang benar-benar tahu apa yang sedang terjadi. Penelitian ini memberikan petunjuk,” kata Dr. Xue.
Meskipun kita masih jauh dari pengobatan definitif berdasarkan penelitian ini, hal ini membuka jalan baru untuk penelitian. Hal ini mungkin mengarah pada cara yang lebih baik untuk mendiagnosis gangguan mitokondria atau bahkan pendekatan pengobatan baru.
Jadi, lain kali Anda berpikir tentang warisan, ingatlah – meskipun Anda adalah campuran dari kedua orang tua Anda dalam banyak hal, pembangkit listrik kecil di sel Anda semuanya berkat Ibu. Pola pewarisan khusus itu mungkin lebih penting bagi kesehatan Anda daripada yang disadari siapa pun.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Penelitian ini berfokus pada Caenorhabditis elegans (cacing kecil) untuk mengeksplorasi bagaimana keterlambatan dalam menghilangkan mitokondria ayah selama perkembangan awal berdampak pada perilaku dan fungsi kognitif hewan dewasa. Biasanya, setelah pembuahan, mitokondria ayah dengan cepat dihilangkan, namun para peneliti menyebabkan sedikit penundaan dalam proses ini. Mereka mencapai penundaan ini dengan mengubah gen spesifik pada cacing.
Para ilmuwan kemudian mengukur produksi energi dalam embrio dan menguji perilaku cacing dewasa, seperti perkawinan, ingatan, dan pola pergerakan. Mereka juga menggunakan vitamin khusus (MK-4) untuk melihat apakah vitamin tersebut dapat mengatasi masalah yang disebabkan oleh tertundanya pelepasan mitokondria.
Hasil Utama
Studi tersebut menemukan bahwa sedikit keterlambatan dalam menghilangkan mitokondria ayah di dalam embrio menyebabkan perubahan signifikan pada cacing dewasa. Perubahan ini termasuk masalah perkawinan, ingatan, dan pergerakan. Penundaan pelepasan mitokondria mengurangi produksi energi pada embrio, yang tampaknya menyebabkan masalah ini pada cacing dewasa. Menariknya, ketika para ilmuwan mengobati cacing tersebut dengan MK-4 (sejenis vitamin K), tingkat energi pulih dan perilaku cacing membaik.
Keterbatasan Studi
Salah satu keterbatasan penelitian ini adalah penelitian ini dilakukan pada cacing, yang mungkin tidak secara sempurna mewakili apa yang terjadi pada manusia. Selain itu, keterlambatan pelepasan mitokondria terjadi secara artifisial di laboratorium, sehingga tidak jelas seberapa sering hal ini terjadi secara alami dalam kondisi kehidupan nyata. Studi ini juga berfokus pada mutasi genetik tertentu, yang mungkin tidak berlaku untuk semua jenis masalah mitokondria.
Diskusi & Kesimpulan
Studi tersebut menunjukkan bahwa bahkan penundaan singkat dalam menghilangkan mitokondria pihak ayah selama perkembangan dapat menimbulkan efek negatif jangka panjang pada fungsi-fungsi penting seperti perkawinan dan memori pada hewan dewasa. Hal ini menunjukkan bahwa pengangkatan mitokondria pihak ayah dengan cepat sangat penting untuk perkembangan normal. Studi ini juga membuka kemungkinan bahwa pengobatan seperti MK-4 dapat membantu memperbaiki masalah terkait mitokondria pada organisme lain, termasuk manusia. Hal ini sangat penting untuk memahami penyakit tertentu yang disebabkan oleh disfungsi mitokondria.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh hibah NIH R35 GM118188 dan hibah March of Dimes 1-FY17-655 (DX). Beberapa strain disediakan oleh Pusat Genetika Caenorhabditis, yang didanai oleh Kantor Program Infrastruktur Penelitian NIH (P40 OD010440). Para penulis menyatakan bahwa mereka tidak memiliki kepentingan bersaing.