Para peneliti dari Universitas Western telah menemukan protein yang memiliki kemampuan yang belum pernah ada sebelumnya untuk menghentikan kerusakan DNA. (Kredit: Canadian Light Source)
LONDON, KANADA — Para ilmuwan di Universitas Western mungkin baru saja menemukan pelindung utama bagi DNA Anda. Mereka telah menemukan protein dengan kemampuan luar biasa untuk menghentikan kerusakan DNA, dan ini bisa menjadi pengubah permainan untuk segala hal mulai dari pencegahan kanker hingga ketahanan tanaman.
Bayangkan seorang pahlawan super kecil berpatroli di sel-sel Anda, siap untuk masuk dan menyelamatkan hari kapan pun DNA Anda dalam bahaya. Itulah yang pada dasarnya dilakukan oleh protein yang baru ditemukan ini, yang disebut DdrC (DNA Damage Repair Protein C), menurut temuan dalam Penelitian Asam Nukleatitu berasal dari bakteri yang menarik dengan nama yang sama menariknya: Deinococcus radioduranS.
Apa yang membuat D. radiodurans begitu istimewa?
Mikroba kecil ini praktis tidak dapat dihancurkan jika menyangkut kerusakan DNA. Ia dapat menahan tingkat radiasi 5.000 hingga 10.000 kali lebih kuat daripada yang dapat membunuh sel manusia. Namun, bukan itu saja – ia juga sangat hebat dalam memperbaiki DNA yang telah rusak.
“Seolah-olah Anda memiliki seorang pemain di NFL yang bermain di setiap pertandingan tanpa helm atau bantalan,” kata Robert Szabla, peneliti utama studi tersebut, dalam rilis media. “Ia akan mengalami gegar otak dan beberapa patah tulang di setiap pertandingan, tetapi kemudian secara ajaib pulih sepenuhnya dalam semalam sehingga tepat waktu untuk berlatih keesokan harinya.”
Jadi, apa sebenarnya yang dilakukan DdrC? Anggap saja itu sebagai sistem keamanan yang sangat terspesialisasi untuk materi genetik Anda. Ia terus-menerus memindai sepanjang DNA, mencari tanda-tanda kerusakan. Ketika menemukan kerusakan, ia langsung bertindak – secara harfiah. Protein itu menjepit area yang rusak, seperti perangkap tikus.
Respon cepat ini memiliki dua tujuan penting:
- Ini menghentikan kerusakan agar tidak bertambah parah, seperti memasang perban untuk mencegah cedera lebih lanjut.
- Ia bertindak sebagai suar, memberi sinyal kepada kru perbaikan sel bahwa ada masalah yang perlu diperbaiki.
Yang benar-benar luar biasa tentang DdrC adalah bahwa ia tampaknya bekerja sendiri. Sebagian besar protein dalam sel kita perlu bekerja sama dengan protein lain untuk menyelesaikan sesuatu, tetapi DdrC seperti pasukan yang terdiri dari satu protein.
Para peneliti penasaran untuk melihat apakah DdrC dapat memberikan kekuatan supernya kepada organisme lain. Mereka memperkenalkannya kepada E. coli, bakteri umum yang sering digunakan dalam percobaan laboratorium. Hasilnya mencengangkan – E. coli menjadi 40 kali lebih tahan terhadap kerusakan akibat radiasi UV! Penemuan ini membuka banyak kemungkinan.
Szabla menjelaskan bahwa, secara teori, gen ini dapat dimasukkan ke dalam organisme apa pun – tanaman, hewan, manusia – dan akan meningkatkan kemampuan makhluk hidup tersebut untuk memperbaiki DNA-nya.
Bayangkan potensi aplikasinya:
- “Vaksin” melawan kanker dengan meningkatkan kemampuan sel kita untuk mencegah kerusakan DNA
- Tanaman yang dapat bertahan terhadap kondisi buruk akibat perubahan iklim
- Pengobatan baru untuk penyakit yang disebabkan oleh kerusakan DNA
'Cawan Suci dalam bioteknologi'
“Kemampuan untuk mengatur ulang, mengedit, dan memanipulasi DNA dengan cara tertentu adalah hal terpenting dalam bioteknologi,” kata Szabla. “Bagaimana jika Anda memiliki sistem pemindaian seperti DdrC yang mengawasi sel-sel Anda dan menetralkan kerusakan saat terjadi? Ini mungkin menjadi dasar vaksin kanker yang potensial.”
Namun, DdrC mungkin hanya puncak gunung es. Para peneliti percaya mungkin ada ratusan protein bermanfaat lainnya yang menunggu untuk ditemukan di D. radiodurans. Masing-masing berpotensi membuka cara baru untuk melindungi dan memperbaiki DNA, yang mengarah pada terobosan yang bahkan belum dapat kita bayangkan.
Penelitian inovatif ini tidak akan mungkin dilakukan tanpa peralatan berteknologi tinggi. Tim menggunakan Canadian Light Source (CLS) di University of Saskatchewan, yang digambarkan Szabla sebagai “sumber sinar-X terkuat di Kanada.”
Teknologi canggih ini memungkinkan para ilmuwan menentukan bentuk 3D protein DdrC. Dari sana, mereka dapat bekerja mundur untuk memahami bagaimana protein tersebut menjalankan “kekuatan super”-nya dalam melindungi DNA.
Meskipun penemuan DdrC menarik, penting untuk diingat bahwa para ilmuwan masih dalam tahap awal untuk memahami potensi penuhnya. Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum kita dapat melihat penerapannya dalam bidang kedokteran atau pertanian.
“DdrC hanyalah satu dari ratusan protein yang berpotensi bermanfaat dalam bakteri ini. Langkah selanjutnya adalah menyelidiki lebih jauh, melihat apa lagi yang digunakan sel ini untuk memperbaiki genomnya sendiri – karena kami yakin akan menemukan lebih banyak alat yang belum kami ketahui cara kerjanya atau bagaimana kegunaannya sampai kami menelitinya,” simpul Szabla.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Untuk memahami cara kerja DdrC, para peneliti melakukan serangkaian percobaan yang mencakup kristalografi untuk mempelajari struktur protein, dan berbagai uji biokimia untuk menguji kemampuannya dalam mengikat dan memadatkan DNA. Kristalografi mengungkap struktur asimetris DdrC yang tidak biasa, sementara uji biokimia menunjukkan bagaimana DdrC berinteraksi dengan DNA untuk menstabilkan dan memperbaikinya.
Dalam satu rangkaian percobaan, para peneliti menggunakan berbagai jenis DNA, termasuk DNA linear dengan satu dan dua patahan, untuk melihat bagaimana DdrC akan merespons. Mereka menemukan bahwa DdrC paling efektif dalam memadatkan DNA ketika ada beberapa patahan, yang mengonfirmasi bahwa kemampuan pemadatan protein terkait dengan tingkat kerusakan DNA.
Hasil Utama
DdrC terbukti mengikat DNA di lokasi patahan dan menyebabkan pemadatan dengan mendekatkan ujung-ujung yang patah. Pemadatan ini paling menonjol ketika terjadi beberapa patahan, dan menyebabkan sirkularisasi DNA linear. Sirkularisasi ini merupakan langkah penting dalam proses perbaikan DNA, karena memungkinkan ujung-ujung yang patah untuk disambung kembali dengan lebih mudah.
Para peneliti juga menemukan bahwa kemampuan DdrC untuk memadatkan DNA bergantung pada struktur asimetrisnya. Tanpa asimetri ini, protein tidak dapat mengikat beberapa patahan secara bersamaan, dan DNA tidak dapat dipadatkan atau disirkulasikan secara efektif.
Keterbatasan Studi
Meskipun penelitian ini memberikan wawasan penting tentang bagaimana DdrC memperbaiki DNA, masih banyak pertanyaan yang harus dijawab. Misalnya, mekanisme pasti yang digunakan DdrC untuk mengenali kerusakan DNA belum sepenuhnya dipahami. Selain itu, meskipun kemampuan protein untuk memadatkan DNA sudah jelas, para peneliti tidak dapat menentukan apakah DdrC secara aktif menggulung DNA atau hanya menginduksi struktur yang serupa.
Penelitian lebih lanjut akan diperlukan untuk mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan ini, serta untuk menentukan apakah protein serupa ada pada organisme lain. Temuan ini juga memunculkan kemungkinan bahwa DdrC dapat digunakan dalam aplikasi bioteknologi, seperti mengembangkan metode baru untuk memperbaiki DNA yang rusak pada sel manusia atau melindungi DNA selama misi luar angkasa jangka panjang.
Diskusi & Kesimpulan
Penemuan mekanisme unik DdrC untuk memperbaiki DNA adalah kemajuan signifikan dalam pemahaman kita tentang bagaimana D. radiodurans bertahan hidup dalam kondisi ekstrem. Dengan memadatkan dan menstabilkan DNA, DdrC memastikan bahwa materi genetik bakteri tetap utuh, bahkan saat menghadapi kerusakan parah. Kemampuan ini dapat memiliki implikasi penting bagi berbagai bidang, termasuk kedokteran, bioteknologi, dan eksplorasi ruang angkasa.
Salah satu hal penting yang dapat diambil dari penelitian ini adalah pentingnya struktur protein dalam perbaikan DNA. Asimetri DdrC memungkinkannya untuk menjalankan fungsi yang tidak mungkin dilakukan oleh protein simetris, yang menyoroti peran yang dimainkan oleh struktur protein dalam proses biologis.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh pendanaan dari Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Para penulis menyatakan tidak ada benturan kepentingan terkait dengan penelitian ini.
