Otak manusia adalah salah satu organ paling kompleks dan misterius dalam tubuh kita. Bagaimana otak terbentuk selama tahap awal kehidupan telah lama menjadi teka-teki besar bagi para ilmuwan. Namun, sebuah studi terbaru yang dipimpin oleh para peneliti dari The Hebrew University of Jerusalem, bekerja sama dengan INSERM di Prancis, berhasil memberikan wawasan baru yang luar biasa tentang proses ini. Penelitian ini tidak hanya memetakan gen yang penting untuk perkembangan otak, tetapi juga mengungkapkan gen tersembunyi yang terkait dengan gangguan perkembangan otak pada anak-anak.

Daftar isi

Pemetaan Gen yang Membangun Otak

Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi gen-gen yang diperlukan agar sel-sel otak dapat berkembang dengan baik. Dengan menggunakan teknologi pengeditan gen CRISPR, para peneliti secara sistematis menonaktifkan hampir 20.000 gen individu dalam sel punca embrionik saat mereka berubah menjadi sel otak. Teknik ini memungkinkan mereka untuk mengamati gen mana yang benar-benar penting dalam proses pembentukan neuron.

Hasilnya, mereka berhasil mengidentifikasi 331 gen yang esensial untuk pembentukan neuron. Menariknya, banyak dari gen-gen ini sebelumnya belum pernah dikaitkan dengan perkembangan otak pada tahap awal. Penemuan ini memberikan wawasan baru tentang akar genetik dari kondisi neurodevelopmental, seperti autisme, gangguan perkembangan, dan perubahan ukuran otak.

Penemuan Gen Baru Penyebab Gangguan Perkembangan Otak

Salah satu temuan paling signifikan dari penelitian ini adalah identifikasi gen bernama PEDS1 sebagai penyebab gangguan neurodevelopmental yang sebelumnya tidak dikenal. Gen PEDS1 memainkan peran penting dalam produksi plasmalogen, yaitu sejenis fosfolipid membran khusus yang sangat melimpah di mielin, lapisan lemak yang melindungi serabut saraf.

Melalui eksperimen CRISPR, para peneliti menemukan bahwa PEDS1 juga berperan penting dalam pembentukan sel saraf. Kehilangan gen ini menyebabkan ukuran otak yang lebih kecil. Dugaan bahwa mutasi pada PEDS1 dapat memengaruhi perkembangan otak manusia dikonfirmasi melalui pengujian genetik pada dua keluarga yang tidak saling terkait. Anak-anak dalam keluarga tersebut, yang menunjukkan gejala perkembangan yang parah, diketahui memiliki mutasi langka pada PEDS1. Gejala ini meliputi keterlambatan perkembangan dan ukuran otak yang lebih kecil.

Mengonfirmasi Peran PEDS1 dalam Pembentukan Otak

Untuk memastikan peran PEDS1 dalam perkembangan otak, para peneliti menonaktifkan gen ini pada model eksperimental. Hasilnya menunjukkan bahwa kehilangan PEDS1 menyebabkan sel saraf gagal terbentuk dan bermigrasi dengan benar. Hal ini menjelaskan gejala-gejala yang dialami oleh anak-anak dengan mutasi pada gen tersebut.

Menurut Prof. Sagiv Shifman dari The Hebrew University of Jerusalem, “Dengan melacak diferensiasi sel punca embrionik menjadi sel saraf dan secara sistematis mengganggu hampir semua gen dalam genom, kami menciptakan peta gen-gen esensial untuk perkembangan otak. Peta ini dapat membantu kita memahami bagaimana otak berkembang dan mengidentifikasi gen-gen yang terkait dengan gangguan neurodevelopmental yang belum ditemukan sebelumnya.”

Penemuan PEDS1 sebagai penyebab genetik gangguan perkembangan pada anak-anak membuka peluang untuk diagnosis genetik yang lebih baik, konseling genetik untuk keluarga, dan mungkin pengembangan terapi yang lebih spesifik di masa depan.

Bagaimana Gen Membentuk Pola Pewarisan

Penelitian ini juga memberikan wawasan baru tentang bagaimana berbagai gangguan otak diwariskan. Gen-gen yang mengontrol gen lain, seperti yang mengatur transkripsi dan kromatin, sering kali dikaitkan dengan gangguan dominan. Dalam kasus seperti itu, mutasi pada satu salinan gen saja sudah cukup untuk menyebabkan penyakit.

Sebaliknya, gangguan yang terkait dengan gen metabolik, termasuk PEDS1, cenderung bersifat resesif. Artinya, kedua salinan gen harus mengalami mutasi agar penyakit muncul, biasanya dengan masing-masing orang tua membawa satu salinan gen yang bermutasi. Pemahaman tentang hubungan antara fungsi biologis dan pola pewarisan ini dapat membantu para peneliti dan klinisi mengidentifikasi serta memprioritaskan kandidat gen penyebab penyakit.

Wawasan Baru tentang Autisme dan Keterlambatan Perkembangan

Para peneliti juga menciptakan “peta esensialitas” yang menunjukkan kapan gen tertentu diperlukan selama perkembangan. Peta ini membantu membedakan autisme dan keterlambatan perkembangan pada tingkat biologis.

Mereka menemukan bahwa gen-gen yang penting di berbagai tahap perkembangan lebih kuat terkait dengan keterlambatan perkembangan. Sebaliknya, gen-gen yang sangat penting selama pembentukan sel saraf lebih erat kaitannya dengan autisme. Temuan ini membantu menjelaskan mengapa gangguan genetik yang berbeda dapat menghasilkan gejala yang mirip dan memperkuat gagasan bahwa perubahan selama perkembangan awal otak berperan dalam autisme.

Mendukung Penelitian Masa Depan dengan Data Terbuka

Untuk memastikan temuan mereka dapat dimanfaatkan secara luas oleh komunitas ilmiah, tim peneliti meluncurkan basis data daring terbuka yang berisi hasil penelitian mereka. Basis data ini memungkinkan para peneliti di seluruh dunia untuk mengeksplorasi data tersebut dan melanjutkan penelitian tentang gen-gen yang telah diidentifikasi.

Prof. Shifman menambahkan, “Ini adalah ide brilian dari mahasiswa PhD kami, Alana Amelan, yang melakukan sebagian besar penelitian ini dan juga membuat situs webnya. Kami ingin temuan kami melayani seluruh komunitas ilmiah, mendukung penelitian lanjutan tentang gen-gen yang kami identifikasi dan membantu para peneliti menemukan gen tambahan yang terlibat dalam gangguan neurodevelopmental.”

Membuka Jalan untuk Penelitian Perkembangan Otak

Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan salah satu peta genetika paling komprehensif hingga saat ini tentang perkembangan awal sistem saraf manusia. Penelitian ini tidak hanya memperluas pemahaman kita tentang bagaimana otak terbentuk tetapi juga menyoroti dasar molekuler dari gangguan baru yang memengaruhi pertumbuhan otak.

Penemuan-penemuan ini berpotensi meningkatkan diagnosis genetik bagi keluarga yang terdampak oleh kondisi neurodevelopmental dan menjadi dasar bagi penelitian di masa depan untuk strategi pencegahan dan pengobatan. Dengan peta genetika baru ini, para ilmuwan memiliki alat berharga untuk terus mengeksplorasi misteri kompleks tentang bagaimana otak manusia membangun dirinya sendiri sejak awal kehidupan.

REFERENSI

1. Amelan, A., Shifman, S., et al. (2025). Systematic CRISPR screening identifies essential genes for early human neuronal differentiation. Nature Genetics, Vol. 57. DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-025-xxxx-x |
2. Hebrew University of Jerusalem. (2026). New genetic map reveals hidden causes of neurodevelopmental disorders. https://new.huji.ac.il (Diakses 21 Februari 2026) |
3. INSERM. (2026). CRISPR-based screening uncovers genes essential for brain development. https://www.inserm.fr (Diakses 21 Februari 2026) |
4. Wangler, M.F., et al. (2017). Model organisms facilitate rare disease diagnosis and therapeutic research. Genetics, 207(1), 9–27. DOI: https://doi.org/10.1534/genetics.117.203067 |
5. Stiles, J., & Jernigan, T.L. (2010). The basics of brain development. Neuropsychology Review, 20, 327–348. DOI: https://doi.org/10.1007/s11065-010-9148-4 |