DNA adalah molekul yang menyimpan instruksi genetik untuk semua makhluk hidup. Namun, cara DNA dikemas dalam sel sangat mempengaruhi bagaimana informasi ini dibaca dan digunakan. Salah satu bentuk utama pengemasan DNA adalah kromatin, yang membungkus DNA di sekitar protein tertentu dan membentuk kromosom saat sel membelah.
Penelitian terbaru yang dipimpin oleh tim dari Iowa State University telah memberikan wawasan baru tentang bagaimana kromatin dalam kura-kura terlipat dan berinteraksi, yang berbeda dari pola yang diamati pada hewan lain. Temuan ini berpotensi memiliki aplikasi dalam bidang medis, termasuk dalam pemahaman terhadap adaptasi genetik yang memungkinkan beberapa spesies kura-kura bertahan hidup dalam kondisi ekstrem.
Struktur 3D Kromatin dan Pengaruhnya terhadap Gen
Saat sel membelah, kromosom berada dalam keadaan padat, tetapi setelah pembelahan selesai, kromosom kembali melonggar. Bagaimana dan di mana kromatin melipat dapat menentukan gen mana yang aktif atau tidak aktif. Hal ini penting karena gen yang lebih mudah diakses lebih mungkin untuk diekspresikan, sementara gen yang tersembunyi dalam daerah kromatin yang padat cenderung tetap diam.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa kromatin pada berbagai spesies hewan memiliki pola lipatan yang khas. Pada manusia dan kebanyakan mamalia, kromosom tetap berada di dalam wilayahnya masing-masing dalam inti sel. Pada marsupial, kromosom cenderung berkumpul di sekitar sentromer mereka (bagian tengah kromosom), sementara pada burung, telomer (ujung kromosom) sering kali berdekatan.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kura-kura memiliki pola unik yang belum pernah diamati sebelumnya, di mana sentromer dan telomer mereka berada dalam posisi yang lebih dekat satu sama lain dibandingkan spesies lain.
Baca juga: Permintaan Tinggi, Kura-kura Kian Terancam
Temuan Baru dalam Kromatin Kura-Kura
Peneliti menggunakan teknik pemetaan genom canggih untuk menganalisis dua spesies kura-kura: Apalone spinifera (kura-kura lunak berduri) dan Staurotypus triporcatus (kura-kura musk raksasa utara). Dengan menggunakan metode Hi-C, tim dapat memetakan interaksi antarbagian DNA di dalam inti sel dan menemukan pola lipatan kromatin yang unik.
Temuan utama dari penelitian ini meliputi:
- Interaksi Sentromer-Telomer yang Unik: Tidak seperti burung yang memiliki interaksi telomer-ke-telomer atau mamalia yang memiliki wilayah kromosom yang terpisah, kura-kura menunjukkan interaksi antara sentromer dan telomer mereka, yang menunjukkan konfigurasi nuklir yang unik dalam evolusi vertebrata.
- Struktur Kromatin yang Stabil: Meskipun mengalami beberapa pergeseran dalam susunan genetik mereka, kura-kura menunjukkan stabilitas yang tinggi dalam pola lipatan kromatin mereka dibandingkan dengan spesies lain, terutama dalam hal interaksi mikro dan makrokromosom.
- Adaptasi Genom terhadap Lingkungan: Studi ini memberikan wawasan tentang bagaimana struktur kromatin kura-kura dapat berubah dalam menanggapi faktor lingkungan. Sebagai contoh, beberapa kura-kura dapat bertahan hidup dalam kondisi tanpa oksigen selama berminggu-minggu, yang mungkin terkait dengan cara kromatin mereka mengatur ekspresi gen tertentu.
Implikasi untuk Biomedis
Temuan ini tidak hanya relevan untuk memahami evolusi kura-kura tetapi juga memiliki aplikasi potensial dalam kedokteran. Misalnya:
- Penelitian tentang Stroke: Kemampuan beberapa kura-kura untuk bertahan tanpa oksigen bisa memberikan wawasan tentang cara melindungi jaringan otak manusia saat mengalami stroke.
- Pengawetan Jaringan Manusia: Beberapa kura-kura dapat bertahan dalam suhu yang sangat rendah, yang dapat membantu dalam penelitian tentang kriopreservasi atau pengawetan jaringan manusia untuk transplantasi.
- Pemahaman tentang Penyakit Genetik: Mengetahui bagaimana kromatin kura-kura dilipat dan berubah seiring waktu dapat membantu ilmuwan memahami kelainan genetik pada manusia yang berhubungan dengan perubahan struktur kromatin.
Masa Depan Penelitian
Para peneliti berencana untuk memperluas penelitian ini dengan mengamati lebih banyak spesies kura-kura serta membandingkan pola kromatin mereka dengan buaya, kadal, dan ular untuk melihat apakah pola unik ini hanya ada pada kura-kura atau lebih luas lagi dalam kelompok reptil.
Selain itu, metode pemetaan genom yang lebih canggih akan digunakan untuk mendapatkan gambaran yang lebih rinci tentang bagaimana struktur kromatin berubah dalam berbagai kondisi lingkungan. Organ mini (organoid) hati yang dikembangkan dari beberapa spesies kura-kura juga akan digunakan untuk memahami lebih jauh bagaimana lipatan kromatin mempengaruhi fungsi gen dalam organ tertentu.
Kesimpulan
Penelitian ini memberikan pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana struktur kromatin mempengaruhi regulasi gen dan evolusi makhluk hidup. Dengan mengetahui bagaimana kromatin kura-kura tersusun dan bagaimana itu berubah sebagai respons terhadap lingkungan, ilmuwan dapat membuka wawasan baru tentang adaptasi genetik dan penerapannya dalam ilmu biomedis. Temuan ini menunjukkan bahwa studi tentang kura-kura bukan hanya menarik dari perspektif evolusi, tetapi juga dapat membantu menjawab beberapa pertanyaan penting dalam kesehatan manusia.
Referensi:
[1] https://www.news.iastate.edu/news/2024/11/11/turtlegenomefolding, diakses pada 29 Januari 2025.
[2] Basanta Bista, Laura González-Rodelas, Lucía Álvarez-González, Zhi-qiang Wu, Eugenia E. Montiel, Ling Sze Lee, Daleen B. Badenhorst, Srihari Radhakrishnan, Robert Literman, Beatriz Navarro-Dominguez, John B. Iverson, Simon Orozco-Arias, Josefa González, Aurora Ruiz-Herrera, Nicole Valenzuela. De novo genome assemblies of two cryptodiran turtles with ZZ/ZW and XX/XY sex chromosomes provide insights into patterns of genome reshuffling and uncover novel 3D genome folding in amniotes. Genome Research, 2024; 34 (10): 1553 DOI: 10.1101/gr.279443.124
