Kemampuan regenerasi membuat hewan tertentu tampak luar biasa. Salamander mampu menumbuhkan kembali kakinya yang terpotong. Saat terancam, tokek melepas ekornya untuk mengalihkan perhatian predator. Pada kesempatan berikutnya, ekor itu pun dapat utuh kembali. Itu semua ternyata dikendalikan oleh gen EGR.
Hewan lain ternyata punya kemampuan serupa. Atau bahkan lebih baik lagi. Cacing planaria, ubur-ubur, dan anemon laut adalah contohnya. Mereka dapat meregenerasi tubuh mereka yang terpotong atau terbelah dua.
Daya regenerasi yang luar biasa dimiliki hewan-hewan tersebut rupanya menarik perhatian ahli biologi Universitas Harvard. Satu tim riset dibawah kendali asisten professor bidang Organismic and Evolutionary Biology, Mansi Srivastava, secara khusus melakukan kajian untuk menyibak rahasia di balik kemampuan regenerasi tubuh hewan-hewan unik. Mereka menemukan sejumlah saklar DNA yang terindikasi mengendalikan gen-gen untuk regenerasi seluruh tubuh. Hasil studi mereka dipublikasi dalam jurnal Science edisi 15 Maret 2019 serta majalah Havard Gazette edisi 23 Maret 2019.
Dengan menggunakan cacing pita untuk menguji prosesnya, Srivastava dan kolega posdoktoralnya, Andrew Gehrke, menemukan bahwa bagian DNA yang tidak dikode memegang kendali aktivasi “gen kontrol induk” yang disebut sebagaii early growth response (EGR). Begitu aktif, EGR mengontrol sejumlah proses lain dengan mengaktifkan satu gen dan atau menonaktifkan gen lainnya.
“Apa yang kami temukan adalah bahwa gen master yang satu ini datang pada gen yang menyala selama regenerasi,” kata Gehrke. “Pada dasarnya, apa yang terjadi adalah daerah bukan pengkodean memberitahu daerah pengkodean untuk menghidupkan atau mematikan. Jadi, cara yang baik untuk memikirkannya adalah seolah-olah mereka itu saklar.”
Agar proses itu berhasil, Gehrke mengatakan, DNA dalam sel cacing, yang biasanya terlipat dan dipadatkan, harus diadaptasi sehingga ada area baru yang siap untuk aktivasi.
Cacing pita mampu melakukan regenerasi seluruh tubuh. Dari video dokmentasi riset karya Mansi Srivastava dan Andrew R. Gehrke.
Banyak bagian genom yang sangat padat itu sebenarnya secara fisik menjadi lebih terbuka, kata Gehrke, karena ada saklar pengatur di sana yang harus menghidupkan atau mematikan gen. “Jadi salah satu temuan besar dalam makalah ini adalah bahwa genomnya sangat dinamis dan benar-benar berubah selama regenerasi karena bagian yang berbeda membuka dan menutup.”
Sebelum Gehrke dan Srivastava dapat memahami sifat dinamis dari genom cacing, mereka harus menyusun urutannya. Pekerjaan ini cukup menyita waktu karena- tidak ada fitur sederhana yang tersedia. “Ini bagian besar dari makalah ini. Kami merilis genom spesies ini, yang penting karena ini adalah yang pertama dari filum ini. Sampai sekarang belum ada urutan genom lengkap yang tersedia,” jelas Srivastava.
Ini juga patut dicatat, tambahnya, karena cacing kumbang tiga pita mewakili sistem model baru untuk mempelajari regenerasi.
“Pekerjaan sebelumnya pada spesies lain membantu kami belajar banyak hal tentang regenerasi,” tambahnya. “Tapi ada beberapa alasan untuk menelisik genom cacing ini.”
Mereka berada dalam posisi filogenetik yang penting. “Jadi cara mereka berhubungan dengan hewan lain … memungkinkan kita membuat pernyataan tentang evolusi.”
Alasan lainnya, “Mereka benar-benar hewan percobaan laboratorium yang hebat. Saya mengumpulkannya di lapangan di Bermuda beberapa tahun yang lalu selama postdoc saya, dan karena kami membawanya ke lab, mereka dibantu lebih banyak alat eksperimen. ”
Sementara alat-alat itu dapat menunjukkan sifat dinamis dari genom selama regenerasi, Gehrke mampu mengidentifikasi sebanyak 18.000 wilayah yang berubah. Yang penting, tambah Srivastava, adalah seberapa banyak makna yang dapat diperoleh dari mempelajari mereka. Dia mengatakan hasil menunjukkan bahwa EGR bertindak seperti saklar daya untuk regenerasi, setelah dihidupkan. Proses lain dapat terjadi, tetapi tanpa itu, semuanya sulit terjadi.
“Kami dapat mengurangi aktivitas gen ini dan kami menemukan bahwa jika Anda tidak memiliki EGR, tidak ada kemampuan regenerasi,” kata Srivastava. “Hewan-hewan tidak bisa beregenerasi. Semua gen hilir itu tidak akan hidup, jadi yang lain beralih tidak bekerja, dan seluruh rumah menjadi gelap, pada dasarnya. ”
Sementara penelitian ini mengungkapkan informasi baru tentang bagaimana proses itu bekerja pada cacing. Selain itu, juga dapat membantu menjelaskan mengapa itu tidak bekerja pada manusia.
“Ternyata EGR, gen master, dan gen lain yang dapat dihidupkan dan dimatikan terdapat pula pada spesies lain, termasuk manusia,” kata Gehrke.
“Alasan kami menyebut gen ini dalam cacing EGR adalah karena ketika Anda melihat urutannya, itu mirip dengan gen yang sudah dipelajari pada manusia dan hewan lain,” kata Srivastava. “Jika Anda memiliki sel manusia di piring dan menekankannya, apakah itu secara mekanis atau Anda menaruh racun pada mereka, mereka akan mengekspresikan EGR segera.”
Pertanyaannya adalah, kata Srivastava, “Jika manusia dapat menyalakan EGR, apakah mungkin punya daya regenerasi. Misalnya, ketika anggota atau organ tubuh terluka, penyembuhan bersifat lokal. Saat sel kita terluka, mengapa kita tidak bisa beregenerasi? Jawabannya mungkin bahwa jika EGR adalah saklar daya, maka perlu kabel khusus untuk menfungsukannta. Ada petunjukn bahwa EGR dalam sel manusia mungkin berbeda dengan EGR yang terdapat dalam cacing kumbang tiga pita. Andrew dan koleganya berupata melakukan riset untuk menghasilkan cara untuk mendapatkan ‘kabel khusus’ ini. ‘’Kami ingin mengetahui apa hubungan itu, dan kemudian menerapkannya pada hewan lain, termasuk vertebrata yang hanya dapat melakukan regenerasi yang lebih terbatas,” jelasnya.
Ke depan, Srivastava dan Gehrke mengatakan mereka berharap untuk menyelidiki apakah saklar genetik yang diaktifkan selama regenerasi sama dengan yang digunakan selama pengembangan, dan untuk terus bekerja untuk lebih memahami sifat dinamis dari genom.
“Sekarang kita tahu apa saklar untuk regenerasi, kita melihat switch gen yang terlibat dalam proses pengembangan, dan apakah mereka sama,” kata Srivastava. “Apakah Anda hanya melakukan pengembangan lagi, atau apakah proses yang bebeda terlibat?”
Tim ini juga berupaya memahami cara-cara yang tepat agar EGR dan gen-gen lain mengaktifkan proses regenerasi, baik untuk cacing kumbang tiga-pita dan juga untuk spesies lain.
Pada akhirnya, Srivastava dan Gehrke mengatakan, studi ini menyoroti nilai pemahaman tidak hanya genom, tetapi semua genom – baik genom noncoding serta genom coding.
“Hanya sekitar dua persen dari genom yang menghasilkan protein,” kata Gehrke. “Kami ingin tahu: Apa yang dilakukan 98 persen genom lainnya selama regenerasi seluruh tubuh? Orang-orang telah mengetahui selama beberapa waktu bahwa banyak perubahan DNA yang menyebabkan penyakit berada di daerah-daerah yang bukan pengkodean … tetapi telah kurang dihargai untuk proses seperti regenerasi seluruh tubuh.
“Saya pikir kita baru saja menggaruk permukaan,” lanjutnya. “Kami telah melihat beberapa sakelar ini, tetapi ada aspek lain tentang bagaimana genom berinteraksi dalam skala yang lebih besar, bukan hanya bagaimana kepingan itu dibuka dan ditutup. Dan semua itu penting untuk menghidupkan dan mematikan gen, jadi saya pikir ada beberapa lapisan sifat pengaturan ini. ”
“Ini pertanyaan yang sangat alami untuk melihat dunia alami dan berpikir, jika tokek dapat melakukan ini, mengapa saya tidak bisa?” Kata Srivastava. “Ada banyak spesies yang dapat beregenerasi, dan yang lain tidak bisa, tetapi ternyata jika Anda membandingkan genom di semua hewan, sebagian besar gen yang kita miliki juga ada dalam cacing kumbang tiga pita … jadi kami berpikir bahwa beberapa dari jawaban-jawaban ini mungkin tidak akan datang dari apakah gen tertentu ada atau tidak, tetapi dari bagaimana mereka dihubungkan atau disatukan, dan jawaban itu hanya dapat berasal dari bagian bukan kode dari genom. ”
Dipublikasi Andrew R. Gehrke, et al., dengan judul Acoel genome reveals the regulatory landscape of whole-body regeneration, penelitian ini didukung dengan dana dari Milton Fund of Harvard University, the Searle Scholars Program, the Smith Family Foundation, the National Science Foundation, the Helen Hay Whitney Foundation, the Human Frontier Science Program, the National Institutes of Health, the Biomedical Big Training Program at UC Berkeley, the Marthella Foskett Brown Chair in Biological Sciences, dan the Howard Hughes Medical Institute.
Dedi Junaedi
