DNA kita tidak pernah diciptakan dari nol.

Bayangkan seperti resep, diwariskan dari orang tua ke anak selama generasi yang tak terhitung jumlahnya, hingga 4 miliar tahun lalu ke bentuk kehidupan paling awal di Bumi. Dengan perubahan dan modifikasi yang terus menumpuk di sepanjang jalan, tetapi selalu disalin dari sesuatu yang sudah ada.

Itulah satu aturan yang bertahan sepanjang waktu: untuk membuat DNA, Anda memerlukan materi genetik yang sudah ada untuk disalin.

Ilmuwan baru saja menemukan protein yang melanggar aturan ini.

Cara kerja baru yang belum pernah teramati

“Itu cukup mengejutkan!” kata Alex Gao, ahli biokimia di Stanford University di California dan penulis senior studi tersebut, kepada DW.

Timnya sedang menyelidiki bagaimana bakteri melindungi diri dari virus ketika mereka menemukan sesuatu yang tak terduga: protein bernama Drt3b yang membangun DNA tanpa perlu menyalin apa pun. Protein ini menggunakan bentuknya sendiri sebagai cetakan untuk menyusun blok penyusun yang tepat di tempatnya.

“Kami tidak percaya sampai kami melihat struktur cryo EM […] Saat itulah semuanya benar-benar masuk akal,” katanya, merujuk pada cryo electron microscopy, teknik yang menghasilkan gambar molekul dengan resolusi mendekati tingkat atom.

Temuan ini dipublikasikan di jurnal Science pada April.

Jadi bagaimana sebenarnya cara kerjanya?

DRT3, sistem lengkap yang dipelajari tim Gao, bekerja dalam dua tahap.

DNA beruntai ganda: bayangkan seperti ritsleting, dengan dua sisi yang saling cocok.

Satu sisi dibangun dengan cara yang sudah dikenal, dengan protein bernama Drt3a menggunakan potongan kecil materi genetik sebagai cetakan untuk membangun satu untai.

Sisi lainnya adalah bagian yang aneh. Protein kedua, Drt3b, perlu membangun sisi lain dari “ritsleting” itu, tetapi melakukannya tanpa cetakan. Sebagai gantinya, bagian spesifik dari protein itu sendiri bertindak sebagai panduan, mengunci blok penyusun DNA atau “nukleotida” yang tepat satu per satu sampai untai selesai. Dan inilah yang sebelumnya dianggap tidak mungkin, setidaknya tidak seperti ini.

Protein lain pernah melakukan sesuatu yang mirip sebelumnya, tetapi hanya dalam fragmen pendek, seperti menulis satu kalimat. Drt3b menulis satu paragraf penuh. Ini adalah protein pertama yang diketahui mampu menghasilkan untai DNA panjang dan spesifik urutan hanya dengan menggunakan strukturnya sendiri sebagai panduan.

Mengapa ini penting?

“Penelitian ini revolusioner,” kata Philip Kranzusch, ahli biokimia di Harvard Medical School yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut.

Itu karena ilmuwan telah mempelajari DNA sejak 1950an dan bakteri diam-diam melakukan sesuatu yang tidak pernah mereka bayangkan mungkin, yang kemudian memunculkan pertanyaan: apa lagi yang belum kita ketahui?

Ada juga sisi praktisnya. Jika ilmuwan bisa merekayasa Drt3b untuk menghasilkan urutan DNA lain, suatu hari nanti ini mungkin menjadi alat untuk membangun molekul DNA khusus, tanpa perlu cetakan untuk disalin.

Namun kita belum sampai ke tahap itu. “Kami belum tahu apakah protein ini dapat diprogram ulang atau direkayasa dengan cara yang berguna,” kata Rafael Pinilla Redondo, asisten profesor di Bagian Mikrobiologi University of Copenhagen, kepada DW.

Jadi apakah ini melanggar aturan biologi?

Penemuan ini memicu perdebatan tentang apa yang disebut “dogma sentral biologi”, gagasan bahwa informasi genetik mengalir dari DNA ke RNA ke protein, tetapi tidak pernah dari protein kembali ke DNA. Jika protein bisa menulis urutan DNA, apakah ini melanggar aturan tersebut?

“Tidak, saya tidak akan mengatakan dogma sentral telah runtuh,” kata Pinilla Redondo. Apa yang ditunjukkan penelitian ini adalah protein yang membantu membangun urutan DNA pendek dan berulang dalam konteks yang sangat spesifik, bukan protein secara umum yang menulis ulang kode genetik. “Bagian menariknya bukan bahwa aturan biologi runtuh. Yang menarik adalah evolusi menemukan cara yang sangat tak terduga untuk membangun molekul DNA,” katanya.

Tetapi apa sebenarnya fungsi DNA tersebut?

Ilmuwan belum sepenuhnya tahu.

Hipotesis utama saat ini adalah bahwa DNA tersebut bertindak seperti spons molekuler, menyerap komponen penting milik virus yang menyerang dan menetralkannya. Namun Alex Gao berhati-hati untuk tidak terlalu yakin terhadap ide itu. “Itu hipotesis utama kami saat ini, tetapi kami tetap terbuka terhadap model alternatif,” katanya.

Pinilla Redondo setuju bahwa mekanisme ini masih jauh untuk dipahami sepenuhnya. “Apakah DNA ini umpan, sinyal, kerangka struktural, atau molekul beracun? Itulah misteri utamanya,” katanya.

Apakah ini CRISPR berikutnya?

CRISPR, gunting molekuler yang memungkinkan ilmuwan memotong dan mengedit DNA dengan presisi yang belum pernah ada sebelumnya, awalnya juga ditemukan sebagai sistem pertahanan bakteri yang unik. Teknologi ini kemudian mengubah dunia medis, termasuk terapi gen pertama yang disetujui untuk penyakit sel sabit pada 2023.

Terdengar mirip, bukan? Tetapi apakah DRT3 akan mengikuti jalur yang sama?

Mungkin tidak, setidaknya belum. “CRISPR adalah terobosan yang muncul sekali dalam satu generasi dan merevolusi bioteknologi,” kata Gao. “Masih terlalu dini untuk memprediksi aplikasi DRT3, tetapi kami paling tertarik pada DRT3 karena dapat memperluas pemahaman kami tentang mekanisme sintesis DNA.”

Sekilas tentang “materi gelap” mikroba

“Bidang imunitas bakteri sedang berkembang pesat,” kata Pinilla Redondo. Penelitian eksperimental tentang sistem pertahanan bakteri ini baru saja dimulai, dan keragaman mekanisme yang ditemukan sangat mencolok, dengan banyak kelompok riset di seluruh dunia secara independen menemukan hal serupa.

Bagi tim Gao, penemuan ini bukan akhir, melainkan awal. Selama miliaran tahun, bakteri telah melawan virus sambil diam-diam mengembangkan trik molekuler yang baru mulai kita temukan sekarang. Berapa banyak lagi yang masih tersembunyi?

“Ini menunjukkan adanya cadangan besar biologi yang belum terkarakterisasi di dalam ‘materi gelap’ mikroba, tempat mekanisme fundamental kemungkinan masih belum ditemukan,” kata Gao.

Artikel ini pertama kali terbit dalam bahasa Inggris
Diadaptasi oleh Rahka Susanto
Editor: Yuniman Farid