Ilmuwan Menciptakan Tikus “Luar Biasa” Menggunakan Gen yang Lebih Tua dari Kehidupan Hewan Itu Sendiri
Penelitian baru mengungkap asal mula evolusi sel induk melalui eksperimen inovatif yang berhasil menciptakan tikus menggunakan alat genetika kuno.
Diterbitkan di Komunikasi Alamtim peneliti internasional telah mencapai tonggak sejarah yang inovatif: penciptaan sel induk tikus yang mampu menghasilkan tikus yang telah berkembang sepenuhnya. Hal ini dicapai dengan menggunakan alat genetik yang berasal dari organisme uniseluler yang memiliki nenek moyang yang sama yang mendahului hewan. Terobosan ini tidak hanya membentuk kembali pemahaman kita tentang asal usul genetik sel induk tetapi juga menawarkan perspektif baru mengenai hubungan evolusi antara hewan dan kerabat bersel tunggal purba mereka.
Dalam eksperimen yang terdengar seperti fiksi ilmiah, Dr. Alex de Mendoza dari Queen Mary University of London berkolaborasi dengan peneliti dari The University of Hong Kong untuk menggunakan gen yang ditemukan di choanoflagellataorganisme bersel tunggal yang berkerabat dengan hewan, untuk membuat sel induk yang kemudian digunakan untuk menghasilkan tikus yang hidup dan bernapas.
Choanoflagellata adalah kerabat terdekat hewan yang masih hidup, dan genom mereka mengandung versi gen Sox dan POU, yang dikenal mendorong pluripotensi – potensi seluler untuk berkembang menjadi jenis sel apa pun – dalam sel induk mamalia. Penemuan tak terduga ini menantang keyakinan lama bahwa gen-gen ini berevolusi secara eksklusif pada hewan.
“Dengan berhasil menciptakan tikus menggunakan alat molekuler yang berasal dari kerabat kita yang bersel tunggal, kita menyaksikan kesinambungan fungsi yang luar biasa selama hampir satu miliar tahun evolusi,” kata Dr de Mendoza. “Studi ini menyiratkan bahwa gen-gen kunci yang terlibat dalam pembentukan sel induk mungkin sudah ada jauh lebih awal daripada sel induk itu sendiri, dan mungkin membantu membuka jalan bagi kehidupan multiseluler yang kita lihat sekarang.”
Dari Kerabat Bersel Tunggal hingga Aplikasi Multiseluler
Hadiah Nobel tahun 2012 yang diberikan kepada Shinya Yamanaka menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk memperoleh sel induk dari sel yang “berdiferensiasi” hanya dengan mengekspresikan empat faktor, termasuk gen Sox (Sox2) dan POU (Oct4).
Dalam penelitian baru ini, melalui serangkaian eksperimen yang dilakukan bekerja sama dengan laboratorium Dr Ralf Jauch di Universitas Hong Kong / Pusat Biologi Sel Punca Translasional, tim memperkenalkan gen choanoflagellate Sox ke dalam sel tikus, menggantikan gen Sox2 asli yang mencapai pemrograman ulang menuju keadaan sel induk berpotensi majemuk.
Untuk memvalidasi kemanjuran sel-sel yang diprogram ulang ini, sel-sel tersebut disuntikkan ke dalam embrio tikus yang sedang berkembang. Tikus chimeric yang dihasilkan menunjukkan ciri-ciri fisik dari embrio donor dan sel induk yang diinduksi di laboratorium, seperti bercak bulu hitam dan mata gelap, yang menegaskan bahwa gen purba ini memainkan peran penting dalam membuat sel induk kompatibel dengan perkembangan hewan.
Akar Evolusi Mesin Sel Punca
Studi ini menelusuri bagaimana versi awal protein Sox dan POU yang mengikat DNA dan mengatur gen lain, digunakan oleh nenek moyang uniseluler untuk fungsi yang nantinya menjadi bagian integral dalam pembentukan sel induk dan perkembangan hewan. “Choanoflagellata tidak memiliki sel induk, mereka adalah organisme bersel tunggal, namun mereka memiliki gen-gen ini, yang kemungkinan besar mengontrol proses seluler dasar yang kemudian digunakan oleh hewan multiseluler untuk membangun tubuh yang kompleks,” jelas Dr de Mendoza.
Wawasan baru ini menekankan keserbagunaan alat genetika secara evolusioner dan memberikan gambaran sekilas tentang bagaimana bentuk kehidupan awal mungkin memanfaatkan mekanisme serupa untuk mendorong spesialisasi seluler, jauh sebelum organisme multiseluler sejati muncul, dan pentingnya daur ulang dalam evolusi.
Penemuan ini memiliki implikasi di luar biologi evolusioner, dan berpotensi memberikan kemajuan baru dalam pengobatan regeneratif. Dengan memperdalam pemahaman kita tentang bagaimana mesin sel induk berevolusi, para ilmuwan dapat mengidentifikasi cara-cara baru untuk mengoptimalkan terapi sel induk dan meningkatkan teknik pemrograman ulang sel untuk mengobati penyakit atau memperbaiki jaringan yang rusak.
“Mempelajari asal muasal alat genetika ini memungkinkan kita berinovasi dengan pandangan yang lebih jelas tentang bagaimana mekanisme pluripotensi dapat diubah atau dioptimalkan,” kata Dr. Jauch, sambil mencatat bahwa kemajuan dapat muncul dari eksperimen dengan versi sintetik dari gen-gen ini yang mungkin memiliki kinerja yang lebih baik. daripada gen hewan asli dalam konteks tertentu.
Referensi: “Munculnya faktor transkripsi Sox dan POU mendahului asal usul sel induk hewan” oleh Ya Gao, Daisylyn Senna Tan, Mathias Girbig, Haoqing Hu, Xiaomin Zhou, Qianwen Xie, Shi Wing Yeung, Kin Shing Lee, Sik Yin Ho , Vlad Cojocaru, Jian Yan, Georg KA Hochberg, Alex de Mendoza dan Ralf Jauch, 14 November 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-54152-x
