Mengapa Kutu Busuk Sangat Sulit Dibasmi? Ilmuwan Mengungkap Rahasia Kelangsungan Hidup Genetik
Para ilmuwan memetakan genom strain kutu busuk, mengidentifikasi 729 mutasi yang terkait dengan resistensi insektisida, dan menawarkan wawasan untuk meningkatkan pengendalian hama.
Para ilmuwan telah berhasil memetakan genom yang hampir lengkap dan sangat akurat untuk dua jenis kutu busuk: satu jenis kutu busuk yang sangat rentan terhadap insektisida dan jenis “superstrain” lainnya yang kira-kira 20.000 kali lebih tahan terhadap insektisida. Pencapaian ini memberikan pandangan paling komprehensif mengenai mutasi genetik di balik resistensi insektisida. Temuan ini dipublikasikan di jurnal Serangga.
Meskipun kutu busuk tidak diketahui menularkan penyakit ke manusia, gigitannya dapat menyebabkan ruam gatal dan infeksi sekunder. Penggunaan insektisida, termasuk DDT yang sekarang dilarang, hampir memberantas populasi kutu busuk pada tahun 1960an, sehingga serangan kutu busuk menjadi jarang terjadi. Namun, selama dua dekade terakhir, kutu busuk telah bangkit kembali secara global, sebagian besar disebabkan oleh mutasi genetik yang membuat mereka kebal terhadap insektisida modern.
Resistensi dapat berkembang melalui berbagai mekanisme, seperti produksi enzim detoksifikasi (resistensi metabolik) atau berkembangnya lapisan pelindung luar yang lebih tebal yang menghalangi bahan kimia (resistensi penetrasi). Penelitian sebelumnya telah mengidentifikasi beberapa gen dan mutasi yang terlibat dalam resistensi, namun gambaran genetik lengkap masih belum jelas karena belum ada penelitian sebelumnya yang mengurutkan seluruh genom dari strain yang resisten. Studi baru ini mengisi kesenjangan kritis, menyoroti seluruh spektrum mutasi yang mendorong ketahanan mereka.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Hidemasa Bono, profesor di Sekolah Pascasarjana Ilmu Pengetahuan Terpadu untuk Kehidupan Universitas Hiroshima (HU), memetakan genom strain kutu busuk yang rentan dan resisten dari Jepang untuk mengatasi kesenjangan ini. Mereka memperoleh strain rentan yang diturunkan dari kutu busuk liar (Cimex lectularius) yang dikumpulkan 68 tahun lalu di ladang di Kota Isahaya, Nagasaki. Sementara itu, strain yang resisten dibiakkan dari spesimen yang dikumpulkan dari sebuah hotel di Kota Hiroshima pada tahun 2010. Pengujian mereka menunjukkan bahwa sampel yang resisten tersebut memiliki resistensi 19.859 kali lipat lebih kuat terhadap piretroid – insektisida yang paling umum digunakan untuk mengendalikan kutu busuk – melebihi tingkat yang terlihat di banyak spesies sebelumnya. superstrain yang teridentifikasi. Semua spesimen disediakan oleh Fumakilla Limited, sebuah perusahaan manufaktur bahan kimia yang berbasis di Jepang.
Menyatukan teka-teki genom
Mengurutkan genom seperti menyusun teka-teki gambar yang sangat besar, yang mencakup sekitar 160.000 hingga 160 miliar keping. Untuk memetakan genom kutu busuk yang paling lengkap hingga saat ini, para peneliti menggunakan metode terobosan pengurutan yang sudah lama dibaca, yang menangkap bentangan DNA yang lebih panjang—mirip dengan menyatukan seluruh bagian potongan puzzle. Sebaliknya, urutan bacaan pendek tradisional hanya mencakup cuplikan kecil, sering kali menimbulkan kesenjangan yang membuat frustrasi.
Para peneliti mengumpulkan gambaran hampir keseluruhan dari dua genom dengan hampir setiap bagian tepat di tempatnya, mencapai 97,8% nilai kelengkapan dan kualitas (QV) sebesar 57,0 untuk strain yang rentan dan 94,9% kelengkapan dan QV sebesar 56,9 untuk strain yang resisten. . QV di atas 30 menunjukkan urutan berkualitas tinggi dengan tingkat kesalahan kurang dari 0,1%. Keduanya juga melampaui nilai N50 dari genom referensi C. lectularius yang ada, Clec2.1, dari upaya pengurutan sebelumnya, yang berarti terdapat lebih sedikit kesenjangan dan bagian teka-teki genom yang lebih lengkap.
Diketahui, mutasi resistensi baru terungkap
Setelah mengurutkan genom sepenuhnya, tim mengidentifikasi gen pengkode protein, menentukan fungsinya, dan menilai apakah gen tersebut aktif melalui analisis transkripsi. Mereka menemukan 3.938 transkrip dengan amino asam ketidakcocokan. Dari jumlah tersebut, 729 transkrip yang bermutasi dikaitkan dengan resistensi insektisida.
“Kami menentukan urutan genom kutu busuk yang resisten terhadap insektisida, yang menunjukkan resistensi 20.000 kali lipat lebih besar dibandingkan kutu busuk yang rentan. Dengan membandingkan urutan asam amino antara kutu busuk yang rentan dan resisten, kami mengidentifikasi 729 transkrip dengan mutasi spesifik yang resisten,” kata penulis pertama studi Kouhei Toga, peneliti pascadoktoral di Laboratorium Informatika Genom dari Sekolah Pascasarjana Ilmu Pengetahuan Terpadu untuk Kehidupan HU.
“Transkrip ini mencakup gen yang terkait dengan DNA respon kerusakan, regulasi siklus sel, insulin metabolisme, dan fungsi lisosom. Hal ini menunjukkan bahwa jalur molekuler ini mungkin berperan dalam pengembangan resistensi piretroid pada kutu busuk.”
Dengan memanfaatkan penelitian serangga sebelumnya, para peneliti mengkonfirmasi mutasi resistensi yang diketahui dan menemukan mutasi baru yang dapat memberikan informasi bagi strategi pengendalian hama yang lebih tepat sasaran dan efektif.
“Kami mengidentifikasi sejumlah besar gen yang mungkin terlibat dalam resistensi insektisida, banyak di antaranya yang belum pernah dilaporkan sebelumnya terkait dengan resistensi pada kutu busuk. Pengeditan genom pada gen-gen ini dapat memberikan wawasan berharga mengenai evolusi dan mekanisme resistensi insektisida,” kata Toga.
“Selain itu, penelitian ini memperluas kumpulan gen target untuk memantau distribusi alel dan perubahan frekuensi, yang dapat berkontribusi secara signifikan dalam menilai tingkat resistensi pada populasi liar. Penelitian ini menyoroti potensi pendekatan genom dalam memahami resistensi insektisida pada kutu busuk.”
Referensi: “Pencarian Seluruh Genom untuk Mutasi Gen yang Kemungkinan Menimbulkan Resistensi Insektisida pada Kutu Busuk Biasa, Cimex lectularius” oleh Kouhei Toga, Fumiko Kimoto, Hiroki Fujii dan Hidemasa Bono, 23 September 2024, Serangga.
DOI: 10.3390/serangga15100737
Studi ini didanai oleh Badan Sains dan Teknologi Jepang dan Proyek Dukungan Penciptaan Industri Bioekonomi (Prefektur Hiroshima).
Anggota tim peneliti lainnya termasuk Fumiko Kimoto dan Hiroki Fujii, yang merupakan karyawan Fumakilla Limited.
