Terobosan De-Extinction: Mengungkap Genom Mamut Berbulu dengan Teknologi DNA yang Canggih

Para peneliti telah berhasil merekonstruksi genom dan struktur kromosom 3D dari mammoth berbulu berusia 52.000 tahun, sebuah terobosan menggunakan DNA purba yang diawetkan dengan pengeringan beku. Kredit: SciTechDaily.com

Sebuah studi inovatif telah memetakan genom dan arsitektur kromosom 3D dari mammoth berbulu berusia 52.000 tahun, mengungkap element aktivitas genetiknya dan menawarkan prospek baru untuk penelitian de-extinction (de-extinction).

Sebuah tim peneliti internasional telah mengumpulkan genom dan struktur kromosom 3D dari mammoth berbulu berusia 52.000 tahun. Ini adalah pertama kalinya prestasi seperti itu dicapai untuk mamalia purba. DNA Sampel.

Kromosom yang telah menjadi fosil, yang sekitar satu juta kali lebih panjang dari sebagian besar fragmen DNA purba, memberikan wawasan tentang bagaimana genom mamut diatur dalam sel-selnya yang masih hidup dan gen mana yang aktif dalam jaringan kulit tempat DNA diekstraksi. Tingkat element struktural yang belum pernah terjadi sebelumnya ini dipertahankan karena mamut menjalani pengeringan beku tak lama setelah mati, yang berarti DNA-nya diawetkan dalam keadaan seperti kaca.

Hasilnya disajikan hari ini (11 Juli) di jurnal Sel.

Foto kaki mamut di lingkungan permafrost. Kredit: Love Dalen

Kemajuan dalam Arsitektur Genom

“Ini adalah jenis fosil baru, dan skalanya jauh lebih besar daripada fragmen DNA purba—sejuta kali lebih banyak urutannya,” kata penulis korespondensi Erez Lieberman Aiden, Direktur Pusat Arsitektur Genom di Baylor School of Drugs. “Ini juga pertama kalinya kariotipe jenis apa pun ditentukan untuk sampel purba.”

Mengetahui arsitektur tiga dimensi genom memberikan banyak informasi tambahan di luar urutannya, tetapi sebagian besar spesimen DNA purba terdiri dari fragmen DNA yang sangat kecil dan acak. Berdasarkan pemetaan struktur 3D genom manusia, Aiden berpikir bahwa jika sampel DNA purba yang tepat dapat ditemukan—satu dengan organisasi 3D fragmen yang masih utuh—maka akan mungkin untuk menggunakan strategi yang sama untuk menyusun genom purba.

Pelestarian DNA yang Belum Pernah Ada Sebelumnya

Para peneliti menguji lusinan sampel selama lima tahun sebelum menemukan mamut berbulu yang terawetkan dengan sangat baik yang digali di Siberia timur laut pada tahun 2018. “Kami pikir mamut itu membeku dan mengering secara spontan tak lama setelah kematiannya,” kata penulis korespondensi Olga Dudchenko dari Middle for Genome Structure di Baylor School of Drugs. “Arsitektur nuklir dalam sampel yang mengalami dehidrasi dapat bertahan dalam jangka waktu yang sangat lama.”

Untuk merekonstruksi arsitektur genom mamut, para peneliti mengekstrak DNA dari sampel kulit yang diambil di belakang telinga mamut. Mereka menggunakan metode yang disebut Hello-C yang memungkinkan mereka mendeteksi bagian DNA mana yang kemungkinan besar berada dalam jarak dekat dan berinteraksi satu sama lain dalam keadaan alami di dalam nukleus.

Wawasan Mengenai Genetika Mamut Berbulu

“Bayangkan Anda memiliki teka-teki yang terdiri dari tiga miliar keping, tetapi Anda tidak memiliki gambaran teka-teki terakhir untuk dikerjakan,” kata penulis korespondensi Marc A. Marti-Renom, seorang profesor riset ICREA dan ahli genomik struktural di Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG) dan Centre for Genomic Regulation (CRG) di Barcelona. “Hello-C memungkinkan Anda memiliki perkiraan gambaran tersebut sebelum Anda mulai menyusun keping-keping teka-teki tersebut.”

Kemudian, mereka menggabungkan informasi fisik dari analisis Hello-C dengan pengurutan DNA untuk mengidentifikasi bagian-bagian DNA yang berinteraksi dan membuat peta genom mamut yang terurut, menggunakan genom gajah masa kini sebagai pola. Analisis tersebut mengungkapkan bahwa mamut berbulu memiliki 28 kromosom—jumlah yang sama dengan gajah Asia dan Afrika masa kini. Hebatnya, kromosom mamut yang telah menjadi fosil juga mempertahankan sejumlah besar integritas dan element fisik, termasuk skala nano loop yang menghubungkan faktor transkripsi dengan gen yang dikontrolnya.

Dengan memeriksa kompartementalisasi gen dalam nukleus, para peneliti dapat mengidentifikasi gen yang aktif dan tidak aktif dalam sel kulit mamut—proksi untuk epigenetika atau transkriptomik. Sel kulit mamut memiliki pola aktivasi gen yang berbeda dibandingkan dengan sel kulit kerabat terdekatnya, gajah Asia, termasuk untuk gen yang mungkin terkait dengan sifatnya yang berbulu dan toleransi terhadap dingin.

Implikasi bagi Upaya Pemberantasan Kepunahan

“Untuk pertama kalinya, kami memiliki jaringan mammoth berbulu yang dapat kami ketahui secara kasar gen mana yang aktif dan gen mana yang tidak aktif,” kata Marti-Renom. “Ini adalah jenis knowledge baru yang luar biasa, dan ini adalah pengukuran pertama aktivitas gen spesifik sel dari gen dalam sampel DNA purba mana pun.”

Meskipun metode yang digunakan dalam penelitian ini bergantung pada fosil yang terawetkan dengan sangat baik, para peneliti optimis bahwa metode ini dapat digunakan untuk mempelajari spesimen DNA purba lainnya—dari mammoth hingga mumi Mesir—serta spesimen museum yang diawetkan baru-baru ini.

Untuk mamut, langkah selanjutnya mencakup pemeriksaan pola epigenetik jaringan lain. “Hasil ini memiliki konsekuensi nyata bagi upaya kontemporer yang bertujuan untuk menghidupkan kembali mamut berbulu,” kata penulis korespondensi M. Thomas Gilbert, seorang paleogenomik di Universitas Kopenhagen dan Universitas Sains dan Teknologi Norwegia.

Referensi: “Arsitektur genom tiga dimensi bertahan dalam sampel kulit mammoth berbulu berusia 52.000 tahun” oleh Marcela Sandoval-Velasco, Olga Dudchenko, Juan Antonio Rodríguez, Cynthia Pérez Estrada, Marianne Dehasque, Claudia Fontsere, Sarah ST Mak, Ruqayya Khan, Vinícius G. Contessoto, Antonio B. Oliveira Junior, Achyuth Kalluchi, Bernardo J. Zubillaga Herrera, Jiyun Jeong, Renata P. Roy, Ishawnia Christopher, David Weisz, Arina D. Omer, Sanjit S. Batra, Muhammad S. Shamim, Neva C. Durand, Brendan O'Connell, Alfred L. Roca, Maksim V. Plikus, Mariya A. Kusliy, Svetlana A. Romanenko, Natalya A. Lemskaya, Natalya A. Serdyukova, Svetlana A. Modina, Polina L. Perelman, Elena A. Kizilova, Sergei I. Baiborodin, Nikolai B. Rubtsov, Gur Machol, Krisha Rath, Ragini Mahajan, Parwinder Kaur, Andreas Gnirke, Isabel Garcia-Treviño, Rob Coke, Joseph P. Flanagan, Kelcie Pletch, Aurora Ruiz-Herrera, Valerii Plotnikov, Innokentiy S. Pavlov, Naryya I. Pavlova, Albert V. Protopopov, Michele Di Pierro, Alexander S. Graphodatsky, Eric S. Lander, M. Jordan Rowley, Peter G. Wolynes, José N. Onuchic, Love Dalén, Marc A. Marti-Renom, M. Thomas P. Gilbert dan Erez Lieberman Aiden, 11 Juli 2024, Sel.
DOI: 10.1016/j.sel.2024.06.002

Penelitian ini didukung oleh Institut Kesehatan NasionalYayasan Sains Nasional, Yayasan Welch, Institut Medis McNair, Yayasan Sains Binasional AS-Israel, Ministerio de Ciencia e Innovación Spanyol, Dewan Riset Eropa, Dewan Riset Swedia, dan Uni Eropa.