Apa yang membuat “beruang air” kecil ini begitu tangguh? Mereka memperbaiki DNA yang rusak dengan cepat.

Untuk memperkenalkan anak-anaknya pada keajaiban tersembunyi dunia hewan beberapa tahun lalu, Anne de Sien berkelana ke tamannya di Paris. Dr De Cian, seorang ahli biologi molekuler, mengumpulkan potongan-potongan ganggang, lalu masuk kembali ke dalam, merendamnya dalam air dan meletakkannya di bawah mikroskop. Anak-anaknya menatap melalui lensa pada makhluk aneh berkaki delapan yang memanjat lumut.

“Mereka terkesan,” kata Dr. De Cian.

Tapi dia belum selesai berurusan dengan monster kecil yang dikenal sebagai tardigrades. Dia membawanya ke laboratoriumnya di Museum Nasional Sejarah Alam Prancis, di mana dia dan rekan-rekannya menyerang mereka dengan sinar gamma. Ledakannya ratusan kali lebih besar dari radiasi yang dibutuhkan untuk membunuh manusia. Namun, para tardigrada bertahan dan melanjutkan hidup mereka seolah-olah tidak terjadi apa-apa.

Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa tardigrada secara aneh resisten terhadap radiasi, namun baru sekarang Dr. de Cien dan peneliti lain menemukan rahasia kelangsungan hidup mereka. Tardigrade tampaknya mahir dalam perbaikan molekuler, mampu dengan cepat menyusun kembali tumpukan DNA yang rusak, menurut sebuah penelitian yang diterbitkan pada hari Jumat dan penelitian lainnya awal tahun ini.

Para ilmuwan telah mencoba menembus pertahanan tardigrada selama berabad-abad. Pada tahun 1776, Lazzaro Spallanzani, seorang naturalis Italia, menggambarkan bagaimana hewan bisa menjadi kering sepenuhnya dan kemudian dihidupkan kembali dengan semprotan air. Pada dekade-dekade berikutnya, para ilmuwan menemukan bahwa tardigrades dapat bertahan dari tekanan yang menghancurkan, pembekuan yang dalam, dan bahkan penerbangan ke luar angkasa.

Pada tahun 1963, tim peneliti Perancis menemukan bahwa tardigrada dapat menahan ledakan sinar-X yang sangat besar. Dalam penelitian terbaru, para peneliti menemukan bahwa beberapa spesies tardigrade dapat menahan dosis radiasi 1.400 kali lebih tinggi daripada yang dibutuhkan untuk membunuh manusia.

Radiasi mematikan karena memutus rantai DNA. Sinar berenergi tinggi yang mengenai molekul DNA dapat menyebabkan kerusakan langsung; Hal ini juga dapat menyebabkan kekacauan karena bertabrakan dengan molekul lain di dalam sel. Molekul yang diubah ini dapat menyerang DNA.

Para ilmuwan menduga tardigrada dapat mencegah atau membalikkan kerusakan ini. Pada tahun 2016, peneliti di Universitas Tokyo menemukan Dia menemukan protein yang disebut Dsup, yang tampaknya melindungi gen tardigrade dari sinar energi dan molekul liar. Para peneliti menguji hipotesis mereka dengan memasukkan Dsup ke dalam sel manusia dan membombardirnya dengan sinar-X. Sel Dsup tidak terlalu rusak dibandingkan sel tanpa protein tardigrade.

Penelitian ini memicu ketertarikan Dr. De Cian pada tardigrada. Dia dan rekan-rekannya mempelajari hewan yang dia kumpulkan di kebunnya di Paris, bersama dengan spesies yang ditemukan di Inggris dan sepertiganya dari Antartika. Seperti yang mereka laporkan Pada bulan Januari, sinar gamma menghancurkan DNA tardigrada, namun gagal membunuh mereka.

Courtney Clark Hachtel, ahli biologi di Universitas North Carolina Asheville, dan rekan-rekannya secara independen menemukan bahwa tardigrada Saya berakhir dengan gen yang rusak. Studi mereka dipublikasikan pada hari Jumat di jurnal Current Biology.

Hasil ini menunjukkan bahwa Dsup saja tidak mencegah kerusakan DNA, meskipun protein mungkin memberikan perlindungan parsial. Sulit untuk mengetahui secara pasti karena para ilmuwan masih mencari cara untuk melakukan eksperimen pada tardigrada. Mereka tidak dapat merekayasa hewan tanpa gen Dsup, misalnya, untuk melihat cara mereka menghadapi radiasi.

“Kami ingin melakukan eksperimen ini,” kata Jean-Paul Concordet, asisten Dr. de Cien di museum. “Tapi apa yang bisa kita lakukan terhadap tardigrade masih cukup primitif.”

Dua penelitian baru ini mengungkap trik lain pada tardigrada: mereka dengan cepat memperbaiki DNA yang rusak.

Setelah tardigrada terkena radiasi, sel-selnya menggunakan ratusan gen untuk membuat serangkaian protein baru. Banyak dari gen ini yang familiar bagi para ahli biologi, karena spesies lain – termasuk kita – menggunakannya untuk memperbaiki DNA yang rusak.

Sel kita terus-menerus memperbaiki gen. Untaian DNA dalam sel manusia pada umumnya putus sekitar 40 kali sehari, dan setiap kali, sel kita harus memperbaikinya.

Tardigrades membuat protein perbaikan standar ini dalam jumlah yang mencengangkan. “Saya pikir ini konyol,” kenang Dr. Clark Hachtel ketika dia pertama kali mengukur levelnya.

Dr De Cian dan rekan-rekannya juga menemukan bahwa radiasi menyebabkan tardigrades menghasilkan sejumlah protein yang tidak ditemukan pada hewan lain. Untuk saat ini, sebagian besar fungsinya masih menjadi misteri.

Para ilmuwan memilih protein yang melimpah untuk dipelajari, yang disebut TRD1. Ketika dimasukkan ke dalam sel manusia, tampaknya membantu sel melawan kerusakan DNA mereka. Dr Concordet berspekulasi bahwa TRD1 mungkin menangkap kromosom dan menjaganya dalam bentuk yang benar, bahkan ketika untaiannya mulai rusak.

Mempelajari protein seperti TRD1 tidak hanya akan mengungkap kekuatan tardigrada, namun juga dapat menghasilkan ide-ide baru tentang cara mengobati gangguan medis, kata Dr. Concordet. Kerusakan DNA berperan dalam banyak jenis kanker, misalnya. “Trik apa pun yang mereka gunakan mungkin bisa kita manfaatkan,” kata Dr. Concordet.

Dr Concordet masih merasa aneh bahwa tardigrada sangat pandai bertahan dari radiasi. Lagi pula, mereka tidak harus bertahan hidup di pembangkit listrik tenaga nuklir atau gua yang dilapisi uranium.

“Ini adalah salah satu misteri besar: Mengapa organisme ini tahan terhadap radiasi?” Dia berkata.

Dr Concordet mengatakan bahwa kekuatan super tardigrade ini mungkin hanya suatu kebetulan yang tidak biasa. Dehidrasi juga dapat memecah DNA, sehingga tardigrada dapat menggunakan pelindungnya dan memperbaiki protein untuk melawan dehidrasi.

Meskipun taman di Paris mungkin tampak seperti tempat yang mudah untuk ditinggali, Dr. Concordet mengatakan hal itu dapat menimbulkan banyak tantangan bagi tardigrades. Bahkan hilangnya embun setiap pagi bisa menjadi bencana.

“Kami tidak tahu seperti apa kehidupan di luar sana, di dalam lumut,” katanya.