September 29, 2022

Artikel ini awalnya ditampilkan di Percakapan.

Omer Gokcumen adalah seorang profesor Ilmu Biologi, Universitas di Buffalo.

Slime ada dimana-mana. Ini membentuk konsistensi cairan tubuh Anda, dari air liur di mulut Anda hingga cairan kental yang menutupi organ Anda. Ini melindungi Anda dari patogen, termasuk virus corona, sekaligus menciptakan rumah bagi miliaran bakteri ramah di mulut Anda. Ini membantu siput membuat seks Spiderman tergantung di dinding, hagfish mengubah air menjadi cairan yang berkembang pesat, lamprey menyaring makanan mereka, dan burung walet membangun sarang.

Tetapi meskipun lendir sangat penting untuk semua bentuk kehidupan yang kompleks, asal-usul evolusionernya tetap tidak jelas.

Saya seorang ahli genetika evolusioner yang mempelajari bagaimana manusia dan genom mereka berevolusi. Bersama rekan-rekan saya, termasuk kolaborator lama saya Stefan Ruhl dan murid saya Petar Pajic, kami menangani teka-teki evolusioner ini dalam makalah kami yang baru diterbitkan. Kami mulai dengan melihat bagaimana lendir air liur dibuat pada spesies yang berbeda. Apa yang kami temukan adalah bahwa lendir membuka jendela ke peran yang dimainkan DNA berulang dalam misteri evolusi.

Apa itu musin?

Lendir terdiri dari protein yang disebut musin, yang merupakan pembuluh untuk molekul gula. Gula ini adalah pemberi tugas utama dalam membuat segala sesuatunya berlendir.

Tidak seperti protein lain, yang biasanya memiliki bentuk 3D yang rumit, musin sering kali berbentuk batang yang panjang dan kaku. Molekul gula menempel di sepanjang batang, menciptakan struktur seperti sikat yang rumit.

Musin memiliki tulang punggung protein yang panjang dengan gula yang menonjol di sepanjangpanjang ts. Direproduksi dari Petrou 2018 dengan izin dari Royal Society of Chemistry

Kemitraan antara blok pembangun protein dan gula yang terikat padanya, berulang-ulang, sangat penting untuk sifat musin. Struktur ini dapat menempel pada musin dan mikroba lain, mengubah sifat fisik cairan di sekitarnya menjadi zat yang lengket dan berlendir.

See also  Lihat gambar pertama dari atmosfer matahari

Evolusi lendir

Terlepas dari sifat luar biasa yang dimiliki musin dan peran penting mereka dalam biologi, bagaimana mereka berevolusi telah luput dari perhatian para ilmuwan.

Untuk mulai mengetahui asal usul evolusi musin, rekan saya dan saya mulai dengan mencari nenek moyang genetik yang sama untuk musin di 49 spesies mamalia. Bagaimanapun, evolusi sering bermain-main tetapi jarang menciptakan. Cara termudah bagi gen baru untuk berevolusi adalah dengan menyalin dan menempelkan gen yang sudah ada dan membuat perubahan kecil pada salinan baru agar sesuai dengan keadaan lingkungan. Kemungkinan satu spesies secara independen menemukan musin kompleks dari awal sangatlah kecil. Tim peneliti kami yakin bahwa menyalin dan menempelkan gen musin yang ada yang kemudian beradaptasi dengan kebutuhan spesies tertentu adalah pendorong utama evolusi musin.

Tapi asumsi awal kami terbukti tidak lengkap. Menyalin dan menempelkan gen musin dalam genom harus mengarah pada gen anak yang memiliki kesamaan satu sama lain. Meskipun beberapa musin memang sesuai dengan kriteria kami, penelitian sebelumnya meninjau semua gen yang diketahui mengkode musin pada manusia dan menemukan sejumlah musin “yatim piatu” yang bukan milik keluarga gen mana pun. Mereka ada sendirian di lanskap luas genom manusia.

Diagram yang menggambarkan tiga hipotesis yang dipertimbangkan para peneliti untuk evolusi musin: duplikasi gen, evolusi urutan pengkodean dari daerah genom yang sudah berulang tanpa kode, dan perolehan pengulangan dari protein yang ada
Para peneliti mempertimbangkan tiga kemungkinan cara musin berevolusi: duplikasi seluruh gen, penciptaan gen baru dari awal, atau penambahan urutan genetik berulang dari protein yang ada. Dari Pajic dkk., Science Advances Volume 8, eabm8757 (2022)

Kami kemudian fokus pada pencarian gen yatim piatu seperti itu dalam genom lusinan spesies dalam basis data genetik. Kami menemukan 15 contoh gen musin baru yang berevolusi pada mamalia yang berbeda, tidak memiliki hubungan apa pun dengan gen musin yang diketahui.

Penyelidikan lebih lanjut, bagaimanapun, mengungkapkan bahwa gen musin ini memang memiliki kerabat. Mereka berbagi nenek moyang dengan protein seperti batang lainnya yang kaya akan asam amino prolin, yang umumnya ditemukan dalam air liur. Protein ini kaya prolin, bagaimanapun, tidak memiliki struktur protein berulang kunci yang membantu musin mengikat molekul gula.

See also  Tanaman apa yang harus kita tanam di Mars

Kami berhipotesis bahwa protein yang kaya prolin ini dapat mengalami “musinisasi” dengan berulang kali menambahkan protein yang mengikat molekul gula, yang disebut glikoprotein. Untuk menguji ini, kami membandingkan urutan gen yang mengkode musin dan gen yang mengkode protein kaya prolin pada mamalia yang berbeda, termasuk manusia. Kami menemukan bahwa urutannya sangat mirip. Satu-satunya perbedaan adalah adanya segmen berulang glikoprotein dalam musin. Maksudnya adalah bahwa protein tertentu dapat diubah menjadi musin hanya dengan menambahkan salinan segmen berulang ini.

DNA dan evolusi yang berulang

Temuan kami mengungkapkan keragaman musin dalam seluruh jenis makhluk, membuka pandangan ke tempat bermain adaptasi evolusi yang berlendir.

Para peneliti sering mengabaikan urutan genetik berulang karena jarang terjadi dalam gen yang mengkode protein yang melakukan banyak fungsi biologis dalam sel. Tetapi dalam kasus musin, membuat urutan berulang dari awal ternyata menjadi mesin utama untuk evolusi mereka. Pekerjaan kami sebelumnya pada primata menunjukkan bahwa jumlah segmen pengikat gula berulang yang ada dalam musin tertentu mungkin merupakan faktor yang menentukan perbedaannya dari yang lain.

Ada kemungkinan bahwa penambahan sekuens genetik berulang juga dapat secara diam-diam membentuk fungsi lain di seluruh genom. Memang, pengulangan tandem semacam itu adalah jenis mutasi yang umum dalam genom manusia, dan penelitian terbaru mengisyaratkan peran mereka yang belum ditemukan dalam variasi biologis di antara manusia.

Siput meninggalkan jejak lendir di daun hijau basah
Lendir di jejak lendir siput memiliki sifat biologis yang mirip dengan lendir di tubuh Anda. Setor Foto

Lendir dan kesehatan manusia

Memahami cara kerja musin juga akan membantu para peneliti lebih memahami sejumlah penyakit.

Ketika musin tidak berfungsi dengan baik, itu dapat menyebabkan penyakit. Orang dengan gen CFTR yang tidak berfungsi mengembangkan cystic fibrosis, di mana tubuh mereka tidak dapat membersihkan lendir dari paru-paru mereka dan membuatnya sulit untuk bernapas. Regulasi musin yang tidak berfungsi juga terkait dengan perkembangan kanker.

See also  Mungkinkah megashark purba masih mengintai di laut dalam?

Meskipun mungkin tidak jelas, Anda mungkin memiliki hubungan pribadi dengan musin. Dua tahun lalu, saya mengunjungi ibu saya setelah diagnosis kankernya. Hujan baru saja berakhir, dan jalan-jalan di Istanbul menjadi desa yang ramai dengan siput besar yang menakutkan. Selama berjalan-jalan singkat dengan ibu saya, saya mengambil salah satu siput dengan daya tarik, sangat ngeri.

Saya tidak tega mengatakan kepadanya bahwa mekanisme biologis yang memungkinkan makhluk-makhluk luar biasa ini bergerak sama dengan yang membantu tumor di paru-parunya tumbuh. Itu mengingatkan saya pada kata-kata ilmuwan Michael Faraday: “Tidak peduli apa yang Anda lihat, jika Anda melihatnya cukup dekat, Anda terlibat di seluruh alam semesta.”

Percakapan