Berita ilmiah penting: ahli biologi dari Tufts University (AS) berhasil mengembalikan kemampuan regenerasi jaringan ekor pada berudu.
Pekerjaan semacam itu bisa dianggap biasa, jika bukan karena satu keadaan: hasilnya dicapai dengan cara yang tidak sepele, menggunakan optogenetika, yang didasarkan pada kontrol aktivitas sel dengan bantuan cahaya.
Tujuan akhir dari semua penelitian semacam itu adalah untuk menemukan mekanisme alami yang mengontrol perbaikan bagian tubuh dan mempelajari cara mengaktifkannya pada manusia. Berudu sempurna untuk tugas ini, karena pada tahap awal perkembangan mereka mempertahankan kemampuan untuk mengganti anggota tubuh yang hilang, tetapi kemudian tiba-tiba kehilangannya. Jika Anda memotong ekor dari individu yang telah memasuki periode refraktori, mereka tidak dapat lagi menumbuhkannya kembali.
Sistem internal yang mengontrol regenerasi masih ada di tubuh mereka, tetapi karena alasan tertentu mereka telah berhenti. Michael Levin dan rekan-rekannya membuat mereka bekerja kembali, secara efektif memutar waktu fisiologis ke belakang.
Cara mereka melakukannya sangat bagus. Sekelompok kecebong tak berekor dibesarkan dalam wadah yang diterangi dengan kilatan cahaya singkat selama dua hari; yang lainnya hidup dalam kegelapan total. Hasilnya, jaringan ekor yang lengkap dipulihkan pada berudu kelompok pertama, termasuk struktur tulang belakang, otot, ujung saraf, dan kulit. Berudu kedua tidak dapat mengatasi konsekuensi amputasi, sebagaimana mestinya pada usia mereka.
Jika kedengarannya seperti tipuan, itu hanya sebagian. Untuk memahami mengapa ini terjadi, Anda perlu menjelaskan prinsip yang mendasari eksperimen tersebut. Memang, semua hewan pada tahap siklus hidup yang sama mengalami manipulasi yang identik. Satu-satunya yang membedakan kedua kelompok tersebut adalah ada tidaknya pencahayaan. Namun, cahaya bukanlah penyebab sebenarnya dari perubahan tersebut. Ini berfungsi sebagai sakelar jarak jauh, mengaktifkan faktor yang (tidak sepenuhnya jelas) memicu proses regenerasi. Faktor tersebut adalah hiperpolarisasi potensi transmembran sel; atau, lebih sederhana, bioelectricity.
Optogenetika membuatnya relatif mudah untuk merancang percobaan. Molekul mRNA dari archerhodopsin protein fotosensitif disuntikkan ke dalam kecebong. Ini mengarah pada fakta bahwa setelah beberapa saat di permukaan sel-sel biasa yang terletak di ketebalan jaringan, muncul "protein pompa". Ketika dirangsang dengan cahaya (dan hanya dalam kasus ini), mereka menginduksi arus ion melalui membran, sehingga mengubah potensial listriknya.
Faktanya, selain pompa membran yang diaktifkan cahaya, para ilmuwan tidak menawarkan apa pun untuk membantu berudu. Namun, hanya satu efek pada sifat listrik sel sudah cukup untuk memicu aliran kompleks proses regenerasi dalam tubuh. Pada gilirannya, berkat optogenetik, semudah mengupas buah pir untuk menyebabkan perubahan ini dari luar, Anda hanya perlu menyinari kecebong.
Video promosi:
Regenerasi tetap menjadi salah satu misteri utama biologi. Pada tahun 2005, majalah Science memasukkan pertanyaan berikut di antara 25 masalah terpenting yang dihadapi sains: Apa yang Mengontrol Regenerasi Organ? Sayangnya, para ilmuwan belum dapat sepenuhnya memahami mengapa beberapa hewan pada setiap tahap kehidupan mereka dengan bebas memulihkan bagian tubuh yang hilang, sementara yang lain kehilangan kemampuan ini selamanya. Suatu ketika, tubuh Anda tahu bagaimana menumbuhkan mata atau lengan.
Itu sudah lama sekali, di awal kehidupan sebagai embrio. Para ahli tertarik di mana pengetahuan ini menghilang dan apakah mungkin untuk menghidupkannya kembali pada orang dewasa. Saat ini, pencarian sebagian besar ahli biologi difokuskan terutama pada ekspresi gen atau sinyal kimiawi. Laboratorium Michael Levin berharap dapat menemukan jawaban atas teka-teki regenerasi dalam fenomena lain, bioelectricity, dan harapan tersebut ternyata bukannya tanpa dasar.
Fakta bahwa arus listrik terdapat dalam organisme hidup telah diketahui sejak percobaan Galvani. Namun, hanya sedikit yang mempelajari dampaknya terhadap perkembangan sedekat yang dilakukan Lewin. Bioelektrik telah lama memiliki kesempatan untuk menjadi topik yang layak untuk eksperimen, tetapi revolusi molekuler dalam biologi di paruh kedua abad ke-20 mendorong minat penelitian dalam masalah ini ke pinggiran sains.
Levin, yang berasal dari bidang pemodelan komputer dan genetika, menggunakan metode paling modern yang tidak ada pada pendahulunya, sebenarnya mengembalikan arah ini ke arus utama biologis. Antusiasmenya didasarkan pada keyakinan bahwa listrik adalah fenomena fisik dasar, dan evolusi tidak bisa tidak menggunakannya dalam proses fundamental, seperti perkembangan organisme.
Dengan mengubah potensi transmembran sel, ilmuwan dapat menginstruksikan jaringan kecebong untuk menumbuhkan mata di area tubuh yang telah ditentukan. Foto katak berkaki enam tergantung di dinding laboratoriumnya. Anggota tubuh tambahan muncul dalam dirinya hanya sebagai akibat dari arus listrik yang mengalir. Tidak seperti neuron, sel biasa tidak mampu menembak, tetapi mereka dapat secara konsisten mengirimkan sinyal ke seluruh tubuh melalui persimpangan celah. Jika seekor planarian, cacing kecil yang dapat beregenerasi, memiliki ekor yang dipotong, permintaan dikirim ke kepala dari area yang dipotong untuk memastikannya ada di tempatnya. Blokir transmisi informasi ini, dan kepala akan tumbuh, bukan ekor yang diinginkan.
Dengan memanipulasi berbagai saluran ion yang menentukan sifat listrik sel, para ilmuwan dalam eksperimen mereka menghasilkan cacing dengan dua kepala, dua ekor, dan bahkan cacing dengan desain yang tidak biasa dengan empat kepala. Menurut Levin, dia hampir selalu diberi tahu bahwa idenya tidak boleh berhasil. Dia mengandalkan intuisinya, dan dalam banyak kasus itu tidak gagal.
Upaya ini masih sangat jauh dari pengetahuan lengkap tentang bagaimana memulihkan anggota tubuh seseorang. Sedangkan penyandang disabilitas hanya bisa mengandalkan peningkatan prostesis. Namun, laboratorium unik di Tufts University sedang mencari sesuatu yang lebih mendasar: seperti kode genetik, Levin yakin, harus ada kode bioelektrik yang menghubungkan gradien dan dinamika tegangan membran dengan struktur anatomi.
Setelah memahaminya, akan memungkinkan tidak hanya untuk mengontrol regenerasi, tetapi juga untuk mempengaruhi pertumbuhan tumor. Levin melihatnya sebagai konsekuensi dari hilangnya informasi tentang bentuk organisme oleh sel, dan studi tentang masalah kanker adalah salah satu tugas laboratoriumnya. Seperti yang sering terjadi, proses yang tampaknya berbeda dapat memiliki sifat tunggal.
Jika kode bioelektrik benar-benar ada di balik pembangunan berbagai organ tubuh, solusinya dapat menjelaskan dua masalah terpenting yang dihadapi umat manusia sekaligus.
