Bagaimana Zebra Memperoleh Belangnya

Dengan hanya mengutak-atik satu gen yang membatasi seberapa cepat dan seberapa jauh sel-sel bisa berenang, para peneliti mampu mengontrol jumlah cincin pada bakteri.

Banyak makhluk hidup yang memiliki belang, namun proses perkembangan yang menciptakannya beserta pola-pola lainnya merupakan hal yang kompleks dan sulit untuk diuraikan.

Sekarang, sebuah tim ilmuwan telah merancang sirkuit genetik sederhana yang menciptakan pola bergaris yang bisa mereka kontrol dengan mengutak-atik sebuah gen tunggal.

“Komponen-komponen penting bisa dikuburkan dalam konteks fisiologis yang kompleks,” kata Terence Hwa, seorang profesor fisika di Universitas California, San Diego, dan salah satu pemimpin studi yang dipublikasikan dalam Science, 14 Oktober. “Sistem alam membuat segala macam pola yang indah, namuan masalahnya adalah Anda tidak pernah tahu apa yang benar-benar mengendalikannya.”

Dengan gen-gen yang diperoleh dari satu spesies bakteri dan dimasukkan ke yang lainnya, Hwa bersama rekan-rekannya dari Universitas Hong Kong merakit sebuah lingkaran genetik dari dua modul terkait yang merasakan bagaimana gerombolan sekelompok sel terbentuk dan melakukan respon dengan mengendalikan gerakan mereka.

Dengan memulai beberapa titik, bakteri yang dipandu oleh sirkuit genetik sederhana dapat menciptakan pola-pola yang rumit. (Kredit: University of California - San Diego)

Salah satu modulnya mengeluarkan sinyal kimia yang disebut acyl-homoserine lactone (AHL). Seiring pertumbuhan koloni bakteri, AHL membanjiri sel-sel yang terakumulasi, menyebabkan mereka jatuh di tempatnya daripada berenang. Terjebak dalam agar-agar hidangan, mereka menjadi menumpuk.

Karena AHL tidak menyebar sangat jauh, beberapa sel melarikan diri dan berenang menjauh untuk memulai proses lagi.

Dibiarkan tumbuh dalam semalam, sel-sel ini menciptakan pola cincin konsentris, mirip papan target, yang padat dan menyebarkan sel-sel bakteri. Dengan hanya mengutak-atik satu gen yang membatasi seberapa cepat dan seberapa jauh sel-sel bisa berenang, para peneliti mampu mengontrol jumlah cincin pada bakteri. Mereka juga dapat memanipulasi pola dengan memodifikasi seberapa lama AHL berlangsung sebelum terdegradasi.

Meskipun bakteri individu merupakan sel tunggal, namun sebagai koloni mereka mampu bertindak seperti sebuah organisme multiseluler, mengirim dan menerima sinyal untuk mengkoordinasikan pertumbuhan dan fungsi-fungsi lain koloni. Artinya, aturan-aturan dasar yang mengatur pengembangan pola-pola ini juga bisa berlaku pada langkah-langkah penting dalam pengembangan organisme lain, seperti zebra, macan tutul dan lain-lain.

Untuk mengungkap aturan-aturan mendasar ini, Hwa bersama rekan-rekannya menandai kinerja sitkuit sintetis genetik mereka ini dalam dua cara.

Pertama, mereka mengukur kedua aktivitas gen individu dalam sirkuit sepanjang siklus jatuh-dan-berenang. Kemudian mereka menurunkan persamaan matematika yang menggambarkan probabilitas sel-sel yang membalik di antara gerakan berenang dan jatuh.

Persamaan-persamaan tambahan menjelaskan aspek-aspek lain dari sistem, seperti dinamika sintesis, difusi dan penonaktifan salah satu sinyal kimia sel-ke-sel AHL.

Pendekatan tiga-cabang dari eksperimen “lab-basah”, pengukuran yang tepat terhadap hasil, dan pemodelan matematika terhadap sistem ini, mencirikan disiplin dalam biologi kuantitatif, kata Hwa. “Ini adalah prototipe, sebuah model jenis biologi yang ingin kami lakukan.”

Kredit: University of California – San Diego
Jurnal: C. Liu, X. Fu, L. Liu, X. Ren, C. K. L. Chau, S. Li, L. Xiang, H. Zeng, G. Chen, L.-H. Tang, P. Lenz, X. Cui, W. Huang, T. Hwa, J.-D. Huang. Sequential Establishment of Stripe Patterns in an Expanding Cell Population. Science, 2011; 334 (6053): 238 DOI: 10.1126/science.1209042

faktailmiah.com