3 Januari 2025
4 Maksudku membaca
Melompat 'Numts' dari Mitokondria Bisa Cepat dan Mematikan
Potongan DNA dari mitokondria dapat dengan cepat masuk ke dalam genom kita dan dapat memperpendek umur

Lingkaran kecil yang mengambang di dalam ilustrasi mitokondria ini mewakili DNA-nya.
Kateryna Kon/Perpustakaan Foto Sains/Getty Images
Mkebanyakan dari kita mengingat dua hal dari biologi sekolah menengah: bahwa mitokondria adalah pembangkit tenaga listrik sel dan bahwa kita mewarisi seperangkat kromosom yang stabil dari kedua orang tua kita. Kedua kebenaran tersebut hanya benar. Mitokondria melakukan lebih dari sekadar menghasilkan energi—mitokondria juga memampatkan dan mengirimkan informasi tentang keadaan sel. Dan kromosom kita, meski tersimpan aman di inti sel, masih jauh dari stabil. Sepotong kode genetik dari kromosom lain, atau bahkan dari virus, dapat melekat pada rantai DNA, mengubah cara DNA—dan cara kita—berfungsi.
Mitokondria berasal dari bakteri purba yang ditelan, jutaan tahun yang lalu, oleh sel nenek moyang yang menjadi asal muasal semua kehidupan. Sebagai makhluk hidup, mereka memiliki gen sendiri yang disebut DNA mitokondria (mtDNA). Dimulai pada tahun 1960-an, para peneliti menunjukkan—pertama pada tikus dan kemudian pada ragi dan manusia—bahwa potongan mtDNA juga dapat melompat ke dalam kromosom dan menamai penyisipan ini dengan segmen DNA mitokondria inti, atau kacang-kacangan (disebut “cacing baru”). Pada tahun 2022 Patrick Chinnery dari Universitas Cambridge dan rekan-rekannya membuat katalog jumlah lebih dari 60.000 manusia dan menemukan bahwa manusia baru diciptakan satu kali dalam sekitar 4.000 kelahiran. Kita semua berjalan-jalan dengan kacang yang kita warisi dari nenek moyang kita di dalam kromosom kita.
Namun, pada tahun 2024, Weichen (Arthur) Zhou dan Ryan Mills, keduanya di Universitas Michigan, dan Kalpita Karan, yang saat itu berada di lab saya di Universitas Columbia, bekerja sama dengan saya dan orang lain, membuat penemuan yang menakjubkan. Numtogenesis, atau pembentukan kacang-kacangan baru, terjadi tidak hanya selama ribuan tahun tetapi mungkin beberapa kali sepanjang hidup seseorang. Dalam kultur sel manusia, nutogenesis terjadi selama beberapa hari hingga beberapa minggu. Selain itu, kacang-kacangan tampaknya terkonsentrasi terutama di otak—dan mungkin memengaruhi berapa lama kita hidup.
Tentang mendukung jurnalisme sains
Jika Anda menyukai artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami dengan berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.
Studi inovatif ini dimulai di Rush University Medical Center, di mana sebuah tim yang dipimpin oleh ahli saraf David Bennett mengurutkan DNA dari lebih dari 1.000 sampel otak dari individu yang terdaftar dalam studi penuaan jangka panjang. Memindai data ini, Zhou, Mills, Karan dan rekan mereka menemukan bahwa kromosom dalam sel otak memiliki banyak kacang. Menariknya, korteks prefrontal, pusat pemikiran rasional tingkat tinggi, memiliki konsentrasi gangguan yang tinggi. Dan orang-orang dengan lebih banyak kacang di korteks prefrontalnya meninggal lebih awal. Orang dengan kognisi normal telah kehilangan nyawa hingga lima tahun per hitungan. (Pada penderita demensia yang disebabkan oleh penyakit Alzheimer, kacang-kacangan tampaknya tidak menjadi masalah: usia mereka saat meninggal tidak berhubungan dengan berapa banyak kacang yang mereka miliki di korteks prefrontal mereka.)
Semua pencarian kacang tanah sebelumnya dilakukan dengan menggunakan sel kekebalan dari sampel darah; itulah sebabnya komunitas ilmiah telah melewatkan fakta menakjubkan ini selama beberapa dekade. Sel kekebalan darah menjalani kontrol kualitas secara konstan, sehingga hanya sel terbaik yang bertahan untuk diurutkan. Mungkin, sel kekebalan pada kacang-kacangan sudah tereliminasi—atau mungkin kacang-kacangan tidak ada lagi di dalam sel kekebalan. Di otak, neuron buruk tidak dapat dibuang begitu saja, itulah sebabnya neuron dengan perubahan genom dari kacang bertahan cukup lama untuk memenuhi pengurutan DNA.
Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana fragmen mtDNA ini bisa masuk ke dalam nukleus. Mitokondria, yang sekarang kita ketahui, memiliki banyak cara untuk melepaskan DNA mereka ke dalam sitoplasma yang mengelilingi sel inangnya. Sesampainya di sana, fragmen mtDNA dapat memasuki nukleus melalui pori-pori di dindingnya atau, jika sel membelah, merembes ke dalam saat selubungnya larut dan berkumpul kembali. Apa pun yang terjadi, pelepasan mtDNA tampaknya merupakan proses yang diatur secara mitokondria.
Fakta bahwa kacang-kacangan dapat mempengaruhi kesehatan mungkin tidak terlalu mengejutkan. Retrotransposon, fragmen gen yang berpindah dari satu kromosom ke kromosom lainnya, memicu peradangan dan dapat menyebabkan penuaan. Pada tahun 2017 Keshav K. Singh dan peneliti lainnya di Universitas Alabama di Birmingham, menunjukkan bahwa numuntogenesis meningkat dalam sel kanker dan dapat berkontribusi pada pembentukan kanker.
Tapi seberapa cepat kacang baru bisa muncul di sel normal? Untuk menjawab pertanyaan ini dalam penelitian kelompok kami pada tahun 2024, Karan menggunakan database Cellular Lifespan Study yang dikembangkan oleh Gabriel Sturm, di mana sel-sel dari individu yang berbeda dikultur. secara in vitro dan diamati seiring berjalannya waktu seiring bertambahnya usia. Ia menemukan bahwa sel manusia yang dikultur rata-rata mengumpulkan satu kacang baru setiap 13 hari—tingkat yang luar biasa. Penghilangan sel dari tubuh mempercepat berbagai ciri penuaan, yang mungkin menjelaskan mengapa nuntogenesis terjadi begitu cepat dalam kultur sel.
Kami juga menemukan bahwa stres mempercepat nutogenesis. Karya yang diterbitkan oleh Sturm, Natalia Bobba-Alves, saat itu di Columbia, saya dan rekan kami pada tahun 2023 menunjukkan bahwa stres “energik”, yang disebabkan oleh kurangnya energi dalam sel, dapat mempengaruhi kesehatan mitokondria. Karan menemukan bahwa ketika mitokondria tidak berfungsi, seperti yang terjadi pada orang dengan penyakit mitokondria (dan, pada tingkat lebih rendah, pada penderita diabetes dan gangguan metabolisme lainnya), sel dalam kultur mengumpulkan nutrisi hingga 4,7 kali lebih cepat. Sel dengan mitokondria yang rusak menunjukkan jumlah baru setiap tiga hari sekali.
Temuan ini menunjukkan cara baru di mana stres dapat mempengaruhi biologi sel kita: membuat mitokondria lebih mungkin melepaskan potongan mtDNA yang kemudian “menginfeksi” kromosom. Dan mereka menambahkan cara lain di mana mitokondria membentuk kesehatan kita lebih dari sekedar transformasi energi: secara langsung mengubah urutan genom kita. Numtogenesis mungkin berfungsi untuk mempercepat evolusi sebagai respons terhadap stres.
Yang paling penting, karena orang yang memiliki lebih banyak kacang di otaknya meninggal lebih awal, kita juga harus menambahkan nutogenesis ke dalam daftar mekanisme yang mungkin berkontribusi pada berapa lama kita hidup. Mitokondria memberi kita energi dan kehidupan, tentu saja, tetapi mereka juga dapat berkontribusi untuk meredupkan api kehidupan batin kita.