World

Cacing Hidup Lebih Lama dengan Mitokondria Didukung oleh Cahaya: Pracetak



MDisfungsi mitokondria telah lama dikaitkan dengan penuaan, membuat pencegahan atau pembalikan pembusukan organel menjadi prioritas utama bagi para peneliti umur panjang. Salah satu target utama untuk pekerjaan tersebut adalah penurunan potensial membran organel: perbedaan muatan listrik antara setiap sisi membran mitokondria bagian dalam yang penting untuk produksi energi. Sekarang, penelitian yang diterbitkan 12 Mei sebagai bioRxiv pracetak yang belum ditinjau sejawat menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk merekayasa secara genetik pompa proton yang diaktifkan cahaya ke dalam mitokondria Caenorhabditis elegans yang mempertahankan tegangan melintasi membran mitokondria bagian dalam seiring bertambahnya usia cacing—dan dengan demikian, memperpanjang umur hewan.

“Ada beberapa intervensi yang ditargetkan ke mitokondria yang mampu memperpanjang [the] umur spesies yang beragam,” kata ahli biokimia Universidade Federal de São Paulo Fernanda Marques da Cunha, yang tidak berpartisipasi dalam penelitian ini. “Tapi ini sedikit berbeda karena mereka menunjukkan parameter mitokondria tertentu, sehingga mereka meningkatkan potensi membran dengan cara yang bersih,” tanpa mempengaruhi aspek lain dari organel, tambahnya. Hal ini membuat pencapaian tersebut “sangat menarik”.

Teknologi yang mendasarinya pertama kali dijelaskan dalam penelitian tahun 2020, di mana peneliti mitokondria Universitas Rochester Medical Center Andrew Wojtovich dan rekan-rekannya menemukan dampak pompa proton pada mitokondria. Ketika mereka merekayasa pompa—yang secara alami ditemukan di dalam sel jamur—menjadi C. elegan, potensi membran mitokondria hewan meningkat, yang meningkatkan produksi bahan bakar molekuler. Prosesnya, mereka menunjukkan, tidak membutuhkan substrat metabolik seperti glukosa atau oksigen. Sebaliknya, pompa menggunakan cahaya untuk mendorong pergerakan proton melintasi membran dalam, mendorong sintesis ATP. Tim menamai alat ini mitokondria-ON (mtON), yang hanya berfungsi jika hewan yang diedit gen diperlakukan dengan cahaya dan dilengkapi dengan turunan vitamin A yang disebut all-trans retinal, yang bertindak sebagai kofaktor untuk pompa.

Shahaf Peleg, seorang peneliti tua di Institut Penelitian untuk Biologi Hewan Ternak di Dummerstorf, Jerman, yang tidak berpartisipasi dalam pengembangan alat tersebut, mengatakan bahwa dia terkejut saat pertama kali melihat makalah itu. Dia mengatakan Para ilmuwan dia beralasan bahwa mtON tidak hanya mengendalikan mitokondria, tetapi juga memungkinkan hewan memanfaatkan cahaya untuk “menghasilkan energi tanpa mengonsumsi makanan.” Berdasarkan asosiasi terkenal antara fungsi mitokondria dan penuaan, ia langsung memikirkan potensi alat untuk memperpanjang hidup. Dia mengatakan dia menghubungi Wojtovich keesokan harinya, dan mereka segera mulai berkolaborasi dalam sebuah proyek yang menguji apakah pompa proton yang direkayasa memang dapat menunda penuaan pada hewan. Dalam pracetak baru, mereka melaporkan hasil pertama dari kolaborasi ini.

Menggunakan dua kelompok galur cacing yang diedit gen, satu yang pompanya terintegrasi ke dalam mitokondrianya melalui injeksi DNA dan yang lainnya melalui CRISPR/Cas9, para peneliti menguji hipotesis mereka dengan memaparkan cacing pada cahaya, melengkapi mereka dengan kofaktor yang diperlukan, dan menilai berapa lama mereka hidup. Mereka menemukan bahwa mengaktifkan mtON dengan suplementasi all-trans retinal meningkatkan umur 6 hingga 38 persen dibandingkan dengan cacing rekayasa yang sama yang tidak diberi all-trans retinal, tergantung pada ketegangan dan intensitas cahaya. Semua percobaan dilakukan di dua laboratorium yang berbeda (Wojtovich dan Matt Kaeberlein di University of Washington).

“Mereka berhati-hati dalam mereplikasi perpanjangan umur di berbagai latar belakang dan laboratorium yang berbeda,” kata Marques da Cunha, “ini tidak begitu umum. [and] ini baik.”

Shane Rea, seorang peneliti tua di University of Washington yang tidak terlibat dalam penelitian ini tetapi telah berkolaborasi dengan Kaeberlein pada proyek lain, mencatat bahwa penting untuk menambahkan kontrol lain: cacing tipe liar yang terpapar cahaya dan dilengkapi dengan all-trans retinal untuk memastikan bahwa pompa proton, dan bukan cahaya dan kofaktor, yang bertanggung jawab atas perpanjangan umur cacing yang direkayasa. Brandon Berry, penulis pertama makalah yang melaporkan alat dan pracetak yang baru-baru ini diposting, menjelaskan kepada Para ilmuwan melalui email bahwa tim telah melakukan percobaan percontohan untuk mengatasi hal ini—tidak termasuk dalam pracetak—dan mereka telah menemukan bahwa pemberian cahaya dan kofaktor retina semua trans tanpa rekayasa pompa tidak berpengaruh pada umur panjang cacing. Dia menambahkan bahwa eksperimen serupa menunjukkan “alat optogenetik mitokondria ini berfungsi melalui potensi membran dan bukan efek target.”

Tim menunjukkan dalam pracetak bahwa intervensi tidak mempengaruhi kesehatan cacing, dan tes awal menunjukkan bahwa itu benar-benar dapat memperbaikinya, bahkan di luar peningkatan umur. Mereka secara khusus menilai seberapa baik cacing dapat meronta-ronta dalam cairan, menemukan bahwa mengaktifkan mtON meningkatkan kemampuan mereka untuk bergerak seiring bertambahnya usia dibandingkan dengan cacing yang tidak dilengkapi dengan kofaktor.

Cole Haynes, ahli biologi sel dari University of Massachusetts Chan Medical School, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut, mengatakan bahwa tingkat meronta-ronta adalah ukuran yang baik untuk kesehatan secara keseluruhan dan fungsi neuromuskular pada cacing. Peleg menambahkan bahwa ini adalah “bukti fisiologis yang sangat awal” dari hewan yang lebih sehat, tetapi lebih banyak pekerjaan diperlukan untuk memahami apakah alat tersebut juga meningkatkan aspek kesehatan lainnya.

Melihat “C. elegan Lebih Sehat Tanpa Gen Panjang Umur”

Peleg menjelaskan bahwa dia, Wojtovoch, dan Berry adalah rekan pemohon paten berdasarkan temuan bahwa mtON dapat memperpanjang umur. Dia mengatakan tim sedang menguji lebih lanjut pertanyaan-pertanyaan ini pada organisme model lain, seperti lalat dan tikus, untuk menilai apakah mtON “bekerja di luar cacing.”

Jika hasil yang dilaporkan dalam pracetak benar, Rea menambahkan, itu akan menunjukkan bahwa mempertahankan potensi membran cukup untuk memperpanjang umur suatu organisme, yang merupakan informasi yang mungkin juga berlaku untuk manusia. Ini menunjukkan “masalah apa yang perlu dipecahkan,” dan mungkin membuka pintu bagi pendekatan baru untuk mengatasi penurunan kesehatan pada manusia dengan mempertahankan potensi membran mitokondria.

Haynes mengungkapkan sentimen serupa, mengatakan bahwa hasilnya dapat memotivasi pencarian molekul kecil yang dapat meningkatkan potensi membran mitokondria pada manusia, mirip dengan cara kerja mtON pada cacing. “Itu target pengembangan obat. . . dengan beberapa janji,” tambahnya. “Idenya cukup menarik,” Haynes menyimpulkan.

Lihat “Dapatkah Menghancurkan Sel Senescent Mengobati Penyakit Terkait Usia?”

Artikel ini pertama kali tayang di situs www.the-scientist.com

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button