Sebuah studi baru menyajikan metode baru untuk memahami regulasi gen bakteri, yang berpotensi mempercepat upaya memerangi resistensi antibiotik. Dengan memeriksa bagaimana replikasi DNA mempengaruhi transkripsi gen, para peneliti telah mengembangkan cara untuk mengidentifikasi keadaan regulasi gen, sehingga memberikan wawasan tentang pertumbuhan mikroba dan mekanisme resistensi. Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti menemukan metode untuk mempercepat studi regulasi gen bakteri, yang dapat membantu melawan resistensi antibiotik dengan melakukan analisis DNA dampak replikasi pada ekspresi gen.
Infeksi bakteri menyebabkan jutaan kematian setiap tahunnya, dan ancaman global diperburuk dengan meningkatnya resistensi mikroba terhadap pengobatan antibiotik. Hal ini sebagian disebabkan oleh kemampuan bakteri untuk menghidupkan dan mematikan gen ketika mereka merasakan perubahan lingkungan, termasuk keberadaan obat-obatan. Peralihan tersebut dicapai melalui transkripsi, yang mengubah DNA dalam gen menjadi sepupu kimianya dalam mRNA, yang memandu pembentukan protein yang membentuk struktur mikroba.
Oleh karena itu, memahami bagaimana produksi mRNA diatur untuk setiap gen bakteri merupakan hal yang penting dalam upaya melawan resistensi, namun pendekatan yang digunakan untuk mempelajari peraturan ini hingga saat ini masih sangat sulit. Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan mengungkapkan sebuah trik yang dapat mempercepat upaya tersebut.
Mempercepat Penelitian dengan Penemuan Baru
Para peneliti dari NYU Grossman School of Medicine dan University of Illinois Urbana-Champaign menunjukkan bahwa cara gen dihidupkan dan dimatikan seiring pertumbuhan bakteri memberikan petunjuk mengenai regulasinya.
Menurut penulis penelitian, organisme dari bakteri hingga manusia tumbuh ketika sel-selnya berkembang biak dengan cara membelah, dengan setiap sel menjadi dua. Sebelum sel membelah, mereka harus menyalin DNA mereka sedemikian rupa sehingga masing-masing sel anak memiliki salinannya. Untuk melakukannya, mesin molekuler yang disebut DNA polimerase memeriksa rantai DNA, membaca dan membuat salinan setiap gen satu per satu.
Diterbitkan secara online hari ini (24 Januari) di jurnal Alampenelitian ini menambah penjelasan tentang bagaimana ekspresi gen di seluruh genom dibentuk oleh replikasi DNA selama pertumbuhan bakteri. Secara khusus, tim peneliti menemukan bahwa ketika DNA polimerase sampai pada gen tertentu, hal itu mengganggu transkripsi sehingga mengungkapkan status regulasi gen tersebut.
Profil Interaksi Transkripsi-Replikasi (TRIP)
“Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa replikasi gen yang konstan selama siklus sel saat sel bakteri bereproduksi dan tumbuh dapat dieksploitasi untuk mempelajari banyak aspek tentang bagaimana gen diatur,” kata ketua peneliti studi Andrew Pountain, PhD, seorang peneliti pascadoktoral. di NYU Langone Health dan Institut Genetika Sistem.
“Kami menyukai analogi elektrokardiogram dalam dunia kedokteran,” kata Itai Yanai, peneliti senior studi tersebut dan profesor di Institut Sistem Genetika NYU Langone. Dengan memantau pola aktivitas listrik di jantung, EKG mengungkapkan serangkaian gelombang yang memberikan gambaran grafis dan rinci mengenai kesehatan jantung pasien. Demikian pula, gelombang perubahan kelimpahan mRNA sebagai respons terhadap replikasi gen menghasilkan tanda tangan pada grafik, yang penulis sebut sebagai profil interaksi transkripsi-replikasi, atau TRIP.
Para peneliti menunjukkan bagaimana gelombang tertentu dapat dikaitkan dengan fitur tertentu. Misalnya, apakah suatu gen berada di bawah bentuk kendali tertentu, yang dikenal sebagai represi, di mana protein menghalangi pembuatan mRNA gen tersebut. Gen-gen yang ditekan ini ternyata memiliki pola TRIP yang khas dan berduri.
“Tujuan kami adalah untuk memahami bagaimana regulasi gen membentuk TRIPs ini, dengan tujuan menggunakannya untuk mendiagnosis regulasi gen di ribuan gen dalam bakteri,” tambah Yanai. “Kami berharap penyelidikan lebih lanjut terhadap profil ekspresi gen akan memberikan wawasan tentang bagaimana kelompok gen merespons gangguan atau perubahan di lingkungan mereka.”
Arah Masa Depan dan Inovasi Teknologi
Tim selanjutnya berencana untuk menyelidiki TRIP spesifik dari gen yang diketahui terlibat dalam kemampuan bakteri menyebabkan penyakit untuk mendapatkan petunjuk bagaimana menghentikan atau menghentikannya. Pada akhirnya, mereka percaya bahwa kemajuan teknologi akan memungkinkan mereka menyelami lebih dalam perilaku gen pada berbagai bakteri jenis.
Studi baru ini dimungkinkan karena kemajuan teknologi dalam melacak aktivitas gen dalam sel individu secara real time melalui scRNA-seq, atau pengurutan sel tunggal, dan smFISH, kependekan dari hibridisasi fluoresensi in situ molekul tunggal.
Referensi: “Interaksi transkripsi-replikasi mengungkap regulasi genom bakteri” 24 Januari 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-023-06974-w
Peneliti NYU Langone lain yang terlibat dalam penelitian ini termasuk Peien Jiang, Magdalena Podkowik, Bo Shopsin, dan Victor Torres. Rekan penyelidik studi termasuk Tianyou Yao, Ehsan Homaee, Yichao Guan, Kevin McDonald, dan Ido Golding.
Dukungan pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh Institut Kesehatan Nasional memberikan R21AI169350, R01AI143290, R01AI137336, dan R36GM140709. Dukungan pendanaan tambahan datang dari Alfred P. Sloan Foundation, dan Beasiswa Penelitian Sarjana Ralph O. Simmons.
