King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) melalui studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Nature telah berhasil menangkap momen saat DNA mulai terbuka, yang memungkinkan seluruh rangkaian peristiwa replikasi DNA terjadi.
Seperti dilaporkan kantor berita Saudi SPA pada 25 Maret 2025, observasi langsung ini memberikan penjelasan mengenai mekanisme fundamental yang memungkinkan sel menggandakan materi genetik mereka, sebuah proses yang sangat penting bagi pertumbuhan dan reproduksi.
Tim peneliti yang dipimpin oleh Asisten Profesor KAUST Alfredo De Biasio dan Profesor Samir Hamdan menggunakan teknik cryo-electron microscopy (cryo-EM) serta teknik deep learning untuk mengamati interaksi enzim helikase Simian Virus 40 Large Tumor Antigen dengan DNA. Apakah kita pernah membayangkan bagaimana mesin biologis sekecil itu bekerja di dalam sel kita?
Penelitian mereka memberikan deskripsi paling terperinci mengenai langkah-langkah awal replikasi DNA, dengan merinci 15 status atom yang mengilustrasikan bagaimana helikase memaksa DNA untuk terbuka. Pencapaian ini disebut sebagai tonggak dalam penelitian helikase sekaligus dalam pengamatan dinamika enzim apa pun pada resolusi atom.
Setelah berikatan, helikase mencairkan DNA dengan memutus ikatan kimia yang menyatukan heliks ganda. Bagaimana tepatnya proses pemutusan ikatan kimia ini terjadi tanpa merusak struktur lainnya? Setelah itu, helikase menarik kedua untaian tersebut agar terpisah, sehingga memungkinkan enzim lain untuk menyelesaikan proses replikasi. Tanpa langkah pertama ini, tidak ada DNA yang dapat direplikasi, sehingga helikase berfungsi sebagai mesin atau nanomesin karena ukurannya.
Studi tersebut menemukan bahwa saat adenosine triphosphate (ATP) dikonsumsi, hal itu mengurangi kendala fisik yang memungkinkan helikase bergerak di sepanjang DNA, sehingga membuka lebih banyak untaian ganda. Mungkinkah konsumsi energi ATP menjadi kunci utama dalam stabilitas genetik kita? Konsumsi ATP bertindak sebagai sakelar yang meningkatkan jumlah entropi, atau ketidakteraturan, dalam sistem, yang membebaskan helikase untuk bergerak di sepanjang DNA.
Alfredo De Biasio menjelaskan bahwa helikase menggunakan ATP bukan untuk memisahkan DNA dalam satu gerakan, melainkan untuk siklus perubahan konformasi yang secara progresif mendestabilisasi dan memisahkan untaian tersebut. Mengapa perubahan konformasi bertahap ini lebih efektif daripada satu gerakan tunggal? Proses ini memastikan bahwa pemisahan untaian terjadi secara terkontrol.
Penelitian ini menyoroti bagaimana interaksi antara energi kimia dan struktur fisik memungkinkan replikasi materi genetik berlangsung. Apa dampak jangka panjang dari penemuan resolusi atom ini terhadap pemahaman kita tentang biologi molekuler? Dengan memetakan 15 status atom, para ilmuwan kini memiliki gambaran lebih jelas tentang dinamika enzim.
Rilis tersebut juga menekankan berbagai penemuan yang dibuat oleh para ilmuwan KAUST dalam studi ini. Namun, rilis tersebut tidak merinci aplikasi klinis spesifik atau jadwal pengembangan terapi berbasis temuan ini.
Teknologi apa yang digunakan ilmuwan KAUST dalam penelitian ini? Tim peneliti yang dipimpin oleh Asisten Profesor Alfredo De Biasio dan Profesor Samir Hamdan menggunakan cryo-electron microscopy (cryo-EM) dan teknik deep learning. Teknologi ini memungkinkan mereka mengamati interaksi enzim helikase Simian Virus 40 Large Tumor Antigen dengan DNA pada resolusi atom.
Apa peran enzim helikase dalam replikasi DNA? Helikase berfungsi sebagai nanomesin yang mencairkan DNA dengan memutus ikatan kimia yang menyatukan heliks ganda. Setelah itu, helikase menarik kedua untaian terpisah sehingga enzim lain dapat menyelesaikan replikasi, karena tanpa langkah awal ini, DNA tidak dapat direplikasi.
Bagaimana ATP mempengaruhi pergerakan helikase? Konsumsi adenosine triphosphate (ATP) mengurangi kendala fisik yang memungkinkan helikase bergerak di sepanjang DNA untuk membuka untaian ganda. ATP bertindak sebagai sakelar yang meningkatkan entropi atau ketidakteraturan dalam sistem, sehingga membebaskan helikase untuk bergerak.