King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) telah berjaya merakam detik DNA mula terbuka, yang membolehkan semua proses replikasi DNA berlaku selepas itu.
Seperti dilaporkan agensi berita Saudi SPA pada 25 Mac 2025, kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature ini memberikan pemerhatian langsung terhadap mekanisme asas yang membolehkan sel menggandakan bahan genetik mereka, satu proses yang sangat penting untuk pertumbuhan dan pembiakan organisma.
Pasukan penyelidik tersebut diketuai oleh Profesor Pembantu KAUST, Alfredo De Biasio dan Profesor Samir Hamdan. Mereka menggunakan teknik mikroskopi elektron kriogenik (cryo-EM) serta teknik pembelajaran mendalam (deep learning) untuk memerhati interaksi antara enzim helikase, iaitu Simian Virus 40 Large Tumor Antigen, dengan DNA. Adakah kita benar-benar memahami betapa kompleksnya jentera kecil dalam sel kita ini?
Penyelidikan ini menyediakan huraian paling terperinci mengenai langkah-langkah terawal replikasi DNA, dengan memperincikan 15 keadaan atom yang menggambarkan bagaimana helikase memaksa DNA untuk terbuka. Pencapaian ini bukan sahaja menjadi satu pencapaian dalam penyelidikan helikase, malah merupakan satu kejayaan dalam memerhati dinamik mana-mana enzim pada resolusi atom. Bagaimanakah teknologi cryo-EM mampu mengubah persepsi kita terhadap biologi molekul?
Apabila terikat, helikase akan mencairkan DNA dengan memutus ikatan kimia yang memegang heliks berkembar tersebut. Seterusnya, ia menarik kedua-dua rantaian itu berasingan, sekali gus membolehkan enzim lain melengkapkan proses replikasi. Tanpa langkah pertama ini, tiada DNA yang boleh direplikasi. Dalam konteks ini, helikase berfungsi sebagai mesin atau, disebabkan saiznya yang sangat kecil, ia dikenali sebagai nanomesin. Tidakkah menakjubkan melihat bagaimana nanomesin ini beroperasi dengan ketepatan yang begitu tinggi?
Kajian tersebut mendapati bahawa apabila adenosina trifosfat (ATP) digunakan, ia mengurangkan kekangan fizikal yang membolehkan helikase bergerak di sepanjang DNA, seterusnya membuka lebih banyak rantaian berkembar tersebut. Oleh itu, penggunaan ATP bertindak sebagai suis yang meningkatkan jumlah entropi, atau tahap ketidakteraturan dalam sistem, yang membebaskan helikase untuk bergerak sepanjang DNA. Apakah implikasi penggunaan tenaga ATP ini terhadap kestabilan genetik kita?
De Biasio menjelaskan bahawa helikase tidak menggunakan ATP untuk mengumpil DNA terbuka dalam satu gerakan tunggal, sebaliknya ia melalui kitaran perubahan konformasi yang secara progresif menggoyahkan dan memisahkan rantaian tersebut. Mampukah penemuan ini membawa kepada rawatan baharu bagi penyakit yang berkaitan dengan kegagalan replikasi DNA? Adakah kita kini lebih dekat untuk mengawal proses genetik pada tahap atom?
Kenyataan tersebut turut menekankan bahawa penemuan oleh saintis KAUST ini memberikan pemahaman baharu tentang bagaimana tenaga kimia ditukarkan kepada kerja mekanikal pada skala nano. Walau bagaimanapun, sumber tidak memperincikan aplikasi klinikal segera atau garis masa untuk penggunaan penemuan ini dalam terapi perubatan.
Apakah teknologi yang digunakan oleh saintis KAUST dalam kajian ini? Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Alfredo De Biasio dan Samir Hamdan menggunakan mikroskopi elektron kriogenik (cryo-EM) dan teknik pembelajaran mendalam (deep learning). Teknologi ini membolehkan mereka memerhati interaksi enzim helikase Simian Virus 40 Large Tumor Antigen dengan DNA pada resolusi atom.
Bagaimanakah enzim helikase berfungsi mengikut kajian tersebut? Helikase bertindak sebagai nanomesin yang mencairkan DNA dengan memutus ikatan kimia heliks berkembar dan menarik kedua-dua rantaian berasingan. Proses ini adalah langkah pertama yang wajib berlaku sebelum enzim lain dapat melengkapkan replikasi DNA untuk pertumbuhan dan pembiakan.
Apakah peranan ATP dalam proses pembukaan DNA? Penggunaan adenosina trifosfat (ATP) bertindak sebagai suis yang mengurangkan kekangan fizikal dan meningkatkan entropi dalam sistem. Ini membolehkan helikase bergerak di sepanjang DNA melalui perubahan konformasi yang menggoyahkan dan memisahkan rantaian DNA secara progresif.
Apakah kepentingan utama penemuan ini dalam bidang sains? Kajian ini memberikan huraian paling terperinci mengenai 15 keadaan atom dalam langkah awal replikasi DNA. Ia dianggap sebagai pencapaian besar bukan sahaja dalam penyelidikan helikase, tetapi juga dalam pemerhatian dinamik mana-mana enzim pada resolusi atom.