Peneliti di Universitas Utrecht telah merancang sensor fluoresen yang memungkinkan ilmuwan mengamati kerusakan dan perbaikan DNA secara real time di dalam sel hidup dan bahkan dalam organisme utuh. Dibangun dari komponen protein seluler alami, alat ini memberikan pandangan kontinu tentang dinamika perbaikan sambil meminimalkan gangguan terhadap mesin sel itu sendiri. Penelitian ini, yang dilaporkan di Nature Communications, dapat membantu penelitian kanker, pengujian obat, dan studi penuaan.
DNA di dalam sel terus-menerus rusak oleh sumber seperti sinar matahari, bahan kimia, radiasi, dan aktivitas metabolisme normal. Sebagian besar kerusakan ini diperbaiki dengan cepat dan efisien, tetapi ketika perbaikan gagal, kesalahan yang dihasilkan dapat berkontribusi pada kanker, penuaan, dan penyakit lainnya, menurut peneliti Universitas Utrecht.
Hingga baru-baru ini, ilmuwan terutama mempelajari peristiwa perbaikan ini menggunakan metode snapshot yang memerlukan pembunuhan dan fiksasi sel pada titik waktu berbeda. Pendekatan ini hanya menawarkan pandangan terisolasi dari proses yang sangat dinamis dan menyulitkan untuk mengikuti bagaimana kerusakan terbentuk dan diselesaikan seiring waktu.
Sensor baru ini mengubah itu dengan memungkinkan pemantauan real time kerusakan DNA di sistem hidup. Ia menggunakan tag fluoresen yang melekat pada domain kecil yang berasal dari salah satu protein sel itu sendiri, yang secara singkat mengikat penanda spesifik yang muncul pada DNA yang rusak. Karena interaksi ini lembut dan reversibel, sensor dapat menyala di situs kerusakan tanpa mengganggu mekanisme perbaikan sel secara substansial, memberikan gambaran respons yang lebih realistis.
Peneliti utama Tuncay Baubec menggambarkan keunggulannya dalam wawancara yang dirilis oleh Universitas Utrecht: «Sensor kami berbeda. Ia dibangun dari bagian-bagian yang diambil dari protein alami yang sudah digunakan oleh sel. Ia menyala dan padam di situs kerusakan dengan sendirinya, sehingga yang kita lihat adalah perilaku sel yang asli.»
Biolog Richard Cardoso da Silva, yang merancang dan menguji alat ini, mengingat momen kunci dalam proyek. «Saya sedang menguji beberapa obat dan melihat sensor menyala tepat di tempat antibodi komersial melakukannya,» katanya. «Itulah saat saya berpikir: ini akan berhasil.»
Dalam eksperimen laboratorium, tim menggunakan sensor untuk mengikuti bagaimana sinyal kerusakan muncul dan memudar seiring waktu di sel yang dikultur, menangkap urutan lengkap perbaikan DNA dalam satu rekaman kontinu daripada dalam beberapa eksperimen terpisah. Peneliti dapat melihat kapan kerusakan muncul, seberapa cepat protein perbaikan terkumpul di situs tersebut, dan kapan sinyal hilang saat sel menyelesaikan masalah.
Sensor ini juga berkinerja baik pada organisme utuh. Kolaborator di Universitas Utrecht menguji probe berbasis protein pada cacing nematoda Caenorhabditis elegans, model yang banyak digunakan dalam biologi. Di sana, ia mendeteksi pemutusan DNA yang diprogram yang terbentuk selama perkembangan. Baubec mengatakan ini menunjukkan bahwa «alat ini bukan hanya untuk sel di lab. Ia juga dapat digunakan pada organisme hidup nyata.»
Karena sensor ini modular, ilmuwan dapat menghubungkannya dengan komponen molekuler lainnya. Menurut rilis Universitas Utrecht, fleksibilitas ini dapat memungkinkan peneliti untuk memetakan di mana kerusakan DNA terjadi di seluruh genom, menganalisis protein mana yang berkumpul di situs rusak, dan bahkan memindahkan DNA rusak ke posisi berbeda di nukleus untuk menguji bagaimana lokasi memengaruhi perbaikan.
Meskipun sensor ini bukan pengobatan, tim mengharapkan ia mendukung penelitian medis dan toksikologi. Banyak terapi kanker dan senyawa eksperimental bekerja dengan merusak DNA pada sel tumor, dan pengujian tahap awal sering bergantung pada antibodi untuk mengukur seberapa banyak kerusakan yang disebabkan oleh obat. Kelompok Utrecht melaporkan bahwa sensor sel hidup mereka dapat membuat penilaian tersebut lebih murah, lebih cepat, dan lebih akurat, serta dapat membantu dalam studi penuaan alami dan pemantauan paparan radiasi atau agen mutagenik lainnya.
Pekerjaan ini digambarkan dalam jurnal Nature Communications dengan judul «Pembaca kromatin yang dirancang melacak dinamika kromatin rusak pada sel hidup dan hewan,» dipimpin oleh penulis pertama Richard Cardoso da Silva dan penulis senior Tuncay Baubec. Universitas Utrecht mengatakan tim telah membuat alat ini tersedia secara terbuka, dengan informasi dan konstruksi dibagikan secara online sehingga laboratorium lain dapat mulai menggunakan sensor dalam penelitian perbaikan DNA mereka sendiri.
