DNA Memiliki Kode Genetika, Tetapi Apa Yang Membacanya? Penulis 'Mesin Gen' Menjelaskan

Sebagai inti seperti halnya DNA bagi diri kita sendiri, heliks ganda yang terkenal adalah inti dari studi biologi di seluruh dunia. Tetapi molekul-molekul fundamental ini tidak dapat bekerja sendiri. DNA menyimpan kode sumber dan data untuk membangun tubuh kita, dan penemuannya membuka pintu bagi banyak penelitian baru, termasuk pertanyaan, "Mesin apa yang membaca kode kita?"

Ahli biologi pemenang Hadiah Nobel Venki Ramakrishnan mengungkap perjalanan untuk mengejar jawabannya Gene Machine: Perlombaan untuk Menguraikan Rahasia Ribosome. Dia memaparkan perjalanannya yang ambisius dalam menghadapi ketidakpastian, menjelaskan tidak hanya sains dengan kejelasan yang jernih, tetapi juga menawarkan perspektif tentang politik yang kompleks seputar pengejaran pengetahuan dengan kerendahan hati.

Di bawah ini adalah kutipan dari Mesin Gen, diterbitkan minggu ini oleh Basic Books.

Muncul Dari Kabut Primordial

Bagaimana kehidupan dimulai adalah salah satu misteri besar biologi yang tersisa. Semua kehidupan memerlukan beberapa bentuk energi dalam lingkungan kimia yang tepat. Beberapa orang telah menunjukkan bahwa banyak kimia yang digunakan kehidupan menyerupai jenis kimia yang terjadi di tepi lubang panas bumi di lautan. Sekalipun ini hanya kebetulan seperti yang diperdebatkan orang lain, akan bermanfaat untuk memikirkan kondisi apa yang memungkinkan kehidupan muncul. Tetapi pada dasarnya kehidupan lebih dari serangkaian reaksi kimia; itu adalah kemampuan untuk menyimpan dan mereproduksi informasi genetik dengan cara yang memungkinkan bentuk kehidupan yang kompleks berevolusi dari yang sangat primitif. Dengan kriteria ini, tidak ada pertanyaan bahwa virus pun hidup, walaupun orang biasa mempertanyakannya karena mereka membutuhkan sel inang untuk bereproduksi. Namun, siapa pun yang menjadi sakit karena virus dan mengalami tubuhnya melawan infeksi tidak akan ragu bahwa virus itu hidup.

Masalahnya adalah bahwa dalam hampir semua bentuk kehidupan, DNA membawa informasi genetik, tetapi DNA itu sendiri lembam dan dibuat oleh sejumlah besar enzim protein, yang tidak hanya membutuhkan RNA tetapi juga ribosom untuk membuat enzim tersebut. Selain itu, gula dalam DNA, deoksiribosa, dibuat dari ribosa oleh protein rumit yang besar. Tidak ada yang bisa mengerti bagaimana keseluruhan sistem bisa dimulai. Para ilmuwan yang berpikir tentang bagaimana kehidupan dimulai, seperti Crick, Leslie Orgel di Salk Institute di La Jolla, dan Carl Woese di University of Illinois, menyarankan bahwa mungkin kehidupan dimulai dengan RNA. Pada saat itu, ini adalah spekulasi murni - hampir fiksi ilmiah - karena RNA tidak diketahui mampu melakukan reaksi kimia.

Penemuan Cech dan Altman mengubah semua itu. RNA sekarang merupakan molekul yang dapat membawa informasi sebagai urutan basa, seperti halnya DNA, dan juga dapat melakukan reaksi kimia seperti protein. Kita sekarang tahu bahwa blok bangunan RNA dapat dibuat dari bahan kimia sederhana yang bisa ada di bumi miliaran tahun yang lalu. Jadi adalah mungkin untuk membayangkan bagaimana kehidupan mungkin dimulai dengan banyak molekul RNA yang dibuat secara acak sampai beberapa dari mereka dapat mereproduksi sendiri. Begitu ini terjadi, evolusi dan seleksi alam dapat memungkinkan semakin banyak molekul rumit dibuat, pada akhirnya bahkan serumit ribosom primordial. Gagasan tentang dunia RNA primordial, istilah yang pertama kali diciptakan oleh Wally Gilbert, menjadi diterima secara luas.

Ribosom mungkin telah dimulai di dunia yang didominasi RNA tetapi karena membuat protein, ia menjadi kuda Trojan. Protein ternyata jauh lebih baik dalam melakukan sebagian besar jenis reaksi daripada RNA karena asam amino mereka mampu lebih bervariasi secara kimia daripada molekul RNA yang lebih sederhana. Ini berarti bahwa ketika protein dibuat, mereka berangsur-angsur berevolusi untuk mengambil alih sebagian besar fungsi molekul RNA pada saat itu dan banyak lagi. Dengan melakukan itu, mereka mengubah hidup seperti yang kita tahu. Ini juga dapat menjelaskan mengapa meskipun ribosom memiliki banyak RNA, enzim yang mereplikasi DNA atau menyalinnya ke RNA sekarang seluruhnya terbuat dari protein. Ini mungkin karena penggunaan DNA untuk menyimpan gen muncul kemudian; pada saat itu, protein telah menjadi lazim dan melakukan sebagian besar reaksi dalam sel.

Tentu saja, ini tidak menjelaskan bagaimana gen membawa kode untuk membuat protein muncul. Dugaan terbaik adalah bahwa bentuk awal ribosom baru saja membuat peptida acak pendek, yang membantu meningkatkan enzim RNA yang ada saat itu. Tetapi dari sana, bagaimana gen berasal yang membawa instruksi untuk membuat protein yang memiliki asam amino yang dirangkai dalam urutan yang sangat spesifik adalah sebuah lompatan dan masih merupakan salah satu misteri besar kehidupan. Dan itu pada gilirannya akan berarti bahwa selain subunit besar, banyak elemen lain harus ada: mRNA untuk membawa kode genetik, tRNA untuk membawa asam amino, dan subunit kecil untuk menyediakan platform untuk mRNA dan tRNA untuk diikat. Tetapi sebelum penemuan katalisis RNA, orang tidak bisa melihat bagaimana sistem dapat dimulai bahkan pada prinsipnya.

Dikutip dari Gene Machine: Perlombaan untuk Menguraikan Rahasia Ribosome oleh Venki Ramakrishnan. Hak Cipta © 2018. Diterbitkan oleh Basic Books