Tikus dari Dua Ayah Bisa Bertahan Hidup Hingga Dewasa

PRESTASI ini diraih oleh tim peneliti di Tiongkok, yang dipimpin oleh ahli biologi molekuler Zhi-kun Li dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS). Untuk mewujudkannya ia menggunakan rekayasa sel punca yang presisi.

Ini bukan pertama kalinya para ilmuwan menciptakan tikus dengan dua orang tua jantan. Pada tahun 2023, para peneliti di Jepang berhasil melakukan prestasi serupa. Namun peneliti itu menggunakan teknik yang berbeda.

Sebelumnya, upaya untuk menghasilkan sel telur dari sel punca jantan terbukti tidak berhasil. Keturunan tanpa ibu, yang lahir melalui ibu pengganti betina, biasanya tidak dapat bertahan hidup dan menunjukkan cacat perkembangan yang parah.

Tidak demikian halnya dengan tikus ‘bi-paternal’ yang baru-baru ini diciptakan di Tiongkok. Mamalia dewasa ini tidak mampu bereproduksi sendiri, tetapi mereka lebih sehat daripada pendahulu mereka, tanpa kesulitan makan atau pernapasan yang fatal.

Meski sehat, sekitar setengah dari saudara kandung mereka gagal mencapai usia dewasa. Selain itu hampir 90 persen embrio yang layak tidak berhasil lahir, yang berarti tingkat keberhasilan proses tersebut masih perlu ditingkatkan.

Masih ada jalan panjang yang harus ditempuh sebelum teknik serupa dapat dicapai pada spesies manusia. Penulis penelitian mengatakan bahwa pekerjaan mereka membantu para ilmuwan lebih memahami kelainan bawaan manusia yang disebabkan oleh masalah genetik yang serupa.

Biasanya, ketika sperma laki-laki membuahi sel telur perempuan, terjadi penggandaan gen yang berarti bahwa separuh dari setiap pasangan perlu dibungkam. Namun, ketika materi genetik berasal dari dua sperma, hal itu sering kali dapat mengakibatkan efek pembungkaman ganda, di mana kedua salinan gen dibatalkan secara tidak sengaja, yang menyebabkan kelainan perkembangan.

Hal ini disebut kelainan pencetakan, dan terjadi karena regulasi gen atau daerah kromosom tertentu bergantung pada kontribusi dari orang tua laki-laki dan perempuan. Li dan rekan-rekannya telah menemukan cara untuk mengoreksi 20 kasus khusus ini, menggunakan berbagai teknik genetik, termasuk penghapusan gen, penyuntingan daerah, dan penyisipan atau penghapusan pasangan basa genetik.

“Pekerjaan ini akan membantu mengatasi sejumlah keterbatasan dalam penelitian sel punca dan pengobatan regeneratif,” klaim peneliti sel punca Wei Li dari CAS, dikutip dari Science Alert.

“Karakteristik unik gen pencetakan telah membuat para ilmuwan percaya bahwa gen tersebut merupakan penghalang mendasar bagi reproduksi uniseksual pada mamalia,” kata rekan penulis Qi Zhou dari CAS.

“Bahkan ketika membangun embrio bi-maternal atau bi-paternal secara artifisial, embrio tersebut gagal berkembang dengan baik, dan embrio tersebut terhenti di beberapa titik selama perkembangan karena gen-gen ini,” tambahnya.

Dengan Dua Ayah

Peneliti di Jepang menciptakan tikus dengan dua induk dan tanpa ayah biologis untuk pertama kalinya pada tahun 2004, tetapi reproduksi tanpa memerlukan sperma lebih mudah dilakukan daripada reproduksi tanpa memerlukan sel telur.

Itu karena sel telur mengandung mesin seluler utama, nutrisi, dan kekuatan untuk menginduksi setiap jenis sel dalam organisme dewasa. Di alam, beberapa spesies hewan bahkan dapat bereproduksi tanpa sperma, menjadikan keturunan yang tidak memiliki ayah pada dasarnya adalah klon dari induknya.

Sebaliknya, tidak ada contoh alami hewan dengan dua ayah dan tanpa ibu. Dibandingkan dengan sel telur, sel sperma dewasa sangat terspesialisasi, dan tidak dapat membelah menjadi sel lain.

Untuk mengatasi hal tersebut, para ilmuwan harus menciptakan sel seperti telur dari sel induk embrionik jantan, dan kemudian membuahi sel telur tersebut menggunakan sperma dari jantan yang berbeda.

Sebelum pembuahan, gen pencetak dimodifikasi oleh para peneliti untuk memastikan hanya satu salinan dari setiap gen yang diekspresikan pada keturunannya. Teknik ini telah meningkatkan tingkat keberhasilan untuk tikus bi-paternal.

Pada tahun 2023, para peneliti di Jepang melaporkan bahwa 1,1 persen embrio bi-paternal mereka berhasil lahir hidup. Dengan menggunakan teknik baru ini, sekitar 13 persen embrio menghasilkan keturunan hidup.

Namun, tidak seperti tikus di Jepang, tikus di Tiongkok tampaknya mandul. “Modifikasi lebih lanjut pada gen pencetak berpotensi memfasilitasi generasi tikus bi-paternal sehat yang mampu menghasilkan gamet yang layak dan mengarah pada strategi terapi baru untuk penyakit terkait pencetak,” kata Zhi-kun Li.

Pada KTT Internasional Ketiga tentang Penyuntingan Genom Manusia, yang diadakan pada bulan Maret 2023 di Institut Francis Crick di London, peneliti Jepang Katsuhiko Hayashi mengejutkan para peserta. Saat itu ia menjelaskan bagaimana ia berhasil mereproduksi tikus dari dua induk jantan.

Sebenarnya, Hayashi telah mengembangkan prosedur rumit untuk mengubah sel punca pluripoten (artinya embrionik atau dapat diinduksi) jantan menjadi sel punca betina, yang memungkinkannya memperoleh sel telur dari jantan.

“Temuannya yang mengejutkan dipublikasikan di jurnal Nature beberapa minggu kemudian,” tulis Lluís Montoliu peneliti di del CSIC, Centro Nacional de Biotecnología (CNB - CSIC) pada laman The Conversation.

Hampir dua tahun kemudian, tim peneliti Tiongkok yang dipimpin oleh Zhi-kun Li, Wei Li, dan Qi Zhou dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok sekali lagi mengejutkan bidang genetika dengan prosedur serupa.

Namun, para ilmuwan ini menemukan cara yang sama sekali berbeda untuk mencapai hasil yang sama. Mereka menghasilkan seekor bayi tikus dari dua tikus jantan tanpa campur tangan biologis dari pihak ibu, selain membutuhkan tikus betina untuk mengandung embrio yang dihasilkan. Hasil penelitian mereka dipublikasikan bulan lalu di jurnal Cell Stem Cell.

Prosedur baru yang dikembangkan oleh Li dan rekan-rekannya ini memerangi sistem kontrol mamalia yang disebut pencetakan genetik, yang mencegah embrio mamalia yang layak diperoleh dengan menggabungkan dua gamet dengan jenis kelamin yang sama (dua sperma atau dua sel telur).

Embrio-embrio ini tidak bertahan hidup secara alami, karena pada mamalia setiap embrio harus berasal dari gamet jantan (sperma) dan gamet betina (sel telur). Alasannya adalah bahwa beberapa gen hanya diekspresikan jika diwarisi dari ibu, sementara yang lain harus diwarisi dari ayah. Dan semuanya penting untuk kelangsungan hidup.

Proses yang sangat rumit dari para peneliti Tiongkok ini berhasil mengubah, setelah beberapa langkah, spermatozoa menjadi sel yang berperilaku seperti sel telur. Mereka melakukannya dengan menonaktifkan penghalang pencetakan, yang ditemukan di dua puluh titik dalam genom, melalui penyuntingan gen dengan alat CRISPR.

Sel ini (sekarang dengan karakteristik genetik sel telur) dapat digabungkan dengan spermatozoa lain untuk menciptakan embrio tikus yang layak. Embrio tersebut dibuahi oleh tikus, dan tikus yang lahir berasal dari dua sperma, dari dua ayah, tanpa keterlibatan genetik sel telur, atau ibu.

Masih Terdapat Masalah

Proses ini masih belum tanpa masalah. Seperti yang diakui oleh penulis penelitian, tikus yang diciptakan oleh proses ini tidak subur, dan hanya dapat direproduksi melalui kloning. Selain itu, lebih dari separuh tikus yang lahir dari dua ayah tidak bertahan hidup, mati muda, gagal tumbuh dengan baik, atau gagal mencapai usia dewasa.

Dalam penelitian sebelumnya dari tahun 2018, tim peneliti yang sama telah menunjukkan bahwa tikus yang lahir dari dua ibu subur dan bertahan hidup lebih lama daripada yang lahir dari dua ayah, yang semuanya mati tak lama setelah lahir. Dalam penelitian baru mereka, yang diterbitkan bulan lalu, hasilnya telah membaik, meskipun hanya sebagian. hay