Infeksi Retrovirus Mendorong Terjadinya Evolusi Otak

Temuan DNA berusia 425 juta tahun pada manusia dan vertebrata yang berasal dari retrovirus, membuktikan adanya rangsangan pembentukan mielin. Dampaknya, neuron pada sistem saraf pusat menjadi lebih kompleks, memungkinkana berkembang biaknya beragam spesies hewan yang semakin cepat, lincah, dan cerdas.

Sebuah studi baru telah mengungkap misteri yang merupakan kunci untuk memahami jalannya evolusi manusia dan hewan. Sebuah tim peneliti genetika dari Altos Labs di Cambridge Institute of Science Inggris menjelaskan bagaimana infeksi oleh bentuk retrovirus yang sangat kuno memulai proses evolusi hewan.

Deoxyribonucleic acid(DNA) menanam materi genetik mereka sendiri di dalamnya. Genom organisme inang kemudian dapat mulai berfungsi secara berbeda, kemungkinan menyebabkan organisme tersebut dan keturunannya mengembangkan beberapa karakteristik yang sama sekali baru.

Dalam penelitian yang baru saja diterbitkan di jurnalCell, para ilmuwan melaporkan penemuan terhadap bagian DNA dalam sel manusia dan vertebrata atau hewan dengan bertulang belakang yang membantu merangsang produksi mielin (myelin), suatu zat yang terkonsentrasi di saraf pusat, sebuah sistem yang sangat terkait dengan evolusi sifat mental dan fisik yang kompleks.

Ilmuwan menunjukkan bahwa bagian DNA ini berasal dari retrovirus, dan sudah lama memasuki kumpulan genetik kolektif mamalia, amfibi, dan ikan. "Sel-sel menjadi sakit, dan sel-sel berpikir 'Kita dapat menggunakan rangkaian ini untuk tujuan kita sendiri'," kata rekan penulis studi Tanay Ghosh, ahli biologi komputasi di Alto Labs Cambridge Institute of Science, saat menjabarkan perkembangan monumental ini dalam wawancara denganThe Hill.

Tujuan yang dimaksud adalah untuk mengaktifkan bagian DNA yang sudah ada sebelumnya, lalu mengkode produksi mielin. Urutan DNA ini berevolusi pada nenek moyang mamalia modern, amfibi, dan ikan beberapa saat sebelum retrovirus muncul, bertahan dalam keadaan tidur atau tidak aktif saat menunggu aktivasi.

Ketika infeksi retroviral kuno terjadi, membuat secara tiba-tiba mamalia, amfibi, dan ikan mengembangkan kemampuan untuk memproduksi mielin. Dampak mielin pada sistem saraf pusat vertebrata sangat besar yaitu memungkinkan berkembang biaknya beragam spesies hewan yang semakin cepat, lincah, dan cerdas. Selain itu cocok untuk menempati tempat berbeda di sepanjang rantai predator dan mangsa yang sangat kompleks dan saling berhubungan.

Menurut riset, mielin pertama kali diproduksi oleh sekelompok spesies ikan yang dikenal sebagaiplacoderma. Ikan-ikan ini hidup di Bumi sekitar 425 juta tahun yang lalu, selama Periode Silur di Era Paleozoikum.

Dari awal yang sederhana, produksi mielin akhirnya menjadi ciri standar vertebrata, yang mendorong evolusi dengan berbagai cara. Tepatnya, rangkaian DNA berusia 425 juta tahun ini diberi nama RetroMyelin, karena efeknya yang menakjubkan dan bertahan lama.

Para ilmuwan menemukan RetroMyelin saat memeriksa karakteristik oligodendrosit, sel yang bertugas memproduksi mielin di sistem saraf pusat. Untuk menyelidiki tujuannya, mereka merancang eksperimen dimana rangkaian DNA RetroMyelin dihambat, atau dicegah untuk bekerja, dan ketika hal ini dilakukan, oligodendrosit segera kehilangan kemampuannya untuk memproduksi mielin.

Setelah mereka dapat memastikan bahwa RetroMyelin adalah bahan retroviral, tim mulai mencari indikasi bahan tersebut dalam genom hewan yang berbeda. Ditemukan urutan DNA ini umum bagi semua orang dan tidak diragukan lagi terkait dengan produksi mielin pada semua vertebrata.

Mielin adalah bahan isolasi yang sangat berguna. Terbuat dari campuran protein dan asam lemak, mielin membentuk selubung atau lapisan pelapis yang melindungi seluruh bagian sistem saraf, termasuk otak dan sumsum tulang belakang.

Selain memberi perlindungan ekstra, selubung mielin juga berperan sebagai penghantar listrik, yang pengaruhnya adalah menyebabkan sinyal listrik yang dihasilkan sistem saraf bergerak lebih cepat dan efisien antar sel saraf.

Sebelum adanya infeksi retroviral yang merangsang produksi mielin, sistem saraf mamalia terbatas dalam fungsinya. Namun penambahan lapisan mielin pelindung memungkinkan munculnya jaringan neuron atau sel saraf yang jauh lebih kompleks, dan memungkinkan evolusi kemampuan fisik dan mental yang lebih maju seiring berjalannya waktu.

Secara signifikan, hal ini juga memungkinkan terjadinya evolusi spesies baru, sehingga menciptakan dunia hewan yang jauh lebih kompleks dan beragam dibandingkan yang ada sebelumnya.

"Retrovirus diperlukan agar evolusi vertebrata bisa berkembang," kata penulis studi senior Robin Franklin, ahli saraf di Cambridge Institute of Science, dalam rilis mediaCell Press. "Jika kita tidak memiliki retrovirus yang memasukkan urutannya ke dalam genom vertebrata, mielinisasi tidak akan terjadi, dan tanpa mielinisasi, seluruh keanekaragaman vertebrata yang kita tahu tidak akan pernah terjadi," papar dia.

Virus Khusus

Retrovirus adalah jenis agen virus khusus. Ketika menginfeksi sel hewan, akan memasukkan materi genetiknya ke dalam genom sel tersebut, lalu menciptakan untaian DNA baru yang akan berintegrasi dengan rangkaian DNA yang sudah ada. Makhluk yang terinfeksi retrovirus kemudian akan mengalami perubahan permanen pada DNA-nya, yang kini mencakup bagian-bagian yang dibawa dari luar.

Beruntungnya, sel-sel vertebrata (hewan dengan tulang punggung) cukup kuat. Artinya biasanya dapat menangani penambahan DNA tanpa mengalami efek negatif pada kesehatan atau fungsi. DNA retroviral dapat merusak kesehatan seseorang atau hewan, namun dalam banyak kasus, dampaknya minimal.

Namun ada beberapa contoh ketika materi genetik yang baru diperoleh mempunyai efek menguntungkan pada fungsi sel dan organisme yang menampungnya. Penyisipan DNA retroviral yang memicu produksi mielin adalah salah satu contohnya, dan dalam hal ini hasilnya tidak hanya positif, namun juga transformatif.

Retrovirus pada awalnya akan memasukkan materi genetiknya ke dalam individu vertebrata. Namun pada akhirnya perubahan tersebut dapat diteruskan ke seluruh kumpulan gen suatu spesies, sebagai akibat dari anggota spesies yang "terinfeksi" melakukan perkawinan silang dengan spesies lain dan menghasilkan keturunan yang memiliki materi genetik retroviral.

Jika perubahan yang disebabkan oleh DNA retroviral bermanfaat, seleksi alam akan memastikan perubahan tersebut menjadi lebih umum dalam jutaan tahun (atau mungkin lebih cepat jika manfaat kelangsungan hidup signifikan). Inilah yang terjadi dengan RetroMyelin, yang kemungkinan besar memasuki kumpulan gen mamalia, amfibi, dan ikan pada titik berbeda antara 425 dan 200 juta tahun yang lalu. Pada periode waktu ini dipercaya mamalia pertama muncul di bumi.

Penemuan hubungan antara aktivitas retroviral dan produksi mielin penting, hal ini tidak terlalu mengejutkan. Padanya retrotransposon (bagian DNA retrovirus) menyusun sekitar 40 persen genom manusia.

"Hal ini membenarkan bahwa infeksi retrovirus berdampak besar pada evolusi manusia. Mengomentari studi baru timnya, dia menyatakan bahwa motivasi kami adalah untuk mengetahui bagaimana molekul-molekul ini membantu proses evolusi, khususnya dalam konteks mielinisasi," kata Ghosh. hay/I-1