Perubahan genetik unik yang mengubah kuda menjadi pembangkit listrik atletik

Gianni Castiglione tidak berangkat untuk belajar kuda.

Ahli biologi Universitas Vanderbilt dan rekan -rekannya tertarik pada bagaimana spesies hewan yang berbeda menyeimbangkan kebutuhan untuk menghasilkan energi dengan produk sampingan yang berbahaya dari produksi itu.

“Untuk membuat energi, kami telah membuat kesepakatan dengan iblis, pada dasarnya, memiliki api yang lambat di sel kami,” katanya. Api itu pada dasarnya membakar oksigen untuk menciptakan energi. Tapi itu menendang banyak asap, atau stres oksidatif, yang dapat membahayakan sel.

Kuda, ternyata, telah mengembangkan cara yang tidak biasa untuk mengatur tradeoff ini yang memungkinkan mereka menghasilkan lebih banyak energi Tanpa menimbulkan lebih banyak kerusakan seluler, para peneliti melaporkan dalam jurnal Sains. Perubahan genetik itu mungkin, sebagian, menjelaskan bagaimana kuda menjadi atlet yang kuat, mampu berlari lebih cepat dan lebih lama dari hampir semua hewan lainnya.

“Kuda dapat membuat api ini terbakar lebih panas dan membuat kerusakan bahkan lebih sedikit daripada pada spesies seperti manusia,” kata Castiglione.

Perubahan terjadi pada jalur gen kunci yang disebut NRF2/Keap1. Jalur merasakan penumpukan stres oksidatif dan kemudian memulai produksi antioksidan, yang dapat membersihkannya, kata Castiglione. “Ini pada dasarnya adalah produksi energi dan pemadam kebakaran, semuanya dibungkus satu.”

Castiglione dan rekan -rekannya memindai genom dari hampir 200 spesies mamalia yang mencari varian yang tidak biasa di jalur ini. Kuda menempel dengan mutasi tunggal yang sangat tidak biasa.

“Ini jenis mutasi yang disebut mutasi omong kosong,” katanya. “Itu karena itu merusak gen, itu menonaktifkannya dari melakukan apa yang dibutuhkan sel untuk dilakukan.” Ini pada dasarnya menempatkan tanda berhenti, disebut stop codon, menjelang awal gen keap1. Hentikan kodon umumnya memberi sinyal di mana gen berakhir, jadi memiliki satu di awal akan “memecahkan” gen.

Mutasi ini membunuh tikus, mungkin karena memungkinkan terlalu banyak “asap” untuk menumpuk dalam sel. Jadi Castiglione bingung. “Kami pikir, wow, bagaimana kuda berurusan dengan ini?”

Melalui berbagai teknik genomik dan molekuler, para peneliti menemukan jawaban.

“Kuda telah mengembangkan strategi yang sangat rumit untuk mengatasi kodon pemberhentian ini,” kata Elia Duh, rekan penulis studi dan ahli biologi molekuler di Universitas Johns Hopkins. Pada dasarnya, serangkaian mutasi memungkinkan mereka untuk mengabaikan tanda berhenti, membuat gen bekerja, tetapi dengan cara yang sedikit berbeda yang akhirnya menguntungkan kuda.

Para peneliti menemukan bahwa mutasi ini, yang muncul pada leluhur semua kuda modern, memungkinkan sel otot mereka menghasilkan energi hingga lima kali lebih banyak daripada sel tikus, sementara secara bersamaan meningkatkan sistem kontrol kerusakan mereka sebesar 200%.

“Ini memberi mereka cara biokimia untuk berlari cepat dan jarak jauh,” kata DUH. Ini pada akhirnya membantu mereka menjadi pembangkit tenaga aerobik.

“Saya sangat menyukai makalah ini,” kata Samantha Brooks, seorang peneliti genetika kuda di University of Florida. Mutasinya, katanya, “seharusnya menyebabkan hilangnya fungsi yang besar untuk protein ini. Tetapi sebaliknya, nenek moyang spesies ini entah bagaimana berhasil mengubah lemon itu menjadi limun.”

Cara mereka membuat limun – mengabaikan kodon berhenti – sebelumnya hanya dilaporkan dalam virus, kata para peneliti.

Adaptasi ini dapat memiliki implikasi bagi kesehatan manusia. Banyak penyakit yang diwariskan, seperti fibrosis kistik Dan distrofi ototbatang dari kodon stop yang timbul dalam gen penting. Jika para peneliti dapat lebih memahami bagaimana kuda berhasil mengabaikan kodon berhenti seperti itu, kata duh, mungkin mereka dapat mengembangkan terapi gen yang melakukan hal itu pada manusia juga.