Dalam serangkaian percobaan yang dimulai dengan amuba – organisme bersel tunggal yang memperpanjang pelengkap mirip polong untuk bergerak – ilmuwan Johns Hopkins Medicine mengatakan mereka telah mengidentifikasi jalur genetik yang dapat diaktifkan untuk membantu menyapu lendir dari paru-paru penderita. penyakit paru obstruktif kronik penyakit paru-paru yang meluas.

“Dokter-ilmuwan dan ahli biologi dasar bekerja sama untuk memahami masalah pada akar penyakit utama manusia, dan masalah, seperti yang sering terjadi, berkaitan dengan inti biologi sel,” kata Doug Robinson, Ph.D., profesor biologi sel, farmakologi dan ilmu molekuler, kedokteran (divisi paru), onkologi, dan teknik kimia dan biomedis di Fakultas Kedokteran Universitas Johns Hopkins.

Penyakit paru obstruktif kronis (PPOK) adalah penyebab utama kematian keempat di AS, mempengaruhi lebih dari 15 juta orang dewasa, menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit AS. Penyakit ini menyebabkan paru-paru dipenuhi lendir dan dahak, dan penderita PPOK mengalami batuk kronis, mengi, dan kesulitan bernapas. Merokok sigaret adalah penyebab utama sebanyak tiga perempat kasus PPOK, dan tidak ada obat atau pengobatan efektif yang tersedia meskipun telah dilakukan penelitian selama beberapa dekade.

Dalam sebuah laporan tentang pekerjaan baru mereka, yang diterbitkan 25 Februari di Journal of Cell Science , para peneliti mengatakan mereka mengambil pendekatan baru untuk memahami biologi gangguan tersebut dengan berfokus pada organisme dengan struktur biologis yang jauh lebih sederhana daripada sel manusia untuk diidentifikasi. gen yang mungkin melindungi dari bahan kimia yang merusak dalam asap rokok.

Robinson dan kolaboratornya, Ramana Sidhaye, MD, juga seorang profesor kedokteran di Divisi Pulmonologi di Johns Hopkins, dengan mantan anggota lab mereka Corrine Kliment, MD, Ph.D., mengandalkan pengetahuan bahwa saat spesies berevolusi, jalur genetik sering dipertahankan di seluruh dunia hewan.

Masukkan amuba penghuni tanah Dictyostelium discoideum, yang telah lama dipelajari untuk memahami pergerakan dan komunikasi sel. Para ilmuwan memompa asap rokok tingkat laboratorium melalui tabung dan menuangkannya ke dalam cairan nutrisi yang memandikan amuba. Kemudian, para ilmuwan menggunakan amuba yang direkayasa untuk mengidentifikasi gen yang dapat memberikan perlindungan terhadap asap.

Melihat gen yang memberikan perlindungan, menciptakan sel “yang selamat”, satu keluarga gen menonjol di antara yang lain: adenine nucleotide translocase (ANT). Protein yang dibuat oleh kelompok gen ini ditemukan di membran, atau permukaan, struktur pembangkit tenaga energi sel, yang dikenal sebagai mitokondria. Biasanya, mitokondria membantu membuat bahan bakar yang digunakan sel untuk bertahan hidup. Ketika gen ANT sangat aktif, sel menjadi lebih baik dalam membuat bahan bakar, melindunginya dari asap.

Kliment, Robinson dan tim menduga mereka juga membantu amuba mengatasi efek merusak dari asap rokok.

Untuk lebih memahami bagaimana gen ANT berperilaku pada manusia, para ilmuwan mempelajari sampel jaringan sel yang melapisi paru-paru yang diambil dari 28 orang dengan COPD yang dirawat di University of Pittsburgh dan membandingkan aktivitas genetik sel paru-paru dengan sel dari 20 orang dengan paru-paru normal. fungsi.

Para ilmuwan menemukan bahwa pasien PPOK memiliki ekspresi genetik sekitar 20% lebih sedikit dari gen ANT2 dibandingkan mereka yang memiliki fungsi paru-paru normal. Mereka juga menemukan bahwa tikus yang terpapar asap kehilangan ekspresi gen ANT2.

Selanjutnya, Robinson, Kliment dan tim peneliti mereka berusaha untuk menemukan bagaimana ANT2 dapat memberikan perlindungan dari bahan kimia asap rokok dan, dalam prosesnya, menemukan sesuatu yang sama sekali tidak terduga.

Sel-sel yang melapisi paru-paru menggunakan proyeksi seperti jari yang disebut silia untuk menyapu lendir dan partikel lain keluar dari paru-paru. Pada mamalia, termasuk manusia, para ilmuwan menemukan bahwa gen ANT2 menghasilkan protein yang melokalisasi di dalam dan sekitar silia yang bekerja untuk melepaskan sejumlah kecil bahan bakar sel ke dalam zat encer di sebelah sel. Bahan bakar meningkatkan kemampuan silia untuk “berdetak” secara ritmis dan teratur untuk membersihkan lendir.

“Pada pasien PPOK, lendir menjadi terlalu kental untuk dikeluarkan dari paru-paru,” kata Robinson.

Tim Pengobatan Johns Hopkins menemukan bahwa, dibandingkan dengan sel paru-paru manusia dengan fungsi ANT2 normal, silia dalam sel paru-paru manusia yang kekurangan ANT2 berdetak 35% lebih efektif saat terkena asap. Selain itu, cairan encer di sebelah sel berukuran sekitar setengah dari tinggi sel normal, menunjukkan cairan itu lebih padat, yang juga dapat berkontribusi pada laju denyut yang lebih rendah.

Ketika para ilmuwan secara genetik merekayasa sel paru-paru agar memiliki gen ANT2 yang terlalu aktif dan memaparkannya ke asap, silia sel tersebut berdetak dengan intensitas yang sama seperti sel normal yang tidak terpapar asap. Lapisan berair di sebelah sel-sel ini sekitar 2,5 kali lebih tinggi daripada sel yang tidak memiliki ANT2.

“Sel pandai mengubah proses seluler di seluruh spesies, dan dalam eksperimen kami, kami menemukan bahwa mamalia telah menggunakan kembali gen ANT untuk membantu memberikan isyarat seluler untuk membangun lapisan hidrasi yang sesuai di saluran udara,” kata Robinson. “Siapa yang mengira bahwa protein mitokondria juga bisa hidup di permukaan sel dan bertanggung jawab untuk membantu silia saluran napas berdetak dan bergerak?”

Robinson mengatakan bahwa penelitian lebih lanjut dapat menghasilkan penemuan untuk mengembangkan terapi gen atau obat untuk menambahkan fungsi ANT2 kembali ke sel lapisan paru-paru sebagai pengobatan potensial untuk COPD. [Sciencedaily, REO.my.id]