Hydra yang mungil dan abadi ini adalah hewan air tawar yang dapat meregenerasi hewan yang sama sekali baru dari bagian terkecil tubuhnya. Biasanya, ia melakukan ini dengan sempurna: Satu kaki, satu tubuh kurus panjang, dan satu kepala tentakel.
Tetapi dengan perubahan genetik tunggal, para peneliti dapat membuat hydra mengerikan yang menumbuhkan kepala yang berfungsi penuh di seluruh tubuh mereka - sesuai untuk hewan yang dinamai monster Yunani kuno yang memiliki antara enam dan sembilan kepala.
Hydra berkepala banyak ini bukan hanya tipuan ilmu gila. Untuk pertama kalinya, para peneliti telah menemukan apa yang menjaga regenerasi kepala hydra. Temuan ini dapat menginformasikan segalanya dari studi perkembangan manusia hingga penelitian kanker.
Perburuan untuk mematikan saklar
Meskipun hydra adalah hewan sederhana, menumbuhkan kembali bagian tubuh bukanlah pencapaian kecil. Dengan setiap regenerasi, hewan harus mengatur rencana tubuhnya sehingga hanya satu kepala berakhir di atas, dan hanya satu kaki, atau cakram dasar, kecambah di bagian bawah. Para peneliti memiliki beberapa bagian dari teka-teki ini. Mereka tahu gennya Wnt3 sangat penting untuk mendorong pertumbuhan kepala. Mereka juga tahu harus ada pemeriksaan molekuler Wnt3. Tanpa penghambatan itu, hydra hanya akan tumbuh di seluruh kepala. Mereka juga tahu bahwa reseptor dan aktivator genetik tertentu, yang disebut beta-catenin / TCF, diaktifkan oleh Wnt3 untuk memulai proses pertumbuhan kepala.
Tetapi mereka kehilangan saklar "mati". Sesuatu, mereka tahu, harus mencegah hydra tumbuh kepala demi kepala, kata Brigitte Galliot, seorang profesor genetika dan evolusi di Universitas Jenewa.
Jadi Galliot dan rekan-rekannya pergi berburu. Mereka mulai dengan kerabat dekat hydra, planarians, atau cacing pipih, yang juga beregenerasi. Dalam genom planarian, mereka menemukan 440 gen yang menjadi kurang aktif ketika sinyal beta-catenin / TCF diblokir, memberi mereka titik awal untuk mencari gen lain yang terlibat dalam siklus ini. Dari mereka, 124 juga ada dalam genom hydra.
Dari mereka, mereka hanya menemukan lima gen yang paling aktif di bagian atas tubuh tuba hydra dan paling tidak aktif di kakinya, yang berarti mereka harus spesifik untuk pertumbuhan kepala. Di antara kelima itu, mereka mencari gen yang menjadi semakin aktif selama regenerasi. Yang tersisa tiga: Wnt3, Wnt5 dan sebuah gen bernama Sp5.
Keseimbangan yang cermat
Tim sudah tahu itu Wnt3 dan Wnt5 mendapat proses pertumbuhan kepala bergulir. Jadi mereka fokus Sp5. Mereka segera menemukan bahwa beta-catenin / TCF meminta aktivitas Sp5 - tapi Sp5 juga menekan sinyal beta-catenin / TCF dengan menekan Wnt3.
Ini mungkin terdengar agak aneh, tapi itu hanya yang dicari oleh para peneliti: sebuah senyawa yang dapat mengerem pada lingkaran umpan balik yang tidak terkendali. Untuk memeriksa pekerjaan mereka, mereka tumbuh hydra direkayasa untuk tidak mengekspresikan Sp5 gen.
"Pada 100 hewan ini, Anda mendapatkan kepala ektopik," kata Galliot kepada Live Science. "Benar-benar menakjubkan."
Apa yang terjadi, Galliot dan rekan-rekannya melaporkan hari ini (19 Januari) dalam jurnal Nature Communications, bahwa ketika seekor hydra membutuhkan kepala baru, ia melepaskan Wnt3, yang melekat pada beta-catenin / TCF, yang mengaktifkan sejumlah gen, termasuk lebih banyak Wnt3 dan Sp5. Tanpa Sp5, itu Wnt3 menjaga siklus terus berjalan, dan berton-ton kepala bermunculan di seluruh hidra regenerasi. Kepala-kepala ini, kata Galliot, benar-benar berfungsi. Mereka memiliki sistem saraf dan tentakel dan mulut yang berfungsi.
Kapan Sp5 ada dalam gambar, seperti di alam, ia berikatan dengan Wnt3, menjaga aktivator itu dari menemukan dan mengikat beta-catenin / TCF. Dengan tidak adanya Wnt3, beta-catenin / TCF berhenti mengirim "make a head!" pesan, dan hanya satu kepala tumbuh.
Prosesnya, kata Galliot, adalah tentang keseimbangan antara aktivasi dan represi. Dan di situlah segalanya menjadi menarik. Ternyata itu Wnt3 tidak hanya pada cacing pipih dan hydra dan hewan regenerasi sederhana lainnya. Itu juga pada mamalia, termasuk manusia. Gen tersebut tampaknya memengaruhi perkembangan embrionik, yang berarti memahami fungsinya dapat membantu para ilmuwan memahami apa yang mengendalikan perkembangan manusia purba. Wnt3 juga merupakan pendorong penting dari beberapa jenis kanker, kata Galliot. Mungkin itu Sp5 manipulasi dapat menghentikan proliferasi kanker semacam itu, katanya.
Penelitian medis semacam itu masih jauh di masa depan, tetapi kepala-kepala bertabur hydra menunjukkan jalan, kata Galliot.
"Apa yang kita pelajari dari organisme sederhana seperti ini memberi tahu kita tes seperti apa yang bisa kita lakukan pada mamalia untuk memahami lebih baik," katanya. "Itu memberi kita arahan."
