Peneliti Johns Hopkins menghubungkan tanda 'epigenetik' yang dapat dibalik dengan pola perilaku.
Kredit Gambar: roseburn3Dstudio / Shutterstock
Ilmuwan Johns Hopkins melaporkan apa yang diyakini sebagai bukti pertama bahwa pola perilaku lebah yang kompleks dan dapat dibalik - dan mungkin binatang lain - terkait dengan label kimia yang dapat dibalik pada gen.
Para ilmuwan mengatakan apa yang paling penting tentang studi baru ini, yang dijelaskan secara online pada 16 September di Nature Neuroscience, adalah bahwa untuk pertama kalinya "penandaan" metilasi DNA telah dikaitkan dengan sesuatu pada tingkat perilaku seluruh organisme. Lebih dari itu, kata mereka, perilaku yang dipermasalahkan, dan perubahan molekulernya yang sesuai, dapat dibalikkan, yang memiliki implikasi penting bagi kesehatan manusia.
Menurut Andy Feinberg, MD, MPH, sarjana Gilman, profesor kedokteran molekuler dan direktur Centre for Epigenetics di Hopkins 'Institute for Basic Biomedical Sciences, penambahan metilasi DNA ke gen telah lama terbukti memainkan peran penting dalam mengatur aktivitas gen dalam mengubah sistem biologis, seperti penentuan nasib dalam sel punca atau penciptaan sel kanker. Karena penasaran tentang bagaimana epigenetik dapat berkontribusi pada perilaku, ia dan timnya mempelajari model perilaku hewan yang coba-dan-benar: lebah.
Bekerja dengan ahli lebah Gro Amdam, Ph.D., profesor ilmu kehidupan di Arizona State University dan Universitas Ilmu Pengetahuan Norwegia, tim epigenetika Feinberg menemukan perbedaan yang signifikan dalam pola metilasi DNA pada lebah yang memiliki urutan genetik yang identik tetapi perilaku yang sangat berbeda. pola.
Dengan menggunakan metode yang memungkinkan para peneliti menganalisis seluruh genom sekaligus, dijuluki CHARM (array throughput tinggi komprehensif untuk metilasi relatif), tim menganalisis lokasi metilasi DNA dalam otak lebah pekerja dari dua “profesi” berbeda. Semua lebah pekerja adalah perempuan dan, dalam sarang yang diberikan, semuanya adalah saudara perempuan yang identik secara genetis. Namun, mereka semua tidak melakukan hal yang sama; beberapa perawat dan beberapa hijauan.
Perawat umumnya lebih muda dan tetap tinggal di sarang untuk merawat ratu dan larvanya. Ketika perawat menjadi dewasa, mereka menjadi pengumpul yang meninggalkan sarang untuk mengumpulkan serbuk sari dan persediaan lain untuk sarang. "Gen itu sendiri tidak akan memberi tahu kami apa yang bertanggung jawab atas dua jenis perilaku," kata Feinberg. "Tapi epigenetik - dan bagaimana ia mengontrol gen - bisa."
Feinberg dan Amdam memulai percobaan mereka dengan sarang-sarang baru yang dihuni oleh lebah pada usia yang sama. Itu menghilangkan kemungkinan bahwa setiap perbedaan yang mungkin mereka temukan dapat dikaitkan dengan perbedaan usia. "Ketika lebah muda, yang serasi dengan usia memasuki sarang baru, mereka membagi tugas mereka sehingga proporsi yang tepat menjadi perawat dan pengumpul," jelas Amdam. Dua populasi inilah yang diuji setelah dengan susah payah mengkarakterisasi dan menandai masing-masing lebah dengan kategorinya “profesional,” atau perilaku.
Menganalisis pola metilasi DNA pada otak 21 perawat dan 21 pengumpul, tim menemukan 155 wilayah DNA yang memiliki pola tanda berbeda pada kedua jenis lebah. Gen yang terkait dengan perbedaan metilasi sebagian besar adalah gen pengatur yang diketahui memengaruhi status gen lain. "Urutan gen tanpa tag ini seperti jalan tanpa lampu berhenti - kemacetan," kata Feinberg.
Begitu mereka tahu ada perbedaan, mereka bisa mengambil langkah berikutnya untuk menentukan apakah mereka permanen. “Ketika ada terlalu sedikit perawat, para pengumpul dapat masuk dan mengambil tempat mereka, kembali ke praktik sebelumnya,” kata Amdam. Para peneliti menggunakan strategi ini untuk melihat apakah lebah mencari makan akan mempertahankan tag genetik mereka saat dipaksa untuk bertindak seperti perawat lagi. Jadi mereka mengeluarkan semua perawat dari sarang mereka dan menunggu beberapa minggu sampai sarang untuk mengembalikan keseimbangan.
Setelah itu, tim kembali mencari perbedaan dalam pola metilasi DNA, kali ini antara pengumpul yang tetap menjadi pengumpul dan mereka yang menjadi perawat. Seratus tujuh wilayah DNA menunjukkan tanda yang berbeda antara pengumpul dan perawat yang kembali, menunjukkan bahwa tanda epigenetik tidak permanen tetapi dapat dibalik dan terhubung dengan perilaku lebah dan fakta kehidupan di dalam sarang.
Secara dramatis, kata Feinberg, lebih dari setengah wilayah tersebut telah diidentifikasi di antara 155 wilayah yang berubah ketika perawat menjadi pengumpul. Ke-57 wilayah ini kemungkinan merupakan inti dari perilaku berbeda yang ditunjukkan oleh perawat dan pengumpul, kata Amdam. "Ini seperti salah satu gambar yang menggambarkan dua gambar berbeda tergantung pada sudut pandang Anda," katanya. “Genom lebah berisi gambar perawat dan pengumpul. Tag pada DNA memberikan koordinat otak sehingga tahu perilaku seperti apa yang harus diproyeksikan. "
Para peneliti mengatakan mereka berharap hasil mereka dapat mulai menjelaskan masalah perilaku yang kompleks pada manusia, seperti pembelajaran, memori, respon stres dan gangguan mood, yang semuanya melibatkan interaksi antara komponen genetik dan epigenetik yang serupa dengan yang ada dalam penelitian ini. Urutan genetik yang mendasari seseorang ditindaklanjuti dengan tag epigenetik, yang mungkin dipengaruhi oleh isyarat eksternal untuk berubah dengan cara yang menciptakan pola perilaku yang stabil - namun dapat dibalik -.
Melalui Pengobatan Johns Hopkins