Para ilmuwan baru saja menemukan cara baru yang sepenuhnya berbeda untuk mensintesis DNA.

Proses membangun DNA (asam deoksiribonukleat, nama lengkapnya) biasanya membutuhkan sebuah cetakan yang bisa digunakan oleh protein pembangun yang disebut enzim.

Tapi sekarang, sebuah tim dari Universitas Stanford menemukan bahwa jenis enzim yang dikenal sebagai polimerase bisa bekerja tanpa perlu cetakan. Bentuk enzim itu sendiri berfungsi sebagai cetakan di mana DNA baru bisa disintesis, tanpa membutuhkan referensi eksternal.

Ini belum pernah terlihat sebelumnya.

Meskipun ini bukan penemuan yang sepenuhnya mengubah buku teks sains, ini pasti menambahkan bab baru yang menarik (atau tiga bab). Ada implikasi untuk perilaku bakteri, evolusi biologis, dan blok pembangun kehidupan.

“Sintesis enzimatik asam nukleat adalah proses fundamental yang mendasari replikasi genom, perbaikan, dan berbagai bentuk pemrosesan informasi di semua domain kehidupan,” tulis para peneliti dalam makalah mereka yang telah dipublikasikan.

“Temuan ini memperluas lanskap fungsional polimerase asam nukleat, mengungkap mekanisme yang ditemplatkan oleh protein untuk sintesis DNA yang spesifik sekuens.”

Dorongan di balik studi ini adalah untuk melihat defense-associated reverse transcriptases (DRTs), yang digunakan bakteri untuk menangkis serangan virus. Para ilmuwan sudah pernah melihat beberapa perilaku pembangunan DNA yang tidak biasa pada polimerase ini.

Secara spesifik, tim mengkloning sistem DRT3 dari bakteri Escherichia coli, mengamati perilakunya dalam tabung reaksi dan di sel hidup. Hal itu mengungkap tiga bagian dari mesin pembuat DNA: dua enzim bernama Drt3a dan Drt3b, ditambah sepotong RNA non-koding.

Yang menjadi kejutan besar ternyata adalah Drt3b, yang melakukan bagiannya dalam pekerjaan membangun DNA tanpa perlu merujuk pada cetakan eksternal apa pun. Ini adalah mekanisme all-in-one yang belum pernah terlihat sebelumnya.

Pemahaman biologi kita saat ini menunjukkan bahwa informasi genetik mengalir dari cetakan DNA ke protein pembangun. Tapi dengan Drt3b, proses itu mandiri – tata letak jalur perakitan secara efektif bertindak sebagai cetakannya sendiri dengan mendikte bagaimana DNA dikodekan.

“Protein itu sendiri berfungsi sebagai cetakan untuk sekuens DNA,” kata biokimiawan Stanford Alex Gao kepada Richard Stone di Science. “Itu cukup mengejutkan. Ini adalah cara mendasar yang baru bagi kehidupan untuk memproduksi DNA.”

Untuk saat ini, para peneliti belum sepenuhnya yakin bagaimana bakteri menggunakan DRT3 untuk melindungi diri dari serangan virus. Dan meskipun ini mungkin terlihat seperti kasus penggunaan yang sangat spesifik, bukan berarti kita tidak bisa menemukan kegunaan lain untuknya.

CRISPR juga dimulai sebagai sistem pertahanan bakteri alami, sebelum para ilmuwan meminjamnya untuk membuat teknik penyuntingan gen yang revolusioner.

Ke depannya, ada kemungkinan trik yang digunakan oleh Drt3b ini juga bisa dimanfaatkan dan direkayasa – meskipun itu masih jauh dari sekarang.

Sementara para ilmuwan sudah bekerja mencari cara untuk membangun DNA sintetis di lab, polimerase Drt3b spesifik yang dipelajari di sini dibuat sebagai cetakan yang sangat spesifik dan tetap. Akan sulit, meskipun mungkin tidak mustahil, untuk memprogram ulang penggunaannya.

Terkait: Teknik Cetak DNA Baru Bisa Merevolusi Cara Kita Menyimpan Data

Studi lebih lanjut juga diperlukan untuk memahami secara pasti bagaimana DRT3 melawan serangan virus, dan bagaimana bakteri menggunakannya. Itu akan memberikan wawasan lebih lanjut tentang konstruksi jenis DNA ini dan bagaimana mungkin dimanfaatkan.

Ada juga pertanyaan tentang bagaimana jalan pintas yang efisien ini muncul. Para peneliti memprediksi DRT3 akan aktif di banyak strain bakteri, dan bahwa ia memiliki sejarah evolusi yang panjang sebagai cara untuk melawan virus sambil mengeluarkan energi sesedikit mungkin.

“Secara keseluruhan, sistem DRT3 menggunakan mekanisme transfer informasi biologis yang tidak terduga, memperluas repertoar strategi berbasis asam nukleat yang luar biasa dalam pertahanan anti-faga,” tulis para peneliti.

Penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Science.