Bagaimana DNA Saling Mengenali? Ini Temuan Terbaru

Untuk pertama kalinya, peneliti memperoleh gambaran langsung tentang cara dua molekul DNA saling mengenali dan menyelaraskan diri. Studi ilmuwan dari Universitas Sheffield dan Universitas York di Inggris itu menunjukkan bahwa ion logam bermuatan positif dapat menjembatani DNA, membantu mengatasi gaya tolak yang muncul di antara kedua molekul.

Temuan yang diterbitkan dalam jurnal Nucleic Acids Research ini menggabungkan pengamatan menggunakan mikroskop gaya atom (AFM) dan simulasi dinamika molekuler pada tingkat atom. Hasilnya memberi bukti visual yang konsisten dengan model “ritsleting DNA”, gagasan yang telah diajukan lebih dari dua dekade lalu.

Mengapa dua molekul DNA perlu saling mengenali?

DNA kerap digambarkan sebagai heliks ganda. Namun, di dalam sel, molekul ini tergulung, terkompresi, dan menempati ruang yang sangat terbatas. Pada kondisi tertentu, segmen DNA yang homolog—memiliki kesesuaian—perlu menemukan dan mengenali pasangannya.

Proses itu penting dalam rekombinasi genetik, ketika kromosom homolog berpasangan dan bertukar informasi. Agar pertukaran tersebut berlangsung, dua molekul perlu berada dalam posisi yang tepat, bukan sekadar berdekatan secara kebetulan.

Tantangannya, tulang punggung fosfat pada DNA membawa muatan negatif. Karena muatan sejenis saling menolak, dua molekul DNA semestinya sulit mendekat dan mempertahankan keselarasan. Bagaimana keduanya mengatasi hambatan itu menjadi pertanyaan yang diteliti para ilmuwan.

Tim mengamati fragmen DNA sepanjang 251 pasangan basa dengan AFM. Alat ini bekerja dengan probe berujung sangat kecil yang memindai permukaan tempat molekul berada. Gerakan probe kemudian direkam dan diolah menjadi gambar dengan resolusi pada skala nanometer.

Ion positif menjadi jembatan molekuler

Gambar AFM memperlihatkan bahwa dua untai heliks ganda tidak hanya berada bersebelahan. Banyak segmennya tampak sejajar dengan kecocokan pada alur DNA yang sangat presisi. Tingkat keteraturan tersebut sulit dijelaskan jika kedua molekul sekadar berdekatan secara acak.

Untuk memahami pola itu, Agnes Noy, profesor fisika di Universitas York dan salah satu pemimpin studi, bersama para koleganya menjalankan simulasi dinamika molekuler pada tingkat atom. Simulasi menunjukkan bahwa ion dengan dua muatan positif, seperti Mg²⁺, Ca²⁺, dan Ni²⁺, dapat menempati alur DNA.

Ion-ion tersebut berinteraksi dengan bagian bermuatan negatif pada dua molekul sekaligus. Dengan demikian, gaya tolak di antara DNA dapat dikurangi, sementara kedua molekul dibantu tetap berada dalam susunan yang sesuai. Ion tidak hanya berfungsi sebagai penetral muatan; posisinya di dalam alur juga dapat mendukung pertemuan yang teratur.

Jika interaksi semacam itu terjadi berulang kali di sepanjang bagian DNA, kedua molekul dapat saling menyatu seperti dua sisi ritsleting. Mekanisme tersebut menjadi dasar model ritsleting DNA. Studi terbaru ini bukan sekadar mengulang gagasan lama, melainkan menghadirkan pengamatan langsung yang sejalan dengan model itu.

Urutan DNA ikut menentukan titik pertemuan

Peneliti juga menemukan bahwa pemasangan tidak berlangsung seragam di seluruh panjang molekul. Simulasi yang dipimpin Victor Velasco-Berrelleza, peneliti di Departemen Ilmu Matematika dan Fisika Universitas Sheffield sekaligus penulis utama, menunjukkan adanya bagian tertentu yang lebih mungkin berinteraksi kuat.

Bagian-bagian itu digambarkan sebagai “titik panas”. Temuan tersebut mengisyaratkan bahwa pengenalan DNA dipengaruhi oleh gabungan bentuk alur dan urutan basa. Dengan kata lain, kesamaan urutan saja tidak menjelaskan seluruh proses; kecocokan spasial juga berperan dalam menentukan lokasi kedua molekul berikatan.

Jenis ion pun menghasilkan pola yang berbeda. Mg²⁺ dan Ca²⁺ dapat membentuk beberapa jenis jembatan, sedangkan Ni²⁺ cenderung stabil pada situs tertentu. Dalam simulasi, Mg²⁺ dapat mendukung interaksi di alur besar maupun alur kecil sehingga terbentuk jaringan berkelanjutan yang menyerupai ritsleting.

Gambaran ini memperluas pemahaman tentang cara DNA menemukan pasangan di lingkungan sel yang padat. Pengenalan tersebut tampaknya tidak bertumpu pada daya tarik sederhana antara dua segmen identik, melainkan pada perpaduan muatan listrik, bentuk molekul, dan urutan basa.

Para peneliti menilai pemahaman mengenai cara DNA menyelaraskan diri dapat membantu ilmuwan mengendalikan proses perakitan mandiri dengan lebih baik. Bukti baru ini membuka ruang bagi penelitian lanjutan untuk menguji bagaimana variasi urutan dan ion memengaruhi pertemuan DNA dalam kondisi berbeda.