 |
| Foto: Nature Communication/William C. Ratcliff cs |
Kirinesia, JAKARTA — Chlamydomonas, alga hijau bersel satu yang mampu bergerak menuju sumber cahaya, menjadi bagian penting dari penelitian yang mengantarkan Karl Deisseroth, Peter Hegemann, dan Georg Nagel meraih Hadiah Nobel 2026 bidang Fisiologi atau Kedokteran. Penelitian mereka membuka jalan bagi pengembangan optogenetika, teknologi yang memungkinkan aktivitas neuron dikendalikan menggunakan cahaya.
Optogenetika merupakan teknik yang memungkinkan peneliti mengaktifkan atau menonaktifkan neuron tertentu di otak yang hidup dengan bantuan cahaya. Teknologi ini menjadi terobosan penting dalam ilmu saraf karena membantu peneliti memahami fungsi otak melalui pengendalian aktivitas sel saraf secara langsung.
Sebelum teknik ini dikembangkan, penelitian otak selama beberapa dekade lebih banyak mengandalkan data anatomi dan korelasi untuk mempelajari hubungan antarsel saraf. Para ilmuwan masih menghadapi keterbatasan dalam mengendalikan aktivitas neuron dengan kecepatan tinggi.
Awal Penelitian dari Alga Bersel Satu
Perjalanan menuju pengembangan optogenetika bermula pada 1990-an, ketika Peter Hegemann, ilmuwan yang bekerja di Institut Biokimia Max Planck, Jerman, meneliti kemampuan Chlamydomonas berenang menuju cahaya.
Hegemann berusaha mengisolasi protein yang memungkinkan alga tersebut merespons cahaya. Namun, upaya itu menemui kendala karena protein yang dikeluarkan dari sel ternyata tidak stabil sehingga sulit dipelajari lebih lanjut.
Terobosan muncul ketika genom Chlamydomonas berhasil diurutkan. Hegemann menemukan dua gen yang memiliki kemiripan dengan gen penghasil protein mikroba yang sensitif terhadap cahaya.
Ia kemudian menghubungi Georg Nagel, peneliti di Institut Biofisika Max Planck yang memiliki pengalaman memproduksi protein di dalam sel telur katak. Kolaborasi keduanya menghasilkan temuan penting mengenai protein peka cahaya.
Para peneliti mengidentifikasi channelrhodopsin-1 dan channelrhodopsin-2, yaitu protein yang membentuk saluran pada membran sel dan dapat terbuka ketika terkena cahaya. Saluran tersebut memungkinkan ion bermuatan positif masuk ke dalam sel dan memicu sinyal listrik.
Dari kedua protein itu, channelrhodopsin-2 menjadi perhatian khusus karena mampu merespons cahaya hanya dalam waktu 0,2 milidetik. Para ilmuwan kemudian memodifikasi sel ginjal manusia dan hamster secara genetik agar menghasilkan protein tersebut, sehingga sel-sel itu dapat merespons rangsangan cahaya.
Peran Karl Deisseroth dalam Pengembangan Optogenetika
Penemuan Hegemann dan Nagel selanjutnya membuka peluang bagi Karl Deisseroth, psikiater dan insinyur biologi yang berafiliasi dengan Howard Hughes Medical Institute dan Universitas Stanford, untuk menerapkan teknologi tersebut pada jaringan otak.
Dengan memasukkan protein peka cahaya ke dalam otak, aktivitas neuron dapat dikendalikan menggunakan rangsangan cahaya. Pendekatan ini memberikan metode baru bagi penelitian sistem saraf dan membantu ilmuwan menyelidiki hubungan antara aktivitas neuron dan fungsi otak.
Mengapa Chlamydomonas Istimewa?
Menurut laman resmi Nobel Prize, Chlamydomonas memiliki kemampuan bergerak menuju sumber cahaya. Ketika alga hijau tersebut dimasukkan ke dalam cawan petri, cairan akan tampak berwarna hijau pucat. Jika cahaya diarahkan dari satu sisi, kumpulan alga akan bergerak menuju sumber tersebut.
Kemampuan itu didukung oleh bintik mata berupa titik oranye kecil pada permukaan sel yang mengandung molekul penangkap cahaya.
Berdasarkan Oxford Academic, Chlamydomonas merupakan genus alga hijau bersel satu yang umumnya ditemukan di air tawar dan tanah lembap. Salah satu spesies yang paling banyak diteliti adalah Chlamydomonas reinhardtii, yang digunakan sebagai organisme model dalam penelitian biologi sel, biologi molekuler, dan bioteknologi.
Spesies ini dapat bereproduksi secara aseksual melalui pembelahan mitosis maupun secara seksual ketika kondisi lingkungan tertentu, seperti kekurangan nitrogen, memicu pembentukan gamet.
Chlamydomonas reinhardtii juga memiliki karakteristik genetik khusus, termasuk pola pewarisan uniparental pada sifat tertentu yang berkaitan dengan DNA kloroplas dan mitokondria. Kemampuannya beradaptasi dengan berbagai kondisi serta kesederhanaan genetiknya menjadikan organisme ini penting bagi penelitian ilmiah.
Penelitian terhadap alga mikroskopis tersebut menunjukkan bahwa organisme sederhana dapat memberikan dasar bagi pengembangan teknologi yang membantu manusia memahami mekanisme kerja otak secara lebih mendalam.
