Mengapa lalat?

  English version

Drosophila melanogasDrosophilater, lebih dikenal sebagai lalat buah atau lalat cuka, telah digunakan sebagai model untuk penelitian biologi selama lebih dari 100 tahun (dijelaskan dalam film pertama berikut ini). Hingga kini, Drosophila adalah organisme model yang paling banyak dipahami secara konseptual dalam ilmu pengetahuan, sehingga ideal untuk dimanfaatkan sebagai alat pengajaran di sekolah untuk menyampaikan konsep dasar biologi (dijelaskan dalam blog ini). Lima Medali Nobel dalam bidang “Physiology or Medicine” telah diberikan kepada para peneliti yang menghasilkan terobosan menggunakan Drosophila (LINK; therein: “Select Animal/Drosophila”), dan beragam aspek pengobatan modern didasarkan pada hasil-hasil penelitian menggunakan lalat buah (dijelaskan dalam film kedua berikut ini). Tapi bagaimana organisme kecil invertebrata semacam itu bisa mengajarkan kita tentang biologi manusia?

Sejauh ini ada 5 Medali Nobel untuk “Physiology or Medicine” yang telah diberikan kepada 7 peneliti yang telah melakukan penelitian penting menggunakan Drosophila.

Apa yang telah diajarkan lalat kepada kita 

Seperti yang dijelaskan dalam film berikut, penelitian menggunakan Drosophila pada awal abad yang lalu telah mendasari perkembangan dalam bidang Genetika dan meletakkan pondasi penting dalam ilmu biologi modern, dan penelitian pada lalat telah memberi kita pemahaman penting pada berbagai bidang biologi dasar sejak saat itu. Dengan menggunakan lalat, kita akhirnya mengetahui bagaimana gen diorganisasikan pada kromosom dan aturan pewarisan, beragam mekanisme mengenai pengaturan aktivitas gen, sifat mutasi dan bahaya radiasi. Mereka juga telah memberi kita pengetahuan mengenai gen pertama yang berperan dalam pemrosesan informasi di sel saraf dan pembelajaran, pemahaman mengenai jam biologis 24 jam yang mengatur jadwal harian kita dan menyebabkan jet lag, prinsip perkembangan embrio termasuk pembentukan dan organisasi dasar sistem saraf, mekanisme utama dari sistem kekebalan tubuh, aturan dinamika gene pool pada populasi besar (genetika populasi), serta spesies hewan buatan pertama (Drosophila synthetica) yang menunjukkan bagaimana evolusi bekerja. Selain itu, penelitian menggunakan lalat telah menambah pemahaman kita mengenai pentingnya nutrisi bagi kinerja biologis dan umur yang panjang, dan informasi tentang biologi dasar sel induk dan kanker (pembelahan sel, komunikasi sel). Drosophila bahkan membantu kita untuk memahami bagaimana cacat genetik tertentu dapat menyebabkan berbagai penyakit termasuk gangguan otak (e.g. penyakit Alzheimer dan Parkinson), dan banyak aspek pengobatan modern didasarkan pada hasil-hasil penemuan yang dikembangkan menggunakan lalat. Untuk informasi lebih lanjut mengenai bagaimana lalat dapat digunakan dan bagaimana hasil temuan-temuan tersebut dapat memberikan sumbangsih bagi proses penemuan ilmiah, silakan membaca contoh contoh yang disediakan di dalam artikel untuk awam, the “Organ” tab dan NINDS blog.

Kunci pertama: efektif dari segi biaya & efisien

Kunci pertama terletak pada keuntungan pragmatis Drosophila yang memungkinkan kemajuan pesat dan pada akhirnya mendorong penggunaan lalat secara luas dalam penelitian biologi:

  • Penelitian menggunakan lalat sangat hemat biaya, terjangkau bahkan bagi ilmuwan dengan anggaran rendah. Lalat sangat mudah dan murah dikembangbiakkan dalam jumlah besar, dan jumlah lalat yang setara dengan populasi London dapat disimpan hanya dengan menggunakan beberapa nampan laboratorium. Oleh karena itu, organisme kecil ini ideal untuk eksperimen berskala besar atau untuk yang memerlukan throughput yang tinggi, sebagai prasyarat penting untuk mendapatkan pemahaman konseptual yang mendalam tentang berbagai proses biologis.
  • Lalat buah memiliki rentang hidup yang pendek (dua bulan) dan siklus generasi (10 hari): mereka menjadi kakek-nenek dalam waktu kurang lebih 3 minggu. Oleh karena itu, silsilah keluarga selama beberapa generasi dapat dengan cepat dibuat, dan penelitian dapat berkembang jauh lebih cepat daripada ketika menggunakan hewan yang lebih kompleks. Ketika menggunakan lalat sebagai organisme model, percobaan yang biasanya membutuhkan waktu berbulan-bulan hingga bertahun-tahun pada tikus, dapat diselesaikan dalam hitungan minggu atau beberapa bulan saja.
  • Dalam konteks ini, penting untuk diinformasikan bahwa hanya ada sedikit atau hampir tidak ada batasan legal untuk eksperimen dengan menggunakan lalat, dan percobaan dapat langsung dimulai dari papan gambar.
  • Drosophila ideal untuk digunakan dalam analisis genetika, karena hanya memiliki 4 kromosom, sehingga dapat dengan mudah ditangani dalam jumlah besar, dan siklus hidupnya yang singkat sangat memudahkan pembuatan silsilah keluarga yang mencantumkan banyak generasi.
    • Sebagai contoh, sejumlah besar keturunan yang identik secara genetik dapat dengan mudah diproduksi. Ini berarti bahwa pengaruh latar belakang genetik individu, yang dapat memberikan dampak sangat besar pada proses biologis (lihat pengobatan yang dipersonalisasi), dapat dikecualikan sebagai faktor ketidakpastian selama eksperimen.
    • Memungkinkan dilakukannya skrining genetika, yaitu pencarian gen yang mengatur atau memediasi berbagai proses biologis tertentu (termed forward genetics). Skrining tersebut, dan studi sistematis lanjutan tentang gen yang dihasilkan pada lalat, merupakan pendorong penting dalam ilmu biosains modern, yang mengarah kepada pemahaman konseptual menyeluruh tentang proses biologis dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada yang dapat dicapai pada hewan yang lebih besar. Dapat dilihat dalam (film kedua berikut).
  • Drosophila merupakan makhluk hidup yang cukup kecil sehingga keseluruhan embrio atau keseluruhan organ-organ atau otak lalat dapat dianalisis secara bersamaan pada resolusi yang tinggi menggunakan mikroskop atau bahkan direkonstruksi dalam bentuk 3D (lihat film pertama di bawah ini yang menunjukkan perkembangan embrio hidup dari dua sudut, atau film kedua dengan tujuh label seluler secara paralel dalam satu hewan). Dengan demikian, Data mikroskopik sangat mudah didapat dan diinterpretasikan – misalnya saat mempelajari dampak mutasi gen pada perkembangan embrio. Menariknya lagi, ukuran embrio lalat yang sangat kecil (panjang 0,5 mm!) tidak menghalangi ilmuwan untuk melakukan berbagai jenis percobaan lainnya, dan beragam strategi telah dikembangkan untuk membedah spesimen mungil ini untuk mengambil organ tubuhnya, memanipulasi atau memberi label pada sel tertentu, atau melakukan pengukuran fisiologis yang canggih.
  • Genom lalat buah lebih sederhana daripada organisme yang lebih tinggi, sehingga sangat memudahkan untuk diuraikan dan dapat digunakan untuk memahami prinsip-prinsip dasar atau fungsi gen, yaitu untuk memahami organisasi dan kerja gen serta perannya dalam proses biologis. Pemahaman seperti itu menyajikan template yang berharga untuk bekerja pada hewan yang lebih tinggi (lihat kunci ke-3 di bawah).

Lalat berkembang dengan sangat cepat dan sangat cocok untuk digunakan dalam eksperimen genetik maupun yang lainnya – ideal untuk mempelajari berbagai gen, proses biologis dan bahkan mekanisme penyakit.

Anda mendapatkan 10 kali lebih banyak hasil dalam biologi untuk satu dolar yang diinvestasikan pada lalat daripada yang Anda dapatkan pada tikus” [LINK] – dan pengetahuan mengenai dasar-dasar biologi merupakan faktor yang sangat penting dalam mendukung penelitian translasional mengenai penyebab dan pengobatan penyakit.

Kunci kedua: pengetahuan dan infrastruktur

Kunci kedua terletak pada sejarah panjang penelitian menggunakan Drosophila. Lalat buah mulai diperkenalkan sebagai organisme model genetik oleh T.H. Morgan lebih dari 100 tahun yang lalu (LINK1, LINK2), dan telah bertahan di garis depan penelitian biologi hingga kini. Ketika pengetahuan dan know-how mulai berkembang, hal tersebut cenderung mempercepat perkembangan selanjutnya. Hal ini menyebabkan tersedianya informasi yang baru dan berkelanjutan mengenai….

  1. Pengetahuan tentang biologi lalat buah yang unik dan mendalam,
  2. Strategi dan teknologi penelitian mutakhir, sangat disempurnakan, kuat (dan terus ditingkatkan) untuk Drosophila, and
  3. Tersedianya beragam sumber daya dan infrastruktur yang dibangun khusus untuk penelitian lalat buah.

Sebagai contoh, hampir semua gen Drosophila dapat dimanipulasi secara eksperimental menggunakan alat-alat genetik yang umumnya dapat dipesan dari pusat stok (stock centres). Jika dikombinasikan dengan strategi penelitian yang sangat canggih dan efisien yang telah tersedia, beragam pengetahuan terkait konteks biologis yang relevan yang memfasilitasi interpretasi berbagai hasil, dan kecepatan dan efektivitas biaya penelitian menggunakan lalat (lihat kunci pertama) kemajuan besar seringkali dapat dicapai secara mengesankan dalam waktu yang sangat singkat.

Kunci ketiga: kesamaan

Genes link us together

Genes link us together

Kunci ketiga terletak pada akar evolusi kita bersama dan sejarah. Dengan demikian, banyak organ kita yang masih memiliki prinsip dasar organisasi dan fungsi (lihat detailnya di sini). Akibatnya, gen dan proses biologis dasar yang terkait pada kesehatan dan penyakit pada manusia seringkali sangat mirip dengan yang dapat dipelajari di Drosophila, dan telah diperkirakan bahwa “… sekitar 75% gen terkait penyakit pada manusia diketahui memiliki kecocokan dengan gen yang ditemukan di dalam genom lalat buah” (Reiter et al., 2001, Genome Res 11, 1114ff). Oleh karena itu, lalat sering digunakan sebagai “tabung reaksi” untuk mempelopori penelitian tentang gen atau proses biologis yang diminati, kemudian dilanjutkan dengan pengerjaan yang bertujuan untuk mengetahui apakah pemahaman baru yang diperoleh pada Drosophila juga berlaku pada tikus atau bahkan manusia. Sebagai contoh, lihat artikel berikut ini.

Walaupun demikian, lalat tentu saja BUKAN manusia mini. Misalnya, penelitian penyakit Alzheimer pada lalat tidak dapat digunakan untuk mempelajari “personality loss (hilangnya kepribadian)”, aspek yang sangat manusiawi dari kelainan ini. Tapi apa yang dapat Drosophila SEDIAKAN adalah fasilitas yang sangat ampuh untuk mengungkap mekanisme biologis dasar pembusukan sel saraf. Pemahaman yang mendalam mengenai proses tersebut akan sangat penting dalam usaha untuk merancang obat yang dapat berperan dalam penyembuhan Alzheimer. Hal ini akan merupakan peluang menarik bagi penelitian menggunakan lalat buah untuk turut memberikan kontribusi (lihat penjelasan lebih lanjut & contoh di sini). Daftar penelitian pada lalat yang telah mengilhami atau mempercepat kemajuan dalam penelitian mamalia atau manusia telah banyak dilaporkan.

Kesimpulannya…

…penelitian pada Drosophila telah membantu menghasilkan pemahaman konseptual dan mengungkap mekanisme fundamental di banyak bidang biologi, termasuk genetika klasik, biologi perkembangan, fisiologi, nutrisi, perkembangan/fungsi sistem saraf, biologi sel punca, ilmu perilaku (misalnya belajar, tidur, agresi) – dan lalat sering digunakan untuk mempelajari mekanisme yang mendasari penyakit manusia termasuk kanker dan neurodegenerasi (LINK). Dengan cara ini, Drosophila akan tetap menjadi pilar penting dalam proses penemuan ilmiah di masa mendatang, memberikan sarana yang ampuh untuk mendorong penemuan dan perkembangan baru yang kemudian dapat mengilhami penelitian pada hewan tingkat tinggi dan manusia.

Silakan melihat video edukasi dari kolaborator kami, Manchester Fly Facility, The University of Manchester

Diterjemahkan secara bebas dari website Droso4schools, salah satu bentuk outreach Manchester Fly Facility, atas persetujuan Prof. Andreas Prokop (FBMH, The University of Manchester).

Advertisements