Bagaimana Sel Primordial Awal Berevolusi? Mutasi Sederhana Mendorong Perkembangbiakan Bakteri Bentuk-L

Empat miliar tahun yang lalu, segera setelah planet ini mendingin ke suhu yang cukup untuk memulai kehidupan, sel-sel primordial mungkin telah mereplikasi dan membelah diri tanpa mesin protein atau dinding sel, hanya mengandalkan pada membran lipid yang tipis. Penelitian terbaru pada bakteri menyoroti tentang bagaimana persisnya sel-sel primitif itu mampu berevolusi tanpa memerlukan struktur-struktur penting. Meskipun sebagian besar bakteri memiliki dinding sel, namun terdapat banyak bakteri yang dapat beralih ke keberadaan bebas-dinding, atau disebut ‘keadaan bentuk-L’, yang bisa meniru struktur sel-sel primordial.

Studi yang dipublikasikan Cell Pers dalam jurnal Cell ini mengungkap bagaimana bakteri dalam keadaan bentuk-L membelah diri dan berkembang biak, menghadirkan wawasan tentang bagaimana bentuk-bentuk paling awal kehidupan selular mungkin telah mereplikasi diri.

“Kejutan utama bagi saya adalah pada betapa sederhananya mekanisme ini. Tidak diperlukan mesin berbasis protein yang rumit,” kata penulis senior dalam studi ini, Jeff Errington dari Newcastle University, “Hal ini membuatnya masuk akal untuk dijadikan penjelasan pada bagaimana sel sangat primitif bisa bertumbuh dan berkembang di masa-masa evolusi paling awal.”

Dinding sel adalah struktur berlapis yang terdapat pada semua garis keturunan bakteri utama, dan mungkin terdapat pula pada nenek moyang bersama paling akhir dari bakteri. Dinding sel dikelilingi sel-sel yang melindunginya sekaligus mempertahankan bentuknya. Struktur ini sangat penting sehingga menjadi sasaran antibiotik, meski banyak bakteri penyebab penyakit menular yang mampu beralih ke keadaan bentuk-L untuk menangkis antibiotik.

Mungkin perubahan paling mencolok terkait dengan keadaan bentuk-L adalah cara di mana bakteri bereplikasi. Alih-alih mengandalkan ketepatan mesin pembelahan sel yang rumit, bakteri bentuk-L membentuk jadi tidak beraturan dan memunculkan tonjolan-tonjolan permukaan sel yang melepas diri menjadi sel anak putri. Meskipun mutasi genetik yang terkait dengan keadaan bentuk-L sudah berhasil teridentifikasi, namun sedikit yang diketahui tentang mekanisme molekuler yang mendasari replikasi bentuk-L.

Untuk mengatasi pertanyaan ini, Errington bersama timnya mengidentifikasi dua perubahan genetik yang diperlukan untuk pertumbuhan bentuk-L pada bakteri. Salah satu mutasi ini diperlukan untuk peningkatan produksi asam lemak dalam membran sel, yang diperkirakan akan meningkatkan luas area permukaan sel hingga relatif ke ukuran volumenya. Pada akhirnya, para peneliti menemukan juga bahwa dengan meningkatkan luas permukaan sel secara artifisial, mereka bisa mendorong terjadinya perubahan bentuk mirip bentuk-L dan pembelahan sel. Temuan ini menunjukkan bahwa suatu perubahanan biofisik yang sederhana –ketidakseimbangan antara luas permukaan dan volume — mendasari terjadinya pembelahan sel bentuk-L.

“Studi kami membuka jalan untuk memahami cara bakteri bentuk-L menyebabkan penyakit dan menolak antibiotik,” kata Errington, “Ini juga menawarkan sebuah sistem model untuk percobaan berikutnya yang bertujuan mengeksplorasi mekanisme replikasi sel primitif yang mungkin ada sebelum terjadi ledakan kehidupan bakteri di planet ini pada hampir empat miliar tahun yang lalu.”