Selama puluhan tahun, gambaran paling ikonik tentang DNA adalah heliks ganda—dua untai molekul yang berpilin seperti tangga. Struktur ini dikenal sebagai bentuk B-DNA dan menjadi simbol utama biologi molekuler. Namun, DNA di dalam sel ternyata tidak selalu mempertahankan bentuk tersebut. Dalam kondisi tertentu, molekul DNA dapat melipat, membengkok, atau membentuk struktur tiga dimensi yang jauh lebih beragam.
Struktur-struktur alternatif ini dikenal sebagai non-B DNA atau DNA non-kanonik. Penelitian terbaru yang diterbitkan dalam Nucleic Acids Research memetakan keberadaan motif non-B DNA pada genom manusia dan enam spesies kera besar. Dengan bantuan teknologi pengurutan DNA generasi terbaru, para ilmuwan menemukan bahwa bentuk-bentuk alternatif tersebut tersebar luas di dalam genom dan berpotensi memengaruhi berbagai proses penting, mulai dari replikasi DNA hingga evolusi genom.
Melampaui Gambaran Heliks Ganda
Bentuk B-DNA merupakan konfigurasi DNA yang paling umum ditemukan dalam kondisi fisiologis sel. Dalam struktur ini, dua untai DNA berpilin secara teratur membentuk heliks ganda. Namun, urutan basa tertentu dapat membuat DNA lebih mudah mengalami perubahan bentuk.
Beberapa struktur non-B DNA yang telah dikenal antara lain DNA bengkok, struktur hairpin, Z-DNA, dan G-quadruplex. Struktur hairpin terbentuk ketika satu untai DNA memiliki urutan basa yang saling melengkapi sehingga dapat melipat dan membentuk batang serta lengkungan seperti jepit rambut. Z-DNA memiliki bentuk heliks yang berlawanan arah dengan B-DNA, sedangkan G-quadruplex terbentuk dari susunan basa guanin yang membentuk struktur empat untai.
Perubahan bentuk tersebut tidak selalu berarti DNA mengalami kerusakan. Dalam beberapa keadaan, struktur non-B DNA dapat berfungsi sebagai bagian normal dari pengaturan aktivitas genom. Namun, jika terbentuk di lokasi atau waktu yang tidak tepat, struktur ini juga berpotensi mengganggu stabilitas materi genetik.
Genom Manusia yang Semakin Lengkap
Pemahaman tentang non-B DNA berkembang pesat setelah ilmuwan berhasil memperoleh susunan genom manusia yang lebih lengkap. Ketika genom manusia pertama kali dipublikasikan pada 2001, sekitar 8 persen bagiannya masih belum berhasil ditentukan. Bagian yang hilang tersebut sebagian besar terdiri atas DNA berulang, yang sulit dianalisis menggunakan teknologi pengurutan generasi lama.
Kemajuan besar terjadi melalui proyek Telomere-to-Telomere, atau T2T. Proyek ini berupaya menyusun genom manusia secara hampir lengkap dari satu ujung kromosom ke ujung lainnya. Pada 2022, para peneliti berhasil menghasilkan referensi genom manusia yang jauh lebih lengkap. Setahun kemudian, bagian terakhir yang sebelumnya sulit diurutkan, termasuk kromosom Y, juga berhasil dipetakan.
Pada 2025, para ilmuwan melangkah lebih jauh dengan menyelesaikan genom referensi enam spesies kera besar. Spesies tersebut meliputi simpanse, bonobo, gorila, orangutan Kalimantan, orangutan Sumatra, dan siamang. Ketersediaan genom lengkap ini memungkinkan para peneliti membandingkan lokasi serta pola DNA non-kanonik pada manusia dan kerabat evolusioner terdekatnya.
Teknologi Long-Read Sequencing
Penelitian tentang non-B DNA dimungkinkan oleh teknologi long-read sequencing. Berbeda dari metode lama yang membaca DNA dalam potongan-potongan pendek, teknologi ini dapat membaca segmen genom yang jauh lebih panjang. Hal ini sangat penting karena banyak struktur non-B DNA berada di wilayah genom yang berulang dan kompleks.
Potongan DNA pendek sering kali sulit dirangkai kembali secara akurat. Akibatnya, daerah-daerah kaya pengulangan dapat terlewat atau salah disusun. Dengan membaca segmen yang lebih panjang, ilmuwan dapat melihat pola genetik dalam konteks yang lebih utuh dan mendeteksi motif yang sebelumnya tersembunyi.
Dalam studi tersebut, para peneliti menganalisis genom manusia dan enam kera besar untuk mencari urutan basa yang berpotensi membentuk struktur non-B DNA. Hasilnya menunjukkan bahwa data genom baru mengungkap lebih banyak motif non-B DNA dibandingkan analisis sebelumnya yang menggunakan teknologi short-read sequencing.
Banyak Ditemukan pada DNA Satelit
Pada genom manusia, sebagian besar motif non-B DNA ditemukan di wilayah DNA satelit. DNA satelit merupakan bagian genom yang terdiri atas urutan basa berulang dan umumnya tidak mengode protein. Meskipun dulu dianggap tidak memiliki fungsi penting, kini para ilmuwan mengetahui bahwa DNA non-koding dapat berperan dalam pengaturan struktur dan aktivitas kromosom.
DNA satelit sering terlibat dalam pengorganisasian kromosom, terutama di sekitar sentromer dan telomer. Sentromer membantu memastikan kromosom terbagi secara tepat ketika sel membelah, sedangkan telomer melindungi ujung kromosom dari kerusakan. Karena itu, keberadaan struktur non-B DNA di wilayah tersebut dapat memengaruhi cara kromosom dipadatkan, dipelihara, dan diwariskan.
Pada genom kera besar, motif non-B DNA tampak tersebar secara tidak merata. Perbedaan ini dapat memberikan petunjuk tentang bagaimana genom berubah selama evolusi. Jika suatu motif muncul atau menghilang pada garis keturunan tertentu, perubahan tersebut mungkin berkaitan dengan mutasi, rekombinasi, atau adaptasi struktural genom.
Peran dalam Fungsi dan Evolusi Genom
Struktur non-B DNA diperkirakan memengaruhi berbagai proses seluler. Salah satunya adalah replikasi DNA, yaitu proses penggandaan materi genetik sebelum pembelahan sel. Struktur yang tidak biasa dapat membantu atau justru menghambat pergerakan mesin replikasi.
Selain itu, non-B DNA dapat memengaruhi transkripsi, yaitu proses ketika informasi dari DNA digunakan untuk menghasilkan RNA. Struktur tertentu mungkin membuat gen lebih mudah atau lebih sulit diakses oleh protein pengatur. Struktur ini juga diduga berhubungan dengan metilasi DNA, suatu mekanisme epigenetik yang dapat mengatur aktivitas gen tanpa mengubah urutan basanya.
Dari sudut pandang evolusi, struktur non-B DNA dapat menjadi sumber perubahan genetik. Lipatan atau bentuk tiga dimensi tertentu mungkin meningkatkan peluang terjadinya rekombinasi dan mutasi. Dalam beberapa kasus, hal ini dapat menghasilkan variasi genetik yang kemudian berkontribusi terhadap evolusi genom.
Namun, proses yang sama juga dapat menimbulkan risiko. Struktur non-B DNA berpotensi menghambat replikasi, meningkatkan mutasi, dan menyebabkan ketidakstabilan genom. Sejumlah penelitian mengaitkannya dengan kanker, gangguan neurodegeneratif, dan kelainan genetik tertentu, termasuk sindrom Werner.
Struktur DNA dan Kesehatan Manusia
Penemuan ini mengubah cara ilmuwan memandang genom. Genom tidak lagi dipahami hanya sebagai urutan huruf A, T, G, dan C, tetapi juga sebagai molekul tiga dimensi yang dapat berubah bentuk. Dengan demikian, fungsi DNA tidak hanya ditentukan oleh urutan basa, tetapi juga oleh struktur fisiknya.
Pemahaman mengenai lokasi non-B DNA dapat membantu ilmuwan menjelaskan mengapa wilayah tertentu lebih mudah mengalami mutasi atau kerusakan. Pengetahuan tersebut pada masa depan mungkin berguna untuk mempelajari penyebab penyakit, mengembangkan metode diagnosis, atau merancang terapi yang menargetkan struktur DNA tertentu.
Meski demikian, sebagian besar fungsi biologis non-B DNA masih belum sepenuhnya dipahami. Para peneliti perlu menentukan kapan struktur tersebut terbentuk, protein apa yang berinteraksi dengannya, dan apakah perannya bersifat menguntungkan, merugikan, atau bergantung pada kondisi sel.
Kesimpulan
DNA memang terkenal sebagai heliks ganda, tetapi bentuk itu bukan satu-satunya konfigurasi yang dimilikinya. Struktur non-B DNA seperti G-quadruplex, Z-DNA, dan hairpin merupakan bagian penting dari keragaman arsitektur genom manusia dan kera besar.
Dengan bantuan genom lengkap dan teknologi long-read sequencing, para ilmuwan kini dapat memetakan struktur-struktur tersebut dengan lebih akurat. Penelitian ini menunjukkan bahwa memahami genom berarti memahami dua hal sekaligus: informasi genetik yang tersimpan dalam urutan basa dan bentuk fisik yang diambil oleh molekul DNA.
Penemuan tentang non-B DNA membuka babak baru dalam biologi molekuler. Heliks ganda masih menjadi gambaran utama DNA, tetapi di dalam sel, molekul kehidupan ini ternyata jauh lebih dinamis, kompleks, dan kreatif daripada yang selama ini dibayangkan.
Temuan tersebut dilaporkan dalam jurnal Nucleic Acids Research .
Smeds, L., Kamali, K., Kejnovská, I., Kejnovský, E., Chiaromonte, F., & Makova, K. D. (2025).
Non-canonical DNA in human and other ape telomere-to-telomere genomes.
Nucleic Acids Research, 53(7), gkaf298.
https://doi.org/10.1093/nar/gkaf298
Yoo, D. et al. (2025).
Complete sequencing of ape genomes.
Nature.
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08816-3
