BAGIKAN
Sangharsh Lohakare

Faktor lingkungan internal dan eksternal, seperti jenis kelamin dan suhu, memengaruhi ekspresi gen.

Ekspresi gen dalam suatu organisme dapat dipengaruhi oleh lingkungan, termasuk dunia luar tempat organisme itu berada atau berkembang. Begitupun dengan dunia internal organisme sendiri, yang mencakup berbagai faktor seperti hormon dan metabolismenya.

Salah satu pengaruh lingkungan internal utama yang memengaruhi ekspresi gen adalah jenis kelamin, seperti halnya sifat-sifat yang dipengaruhi oleh sifat-sifat sex-influenced dan sex-limited. Demikian pula, obat-obatan, bahan kimia, suhu, dan cahaya adalah beberapa faktor lingkungan eksternal yang dapat menentukan gen mana yang dihidupkan dan dimatikan, sehingga memengaruhi cara organisme berkembang dan berfungsi.

Sifat-sifat Sex-Influenced dan Sex-Limited

Ciri-ciri yang dipengaruhi jenis kelamin (sex-influenced) adalah ciri-ciri yang diekspresikan secara berbeda pada kedua jenis kelamin. Ciri-ciri tersebut bersifat autosomal, yang berarti bahwa gen yang bertanggung jawab atas ekspresinya tidak dibawa oleh kromosom seks. Contoh sifat yang dipengaruhi jenis kelamin adalah pola kebotakan laki-laki. Alel kebotakan, yang menyebabkan kerontokan rambut, dipengaruhi oleh hormon testosteron dan dihidrotestosteron, tetapi hanya terjadi ketika kandungan kedua hormon tersebut tinggi.

Secara umum, laki-laki memiliki kadar hormon ini jauh lebih tinggi daripada perempuan, sehingga alel kebotakan memiliki efek yang lebih kuat pada laki-laki daripada perempuan. Namun, tingkat stres yang tinggi dapat menyebabkan ekspresi gen pada wanita. Dalam situasi stres, kelenjar adrenal wanita dapat menghasilkan testosteron dan mengubahnya menjadi dihidrotestosteron, yang dapat mengakibatkan kerontokan rambut.

Sifat terbatas jenis kelamin (sex-limited) juga bersifat autosom. Tidak seperti sifat yang dipengaruhi jenis kelamin, yang ekspresinya berbeda menurut jenis kelamin, sifat yang dibatasi jenis kelamin diekspresikan pada individu dari satu jenis kelamin saja. Contoh sifat terbatas jenis kelamin adalah laktasi, atau produksi susu. Meskipun gen penghasil susu dimiliki oleh jantan dan betina, tetapi hanya betina menyusui yang mengekspresikan gen ini.

Obat-obatan dan Bahan Kimia

Kehadiran obat-obatan atau bahan kimia di lingkungan suatu organisme juga dapat memengaruhi ekspresi gen dalam organisme tersebut. Ikan Cyclops adalah contoh dramatis bagaimana bahan kimia lingkungan dapat memengaruhi perkembangan. Pada tahun 1907, peneliti CR Stockard menciptakan embrio ikan Cyclops dengan menempatkan telur Fundulus heteroclitus yang telah dibuahi dalam 100 mL air laut yang dicampur dengan sekitar 6 g magnesium klorida. Biasanya, embrio F. heteroclitus memiliki dua mata; namun, dalam percobaan ini, setengah dari telur yang ditempatkan dalam campuran magnesium klorida menghasilkan embrio bermata satu (Stockard, 1907).

Contoh kedua bagaimana lingkungan kimia memengaruhi ekspresi gen adalah kasus pemberian oksigen tambahan yang menyebabkan kebutaan pada bayi prematur (Silverman, 2004). Pada tahun 1940-an, pemberian oksigen tambahan menjadi praktik yang populer ketika dokter memperhatikan bahwa peningkatan kadar oksigen mengubah pola pernapasan bayi prematur menjadi ritme “normal”. Sayangnya, ada hubungan sebab akibat antara pemberian oksigen dan retinopati prematuritas (ROP), meskipun hubungan ini belum diketahui pada saat itu; dengan demikian, pada tahun 1953, ROP telah membutakan sekitar 10.000 bayi di seluruh dunia.

Akhirnya, pada tahun 1954, dilakukan uji klinis secara acak mengidentifikasi oksigen tambahan sebagai faktor penyebab kebutaan. Yang memperumit masalah ini adalah kenyataan bahwa terlalu sedikit oksigen menghasilkan tingkat kerusakan otak dan kematian yang lebih tinggi pada bayi prematur. Sayangnya, bahkan saat ini, jumlah oksigenasi optimal yang diperlukan untuk merawat bayi prematur sambil sepenuhnya menghindari komplikasi ini masih belum jelas.

Contoh lain dari cara bahan kimia dapat mengubah ekspresi gen melibatkan thalidomide, obat penenang, antiemetik, dan nonbarbiturat yang pertama kali diproduksi dan dipasarkan pada pertengahan 1950-an. Sementara thalidomide tidak memiliki efek yang terlihat pada ekspresi dan perkembangan gen pada orang dewasa yang sehat, thalidomide memiliki efek yang sangat merugikan pada janin yang sedang berkembang.

Namun, ketika obat itu pertama kali dibuat, dampaknya terhadap janin belum diketahui. Selain itu, karena kurangnya toksisitaspada sukarelawan manusia dewasa, thalidomide dipasarkan sebagai obat penenang yang paling aman pada masanya dan dengan cepat menjadi populer di Eropa, Australia, Asia, dan Amerika Selatan untuk melawan efek mual di pagi hari. (Di Amerika Serikat, obat tersebut gagal untuk menerima persetujuan Food and Drug Administration karena efek sampingnya termasuk kesemutan pada tangan dan kaki setelah pemberian jangka panjang, yang menyebabkan kekhawatiran bahwa obat tersebut mungkin terkait dengan neuropati.)

Tidak sampai tahun 1961, peneliti Australia, William McBride dan peneliti Jerman, Widukind Lenz secara independen melaporkan bahwa thalidomide adalah teratogen , artinya penggunaannya dikaitkan dengan cacat lahir. Studi lain terkait penggunaan thalidomide dengan neuropati. Sayangnya, obat itu ditarik terlambat untuk mencegah cacat perkembangan yang parah pada sekitar 8.000 hingga 12.000 bayi, banyak di antaranya lahir dengan perkembangan anggota tubuh yang terhambat. Menariknya, terlepas dari fakta bahwa thalidomide berbahaya selama perkembangan embrionik, obat tersebut terus digunakan dalam kasus tertentu hingga saat ini. Misalnya, ia memiliki potensi terapeutik dalam mengobati kusta, dan dalam beberapa tahun terakhir, ia juga telah digunakan untuk mengobati kanker dan meningkatkan efektivitas vaksin kanker (Bartlett et al ., 2004; Fraser, 1988).

Suhu dan Cahaya

Selain obat-obatan dan bahan kimia, suhu dan cahaya merupakan faktor lingkungan eksternal yang dapat mempengaruhi ekspresi gen pada organisme tertentu. Misalnya, kelinci Himalaya membawa gen C, yang diperlukan untuk perkembangan pigmen pada bulu, kulit, dan mata, dan ekspresinya diatur oleh suhu (Sturtevant, 1913). Secara khusus, gen C tidak aktif di atas 35°C, dan aktif secara maksimal dari 15°C hingga 25°C. Pengaturan suhu ekspresi gen ini menghasilkan kelinci dengan pewarnaan bulu yang khas. Di bagian tengah tubuh kelinci yang hangat, gennya tidak aktif, dan tidak ada pigmen yang diproduksi, menyebabkan warna bulu menjadi putih. Sedangkan pada bagian ekstremitas kelinci (telinga, ujung hidung, dan kaki), yang suhunya jauh lebih rendah dari 35°C,

Cahaya juga dapat memengaruhi ekspresi gen, seperti dalam kasus perkembangan dan pertumbuhan sayap kupu-kupu. Misalnya, pada tahun 1917, ahli biologi Thomas Hunt Morgan melakukan penelitian di mana ia menempatkan ulat Vanessa urtica dan Vanessa io di bawah cahaya merah, hijau, atau biru, sementara ulat lainnya disimpan dalam kegelapan. Ketika ulat berkembang menjadi kupu-kupu, sayap mereka menunjukkan perbedaan yang dramatis. Paparan cahaya merah menghasilkan warna sayap yang intens, sedangkan paparan cahaya hijau menghasilkan sayap kehitaman. Cahaya biru dan kegelapan menyebabkan sayap berwarna lebih pucat. Selain itu, kupu-kupu V. urtica yang dipelihara di bawah cahaya biru dan kupu-kupu V. io yang dipelihara di tempat gelap berukuran lebih besar dari kupu-kupu lainnya.

Seperti yang diilustrasikan oleh contoh-contoh ini, ada banyak contoh spesifik dari pengaruh lingkungan pada ekspresi gen. Namun, penting untuk diingat bahwa ada interaksi yang sangat kompleks antara gen kita dan lingkungan kita yang menentukan fenotip kita dan siapa diri kita.


Ingrid Lobo, Ph.D. (Write Science Right) © 2008 Nature Education

Nature