Sebagian besar makhluk hidup di Bumi berada dalam keadaan dorman setelah menarik ‘rem darurat’

• Banyak mikroba dan sel menghentikan pertumbuhan dan masuk ke keadaan dorman saat lingkungan memburuk, dan menurut beberapa perkiraan, 60% sel mikroba di Bumi berada dalam keadaan tertidur pada suatu saat
• Protein baru Balon segera menghentikan ribosom, alat produksi protein pada bakteri, dan gen terkait ditemukan pada 20% genom bakteri yang terdaftar
• Faktor dormansi yang sudah diketahui sebelumnya bekerja dengan mencegah sintesis berikutnya setelah sintesis protein selesai, tetapi Balon dapat menyela bahkan ribosom yang sedang aktif dan menghentikan translasi seperti rem darurat
• Balon berikatan di dekat A site pada ribosom dan dapat masuk serta keluar dengan cepat, sehingga sel mudah tertidur dalam kondisi stres lalu aktif kembali saat kondisi membaik
• Dormansi bukan hanya dipakai bakteri, tetapi merupakan strategi bertahan hidup yang digunakan luas di seluruh dunia kehidupan, termasuk pada sel telur, sel punca, sel imun, sel hati, hibernasi beruang, dan lysogeny pada virus

---

Apa yang dihentikan Balon: ribosom dan penggunaan energi

• Saat sel mendeteksi kondisi buruk seperti kelaparan atau suhu dingin, sel membuat protein faktor dormansi untuk menurunkan metabolisme
• Faktor dormansi membongkar mesin seluler atau menghambat ekspresi gen, dan yang sangat penting adalah kelompok yang menghentikan ribosom, pembuat protein baru
• Pada sel bakteri yang sedang tumbuh, produksi protein menyumbang lebih dari 50% penggunaan energi
• Ketika ribosom berhenti, sintesis protein baru berkurang dan energi yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup dasar bisa dihemat

Penemuan Balon dan cara kerjanya

• Balon ditemukan pada bakteri adaptif suhu rendah Psychrobacter urativorans yang diperoleh dari lapisan tanah beku permanen Arktik
• Dalam eksperimen, bakteri mengalami kejutan dingin dan menjadi dorman setelah media kultur dibiarkan terlalu lama di wadah es
• Tim peneliti mengekstrak ribosom dari bakteri dorman dan mengamatinya dengan cryo-EM, lalu mengonfirmasi ada satu protein yang menyelip di A site ribosom
• Protein ini belum pernah dideskripsikan sebelumnya, dan karena mirip dengan Pelota yang terlibat dalam pembongkaran serta daur ulang komponen ribosom, protein itu diberi nama Balon, dari kata bahasa Spanyol yang juga berarti bola
• Dalam penelitian yang dipublikasikan di Nature, Balon dipastikan bekerja dengan cara yang berbeda dari faktor dormansi ribosom yang sudah dikenal

“Rem darurat” yang berbeda dari faktor dormansi sebelumnya

• Faktor dormansi pengganggu ribosom yang sebelumnya dikenal bekerja relatif pasif
  • Menunggu sampai ribosom selesai membuat satu protein
  • Setelah itu mencegah ribosom memulai sintesis protein baru
• Balon dapat masuk ke ribosom di dalam sel dan menghentikan aktivitasnya, termasuk ribosom yang sudah sedang bekerja
• Faktor dormansi yang ada sebelumnya menutup A site ribosom secara fisik, sehingga hanya bisa berikatan setelah sintesis protein yang sedang berjalan selesai
• Balon tidak menutup jalur sepenuhnya, tetapi berikatan di dekatnya, sehingga penyisipan dan pelepasan dimungkinkan apa pun yang sedang dilakukan ribosom
• Berkat sifat ini, Balon dapat menghentikan pertumbuhan sel lalu lepas kembali dengan cepat seperti kaset pita

Balon bukan pengecualian langka, melainkan protein yang tersebar luas

• Saat urutan gen Balon dicari, urutan terkait ditemukan pada 20% genom bakteri yang terdaftar di basis data publik
• Peneliti juga menganalisis dua protein bakteri alternatif di antaranya
  • Protein dari Mycobacterium tuberculosis, patogen manusia penyebab tuberkulosis
  • Protein dari Thermus thermophilus, yang hidup di ventilasi hidrotermal laut dalam bersuhu sangat tinggi
• Kedua protein itu juga berikatan pada A site ribosom, menunjukkan bahwa sebagian protein kerabat Balon mungkin bekerja serupa pada spesies bakteri lain
• Balon tidak ditemukan pada Escherichia coli dan Staphylococcus aureus, yang sering digunakan dalam penelitian dormansi sel
• Jika terlalu berfokus pada organisme model laboratorium yang terbatas, kita bisa melewatkan taktik dormansi yang sebenarnya tersebar luas

Dormansi di seluruh dunia kehidupan

• Sebagian besar makhluk hidup di Bumi memiliki kemampuan menghentikan atau menurunkan metabolisme saat diperlukan, alih-alih terus meningkatkan aktivitas
• Bakteri model laboratorium E. coli memiliki lima cara dormansi yang terpisah, dan masing-masing saja sudah cukup untuk bertahan dalam kondisi krisis
• Dormansi bukan fenomena yang hanya diperlukan saat kelaparan
  • Sel telur manusia berada dalam keadaan dorman selama puluhan tahun hingga dibuahi
  • Sel punca manusia berada dalam keadaan diam di sumsum tulang setelah lahir sambil menunggu sinyal dari tubuh
  • Fibroblast pada jaringan saraf, lymphocyte pada sistem imun, dan hepatocyte di hati juga masuk ke tahap tidak aktif dan tidak membelah sebelum kembali aktif
• Hibernation pada beruang, lysogeny pada herpes virus, dauer stage pada cacing, diapause pada serangga, aestivation pada amfibi, dan torpor pada burung juga merupakan keadaan dorman yang dapat dipulihkan saat kondisi membaik

Dormansi stokastik dan kelangsungan hidup populasi

• Sebagian sel masuk dorman setelah mendeteksi perubahan lingkungan, tetapi banyak bakteri juga memakai strategi stokastik
• Dalam lingkungan yang berubah secara acak, jika tidak ada sel yang masuk dorman, seluruh populasi dapat lenyap karena bencana tak terduga
• Bahkan dalam kultur E. coli yang paling sehat dan tumbuh paling cepat, 5–10% sel berada dalam keadaan dorman
• Sel-sel dorman ini berperan sebagai penyintas yang ditunjuk, bertahan hidup ketika sel lain yang lebih aktif dan rentan mengalami kerusakan
• Mekanisme dormansi seperti Balon terhubung dengan pemahaman tentang spesies mana yang dapat tetap stabil atau pulih di tengah perubahan iklim

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Saya suka kisah Karla Helena-Bueno yang lupa meninggalkan bakteri Arktik terlalu lama di atas es, lalu menemukan faktor hibernasi bersama
  Ini memperlihatkan pola magis yang sering menyertai inovasi dan penemuan, yaitu kecelakaan yang tak disengaja. Terasa manusiawi dan segar, dan menurut saya ini bukan jenis penemuan yang akan sepenuhnya direbut oleh machine learning

  • Saya teringat ungkapan bahwa kata paling menarik yang menandai penemuan baru dalam sains bukanlah “Eureka!”, melainkan “Aneh ya…”
    Biasanya dikaitkan dengan Isaac Asimov
  • Saya setuju dengan alur menemukan sesuatu karena beruntung, lalu merasionalisasi masa lalu sebagai narasi keahlian, kemudian mengambil semua dana riset berikutnya
  • AI mungkin tidak akan lupa pada bakteri di dalam es, tetapi ia bisa menemukan pola dengan baik seperti kita, dan melakukannya pada skala yang jauh lebih besar
    Bukan lewat kecelakaan, tetapi dari sudut lain ia juga bisa menemukan mekanisme hibernasi. Jika AGI menjadi nyata, setelah diberi cukup data mungkin ia akan berkata dengan cara yang aneh, “ini menarik juga.” Saya menyukai novel Colossus, yang hampir 60 tahun lalu menggambarkan dengan cukup realistis bagaimana AGI awal mungkin bertindak: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
  • Machine learning kemungkinan besar akan berperan penting dalam membuat penemuan seperti ini jauh lebih banyak
    Keterbatasan saat ini lebih banyak pada kemampuan mencari pola itu dalam skala besar, bukan pada pengetahuan untuk mengenali pola yang menarik
  • Saya sedang membaca “The Making of the Atomic Bomb”, dan sebenarnya buku itu lebih terasa sebagai buku tentang proses penemuan fisika nuklir
    Dan sebagian besar penemuannya terjadi secara kebetulan

• Saya teringat bahwa manusia dulu juga pernah bisa berhibernasi (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) dan (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)

  • Kalau dilihat sekilas, ini tampaknya lebih dekat ke hipotesis daripada fakta yang sudah pasti
    Kurang lebih bunyinya, “mereka memilih melewati masa terburuk dalam setahun dengan tidur di dalam gua yang relatif aman, dan untuk itu mereka mengorbankan nutrisi serta vitamin D dari sinar matahari.” Di musim dingin wilayah utara, kadar vitamin D tidak akan jauh berbeda apakah berada di luar atau di gua, dan karena posisi matahari rendah, tubuh memang sulit membuat vitamin D. Misalnya, Inuit bisa memperoleh vitamin D tanpa sinar matahari. Kekurangan nutrisi pada musim dingin juga bisa berarti bahwa sebelum teknologi penyimpanan dan pengawetan berkembang, memang tidak banyak makanan pada musim dingin
  • Tulisan BMJ 1900 yang pertama agak terasa seperti Gulliver’s Travels
    Tulisan kedua membahas leluhur manusia 400 ribu tahun lalu, jadi itu kisah yang cukup lama
  • Jika memikirkan serotonin tinggi, paparan dingin, dan sedikit sinar matahari, hibernasi memang tampak mungkin
    Tapi saya bertanya-tanya apa tujuannya. Mungkin besar kemungkinannya akan berujung pada pemendekan umur dan peningkatan risiko kanker

• Kalimat “alih-alih mengeluhkan apa yang kita lewatkan saat tidur, kita dapat mengalami tidur sebagai proses yang menghubungkan kita dengan semua kehidupan di Bumi, bahkan mikroba yang tertidur jauh di dalam permafrost Arktik” memang menarik, tetapi fakta bahwa mikroba jauh di dalam permafrost Arktik itu sedang tertidur justru lebih menenangkan
  Saya tidak mau membayangkan apa yang akan terjadi jika mereka bangun

  • Mengapa manusia dan spesies lain tidur? Mungkin karena mereka memang bisa tidur
    Jika tidak ada alasan bagus untuk tetap terjaga, maka tidurlah, dan hemat energi untuk waktu yang lebih baik untuk terjaga. Namun penjelasan ini tidak menjawab mengapa kita bermimpi
  • Jika bangun, mereka bisa mulai melepaskan CO2 dan metana dalam jumlah sangat besar
  • Menurut saya mikroba dan virus yang telah berevolusi hati-hati melalui begitu banyak pertemuan dengan antibiotik dan berbagai zat yang kita miliki sekarang juga bisa berada pada tingkat risiko yang serupa atau lebih besar

• Yang dapat berbaring selamanya belum mati, dan dalam keabadian yang ganjil, kematian pun dapat mati

• Wah, ini seperti mekanisme lazy evaluation buatan alam

• Sepertinya hampir tidak ada yang membicarakan kemungkinan terapinya
  Akan bagus jika infeksi bakteri bisa dibuat masuk ke keadaan dorman. Tumor juga demikian

  • Tumor mungkin sulit. Setahu saya, sel kanker menurut definisinya adalah sel yang tidak bekerja secara normal

• Saya membayangkan orang-orang tua membekukan tubuh mereka dan menginduksi keadaan dorman, lalu bangun ketika dunia sudah menjadi lebih baik
  Kalau ada perusahaan seperti itu, saya ingin berinvestasi

  • Bagian yang benar-benar sulit adalah menjadi orang yang oleh generasi masa depan dianggap layak untuk dicairkan
  • Sebenarnya ini sudah berlangsung lebih dari 50 tahun[0]
    0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
  • Jika terlalu banyak orang yang belum terlalu tua menggunakannya, hasilnya mungkin tidak terlalu baik: https://xkcd.com/989/
  • Untuk saat ini masih terasa seperti fiksi ilmiah, tetapi tampaknya sedikit demi sedikit makin dekat
    Beberapa hari lalu ada ini juga: https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
  • Bagaimana kalau saat bangun dunia justru menjadi lebih buruk?
    Itu berarti bertaruh cukup besar tentang apakah orang-orang di masa depan yang jauh akan memandang tubuh yang diawetkan sebagai sumber daya yang berharga atau sebagai objek untuk dieksploitasi

• Saya jadi penasaran, jika pernah ada kehidupan di Mars, apakah mereka menggunakan mekanisme dormansi seperti ini

• Jangan sampai publik diberi tahu bahwa dalam sistem kompleks, sangat wajar bagi banyak individu memiliki cadangan yang tidak melakukan apa-apa, dan itu bukan parasit bagi masyarakat, melainkan penting untuk menjaga keseluruhan sistem tetap hidup

  • Dalam analogi itu, apakah publik juga bisa menghentikan tanpa batas separuh konsumsi sumber daya pada tingkat kelaparan?
    Apakah mereka melakukannya sebagai asuransi probabilistik terhadap peristiwa kepunahan pada tingkat populasi, lalu punya kemampuan untuk pulih setelahnya? Perluasan yang ditarik dari isi sebenarnya artikel ini benar-benar buruk