Down syndrome menjadi kondisi lahir yang umum. Menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit di Amerika, terjadi sekali dalam setiap 700 kelahiran. Berdasarkan estimasi World Health Organization (WHO), terdapat 1 kejadian down syndrome per 1.000 kelahiran hingga 1 kejadian per 1.100 kelahiran di seluruh dunia. Setiap tahunnya, sekitar 3.000 hingga 5.000 anak lahir dengan kondisi ini. WHO memperkirakan ada 8 juta penderita down syndrome di seluruh dunia. Sebagai upaya menahan laju kelahiran dengan kondisi tersebut, para peneliti telah mengembangkan biosensor baru yang lebih sensitif untuk suatu hari nanti dapat digunakan mendeteksi DNA down syndrome dalam darah ibu hamil. Untuk menyaring tambahan trisomi pada kondisi tersebut, wanita hamil dapat melakukan pemindaian ultrasound atau tes biomarker darah secara tidak langsung. Sayangnya, angka kesalahan diagnosis terjadi cukup tinggi. Amniosentesis, di mana dokter memasukkan jarum ke dalam rahim untuk mengumpulkan cairan ketuban, memberikan diagnosis pasti, tetapi prosedur ini berisiko bagi wanita hamil dan janin. Metode sekuensing seluruh genom yang muncul sangat akurat, tetapi ini merupakan proses yang lambat dan mahal. Zhiyong Zhang dan rekannya ingin mengembangkan tes cepat, sensitif, dan hemat biaya yang dapat mendeteksi peningkatan konsentrasi DNA kromosom 21 DNA dalam darah ibu hamil. Para peneliti menggunakan chip biosensor transistor field-effect berdasarkan pada satu lapisan molibdenum disulfida. Mereka menempelkan partikel nano emas di permukaan. Pada nanopartikel, mereka melumpuhkan sekuens penyelidikan DNA yang dapat mengenali sekuens spesifik dari kromosom 21. Ketika tim menambahkan kromosom 21 fragmen DNA ke sensor, mereka terikat ke probe, menyebabkan penurunan arus listrik perangkat. Biosensor dapat mendeteksi konsentrasi DNA serendah 0,1 fM / L, yang jauh lebih sensitif daripada sensor DNA transistor efek medan yang dilaporkan. Para peneliti mengatakan bahwa pada akhirnya, tes tersebut dapat digunakan untuk membandingkan kadar kromosom 21 DNA dalam darah dengan kromosom lain, seperti kromosom 13, untuk menentukan apakah ada salinan tambahan yang menunjukkan janin menderita down syndrome. Pada penelitian lain yang dilakukan tim riset dari Universitas Jenewa (UNIGE) dan Lausanne (UNIL) telah menemukan bahwa anak-anak yang lahir dengan down syndrome memiliki genom yang sangat baik dalam banyak hal - lebih baik daripada genom rata-rata orang tanpa kelainan genetik. Ada kemungkinan bahwa genom tersebut mengimbangi disabilitas yang disebabkan oleh kromosom ekstra, membantu janin untuk bertahan hidup, serta menambah kemampuan anak tumbuh dan berkembang. Trisomi 21 adalah kelainan genetik yang serius. Empat dari lima kehamilan tidak mencapai bulan yang cukup secara alami. Namun, 20% dari konsepsi dengan down syndrome lahir hidup, tumbuh, dan dapat mencapai usia 65 tahun. Bagaimana ini mungkin? Para peneliti dari UNIGE dan UNIL berhipotesis bahwa individu yang lahir dengan down syndrome memiliki genom berkualitas tinggi yang memiliki kemampuan untuk mengimbangi efek kromosom ketiga 21.

Variasi, regulasi, dan ekspresi semuanya diuji

"Genom terdiri dari semua materi genetik yang membentuk individu," jelas Stylianos Antonarakis, profesor kehormatan di Fakultas Kedokteran UNIGE yang memimpin penelitian. "Genom-lah yang menentukan apa yang terjadi pada seseorang, dan membuatnya tumbuh dan bertambah tua, dengan atau tanpa penyakit. Beberapa genom memiliki kualitas yang lebih baik daripada yang lain, dan juga bisa lebih rentan terhadap penyakit seperti kanker." Mendasarkan penelitian mereka pada hipotesis kualitas genom, para ahli genetika menguji variasi gen, regulasi dan ekspresi dari 380 individu dengan down syndrome dan membandingkannya dengan orang tanpa kelainan genetik. Tes pertama terdiri dari mengamati keberadaan varian langka, yaitu mutasi genetik yang berpotensi berbahaya, pada orang dengan down syndrome. Diketahui bahwa kromosom dapat memiliki varian langka yang berbeda dalam dua salinannya. Namun, mutasi langka yang identik pada down syndrome untuk ketiga salinan kromosom 21 dan jumlahnya terbatas, sehingga mengurangi total varian yang berpotensi merusak. Pada langkah selanjutnya, para ahli genetika telah mempelajari regulasi gen pada kromosom 21. Setiap gen memiliki saklar yang mengatur ekspresinya baik secara positif maupun negatif. Karena orang dengan down syndrome memiliki tiga kromosom 21, sebagian besar gen ini diekspresikan secara berlebihan. "Tetapi kami menemukan bahwa orang-orang dengan down syndrome memiliki lebih banyak regulator yang mengurangi ekspresi dari 21 gen, sehingga memungkinkan untuk mengkompensasi kelebihan yang disebabkan oleh salinan ketiga," kata Konstantin Popadin, seorang peneliti di Pusat UNIL untuk Integratif Genomics. Akhirnya, para peneliti fokus pada variasi ekspresi gen untuk kromosom seluruh genom. Setiap ekspresi gen dalam skala dari 0 hingga 100 membentuk bagian dari kurva sebaran global, dengan median - 50 - dianggap sebagai ekspresi ideal. "Untuk genom normal, ekspresi berosilasi antara 30 dan 70, sedangkan untuk orang dengan down syndrome, kurva lebih sempit di sekitar puncak yang sangat dekat dengan 50 untuk gen pada semua kromosom," lanjut profesor Antonarakis. "Dengan kata lain, ini berarti bahwa genom seseorang dengan down syndrome berdasar pada fungsi rata-rata yang optimal.” Memang, semakin kecil variasi ekspresi gen, semakin baik genom.

Genom unggul yang mengkompensasi disabilitas

Percobaan Genetika UNIGE dan UNIL dengan demikian mampu menguji tiga fungsi genom orang yang menderita down syndrome. "Penelitian telah menunjukkan bahwa bagi seorang anak dengan down syndrome untuk bertahan hidup dan kemudian tumbuh, genomnya harus memiliki kualitas yang lebih tinggi sehingga dapat mengimbangi disabilitas yang disebabkan oleh salinan tambahan kromosom 21," simpul Popadin. Kesimpulan ini juga dapat berlaku untuk kelainan genetik serius lainnya di mana kehamilan mencapai jangka waktu penuh.

Sumber--Nano Letters, 2019 dan Genome Research, 2018