Oksigen merupakan elemen dasar yang menopang kehidupan di Bumi, termasuk bagi manusia. Dengan mempelajari sel-sel tubuh beradaptasi terhadap perubahan kadar oksigen, trio peneliti dari AS dan Inggris meraih Nobel 2019.
Oleh
Ahmad Arif
·5 menit baca
AFP/JONATHAN NACKSTRAND
Anggota Komite Nobel (dari kiri ke kanan) Patrik Ernfors, Anna Wedell dan Randall Johnson, duduk di depan layar yang menampilan pemenang Nobel Kedokteran 2019, yaitu Gregg Semenza, Peter Ratcliffe dan William Kaelin. Nama ketiganya diumumkan oleh, Sekretaris Komite Nobel Thomas Perlmann dalam konferensi pers di Stockholm, Swedia, Senin (7/10/2019).
Oksigen merupakan elemen dasar yang menopang kehidupan di Bumi, termasuk bagi manusia. Dengan mempelajari bagaimana sel-sel tubuh beradaptasi terhadap perubahan kadar oksigen, trio peneliti dari Amerika Serikat dan Inggris mendapatkan penghargaan Nobel Fisiologi dan Kedokteran 2019.
Penelitian dasar ini selain memberikan perspektif baru tentang metabolisme sel-sel tubuh, juga memberikan harapan dan cara baru untuk melawan penyakit mematikan, termasuk kanker, serangan jantung, dan strok.
Ketiga ilmuwan tersebut adalah ahli kanker William Kaelin, peneliti kedokteran Peter Ratcliffe, serta ahli genetika Gregg Semenza. Ketiganya bekerja secara terpisah selama lebih dari dua dekade untuk menelisik tema serupa, yaitu berupaya memahami respons tubuh terhadap oksigen.
Kaelin lahir di New York pada 1957 dan mendirikan laboratorium penelitiannya sendiri, yaitu Dana-Farber Cancer Institute di Boston. Dia menjadi profesor penuh di Harvard Medical School sejak 2002.
Semenza, juga lahir di New York, pada 1956. Dia menjadi profesor penuh waktu di Universitas Johns Hopkins pada 1999. Sementara Ratcliffe, yang lahir di Lancashire, Inggris, pada 1954, belajar kedokteran di Universitas Cambridge dan menjadi profesor di Universitas Oxford sejak 1996.
EPA-EFE/MICHAEL REYNOLDS
Gregg L Semenz menggelar jumpa pers seusai diumumkan sebagai pemenang Nobel Kedokteran 2019 di Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland, Amerika Serikat, Senin (7/10/2019).
Kunci kehidupan
Untuk memahami penemuan ketiga peneliti ini, kita perlu memahami bagaimana pentingnya oksigen bagi tubuh. Tanpa oksigen, triliunan sel dalam tubuh kita tidak dapat bertahan dan berfungsi. Manusia masih bisa bertahan tanpa makanan selama tiga minggu dan tiga hari tanpa air. Namun, rata-rata kita tak bisa bertahan hidup tanpa oksigen lebih dari tiga menit.
Setiap sel menggunakan oksigen untuk membantu memecah nutrisi menjadi energi. Jadi, tidak ada oksigen, tidak ada energi. Tanpa energi, tanpa sel, dan itu artinya kematian.
Masalahnya, oksigen, sebagaimana makanan bergizi dan hal lain yang baik dalam hidup, tidak selalu hadir pada tingkat yang kita dan sel tubuh inginkan. Tingkat oksigen dapat berfluktuasi di udara, demikian juga yang masuk ke dalam tubuh kita. Kemampuan setiap sel untuk mendapatkan oksigen dapat sangat bergantung pada ”lokasi, lokasi, lokasi,” seperti kata pengiklan perumahan.
Bayangkan tubuh sebagai metropolitan yang kompleks. Sel darah merah ibarat pipa kecil yang mengambil oksigen di paru-paru dan membawa molekul ini di seluruh ruang kota.
Sama seperti jalan-jalan di Jakarta yang ruwet, kepadatan dan jaringan pembuluh darah bervariasi di seluruh tubuh kita. Dengan demikian, tidak setiap bagian tubuh akan mendapatkan jumlah darah dan oksigen yang sama. Variasi ini dapat diperburuk, misalnya karena kolesterol jahat yang memampatkan pipa darah.
Seperti kota yang baik, tubuh membutuhkan cara untuk merasakan apa yang terjadi di tiap sudut lingkungan dan menyesuaikan tingkat oksigen yang dibutuhkan. Salah satu cara menyesuaikan pasokan oksigen tubuh yang lazim diketahui adalah dengan mengubah laju pernapasan.
Misalnya, jika otot kelelahan karena aktivitas fisik yang berat, secara otomatis kita akan bernapas lebih cepat untuk menyerap oksigen lebih banyak. Jika kadar oksigen terlalu rendah, arteri karotid, yaitu pembuluh darah utama di leher, mengirimkan sinyal melalui saraf untuk meningkatkan laju pernapasan Anda.
Jika kadar oksigen terlalu tinggi, karotid akan memberikan sinyal untuk memperlambat pernapasan.
Nah, selain respons fisiologis dengan mengatur ritme pernapasan, tubuh ternyata memiliki EPO, kependekan dari erythropoietin, yaitu hormon yang dapat merangsang tubuh memproduksi lebih banyak sel darah merah dan dengan demikian memiliki lebih banyak mengirimkan oksigen. Ketika kadar EPO naik, produksi sel darah merah atau erythropoiesis akan meningkat.
Kini, kita bisa dengan mudah menjelaskan bagaimana kerja EPO ini. Namun, sebelum adanya serangkaian penelitian dari Semenza, Ratcliffe, dan Kaelin dan tim masing-masing, bagaimana kadar oksigen dapat memengaruhi kadar EPO ini masih merupakan misteri.
AFP/HO
Peter Ratcliffe
Pada 1990-an, tim Semenza dan Ratcliffe menemukan bahwa semua jaringan tubuh memiliki kemampuan untuk merasakan kadar oksigen. Sebuah momen eureka itu datang ketika mereka menemukan kompleks protein, yang mereka beri nama HIF karena faktor hipoksia-inducible. Hipoksia adalah istilah medis untuk oksigen rendah. Jadi, hipoksia yang diinduksi berarti sesuatu yang akan dirangsang oleh kadar oksigen yang rendah.
Semenza berhasil mengidentifikasi sepasang gen yang bertugas mengode dua protein yang meningkatkan produksi EPO ketika kadar oksigen rendah. Sementara itu, Kaelin menunjukkan bahwa gen yang disebut VHL juga juga terlibat dalam merespons oksigen. Dia menemukan hal ini saat mempelajari sindrom genetik yang disebut von Hippel-Lindau, yaitu penyakit yang membawa mutasi pada VHL dan meningkatkan risiko kanker.
Secara terpisah, Ratcliffe dan timnya menemukan bahwa ketika sel merespon keberadaan oksigen, terjadi modifikasi kimiawi terhadap protein VHL, yang disebut prolyl hydroxylation. Hal ini memungkinkan VHL untuk berikatan dengan HIF, yang mendorong pada penguraiannya. Akan tetapi, modifikasi ini diblokir ketika sel-sel kekurangan oksigen dan memulai aktivitas HIF. Sebagai hasilnya, sel-sel dapat bereaksi terhadap kadar oksigen yang rendah dengan menghalangi pemecahan HIF.
Lalu, apa makna pengetahuan ini?
EPA-EFE/CJ GUNTHER
William G Kaelin Jr
Melawan penyakit
Melalui pengetahuan baru ini, kini kita bisa mengetahui cara menghidupkan dan mematikan gen yang dapat meningkatkan atau menurunkan kadar oksigen. Dengan melakukan ini, kita dapat membunuh sel kanker atau merangsang pertumbuhan pembuluh darah pada pasien jantung. Orang dengan penyakit ginjal kronis bisa mendapatkan suntikan untuk meningkatkan kadar oksigennya, demikian juga penderita anemia.
Kanker menggunakan alat pengatur oksigen tubuh untuk membajak pembentukan pembuluh darah dan memungkinkan sel kanker ini menyebar. Komite Nobel menyebutkan, beberapa percobaan sedang dilakukan pengembangan obat untuk mengganggu proses ini, yang berpotensi mengganggu pertumbuhan sel kanker sehingga memberikan harapan untuk melawan penyakit mematikan ini.
”Upaya intens yang sedang berlangsung di laboratorium akademik dan perusahaan farmasi sekarang difokuskan pada pengembangan obat yang dapat mengganggu berbagai penyakit dengan mengaktifkan atau memblokir mesin pengindera oksigen,” kata Komite Nobel.
Di luar pentingnya penelitian mereka, ketiganya diapresiasi atas ketekunan menelisik hal mendasar yang selama ini kerap diabaikan karena banyak peneliti yang fokus pada riset terapan. Hal ini seperti tecermin dalam tulisan Kaelin dalam salah satu esainya di jurnal ilmiah Nature pada 2017, ”Kemajuan nyata ilmu pengetahuan dibangun dengan batu bata, bukan jerami.”
Penghargaan Nobel Fisiologi dan Kedokteran 2019 ini seolah menunjukkan bahwa trio Kaelin, Ratcliffe, dan Semenza telah meletakkan fondasi batu bata bagi rumah pengetahuan baru untuk memahami metabolisme tubuh kita, serta bagaimana melawan berbagai penyakit mematikan.
