Diposting Jumat, 11 Maret 2011 jam 7:32 pm oleh Evy Siscawati

Manfaat Teori Evolusi bagi Kesehatan dan Kedokteran

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Jumat, 11 Maret 2011 -


Penyakit genetik

Penyakit genetik disebabkan varian gen atau kromosom, walaupun ekspresi kondisi demikian seringkali dipengaruhi faktor lingkungan (termasuk sosial dan budaya) dan konstitusi genetik individual di loci lainnya. Bagi banyak penyakit yang disebabkan varian genetik, kita dapat menambahkan banyak kondisi umum terkait usia tua, komponen signifikan gangguan belajar, dan gangguan perilaku, semua yang menyebabkan penderitaan manusia dan menuntut sumberdaya layanan sosial, pendidikan dan medis. Masing-masing gangguan genetik ini disebabkan oleh alel-alel pada satu atau lebih loci genetik, yang jumlahnya beragam mulai dari sangat langka hingga sedang (seperti alel-alel penyakit sel sabit dan cystic fibrosis, yang cukup sering dalam populasi tertentu).

Frekuensi alel adalah subjek genetika populasi, yang dapat diterapkan untuk dua tugas: menentukan alasan frekuensi sebuah alel perusak, dan memperkirakan kemungkinan seseorang mewarisi alel tersebut atau mengalami gejala. Jadi, sebagai contoh, frekuensi tinggi alel sel sabit dan beberapa hemoglobin rusak lainnya di beberapa lokasi geografis menunjukkan pada ahli genetika populasi kalau bebeerapa agen seleksi alam mungkin mempertahankan alel ini dalam populasi. Distribusi geografisnya menunjukkan hubungan dengan malaria, dan penelitian membenarkan kalau alel-alel ini tumbuh subur karena pembawa heterozigot memiliki hambatan besar pada malaria. Ini adalah ilustrasi nyata teori yang dikembangkan ahli biologi evolusi berpuluh tahun sebelum pola sel sabit ditemukan, bahwa ketangguhan heterozigot memperoleh keuntungan dengan mempertahankan alel-alel perusak dalam populasi.

Penting bagi pasangan untuk tahu kemungkinan anak mereka akan mewarisi penyakit genetik, khususnya bila penyakit tersebut pernah terjadi dalam sejarah keluarga. Konsultasi genetika memberikan saran demikian selama berpuluh tahun. Konseling genetik adalah genetika populasi terapan, karena ia bertopang pada analisa pedigree (genetika standar) dan pengetahuan frekuensi alel tertentu dalam populasi besar untuk menghitung kemungkinan pewarisan kerusakan genetik.

Heliks ganda DNA manusia

Begitu juga, mengevaluasi konsekuensi kesehatan pernikahan antar individu berkerabat dekat atau paparan radiasi ionisasi tinggi serta mutagen lingkungan lainnya tergantung secara kritis pada teori dan metode yang dikembangkan para ahli genetika populasi.

Biologi molekuler merevolusi genetika medis. Teknologinya sekarang tersedia untuk menemukan gen dan menentukan barisannya dengan harapan dapat menentukan perbedaan fungsional antara alel perusak dan alel normal. Pembawa alel perusak dapat ditentukan dari sedikit sampel DNA (termasuk yang diperoleh lewat amniocentesis), dan terapi genetik, dimana alel normal dapat diganti dengan alel perusak, menjadi mungkin. Metode dan prinsip yang dikembangkan oleh ahli biologi evolusi telah menyumbang pada kemajuan ini dan akan menambah sumbangannya di masa depan. Menentukan lokasi gen untuk sifat tertentu misalnya, bukanlah hal mudah. Prosesnya bertopang pada asosiasi antara gen yang dicari dan penanda genetika terkait (misalnya gen berdampingan di kromosom yang sama).

Konsistensi asosiasi sebuah alel dengan penanda demikian – kemungkinan kalau sebuah penanda pada kromosom seseorang akan memberi tanda keberadaan alel perusak – adalah derajat “ketidakseimbangan hubungan (linkage disequilibrium)”.

Teori genetika populasi telah dikembangkan untuk meramalkan derajat ketidak seimbangan hubungan sebagai fungsi faktor-faktor seperti frekuensi alel, tingkat rekombinasi dan ukuran populasi. Teori ini adalah instrumen dalam salah satu kasus pertama alel perusak umum – penyebab cystic fibrosis – yang berhasil ditemukan lokasinya dan segera dibariskan. Sebagai usaha untuk menyadari manfaat yang dijanjikan gerakan Proyek Genom Manusia, peran yang dimainkan teori-teori dari genetika populasi akan terus tumbuh.

Menentukan yang mana dari banyak perbedaan nukleotida antara alel perusak dan alel normal menyebabkan sebuah penyakit penting untuk memahami bagaimana efeknya dapat diobati. Studi-studi evolusi molekuler telah memberikan sejumlah metode yang dapat membantu membedakan variasi dalam barisan gen yang sangat mempengaruhi ketangguhan (dengan mempengaruhi fungsi) dari variasi yang relatif netral. Metode ini menggunakan analisa variasi barisan DNA baik dalam spesies maupun antar spesies yang dekat kekerabatannya. Kita meramalkan kalau metode ini, termasuk perbandingan antara gen manusia dan homolognya pada primata lainnya, akan membantu menentukan variasi yang menyebabkan penyakit genetik. Dalam konteks ini, bank data barisan gen yang terus tumbuh dari banyak spesies, begitu juga Proyek Genom Manusia, akan memberi banyak manfaat untuk perbandingan.

Kromosom Manusia

Penyakit sistemik

Semua penyakit genetik mempengaruhi secara kolektif hanya sekitar 1% populasi manusia. Sebaliknya, semakin banyak penyakit dan kematian manusia berkaitan dengan penyakit sistemik kronis, seperti penyakit arteri koroner, stroke, hipertensi dan penyakit Alzheimer.

Penyakit-penyakit ini muncul dari seperangkat interaksi kompleks antara gen dan lingkungan. Kerumitan ini membuat sulit mempelajari hubungan antara gen dan penyakit sistemik. Prinsip-prinsip dan pendekatan-pendekatan evolusi telah berpengaruh besar pada studi hubungan ini. Sebagai contoh, beberapa gen, karena fungsi biokimia atau fisiologisnya telah diketahui, dapat dijadikan gen kandidat untuk menyebabkan penyakit sistemik. Namun, ada begitu banyak variasi genetik molekuloer pada loci kandidat ini dalam populasi manusia umum sehingga menemukan varian spesifik terkait dengan resiko penyakit ini seolah mencari jarum dalam tumpukan jerami.

Teknik-teknik filogenetika evolusi dapat digunakan untuk memperkirakan pohon gen dari variasi genetik ini. Pohon gen demikian menyajikan sejarah evolusi varian genetik gen kandidat. Bila ada mutasi terjadi saat sejarah evolusi yang mengubah resiko penyakit sistemik, maka seluruh cabang pohon gen yang memiliki mutasi tersebut mestinya menunjukkan asosiasi penyakit yang sama.

Analisa pohon gen telah berhasil dipakai untuk menentukan penanda-penanda genetik yang meramalkan resiko penyakit arteri koroner, resiko penyakit Alzheimer, dan respon tingkat kolesterol terhadap diet.

Lebih lanjut, analisa evolusi pohon gen dapat membantu menemukan mutasi yang sesungguhnya menyebabkan pengaruh kesehatan signifikan – langkah pertama kritis untuk memahami etiologi penyakit dan dalam merancang perawatan yang mungkin. Saat semakin banyak gen kandidat penyakit sistemik umum ditemukan, akan ada kebutuhan yang lebih besar untuk analisa evolusi di masa depan.

Contoh pohon gen

Penyakit Menular

Penyakit menular disebabkan oleh organisme parasit seperti virus, bakteri, protista, jamur dan helmithes (cacing). Kontrol dan perawatan penyakit menular memerlukan bukan hanya penelitian dan tindakan medis namun juga ekologis. Pertanyaan kritisnya adalah : apa organisme penyebab penyakitnya? Darimana ia datang? Apakah spesies inang lainnya bertindak sebagai wadah bagi organisme? Bagaimana ia menyebar? Bagaimana organisme tersebut menyebabkan penyakit, dan bagaimana perlakuan obat atau terapi lainnya? Bagaimana ia bereproduksi – seksual atau aseksual atau keduanya? Apakah mungkin ia mampu mengevolusikan hambatan pada obat atau pertahanan alami tubuh, dan bila bisa, seberapa cepat? Apakah mungkin ia mengevolusikan virulensi yang lebih kuat atau lebih lemah di masa depan, dan dalam kondisi apa? Untuk tiap pertanyaan ini, biologi evolusi dapat dan memang memberikan jawaban.

Menentukan sebuah organisme penyebab penyakit dan inangnya bila ada, adalah masalah sistematika. Bila, seperti HIV, ia sebelumnya organisme yang belum diketahui, sistematika filogenetik dapat memberi tahu kita apa kerabat terdekatnya, yang segera memberi petunjuk pada asal usulnya, spesies inang yang mungkin dan banyak karakteristik biologi yang mungkin, seperti modus penularannya. Bila sebuah spesies baru protozoa penyebab malaria (Plasmodium) ditemukan, misalnya, kita dapat meramalkan dengan yakin kalau ia dibawa oleh nyamuk Anopheles, seperti spesies Plasmodium lainnya.

Begitu juga, menentukan pembawa penyakit lewat metode sistematika adalah esensial. Kemajuan dalam pengendalian malaria di daerah Laut Tengah pernah lambat hingga ditemukan kalau ada enam spesies nyamuk Anopheles yang nyaris identik, berbeda hanya dalam habitat dan sejarah hidup, hanya dua yang umumnya menularkan organisme malaria.

Metode genetika populasi tidak dapat dipisahkan untuk menemukan modus reproduksi patogen dan pembawanya, begitu juga struktur populasi mereka – yaitu, ukuran dan tingkat pertukaran populasi lokal.

Sebagai contoh, dengan memakai penanda genetika ganda untuk mempelajari Salmonella dan Neisseria meningitidis (penyebab penyakit meningococcal), ahli genetika populasi telah menemukan kalau kedua bakteri patogen ini bereproduksi umumnya aseksual, namun kadang mengirim gen lewat rekombinasi, bahkan pada strain yang jauh kekerabatannya. Variasi imunologis yang digunakan bakteriolog sejak lama digunakan untuk menentukan strain bakteri ini tidak berkorelasi dengan baik pada hubungan genetik yang diungkapkan oleh penanda genetik jamak, tidak pula dengan variasi patogenisitas atau spesifisitas inang. Karenanya, prediksi sifat ini dalam studi kesehatan umum akan membutuhkan penanda-penanda genetik jamak.  Begitu pula, metode-metode genetika populasi dapat memperkirakan tingkat dan jarak pergerakan organisme pembawa penyakit, yang mempengaruhi pergerakan organisme pembawa penyakit, yang mempengaruhi penularan penyakit dan potensi pengendalian. Analisa molekul sebuah gen dalam sebuah spesies nyamuk menunjukkan kalau gen ini baru saja menyebar di tiga benua, bukti kemampuan penyebaran besar serangga ini.

Sluurp

Laju evolusi potensial pada populasi mikroorganisme alamiah, banyak yang memiliki waktu kembang biak singkat dan populasi besar, memiliki implikasi sangat penting. Satu, sebagai sebuah pelajaran evolusi yang harus dipelajari jauh sebelum patogen menyebar (patogen yang bisa beradaptasi dengan seleksi kuat yang konsisten) dengan menemukan obat-obatan terapinya terlebih dahulu.

Hambatan terhadap obat antimikroba telah berevolusi pada HIV, bakteri tuberkulosis, protozoa malaria dan banyak organisme pembawa penyakit lainnya, menyebabkan kontrol terapi yang sebelumnya efektif menjadi tidak efektif. Banyak organisme ini, sungguh tahan terhadap obat, sebagian karena gen hambatan antibiotik sering dikirimkan antar spesies bakteri. Evolusi hambatan terhadap obat ini sangat meningkatkan biaya terapi, meningkatkan gejala dan kematian, dan meningkatkan rasa takut kalau banyak penyakit menular pada akhirnya akan sepenuhnya tidak dapat disembuhkan di masa depan.

Teori evolusi menyarankan kalau masa depan yang menyedihkan demikian dapat dihindari dengan mengurangi seleksi hambatan antibiotika, dan WHO telah merekomendasikan penggunaan antibiotika yang lebih hemat dan hati-hati. Studi lebih jauh genetika populasi patogen akan semakin penting di masa depan.

Virulensi patogen dapat berevolusi dengan cepat. Teori koevolusi parasit/inang meramalkan virulensi yang lebih kuat dapat berevolusi ketika kesempatan transmisi antar inang meningkat. Beberapa ilmuan mengajukan kalau wabah besar influenza dan pandemik lainnya disebabkan oleh perubahan evolusi yang terjadi di kota padat dan pergerakan pengungsi secara massal.

Begitu juga, ada bukti sugestif kalau HIV telah mengevolusikan virulensi yang lebih kuat karena tingginya tingkat transmisi lewat kontak seksual dan berbagi jarum suntik oleh pengguna obat intravena. Sudah cukup kuat fakta bahwa populasi virus HIV dalam orang yang terinfeksi berevolusi sepanjang arah infeksi, dan sebagian peneliti menisbahkan kemunculan AIDS – penyakitnya sendiri – pada perubahan genetika ini.

Anatomi virus AIDS

Fungsi Fisiologis Normal

Memahami pertahanan alamiah tubuh manusia melawan penyakit menular sama pentingnya dengan memahami penyakit itu sendiri, dan disini pula, biologi evolusi dapat bekerja bersama dengan ilmu kedokteran. Sebagai contoh, gen-gen dalam kompleks histokompatibilitas utama (MHC – Major Histocompatibility Complex) berperan penting dalam respon imun seluler: produk mereka menyajikan protein asing pada sistem kekebalan. MHC juga menyumbang pada penolakan transplan jaringan. Sebagian alel MHC berasosiasi dengan penyakit autoimun seperti diabetes anak dan sejenis arthritis merangkak. Variasi genetika MHC sangat besar, yang membuat para pakar genetika populasi mencoba mencari penyebab mengapa variasi ini bisa muncul. Analisa molekuler mengungkapkan kalau gen-gen MHC pasti berada dalam semacam seleksi penyeimbang yang mempertahankan variasi.

Pada kenyataannya, sebagian alel MHC manusia secara geneologis lebih dekat ke sebagian alel simpanse ketimbang alel manusia lainnya, yang memberi bukti nyata kalau seleksi alam telah mempertahankan variasi setidaknya selama 5 juta tahun. Variasi ini hampir pasti dipertahankan lewat peran alel-alel berbeda dalam menghadapi berbagai patogen, namun peran pastinya masih memerlukan penelitian lebih jauh.

Kesimpulan

Manusia dan penyakitnya terus bertarung dalam evolusi. Saat manusia menemukan obat baru dan menggunakannya, pada awalnya para patogen banyak yang tewas. Walau begitu, variasi antar individu memungkinkan ada sedikit patogen yang lebih kuat dari yang lain dalam menghadapi obat. Patogen-patogen terkuat ini bertahan hidup dan dengan mudah saling berkembang biak sesama yang terkuat, karena yang terlemah telah tiada. Akibatnya kita menghadapi evolusi patogen jenis baru yang tahan terhadap obat lama. Kita pun mencari obat baru, dan seterusnya. Patogen berevolusi dan kita berjuang mati-matian mengejarnya agar mereka tidak menyebabkan kerusakan di muka bumi. Fakta ini tergambar jelas dalam sebuah iklan : “Kuman telah berevolusi.” Di sini peran pengetahuan kita tentang evolusi sangat penting, kita telah mencoba berbagai cara, sebagian telah berhasil, sebagian masih perlu penelitian lanjut. Yang pasti, sumbangan teori evolusi sudah sangat jelas pada penanganan penyakit-penyakit di dunia modern. Bila kita jujur, inilah bukti bukan hanya teori evolusi memang benar, tapi juga bukti kalau teori evolusi layak dipelajari dan dikembangkan.

Sumber utama

American Society of Naturalis, Animal Behavior Society, Ecological Society of America, Genetics Society of America, Paleontological Society, Society for Molecular Biology and Evolution, Society for the Study of Evolution dan Society of Systematics Biologists. 1999. Evolution, Science and Society: Evolutionary Biology and the National Research Agenda, hal. 11-14

Referensi lanjut

Beltran, P., and 10 others. 1988. Toward a population genetic analysis of Salmonella: genetic diversity and relationships among strains of serotypes of S. choleraesuis, S. derby, S. dublin, S. enteridis, S. heidelberg, S. infantis, S.newport, and S. typhimurium. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85:7753-7757.

Caugant, D., L. Mocco, C. Frasch, L. Froholm, W. Zollinger, and R. Selander. 1987. Genetic structure of Neisseria meningitidis populations in relation to serogroup, serotype, and outer membrane protein pattern. J. Bacteriol. 169:2781-2792.

Cohen, M. L. 1992. Epidemiology of drug resistance: implications for a post-antimicrobial era. Science 257:1050-1055.

Ewald, P. W. 1994. Evolution of Infectious Disease. Oxford University Press, Oxford.

Friedlander, Y, E. M. Berry, S. Eisenberg, Y. Stein, and E. Leitersdorf, 1995. Plasma lipids and lipoproteins response to a dietary challenge – Analysis of four candidate genes. Clinical Genetics 47:1-12.

Haviland, M. B., R. E. Ferrell, and C. F. Sing. 1997. Association between common alleles of the low-density lipoprotein receptor gene region and interindividual variation in plasma lipid and apolipoprotein levels in a population-based sample from Rochester, Minnesota. Human Genetics 99:108-114.

Lander, E. 1996. The new genomics: global views of biology. Science 274:536-539.

Nei, M., and A. L. Hughes. 1991. Polymorphism and evolution of the major histocompatibility complex loci in mammals. In R. K. Selander, A. G. Clark, and T. S. Whittam (eds.), Evolution at the Molecular Level, pp. 222-247. Sinauer, Sunderland, MA.

Neu, H. C. 1992. The crisis in antibiotic resistance. Science 257:1064- 1073.

Nowak, M. A., R. M. May, and R. M. Anderson. 1990. The evolutionary dynamics of HIV-1 quasispecies and the development of immunodeficiency disease. AIDS 4:1095-1103.

Raymond, M., A. Callaghan, P. Fort, and N. Pasteur. 1991. Worldwide migration of amplified insecticide resistance gene in mosquitoes. Nature 350:151-153.

Sing, C. F., M. B. Haviland, A. R. Templeton, and S. L. Reilly. 1995. Alternative genetic strategies for predicting risk of atherosclerosis. In F. P. Woodford, J. Davignon and A. D. Sniderman (eds.), Atherosclerosis X. Excerpta Medica International Congress Series, pp. 638-644. Elsevier, Amsterdam.

Templeton, A. R. 1995. A cladistic analysis of phenotypic associations with haplotypes inferred from restriction endonuclease mapping or DNA sequencing. V. Analysis of case/control sampling designs: Alzheimer’s disease and the apolipoprotein E locus. Genetics 140:403-409.

Ward, J. W., and 14 others. 1989. The natural history of transfusionassociated infection with human immunodeficiency virus: factors influencing the rate of progression to disease. New England J. Med.321:947-952.

Weiss, K. M. 1993. Genetic Variation and Human Disease. Cambridge University Press, Cambridge.

Williams, R. J., and D. L. Heymann. 1998. Containment of antibiotic resistance. Science 279:1153-1154.

Evy Siscawati
Facts are the air of scientists. Without them you can never fly (Linus Pauling). Berjalan di pantai, dud dud, berjalan di pantai, dud dud (ESW).
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.