Sains Kehidupan II

C. Elegans

Semenjak 1961, lebih daripada 400 orang manusia telah menjelajah angkasa. Kini di Stesen Angkasa Antarabangsa para angkasawan sedang menjalankan usaha ke arah mempertingkat kehidupan di Bumi dan untuk memperluas kehidupan ke luar batasan planet penghunian kita.

Caenorhabditis Elegans ialah suatu nematod hidup bebas (salah satu cacing gelang), lebih kurang 1 mm panjang, yang hidup di persekitaran tanah bersuhu sederhana. Kajian tentang biologi molekul and biologi perkembangan C. Elegans dimulakan pada 1965 oleh Sydney Brenner.

Apakah sebenarnya cacing ini? Ia adalah nematod yang sangat kecil,dipanggil Caenorhabditis Elegans. Panjang cacing dewasa ialah lebih kurang 1 millimeter - sekitar lebar sebutir garam. Terdapat banyak kelebihan pada C. Elegans  sebagai suatu sistem model bagi mengkaji kesan sinaran di angkasa. Satu kelebihan ialah saiznya yang kecil. Seekor C. Elegans tidak langsung memerlukan banyak ruang. Ini penting kerana untuk melancarkan sesuatu yang berat ke dalam orbit memakan belanja yang tinggi, dan ruang pesawat pula, termasuklah stesen angkasa antarabangsa, tersangat sempit.

Kelebihan lain termasuklah: C. Elegans mempunyai masa generasi selama beberapa hari sahaja; dalam jangka hayat dua minggu suatu hermafrodit tunggal menghasilkan 300 zuriat; bilangan sel adalah terhad (kurang daripada 1,000); mudah disenggara di makmal. Dengan kelebihan-kelebihan tersebut, prosedur eksperimen menjadi pendek, luwes dan berkesan dari segi kos. Cacing tersebut disimpan di dalam beg-beg kecil supaya angkasawan boleh menyuntik makanan dalam bentuk cecair  ke dalam beg tersebut setiap beberapa minggu sekali. Satu lagi kelebihan C. Elegans ialah ianya organisma multisel teringkas yang mempunyai sekuen DNA genomik yang diketahui sepenuhnya. Seperti manusia, C. Elegans mempunyai lebih kurang 20,000 gen, dan lebih kurang 4,500 daripada gen tersebut melakukan perkara yang sama di dalam cacing ini seperti di dalam manusia. Sebilangan besar gen tersebut tugasnya ialah memulihkan DNA yang rosak. Yang menariknya, C. Elegans bukan sahaja mempunyai bilangan gen yang sama seperti manusia, bahkan kebanyakan gen itu sendiri sama dengan gen manusia dan sistem pemulihan DNA juga sama. Ini bermakna C. Elegans merupakan satu model yang amat sesuai digunakan untuk mengkaji potensi kerosakan biologi terhadap manusia di dalam persekitaran angkasa. C. Elegans telahpun dibawa ke angkasa dalam beberapa misi. Antaranya ialah penerbangan 1993 dan 1996 yang membawa eksperimen untuk Greg Nelson dari Jet Propulsion Laboratory (JPL); penerbangan Columbia 2003, yang terhempas di Texas dan membawa eksperimen untuk Nate Szewczyk dari University of Pittsburg dan Catharine Conley dari Ames Laboratory, NASA; dan misi Delta yang membawa eksperimen C. elegans Antarabangsa Pertama 2004 (ICE-first), yang mana Ann Rose, alumni SFU, mengetuai bahagian yang dibiayai oleh Canadian Space Agency (CSA) dalam kolaborasi empat negara (Kanada, Perancis, Jepun dan Amerika Syarikat). Perkara yang menakjubkan ialah cacing hidup dijumpai semula dari tinggalan bencana Columbia. Cacing itu terselamat walaupun mengalami impak 2,295 kali kuasa graviti Bumi. Dapatan itu teramat menarik dan menurut Catharine Conley daripada  NASA (Astrobiology Article 1921), dapatan itu menunjukkan buat pertama kalinya bahawa haiwan mampu terselamat dalam peristiwa masuk semula yang bandingannya sama seperti pengalaman di dalam meteorit. Ia secara langsung menunjukkan bahawa makhluk kecil dan kompleks sekalipun yang datang dari suatu planet mampu mendarat dengan selamat di planet yang lain tanpa perlindungan pesawat. Dua eksperimen JPL dan ICE-first  menggunakan sistem ujian mutagen C. Elegans yang dihasilkan oleh penyelidik bersekutu Raja Rosenbluth dan mahasiswa Bob Johnsen, kini seorang penyelidik bersekutu. Penghasilan sistem itu dijalankan di makmal professor David Baillie di SFU yang dibiayai NSERC. Sistem yang dikenali sebagai eT1-system (dinamakan sebelum filem ET dikeluarkan) ini mampu mendapatkan mutasi dalam genom C. Elegans untuk analisis di bumi selepas selesai suatu penerbangan. Sama seperti manusia, C. Elegans mempunyai dua set kromosom, jadi jika terdapat gen mutan pada satu kromosom, gen yang berfungsi secara normal pada kromosom yang satu lagi itu biasanya mencukupi untuk melakukan fungsi gen berkenaan. Zuriat daripada cacing yang mempunyai gen mutan akan mendapat sama ada gen mutan atau gen normal. Oleh kerana gen normal melakukan fungsi penting sementara gen mutan tidak, lama kelamaan selepas beberapa generasi gen yang normal akan menguasai gen mutan dan mutasi akan akhirnya terhapus. Penghapusan ini menjadi penghalang kepada usaha untuk menganalisis kerosakan gen akibat aruhan sinaran angkasa. Di sini sistem eT1 berperanan mengekalkan mutasi supaya tidak terhapus. Eksperimen-eksperimen awal berkaitan cacing di angkasa melibatkan pendedahan kepada sinaran angkasa bagi tempoh masa yang singkat (lebih kurang satu generasi) pada penerbangan JPL. Eksperimen ICE-first  pula melibatkan 11 hari. Eksperimen yang pendek ini menghasilkan hanya sedikit mutasi, tidak banyak melebihi bilangan mutasi spontan yang biasa berlaku di Bumi. Ini mungkin disebabkan satelit dalam orbit Bumi rendah, termasuk Stesen Angkasa Antarabangsa, ISS, dilindungi oleh magnetosfera Bumi. Perjalanan ke Bulan atau Marikh akan mengambil masa lebih panjang dan tidak akan terlindung oleh magnetosfera. Belum dapat dibayangkan apakah agaknya kemungkinan kesan biologi terhadap manusia dalam perjalanan seperti ini. Kita akan gunakan sistem T1 untuk mendapatkan suatu anggaran yang tepat tentang kesan biologi bagi pendedahan jangka masa panjang kepada sinaran di ISS dan dari ini kita akan membentuk suatu dosimeter tokokan biologi untuk perjalanan yang lebih jauh. Dua persoalan penyelidikan: Bagaimanakah sistem biologi bertindak balas terhadap dos yang berubah-ubah bagi pelbagai jenis sinaran di angkasa? Adalah sistem pemulihan DNA berfungsi secara berbeza di angkasa berbanding di Bumi? Kita akan meneliti kesan multigenerasi (yang tidak mampu dilaksana menggunakan manusia) dengan meletakkan C. Elegans di ISS untuk beberapa bulan. Rancangan semasa kami ialah untuk membawa cacing berkenaan ke ISS pada 2007-08. Kami juga sedang dalam perbincangan dengan TRIUMF, terletak di UBC, untuk mendedahkan cacing sistem eT1 kepada sinaran di dalam pemecut zarahnya, yang merupakan simulasi persekitaran ISS. Apabila cacing yang telah didedahkan kepada sinaran itu dikembalikan ke SFU, ia akan dianalisis menggunakan teknologi yang baru diperkembang, Nimblegen DNA-array chip technology. Cip-cip tersebut mengandungi cebisan DNA daripada 20,000 gen C. Elegans. Dengan membandingkan cacing yang telah terdedah itu dengan cip tersebut kita boleh mengenal pasti sebarang mutasi dengan cepat.
Links Artikel C. Elegans Media C. Elegans