ENVIROGENOMIK

Oleh

Alit Adi Sanjaya

Masi ingatkah dengan ledakan nuklir di jepang? Mengapa nuklir dan berbagai polutannya sangat berbahaya bagi kesehatan manusia? Hal ini dapat dijelaskan dengan salah satu ilmu populer baru yang disebut dengan envirogenomik. Envirogenomik atau ekogenomik adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan suatu pengetahuan berbasis biologi molekuler yang mempelajari hubungan atau interaksi antara gen dengan lingkungan. Konteks lingkungan dalam hal ini adalah ekosistem dan habitat yang ditinggali dan menjadi tempat aktivitas manusia.

           Mengapa envirogenomik penting untuk dipelajari? Envirogenomik menjadi sangat penting karena setiap manusia semenjak masa konsepsi atau penggabungan antara sel sperma dan sel telur telah mendapatkan pengaruh lingkungan baik secara langsung maupun tidak langsung. Saat inipun terjadinya degradasi atau penurunan kualitas lingkungan hidup yang ditandai dengan semakin tidak kondusifnya habitat kita. Di dalam populasi angka morbiditas atau tingkat kesakitan akibat pengaruh lingkungan semakin pesat.

           Degradasi kualitas lingkungan dapat diamati antara lain pada kualitas udara, air dan berbagai polutan yang kadarnya semakin hari semakin melonjak di atas ambang batas konsentrasi yang dapat ditolerir oleh mahkluk hidup. Pesatnya industri dan tingginya efek emisi gas rumah kaca seperti karbon monoksida, sulfur oksida dan nitrogen oksida membuat suhu udara semakin meningkat (global warming). Bocornya lapisan ozon akibat limbah aerosiolik seperti Chloro Fluoro Carbon (CFC) mendorong terjadinya peningkatan kualitas radiasi ultraviolet. Maraknya sektor riil dan industri menjadi bertumbuh pesatnya pabrik yang terkadang berkontribusi memberikan cemaran pada lingkungan berupa limbah zat kimia, bahan sintetik, dan limbah biologis. Selain itu budaya manusia yang terbiasa untuk menerapkan hasil lebih utama dibandingkan proses menjadikan manusia acapkali menggunakan zat-zat berbahaya. Banyak makanan diberikan zat pengawet dan zat penambah cita rasa, dalam bidang pertanian penggunaan pestisida marak dan tak lagi dapat dihindari. Cemaran logam berat dan polusi udara juga muncul karena orang banyak sekali menggunakan kendaraan bermotor berbahan bakar fosil/karbon.

          Dari perspektif genom atau DNA pengaruh lingkungan dapat menimbulkan kerusakan asam nukleat yang ditandai dengan terjadinya perubahan urutan basa nukleotida atau bahkan rusaknya struktur dalam cakupan lebih luas. Peristiwa ini disebut mutasi, mutasi dapat terjadi pada satu titik, bertukarnya basa, menyelipnya satu atau beberapa basa pada daerah yang bukan urutannya (insersi) atau bahkan terhapusnya beberapa basa sekaligus. Mutasi berkelanjutan dan gagal direpair oleh mekanisme perbaikan DNA endogen akan berkembang menjadi kondisi patologis seperti munculnya neoplasia atau kanker. Mutasi DNA pada kasus kanker mengakibatkan diproduksinya protein-protein abnormal seperti overekspresi faktor pertumbuhan (growth factor), rusak dan terganggunya siklus sel, dan hilangnya marka pengenal sistem imunitas di permukaan membrannya. Akibatnya sel-sel neoplasia akan tumbuh liar dan tidak terkendali. Perubahan genom yang terjadi memang tidak selalu dikaitkan dengan mutasi, tetapi dapat juga merupakan bagian dari proses adaptasi. Gen manusia dan juga sel eukariotik lainnya memiliki kemampuan untuk beradaptasi dengan kebutuhan dan kondisi lingkungan.

           Perubahan atau kondisi lingkungan apa saja yang dapat mempengaruhi genom? secara sistematis dapat dibedakan berdasarkan karakter dan katagorisasi lingkungannya. Secara umum faktor pengaruh lingkungan terhadap genom dalam pengaruh yang berasal dari aspek kimiawi/biokimia, biologis, fisis (meliputi radiasi elektrogenomik, cahaya, gelombang radio, emisi, radiasi nuklir, suhu, gelombang suara), dan meteorologi dan geofisika (kandungan gas dalam udara atmosferik, cuaca, iklim). Radiasi gelombang elektromagnetik yang berbahaya antara lain adalah sinar ultraviolet, sinar X dan sinar gamma. Sinar-sinar ini memiliki energi yang tinggi. Sinar ultarviolet yang berlebihan dapat menimbulkan radang bahkan kanker kulit. Untunglah ionosfer bumi memiliki lapisan ozon yang mampu menahan sebagian besar sinar ultra-violet dari matahari. Belakangan ditengarai bahwa lapisan ozon yang melindungi kita ini mulai berlubang-lubang akibat aktifitas manusia sendiri di permukaan bumi. Sinar X adalah pancaran energi akibat elektron yang diperlambat secara mendadak oleh atom-atom berat. Proses seperti ini disebut bremsstrablung. Energinya begitu tinggi sehingga daya tembusnya amat besar. Daya tembus ini dimanfaatkan dunia kedokteran untuk membuat citra bagian dalam tubuh manusia, yang sering kita kenal sebagai foto rotgen.

          Radiasi yang berlebihan mempengaruhi proses pembentukan darah, tulang dan juga kerja kelenjar endokrin seperti gondok. Radioisotop yang sudah terlanjur masuk ke dalam tubuh sulit dihilangkan. Hal ini disebabkan tubuh kita hanya dapat memilih zat berdasarkan sifat kimiawinya, bukan sifat inti atomnya. Tubuh dapat membedakan unsur, bukan isotop. Dua unsur yang seringkali ada ketika ledakan nuklir adalah iodim dan cesium. Selain itu terdapat strontium dan karbon radioaktif. Unsur iodium yang dikumpulkan di dalam kelenjar gondok, seluruh iodium yang masuk ke dalam tubuh, termasuk yang radioaktif, akan terakumulasi dalam kelenjar gondok. Jika radiasi iodium radioaktif berlebihan kelenjar gondok dengan sendirinya akan rusak, dampaknya tentu ke fungsi seluruh tubuh.1) Iodium-131 (131I) Tubuh dapat menyerap yodium baik lewat alat pencernaan maupun lewat paru-paru. Isotop ini segera diangkut ke kelenjar gondok dan berada disana berbulan-bulan. 2) Cesium-134 ; Cesium-137 (134Cs ; 137Cs) Isotop-isotop ini masuk tubuh lewat rantai makanan. Mereka akan terakumulasi dalam otot sampai berbulan-bulan lamanya. 3) Strontium-90 (90Sr) Watak isotop ini mirip dengan kalsium bahan pembuat tulang. Ia masuk tubuh menggantikan kalsium untuk berada di permukaan tulang. Radiasi berlebihan yang dipancarkannya menyebabkan kanker tulang, jika sudah menahun dapat merusak sumsum tulang menimbulkan leukemia. 4) Karbon-14 (14C) Ia memasuki tubuh lewat rantai makanan. Untunglah isotop ini cukup mudah keluar kembali sebagai gas karbondioksida.

          Radiasi sinar ultraviolet terutama UVB dengan panjang gelombang 230nm-320nm terutama menyebabkan Kanker Sel Basal (Basal Cell Carcinoma). Yaitu kanker yang terjadi pada wilayah kulit yang tidak mengalami kreatinisasi terutama pada bagian basal di bawah jaringan epidermis kulit. Angka penderita kanker ini meningkat dari tahun ke tahun sebanding dengan jumlah paparan terhadap sinar matahari dan meningkatnya luas lapisan ozone yang berlubang. Panjang gelombang UV dapat memicu mutasi pada tumor supressor gene, yang merupakan tempat tersering yang menjadi imbas akibat kerusakan DNA. Fungsi supressor gene adalah barrier fisiologis dari ekspansi mutasi gen, selain itu menghalangi proliferasi sel yang berlebihan maupun mestatasis sel yang dikendalikan oleh onkogen.Hilangnya supresi gen ini dapat disebabkan oleh mutasi karena kerusakan genom, nondisjunction, konversi gen atau rekombinasi gen. Mutasi oleh sinar UV sering berakibat pada gen p53 yang merupakan salah satu gen tumor supresor.

           Pengaruh lingkungan selain teridentifikasi mampu menjadi penyebab mutasi yang berakhir dengan insiden neoplasia, juga telah diidentifikasi dapat menyebabkan kelainan genetik yang terkait dengan penyakit degeneratif atau kecacatan kongenital. Polimorfisme atau mutasi pada gen Mono Amin Oksidase (MAO) dan reseptornya dapat mengakibatkan munculnya perilaku antisosial dan kemungkinan tercetusnya agresifitas bila orang yang bersangkutan mengalami tekanan dari lingkungan. Maka efek pada genom dapat memicu atau akar dari masalah psikososial.

           Masalah yang kini juga menjadi variabel penting dalam ranah kesehatan adalah terjadinya abnormalitas imunologis atau sistem kekebalan akibat terdistrosi oleh faktor lingkungan. Faktor lingkungan tersebut terkategorisasi sebagai xenobiotik atau imunotoksik xenobiotik. Bahan-bahan dari lingkungan yang dapat berkategorikan sebagai imunotoksik xenobiotik antara lain adalah pestisida, logam berat, zat polutan, dan komposisi udara atmosferik yang tidak lagi berimbang. Akibat dari terdistrosi sestem imunitas tentu munculnya berbagai kondisi kerentanan terhadap infeksi, autoimun, dan hipersensitifitas termasuk alergi. Zat xenobiotik jika berikatan secara kovalen dengan makromolekul sel akan menyebabkan kerusakan DNA, RNA dan protein. Zat xenobiotik yang bersifat karsinogenik jika berikatan dengan DNA akan menyebabkan kanker. Xenobiotik seperti obat sintetik, racun alam dan antibiotik didetoksifikasi oleh satu set xenobiotic-enzim metabolisme. Pada manusia, ini termasuk oksidase sitokrom P450, -UDP glucuronosyltransferases, dan glutathione''S''-transferases. Sistem tindakan enzim dalam tiga tahap untuk pertama mengoksidasi (tahap I) xenobiotic dan kemudian konjugasi kelompok larut air ke molekul (tahap II). Xenobiotic kemudian dapat dipompa keluar dari sel dan dalam organisme multiseluler dapat dimetabolisme lebih lanjut sebelum dikeluarkan (tahap III).

           Masih ingatkah dengan ledakan gunung merapi? Mengapa abu gunung berapi berbahaya bagi kesehatan? Gangguan respirasi dapat terjadi antara lain karena menghirup debu yang terkontaminasi mineral dengan kadar yang melebihi ambang batas antara lain dapat terdiri dari debu karbon, silikat, asbes, kaolin, besi, kapur, dan plumburm. Gangguan respirasi lainnya disebabkan dengan terhirupnya asap yang bersifat toksik karena mengandung zat seperti amoniak, klorin, sulfur dioksida, atau nitrogen dioksida. Xenobiotik biologis seperti jamur, virus, bakteri atau serbuk sari (polen) dapat pula terhirup dan menimbulkan gangguan pada sistem respirasi.

         Salah satu zat yang dapat digunakan sebagai model untuk mempelajari efek cemaran udara pada sistem genomik dan  imunologis adalah silikat. Silikat terkenal sebagai materi yang bersifat fibriogenik, apabila terhirup oleh manusia dan sampai ke jaringan paru-paru maka akan menyebabkan kerusakan jaringan melalui pengacauan aktivitas biolistrik seluler. Hipotesa lainnya adalah silikat akan membentuk asam silikat setelah berinteraksi dengn sitoplasma dan menyebabkan asidosis metabolik yang berakhir dengan terjadinya nekrosis. Silikat juga membebaskan gugus fosfolipid dari membran sel terutama pada makrofag, sehingga terjadi kebocoran sel dan makrofag lisis. Silikat diduga menjadi pencetus terjadinya ekspresi autoantigen yang menjadi penyebab reaksi autoimunitas.

           Zat lain yang berbahaya adalah asbes yang menimbulkan asbestosis, dimana terjadi peningkatan produksi IgA dan diekspresikannya anti nuclear factor (ANF). akibatnya adalah munculnya radang lokal yang diikuti dengan pembentukan jaringan ikat. Pembentukan jaringan ikat atau fibrosis itulah yang menyebabkan menurunnya fungsi paru-paru. Pemaparan merkuri (Hg), timbal (Pb), dan cadmium (Cd) terjadi penurunan kadar IgA, dan juga IgG khusus pada keracunan merkuri. Sebagai antibodi yang memberikan reaksi sekunder pada kejadian infeksi maka berkurangnya IgG menjadikan manusia mengalami keadaan yang disebut imunodefisiensi. Demikian pula kekurangan kadar IgA akan mengakibatkan imunitas lokal di tingkat mukosa. Sedangkat akibat terpapar timbal adalah penurunan kemampuan fungsional dari sel fagosit, leukosit polimorfonuklear, dan produksi lisozim. Beberapa mekanisme kerusakan DNA akibat zat genotoksin lain adalah melalui proses deaminasi, metilisasi, depurinisasi dan alkilasi.

            Lingkungan tempat tinggal manusia dapat menjadi sedemikian menguntungkannya bagi manusia, tetapi dapat menjadi sedemikian merugikannya bagi kehidupan. Menguntungkan atau merugikannya lingkungan tergantung dari kesiapan kita menjaganya. Lingkungan dapat menghasilkan obat bagi yang menjaganya, tetapi dapat menghasilkan racun yang mematikan bagi yang berusaha merusaknya.

Diambil kembali dari artikel Envirogenomik "Kajian Lingkungan dan Genotipe" by. Purnama Bestari