Penulis: Viola Anindita Dewi (2023)
Disunting oleh: Arivia Mutiara Syahira (2023)
Pernah, enggak, teman-teman berpikir mengapa mitokondria memiliki DNA yang berbeda dari DNA nukleus?
Perbedaan ini ternyata telah diselidiki oleh banyak peneliti, lho. Hal ini didasari dengan teori endosimbiosis, yaitu teori bahwa mitokondria pada sel eukariotik berasal dari suatu bakteri yang hidup bebas dan kemudian “ditelan” oleh sel inang. Namun, alih-alih mati, bakteri ini menjadi endosimbion dan membentuk hubungan simbiosis mutualisme dengan sel inang secara permanen. Bukti filogenetik dan genomik modern menunjukkan bahwa genom mitokondria lebih mirip dengan genom bakteri ketimbang genom nukleus pada sel eukariotik (Roger et al., 2017). Bentuk sirkuler DNA mitokondria, sistem translasi yang menyerupai sel prokariotik, serta pembelahan organel yang mirip pembelahan biner juga mendukung teori endosimbiosis (Gray, 2012).
Model evolusi kontemporer tidak hanya menegaskan asal-usul bakteri mitokondria tetapi juga menjelaskan mekanisme penggabungan fungsinya dengan sel inang. Bakteri endosimbion awalnya menjalin hubungan mutualisme dengan sel inangnya, contohnya dengan menyediakan produk metabolisme seperti elektron atau hidrogen yang kemudian dimanfaatkan inang. Interaksi dalam proses metabolisme ini dapat mendorong hubungan yang semakin erat hingga terjadi penggabungan genetik dan fisiologi secara permanen (Lane & Martin, 2010). Setelah bergabung, terjadi transfer gen dalam skala besar di mana banyak gen dari bakteri endosimbion berpindah ke genom inti sel inang. Proses perpindahan gen ini menyebabkan genom bakteri endosimbion (yang telah menjadi organel) tereduksi dan fungsinya dikendalikan oleh nukleus (Timmis et al., 2004).
Akibat evolusi ini, mitokondria menjadi pusat produksi energi yang memungkinkan hasil respirasi oksidatif yang jauh lebih tinggi dibandingkan hasil metabolisme prokariotik sederhana. Peningkatan kapasitas energi ini diperkirakan menjadi syarat penting munculnya karakteristik sel eukariotik, termasuk ukuran sel yang lebih besar, perkembangan organel bermembran, dan diversifikasi fungsi seluler (Lane & Martin, 2010).
Walau terdapat banyak penelitian yang mendukung hipotesis endosimbiosis sebagai asal-usul mitokondria, detail tertentu seperti spesies bakteri dan mekanisme penggabungan bakteri dengan sel inang masih aktif diteliti. Studi filogenomik masih terus meneliti hubungan kekerabatan antara mitokondria dan kelompok bakteri tertentu serta proses transfer gen dalam evolusi organisme eukariotik.
Referensi
Lane, N., & Martin, W. (2010). The energetics of genome complexity. Nature, 467(7318), 929–934.
Roger, A. J., Muñoz-Gómez, S. A., & Kamikawa, R. (2017). The origin and diversification of mitochondria. Current Biology, 27(21), R1177–R1192.
Timmis, J. N., Ayliffe, M. A., Huang, C. Y., & Martin, W. (2004). Endosymbiotic gene transfer: organelle genomes forge eukaryotic chromosomes. Nature Reviews Genetics, 5(2), 123–135.
Gray, M. W. (2012). Mitochondrial evolution. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(9), a011403.