Para peneliti dari Universitas Jenewa dan EMBL mengungkap struktur internal lebih dari ratusan spesies plankton, membuka jalan bagi atlas seluler global.
Plankton sangat penting bagi kehidupan di Bumi: mereka mendukung kehidupan di lautan dan mempengaruhi iklim. Meskipun penting dan sangat beragam, arsitektur skala nano tiga dimensi yang terperinci dari organisme mikroskopis ini sebagian besar masih belum dijelajahi, sehingga membatasi pemahaman kita tentang struktur seluler dan kompleksitas biologisnya. Para peneliti di Universitas Jenewa dan Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (EMBL) telah berhasil memvisualisasikan struktur internal lebih dari 200 spesies mikroba eukariotik, termasuk spesies plankton, menggunakan teknik inovatif, Ultrastructure Expansion Microscopy (U-ExM). Diterbitkan di Cell, karya ini membuka pintu menuju atlas planet keanekaragaman seluler eukariotik.
Plankton, komunitas organisme mikroskopis yang beragam, termasuk eukariota mikroba laut (sel dengan inti), adalah mesin tak terlihat yang menggerakkan sistem pendukung kehidupan di bumi – memproduksi oksigen dan membentuk dasar rantai makanan lautan. Mereka juga sangat beragam, dengan puluhan ribu spesies yang telah dideskripsikan sejauh ini, dan masih banyak lagi yang menunggu untuk ditemukan.
Kami menghabiskan tiga hari tiga malam hanya untuk memperbaiki sampel tersebut. Itu adalah harta karun yang tidak bisa kami lepaskan!
Sebuah teknik yang memperluas batas biologis
Dalam upaya kolaboratif, kelompok Omaya Dudin, Paul Guichard dan Virginie Hamel di Universitas Jenewa, dan Gautam Dey di EMBL, menggunakan mikroskop resolusi tinggi untuk mempelajari plankton laut. Mikroskop ekspansi memungkinkan sampel biologis diperbesar secara fisik untuk memperlihatkan arsitektur internalnya. Dioptimalkan ke dalam Ultrastructure Expansion Microscopy (U-ExM), metode ini memungkinkan para peneliti untuk mengeksplorasi ultrastruktur sub-seluler dan mengatasi masalah permeabilitas dinding sel, sehingga struktur internal dapat divisualisasikan dan dipelajari dengan jelas.
Dari garis pantai Eropa hingga dunia mikroskopis
Studi tersebut dilakukan dalam ekspedisi Traversing European Coastlines (TREC) yang dipimpin oleh EMBL, yang bertujuan untuk mengeksplorasi keanekaragaman hayati pesisir. Kampanye pengambilan sampel di Roscoff (Prancis) memberi para peneliti akses terhadap koleksi kultur mikroorganisme laut yang luas. “Kami menghabiskan waktu tiga hari tiga malam hanya untuk memperbaiki sampel-sampel tersebut. Itu adalah harta karun yang tidak bisa kami lepaskan,” kenang Felix Mikus, rekan penulis pertama penelitian ini, yang menyelesaikan gelar PhD di kelompok Dey dan sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di laboratorium Dudin di Universitas Jenewa.
Mikroskop ekspansi bekerja dengan menyematkan sampel biologis dalam gel transparan yang mengembang ketika menyerap air. Struktur sampel membesar secara proporsional, memungkinkan peneliti mengamati detail subseluler antara empat dan enam belas kali ukuran asli sampel biologis. “Ketika dikombinasikan dengan mikroskop cahaya konvensional, pendekatan ini mengatasi batas resolusi standar cahaya, menawarkan jendela baru dalam arsitektur seluler,” jelas Armando Rubio Ramos, penulis pertama dan rekan pascadoktoral di kelompok Guichard dan Hamel di Universitas Jenewa.
Memetakan evolusi arsitektur seluler
Dengan menganalisis sampel dari ratusan spesies, para peneliti melakukan salah satu studi paling ekstensif tentang keanekaragaman sitoskeletal mikroba eukariota hingga saat ini. Mereka berfokus terutama pada mikrotubulus dan centrin, komponen kunci perancah seluler yang mengatur bentuk, pergerakan, dan pembelahan sel. Hal ini memungkinkan mereka memetakan fitur mikrotubulus dan organisasi centrin di banyak kelompok eukariotik yang berbeda. “Skala analisis ini membuka kemungkinan untuk membuat prediksi evolusioner tentang bagaimana struktur seluler telah terdiversifikasi,” kata Hiral Shah, rekan pascadoktoral EMBL dan penulis pendamping pertama.
Penelitian kolaboratif ini tidak hanya memajukan pemahaman tentang prinsip-prinsip yang mengatur organisasi sel eukariotik, namun juga menyoroti potensi mikroskop ekspansi untuk mempelajari sampel alami kompleks yang dikumpulkan langsung dari lingkungan laut. Pekerjaan ini menandai langkah penting menuju eksplorasi keanekaragaman hayati berskala besar dan beresolusi tinggi, menjembatani kesenjangan antara data genom dan fisiologi seluler.
