Bakteri simbiosis yang hidup di dalam serangga telah ditemukan dengan genom terkecil yang pernah tercatat pada organisme hidup, mendorong batas-batas definisi kehidupan minimal. Penemuan ini menantang pemahaman kita tentang bagaimana organisme dapat bertahan hidup dengan materi genetik yang sangat berkurang dan menimbulkan pertanyaan tentang jalur evolusi dari mikroba yang hidup bebas ke komponen seluler seperti mitokondria.
Simbion yang Sangat Tereduksi
Wereng, serangga yang hanya memakan getah tanaman, mengandalkan bakteri simbiosis untuk menambah asupan nutrisi mereka. Selama jutaan tahun, bakteri-bakteri ini telah begitu terjalin dengan inangnya sehingga mereka tinggal di dalam sel-sel khusus di perut serangga, menyediakan nutrisi penting yang tidak dapat diperoleh serangga dari makanan manis mereka. Akibat ketergantungan ini, bakteri tersebut telah menyusutkan genomnya secara drastis – yaitu serangkaian instruksi genetik yang lengkap – hingga menjadi sangat kecil dari ukuran aslinya.
Para peneliti yang dipimpin oleh Piotr Łukasik di Universitas Jagiellonian di Kraków, Polandia, menganalisis DNA yang diekstraksi dari 149 serangga di 19 keluarga wereng. Tim mengurutkan genom dari dua bakteri simbiosis utama, Vidania dan Sulcia, dan menemukan bahwa bakteri tersebut berukuran sangat kecil: panjangnya kurang dari 181.000 pasangan basa. Sebaliknya, genom manusia mengandung miliaran pasangan basa. Beberapa strain Vidania hanya mengukur 50.000 pasangan basa, menjadikannya genom terkecil yang diketahui untuk semua bentuk kehidupan, melampaui pemegang rekor sebelumnya, Nasuia.
Ujung Keberlangsungan
Dengan ukuran yang begitu kecil – dengan beberapa strain yang hanya memiliki sekitar 60 gen pengkode protein – bakteri ini berada pada skala virus. Sebagai perbandingan, genom virus di balik COVID-19 memiliki panjang sekitar 30.000 pasangan basa. Hal ini menimbulkan pertanyaan mendasar: pada titik manakah mikroba yang sangat tereduksi tidak lagi dianggap hidup sepenuhnya? Perbedaan antara organisme hidup dan organel, seperti mitokondria, menjadi semakin kabur.
Fungsi utama bakteri dalam hubungan simbiosis ini adalah menghasilkan fenilalanin, asam amino yang penting untuk membangun dan memperkuat kerangka luar serangga. Tim Łukasik berteori bahwa hilangnya gen secara besar-besaran terjadi ketika serangga memperoleh sumber nutrisi alternatif atau ketika mikroba tambahan mengambil alih peran tersebut.
Evolusi dan Asal Usul Organel
Bakteri simbiosis ini telah berevolusi bersama dengan serangga inangnya selama kurang lebih 263 juta tahun, berevolusi secara independen menuju pengurangan genom ekstrem pada kelompok wereng berbeda. Lintasan evolusi ini mencerminkan asal usul mitokondria dan kloroplas – organel penghasil energi dalam sel hewan dan tumbuhan yang merupakan keturunan bakteri purba. Organel ini juga berada di dalam sel inang dan diturunkan dari generasi ke generasi.
Meskipun beberapa peneliti, seperti Nancy Moran di Universitas Texas di Austin, terbuka untuk mengklasifikasikan bakteri yang sangat tereduksi ini sebagai organel, perbedaannya tetap ada. Mitokondria jauh lebih tua, muncul lebih dari 1,5 miliar tahun yang lalu, dan genomnya bahkan lebih kecil – sekitar 15.000 pasangan basa. Selain itu, mitokondria didistribusikan ke seluruh organisme, sementara bakteri simbiosis ini tetap terbatas pada sel-sel khusus.
Łukasik berpendapat bahwa bakteri dan mitokondria menempati titik berbeda pada gradien ketergantungan evolusioner. Dia menduga bahwa genom simbiosis yang lebih kecil masih belum ditemukan, sehingga semakin mengaburkan batas antara kehidupan, simbiosis, dan integrasi seluler.
