Lantanida adalah logam berat tanah jarang dengan sifat magnetik yang berguna dan kemampuan untuk memancarkan cahaya. Para peneliti telah lama berasumsi bahwa risiko toksisitas lantanida rendah dan oleh karena itu aman untuk diterapkan dalam sejumlah terobosan teknologi tinggi yang sekarang kita anggap remeh: dari OLED (tampilan pemancar cahaya organik)¬¬ hingga MRI medis dan bahkan kendaraan hibrida.
Namun, dalam beberapa tahun terakhir, beberapa ilmuwan mempertanyakan keamanan lantanida. Dalam hal perawatan kesehatan, misalnya, beberapa pasien MRI telah mengaitkan serangkaian efek samping, termasuk kerusakan ginjal jangka panjang, dengan paparan mereka terhadap lantanida gadolinium, zat kontras MRI yang umum digunakan. Dan setelah penelitian penting yang menunjukkan bahwa agen kontras berbasis gadolinium (GBCA) bertahan di ginjal, tulang, dan jaringan otak pasien selama berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun, para ilmuwan telah mencari bukti yang lebih jelas yang menghubungkan paparan lantanida dengan penyakit.
Tapi apa yang memperlambat para ilmuwan adalah bahwa mereka tidak tahu harus mulai dari mana — ada 15 elemen lantanida, dan genom manusia terdiri dari miliaran urutan nukleotida. Memahami bagaimana lantanida dapat memicu mutasi gen yang terkait dengan kanker dan penyakit lain akan membutuhkan kumpulan data proporsi raksasa yang belum ada.
Sekarang, tim peneliti yang dipimpin oleh Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi (Berkeley Lab) dan UC Berkeley telah menyusun perpustakaan paling lengkap tentang lantanida dan potensi toksisitasnya — dengan memaparkan ragi roti, alias Saccharomyces cerevisiae , ke logam lantanida . Temuan mereka baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences .
Seperti kita, ragi adalah eukariota — organisme yang terdiri dari sel-sel terikat membran yang kromosomnya dikemas rapi dalam nukleus. Kita terdiri dari puluhan triliun sel; ragi hanya satu sel.
“Ragi adalah eukariota terkecil – tetapi ribuan gen mereka mewakili perkiraan yang bagus untuk varian gen pada manusia,” kata penulis senior Rebecca Abergel, yang memegang gelar ilmuwan fakultas di Divisi Ilmu Kimia di Berkeley Lab, di mana dia mengepalai BioActinide Chemistry Group, dan asisten profesor teknik nuklir di UC Berkeley. “Apa yang keren tentang penelitian ini adalah bahwa hal itu dilakukan dengan perpustakaan gen ragi, dan kita dapat menyaring seluruh genom ragi dan membandingkan bagaimana galur gen normal versus galur penghapusan gen sebenarnya dipengaruhi oleh paparan lantanida.”
Dalam penyelidikan yang berlangsung hampir satu dekade, Abergel dan timnya mengandalkan perpustakaan berkode genom ragi roti untuk menyaring fungsi seluler mana yang terganggu oleh lantanida. Perpustakaan ini dikembangkan pada awal 2000-an sebagai bagian dari Proyek Penghapusan Ragi, sebuah konsorsium peneliti di seluruh AS dan Kanada, untuk membangun hubungan antara gen dan paparan bahan kimia. Co-penulis senior Christopher Vulpe, seorang profesor ilmu fisiologis di University of Florida, adalah salah satu pengadopsi awal perpustakaan ini untuk profil fungsional berbagai racun.
Setelah menguji lebih dari 4.000 gen terhadap 13 dari 15 logam lantanida (penelitian mengecualikan serium dan promethium), para peneliti menemukan bahwa lantanida mengganggu jalur pensinyalan sel yang menjaga fungsi tubuh kita — seperti proses kerangka dan saraf kita — dengan membajak situs pengikatan kalsium dalam dua aktivitas seluler utama: endositosis, proses yang mengatur bagaimana nutrisi diimpor ke dalam sel, dan mesin ESCRT (kompleks penyortiran endosom yang diperlukan untuk transportasi), yang menyortir protein dan membantu sel mengangkut nutrisi penting seperti kalsium.
“Studi ini dapat mengarahkan kita untuk memahami logam lantanida mana yang lebih beracun daripada yang lain, dan apakah seseorang lebih cenderung secara genetik terhadap toksisitas lantanida,” kata Abergel.
Penyelidikan Abergel terhadap ragi roti sebagai model genom untuk penyakit manusia dimulai pada 2012, ketika dia dianugerahi Penghargaan Berkeley Lab LDRD (Laboratorium Penelitian dan Pengembangan) untuk studinya yang berjudul “Global transcriptome, deletome and proteome profiling of yeast terkena logam radioaktif ion: alat untuk membedakan kerusakan akibat radiasi dari toksisitas kimia.” Ketertarikannya pada kesehatan masyarakat kemudian mengarah pada pengembangan pil anti-radiasi-keracunan, pil anti-gadolinium-toksisitas untuk pasien MRI, dan kemajuan dalam terapi kanker dan pencitraan medis.
Sebagai tindak lanjut dari penelitian saat ini, dia dan tim penelitinya sekarang mempelajari mekanisme toksisitas masing-masing logam tertentu, dimulai dengan gadolinium. Mereka juga berharap untuk menyelidiki pada model hewan bagaimana kelainan seluler yang disebabkan oleh paparan lantanida dipertahankan dari waktu ke waktu – dan bahkan mungkin lintas generasi.
“Ini adalah penelitian besar-besaran yang menunjukkan semua jalur potensial yang dipengaruhi oleh paparan logam lantanida — tetapi kami hanya menggores permukaan kumpulan data besar” dan masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, katanya.
