Dua molekul DNA bermuatan negatif dan, menurut hukum elektrostatika, seharusnya saling menolak. Namun di dalam sel, keduanya mampu saling mendekat hampir bersentuhan, tersusun paralel, dan membentuk kontak yang stabil.
Kini, untuk pertama kalinya, para peneliti berhasil melihat secara langsung struktur pendekatan semacam itu.
Para ilmuwan dari Universitas York dan Sheffield menggunakan mikroskopi gaya atom resolusi tinggi dalam medium cair dan menggabungkannya dengan pemodelan komputer dinamika molekuler. Pada citra yang dihasilkan, dua heliks ganda DNA tersusun berdampingan sepanjang beberapa lilitan, dan geometri keduanya bersesuaian dengan sangat tepat: alur besar sejajar dengan alur besar, alur kecil sejajar dengan alur kecil.
Terbentuklah struktur yang menyerupai resleting molekuler.
Ion menjadi jembatan
Peran kunci dalam proses ini dimainkan oleh ion logam divalen — terutama magnesium, kalsium, dan nikel.
Karena tulang punggung fosfat DNA membawa muatan negatif, kedua molekul secara alami saling menolak. Ion bermuatan positif sebagian mengimbangi interaksi ini dan dapat membentuk semacam jembatan antara heliks yang berdekatan.
Namun mekanismenya ternyata lebih menarik daripada sekadar “penetralan muatan”.
Pemodelan menunjukkan bahwa ion mampu berada di dalam alur besar dan alur kecil DNA serta membentuk jaringan kontak yang terorganisasi secara spasial. Berkat itu, kedua heliks tidak sekadar saling mendekat — keduanya memperoleh kemampuan untuk tersusun satu terhadap yang lain dalam geometri tertentu.
Model “resleting DNA” elektrostatik semacam itulah yang sekitar dua puluh tahun lalu diajukan oleh Profesor Alexei Kornyshev dan rekan-rekannya. Hingga kini, model tersebut sebagian besar masih bersifat teoretis.
Kini para peneliti memperoleh konfirmasi strukturalnya secara langsung.
Tidak semua ion bertindak sama
Logam yang berbeda menciptakan jenis kontak yang berbeda.
Ion nikel menunjukkan interaksi yang lebih terlokalisasi dengan bagian tertentu DNA. Magnesium dan kalsium membentuk jaringan ikatan yang lebih beragam dan dapat berperan serta dalam kontak baik di alur kecil maupun di alur besar.
Ini berarti lingkungan kimia mampu memengaruhi seberapa stabil dua molekul DNA berada berdekatan dan bagaimana keduanya berorientasi satu terhadap yang lain.
Namun di sini penting untuk tidak melangkah terlalu jauh: eksperimen ini tidak menunjukkan bahwa DNA secara mandiri dan tanpa kesalahan mengenali sekuens identik hanya berkat ion.
Para peneliti mengamati kontak baik antara sekuens yang serupa maupun yang berbeda. Para penulis menduga bahwa kesamaan sekuens dapat membantu mempertahankan penjajaran yang tepat dan menyebarkan kontak sepanjang molekul, tetapi mekanisme ini masih perlu diteliti lebih terperinci.
Mengapa DNA perlu saling mendekat?
Interaksi semacam ini dapat berperan penting bagi proses-proses fundamental di dalam sel: organisasi kromosom, interaksi antarbagian genom, dan mekanisme ketika molekul DNA harus menemukan serta mencocokkan sekuens yang serupa.
Penelitian ini juga menarik bagi nanoteknologi DNA. Semakin baik para peneliti memahami gaya-gaya apa yang membuat dua heliks saling mendekat dan bagaimana ion memengaruhi proses tersebut, semakin presisi pula perancangan struktur artifisial berbasis DNA — misalnya, konstruksi DNA origami dan nanostruktur terprogram lainnya.
Namun, mungkin bagian paling menarik dari penelitian ini terletak pada hal lain.
Pada tingkat molekuler, kehidupan terus-menerus memecahkan persoalan yang sekilas tampak mustahil secara fisik. Dua heliks bermuatan negatif seharusnya saling menjauh — tetapi justru keduanya berada berdampingan, dengan alur-alurnya bertaut dengan sangat tepat.
Dan beberapa ion mungil membantu mengubah tolakan menjadi kontak yang teratur.
