Dari ibu dan ayah kita menerima masing-masing satu set kromosom. Karena itu, sebagian besar gen hadir dalam dua salinan, dan sel dapat menggunakannya secara berbeda. Bayangkan dua buku dengan teks yang sama: yang satu terbuka pada halaman yang diperlukan, yang lain berdiri di rak dengan sampul rapat tertutup. Isinya sama, tetapi aksesnya berbeda.
Perbedaan seperti inilah yang dibantu untuk dilihat oleh FIRE — sebuah alat komputasi untuk menganalisis kemasan DNA. Penelitian tim yang melibatkan para ilmuwan dari Universitas Washington dan Universitas Utah telah diterbitkan dalam jurnal Cell. Karya ini menunjukkan bagaimana urutan DNA dan keadaan sel yang bertahan sama-sama berperan dalam mengendalikan gen.
Di dalam sel, DNA terlilit di sekitar protein dan membentuk kromatin. Kemasannya memengaruhi seberapa mudah protein pengatur dapat mencapai suatu wilayah tertentu. FIRE membantu menemukan wilayah yang dapat diakses yang kemungkinan besar berperan dalam pengendalian gen. Wilayah terbuka menjadi petunjuk penting: di sini kontak dengan mekanisme molekuler pengaturan mungkin terjadi. Aktivitas gen di sebelahnya tetap memerlukan pemeriksaan tersendiri.
Dasar pendekatannya adalah teknologi Fiber-seq: enzim khusus menandai wilayah DNA yang dapat diakses, lalu sekuensing membaca molekul-molekul panjang. Perbedaan dalam urutannya memungkinkan pembedaan dua salinan kromosom. FIRE menambahkan pembelajaran mesin yang menilai kemungkinan peran pengaturan wilayah yang ditandai.
Hasil yang sangat menarik menyangkut wilayah tempat kedua salinan berbeda dalam hal aksesibilitas kromatin. Pada sekitar 40% kasus seperti itu, urutan DNA tepat di wilayah yang diteliti sama. Teks yang identik ternyata dikemas secara berbeda. Angka ini merujuk pada perbedaan yang teridentifikasi antara salinan; maknanya bagi pengaturan genom secara keseluruhan masih perlu ditentukan.
Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa beberapa keadaan kromatin bertahan saat sel membelah. Para penulis mendeskripsikannya sebagai epimutasi somatik — perubahan keadaan epigenetik yang bertahan lama. Di sini pewarisan terjadi di dalam garis sel: sel anak mempertahankan ciri sel pendahulunya. Pewarisan perubahan semacam ini dari orang tua kepada anak merupakan pertanyaan penelitian tersendiri.
Nilai praktis pendekatan ini ditunjukkan para peneliti pada varian DNA yang terkait dengan risiko penyakit celiac. Varian itu terletak di wilayah pengaturan di dekat gen imun. Penggantian satu huruf DNA di laboratorium mengubah aksesibilitas wilayah tersebut. Dengan demikian para ilmuwan dapat memilih, di antara banyak varian di sekitarnya, varian yang benar-benar memengaruhi keadaan kromatin. Makna tepatnya bagi kerja sel imun memerlukan kajian lebih lanjut.
Bagi dunia kedokteran, alat semacam ini penting terutama sebagai cara untuk memahami mekanisme penyakit dengan lebih tepat dan memilih sasaran bagi intervensi di masa depan. Peralihan dari pengetahuan ini menuju pengobatan akan memerlukan penelitian tersendiri mengenai khasiat dan keamanan.
Pengaturan epigenetik telah lama dikenal. FIRE memungkinkan kita menelaahnya lebih terperinci dengan membedakan dua salinan genom. Di sinilah keindahan hasilnya: huruf yang sama memungkinkan pembacaan yang berbeda, dan sejarah sel dapat tersimpan dalam cara DNA-nya dikemas.
