Seiring bertambahnya usia, sel-sel mereka menjadi semakin tidak efisien dalam menghasilkan energi dan memenuhi kebutuhan yang terus berubah. Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa mitokondria, yang sering disebut sebagai pembangkit tenaga listrik sel, memainkan peran penting dalam penurunan ini. Kini, para peneliti di Leibniz Institute on Aging (FLI) di Jena, Jerman, telah mengidentifikasi kontributor penting dalam proses tersebut: lipid membran yang dikenal sebagai fosfatidilkolin.
Hasilnya menunjukkan bahwa kadar fosfatidilkolin yang lebih rendah mengurangi fleksibilitas mitokondria, sehingga mempercepat kerusakan terkait usia. Para peneliti juga menemukan bahwa asupan makanan fosfatidilkolin membantu memulihkan fungsi mitokondria pada organisme laboratorium yang menua. Hasilnya menunjukkan bahwa beberapa aspek penuaan biologis mungkin lebih dapat disesuaikan dibandingkan perkiraan sebelumnya.
Mengapa mitokondria penting dalam penuaan
Salah satu pertanyaan terbesar dalam penelitian penuaan adalah mengapa orang cenderung kehilangan energi dan vitalitas seiring berjalannya waktu.
Mitokondria terkenal karena menghasilkan energi yang dibutuhkan sel agar dapat berfungsi, namun para ilmuwan kini memahami bahwa mitokondria dapat melakukan lebih banyak hal. Struktur ini juga membantu mengoordinasikan komunikasi di dalam sel, mendukung adaptasi terhadap perubahan kondisi, dan mengatur banyak proses penting bagi kehidupan. Mereka menyediakan energi yang dibutuhkan untuk pergerakan jaringan, pertumbuhan dan perbaikan.
Meskipun diketahui bahwa kinerja mitokondria menurun seiring bertambahnya usia, alasan penurunan progresif ini masih belum jelas.
Peran penting untuk lipid membran
Selama bertahun-tahun, para peneliti menduga bahwa kerusakan genetik di dalam mitokondria adalah penyebab utama penurunan mitokondria. Namun, sebuah penelitian baru yang diterbitkan di Komunikasi alami menyoroti faktor penting lainnya.
Tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Dr. Maria Ermolaeva dari FLI menemukan bahwa gangguan pada jaringan mitokondria terkait dengan perubahan komposisi membran. Inti dari penemuan ini adalah fosfatidilkolin, salah satu lipid paling melimpah yang ditemukan di membran biologis.
Fosfatidilkolin membantu membran tetap fleksibel dan mampu mengatur ulang dirinya sendiri bila diperlukan. Fleksibilitas ini sangat penting untuk fusi mitokondria, suatu proses di mana masing-masing mitokondria berkumpul untuk membentuk jaringan yang saling berhubungan.
Jaringan ini memungkinkan sel untuk berbagi dan mendistribusikan komponen penting, termasuk molekul energi, produk metabolisme, DNA, dan senyawa pemberi sinyal. Dengan tetap terhubung, mitokondria dapat menyeimbangkan sumber daya dan mengganti bagian yang rusak dengan lebih efisien.
Para peneliti telah menemukan bahwa produksi fosfatidilkolin secara alami menurun seiring bertambahnya usia. Ketika kadarnya menurun, membran mitokondria menjadi semakin terfragmentasi dan tidak berfungsi.
Ketika tim mematikan gen yang terlibat dalam produksi fosfatidilkolin pada cacing muda, mitokondria dengan cepat mulai menyerupai yang biasanya terlihat pada hewan yang jauh lebih tua. Yang lebih mengejutkan lagi, memberi makan cacing fosfatidilkolin atau prekursor kolinnya memulihkan struktur mitokondria yang lebih muda hanya dalam dua hari.
“Kami sendiri terkejut melihat seberapa besar pengaruh molekul ini terhadap struktur, konektivitas, dan fungsi mitokondria,” jelas Dr Tetiana Poliezhaieva, penulis pertama studi tersebut.
Bagaimana penuaan mengganggu jaringan energi seluler
Apa yang tampak seperti perubahan biokimia kecil dapat berdampak luas ke seluruh sel.
Dalam kondisi sehat, mitokondria membentuk jaringan yang sangat dinamis yang terus beradaptasi terhadap perubahan kebutuhan energi. Seiring bertambahnya usia, jaringan ini menjadi kurang stabil dan kurang efisien.
“Anda dapat membayangkan keseluruhan sistem sebagai jaringan listrik yang bercabang dan semakin rusak seiring bertambahnya usia: koneksi terputus dan listrik mati,” kata Dr. Maria Ermolaeva, penulis utama studi tersebut.
“Meskipun produksi energi terus berlanjut, energi menjadi kurang efisien dan berkelanjutan, dan energi tidak lagi dapat didistribusikan secara fleksibel.”
Akibatnya, sel kehilangan apa yang para ilmuwan sebut sebagai plastisitas metabolik, atau kemampuan sel untuk beradaptasi dengan cepat terhadap perubahan kebutuhan energi. Kemampuan beradaptasi ini penting tidak hanya untuk sel individual tetapi juga untuk jaringan dan seluruh sistem organ. Berkurangnya fleksibilitas metabolisme semakin dikenal sebagai ciri penuaan dan juga dikaitkan dengan penyakit seperti diabetes.
Dari worm hingga data manusia
Untuk mempelajari mekanisme yang terlibat, peneliti menggabungkan beberapa pendekatan berbeda.
Penelitian ini mencakup eksperimen pada nematoda Caenorhabditis elegansinvestigasi menggunakan kultur sel manusia dan analisis kumpulan data klinis yang luas. Tim tersebut memeriksa profil proteomik dan lipidomik, variasi genetik, aktivitas gen, dan fungsi metabolisme pada berbagai tahap penuaan manusia.
Dengan mengintegrasikan kumpulan data ini, para peneliti dapat menghubungkan perubahan molekuler yang diamati pada model laboratorium dengan pola yang diamati pada manusia. Validasi eksperimental dan analisis seluruh tubuh pada cacing mengungkapkan hubungan langsung antara perubahan molekuler progresif dan proses penuaan yang lebih luas.
Petunjuk baru tentang evolusi penuaan
Hasilnya menunjukkan bahwa penuaan mitokondria tidak hanya disebabkan oleh akumulasi kerusakan genetik, tetapi juga karena perubahan produksi lipid terkait usia.
Hal ini memperluas pemahaman saat ini tentang mengapa mitokondria menjadi kurang efisien seiring berjalannya waktu dan menyoroti dinamika lipid membran sebagai faktor penting lainnya dalam proses penuaan.
Studi ini juga menemukan bahwa penuaan dapat terjadi dalam tahapan yang berbeda-beda, bukan proses yang berkelanjutan. Menurut data, sel pertama-tama mengalami penurunan ketahanan terhadap stres dan gangguan homeostasis protein, sistem yang bertanggung jawab menjaga stabilitas protein. Perubahan metabolik terjadi, dengan perubahan epigenetik muncul kemudian.
Para peneliti juga mengamati perbedaan metabolisme lipid berdasarkan jenis kelamin. Data metabolomik manusia menunjukkan penurunan relatif paling nyata pada kadar fosfatidilkolin pada wanita sekitar masa menopause.
“Pengamatan ini sangat penting karena bertepatan dengan saat banyak wanita melaporkan penurunan tingkat energi yang signifikan dan munculnya rasa lelah yang terus-menerus,” tambah Dr. Ermolaeva.
Bisakah diet membantu memperlambat penuaan sel?
Mungkin temuan paling signifikan adalah bahwa beberapa perubahan mitokondria terkait usia tampak bersifat reversibel.
Ketika kadar fosfatidilkolin meningkat pada orang tua C. elegansjaringan mitokondria menjadi lebih stabil dan produksi energi meningkat. Hasilnya menunjukkan bahwa intervensi metabolik yang ditargetkan dapat membantu menjaga fungsi sel dan memperpanjang masa penuaan yang sehat.
“Penelitian kami menunjukkan bahwa penuaan mitokondria dan penuaan sistemik yang lebih luas, setidaknya sebagian, dapat dimodifikasi. Jika kita memahami proses yang mendasarinya, kita mungkin dapat mengambil tindakan pencegahan yang ditargetkan,” Dr. Ermolaeva menyimpulkan.
Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah temuan ini dapat mengarah pada terapi bagi manusia. Namun, peran nutrisi sangat menarik, karena suplemen makanan tertentu dapat membantu mendukung kesehatan sel di kemudian hari.
Para peneliti mencatat bahwa suplementasi fosfatidilkolin tetap efektif bahkan ketika diperkenalkan pada usia paruh baya atau tua. Secara keseluruhan, temuan ini mengalihkan perhatian dari gagasan bahwa penuaan hanyalah sebuah penurunan yang tidak dapat diubah dan menuju kemungkinan bahwa beberapa aspek dari proses tersebut dapat dipengaruhi, sehingga membuka jalan baru untuk mendorong penuaan yang sehat.
