What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
Apa bentuk selmu? Tabung kenyal? Zig-zag bergerigi? Kamu mungkin jarang memikirkan bentuk dari unit penyusun tubuh ini, tetapi pada tingkat mikroskopis, perubahan kecil dapat berpengaruh besar. Sementara ada beberapa adaptasi yang bisa memperbaiki fungsi sel, adaptasi yang lain bisa memicu sejumlah komplikasi berbahaya. Inilah yang terjadi pada penyakit sel sabit.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
Penyakit sel sabit memengaruhi bentuk sel darah merah, yang mengangkut oksigen dari paru-paru ke semua jaringan di tubuh. Untuk melakukan tugas penting ini, sel darah merah diisi dengan protein hemoglobin untuk membawa molekul oksigen. Protein ini mengambang secara bebas dalam sel darah merah yang berbentuk donat lunak, sehingga selnya cukup lentur untuk bisa muat bahkan di dalam pembuluh darah terkecil sekalipun. Namun, dalam penyakit sel sabit, satu mutasi genetik mengubah struktur hemoglobin. Setelah menyalurkan oksigen ke jaringan, protein termutasi ini merapat menjadi barisan yang kaku. Batang hemoglobin menyebabkan sel darah berubah menjadi sabit tajam. Sel darah merahnya menjadi lebih keras dan lebih lengket dan tidak mengalir dengan lancar melalui pembuluh darah. Sel sabit tersangkut dan menumpuk, bahkan sering kali menyumbat pembuluh darah rapat-rapat. Ini menyebabkan beberapa sel tidak mendapatkan oksigen yang cukup, dan memicu gejala-gejala yang dialami penderita penyakit sel sabit.
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
Sejak mereka bayi, pasien berulang kali merasa kesakitan di jaringan yang kurang oksigen. Titik pembuluh yang tersumbat menentukan gejala spesifik yang muncul. Sumbatan di limpa, bagian sistem imun, dapat menyebabkan pasien mengalami infeksi berbahaya. Sumbatan di paru-paru bisa menyebabkan demam dan sesak nafas. Sumbatan dekat mata bisa menyebabkan masalah penglihatan dan lepasnya retina. Dan jika yang sumbatannya dekat otak, pasiennya bisa mengalami stroke.
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
Parahnya, sel darah merah sabit tidak berusia lama, hanya 10 atau 20 hari, sementara sel sehat berusia 4 bulan. Jangka hidup pendek ini berarti bahwa pasien hidup dengan persediaan sel darah merah yang rendah; sebuah keadaan yang disebut anemia sel-sabit.
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
Uniknya, mutasi ganas ini awalnya berkembang sebagai adaptasi yang seharusnya bermanfaat. Peneliti berhasil melacak asal-usul mutasi sel sabit hingga ke daerah yang telah lama terkena wabah tropis yang bernama malaria. Tersebar oleh parasit yang ditemukan pada nyamuk lokal, malaria menggunakan sel darah merah sebagai inkubator untuk menyebar dengan cepat secara mematikan melalui aliran darah.
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
Namun, perubahan struktur yang mengubah sel darah merah menjadi penyumbat itu malah membuatnya lebih tahan terhadap malaria. Jika seorang anak mendapat mutasi itu dari satu orang tua saja, akan ada cukup hemoglobin abnormal untuk menghambat serangan parasit malaria, sementara mayoritas sel darah merahnya tetap memiliki bentuk dan fungsi normal. Di daerah tempat parasit ini hidup makmur, mutasi sel sabit memberikan keuntungan evolusi yang besar. Namun, saat adaptasinya tersebar luas, jika seseorang mendapat mutasi itu dari kedua orang tuanya, ia akan mengalami anemia sel sabit.
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
Kini, mayoritas penderita penyakit sel sabit dapat dilacak nenek moyangnya hingga ke suatu negara endemik malaria. Mutasi ini masih memegang peran besar di Afrika, tempat terjadinya 90% kasus malaria di seluruh dunia. Untungnya, selagi adaptasi ini terus bertahan, pengobatan untuk sel sabit ini juga semakin maju. Selama bertahun-tahun, hydroxyurea menjadi satu-satunya obat yang ada untuk mengurangi penyabitan, gejala penumpulan, dan menaikkan angka harapan hidup. Transplantasi sumsum tulang dapat menyembuhkan penyakit ini, tetapi prosedur ini rumit dan biasanya jarang tersedia. Namun, obat-obatan baru yang menjanjikan memberi penanganan dengan cara baru, seperti melekatkan oksigen ke hemoglobin untuk mencegah penyabitan, atau mengurangi kelengketan sel sabit. Kemampuan untuk mengedit DNA telah menumbuhkan harapan agar sel punca dapat menghasilkan hemoglobin biasa. Jika pengobatan ini tersedia di daerah yang paling terpengaruh oleh malaria dan penyakit sel sabit, kita bisa memperbaiki kualitas kehidupan untuk lebih banyak pasien yang mengidap adaptasi berbahaya ini.