Oleh Dedi Junaedi
Terapi gen dipercaya akan menjadi solusi masa depan yang andal. Tak hanya untuk mengatasi masalah penyakit dan kesehatan, rekayasa genetik juga dapat dimanfaatkan untuk mengembangkan aneka benih dan bibit unggul untuk menjawab masalah penyediaan pangan dan energi masa depan.
Untuk itu, satu terobosan telah dirintis tim perekayasa MIT (Massachussets Institute of Technology). Menjelang akhir tahun 2016, mereka berhasil mengembangkan teknik pembuatan sirkuit genetik untuk mendukung aplikasi terapi gen yang efektif dan aman. Bahkan, para insinyur dari univesitas top di AS itu telah pula mengembangkan cara mengisolasi sirkuit genetik dalam sebuah sel sintetik.
Sebelumnya, ada kekhawatiran di kalangan ilmuwan. Mengingat sirkuit genetik terusun atas sejumlah komponen genetik aktif, terbuka kemungkinan adanya interaksi antar komponen yang saling mempengaruhi atau dapat mengganggu satu sama lain. Maka, isolasi, terhadap sirkuit atau mesin genetik, diperlukan untuk mencegah kemungkinnan munculnya gangguan atau cemaran dari luar yang tak diharapkan.
Sel Sintetis
Sel biologi sintetis, menurut Edward Boyden, profesor biologi rekayasa MIT, memungkinkan para ilmuwan dapat mengemas sirkuit-sirkuit genetik aman secara fisik, biologi dan kimia. ‘’Teknik serupa dapat dimanfaatkan untuk pembuatan mesin atau pabrik genetik untuk kepentingan fungsi baru seperti memproduksi obat atau molekul lain yang bermanfaat,’’ jelasnya
Kini, peneliti MIT telah menunjukkan bahwa sirkuit ini dapat diisolasi dalam sel tunggal sintetik untuk mencegah mereka dari mengganggu satu sama lain. Para peneliti juga dapat mengontrol komunikasi antar sel-sel. Dengan begitu, terbuka juga jalan untuk menyusun rangkaian sirkuit genetik dan menyambungkannya dengan sistem individu suatu organism hidup.
Teknik isolasi sel sintetis diperlukan untuk untuk pengembangan komponen multigen. ‘’Fungsi utamanya sebagai dinding penghalang untuk mencegah kemungkinan adanya cross-talk antar komponen. Dengan isolasi, mereka terhalang satu sama lain,’’ tambah Edward Boyden, yang juga juga anggota Media Lab MIT, McGovern Institute for Brain Research, dan HHMI-Simons Faculty Scholar.
Pendekatan ini telah memungkinkan para peneliti untuk merancang sirkuit dengan fungsi spesial. Misalnya, memproduksi senyawa kompleks tertentu, atau dapat diperankan bertindak sebagai sensor yang merespon perubahan lingkungan sekitarnya. Lebih jauh, aplikasinya dapat ditingkatkan untuk membuat semacam mesin dan bahkan pabrik genetik untuk solusi alternative bidang kesehatan, pangan dan energi .
Boyden adalah penulis senior dalam makalah yang dirilis jurnal Nature Chemisty (2016). Dia menulis bersama mahasiswa postdoc MIT, Kate Adamala, yang kini menjadi asisten profesor di University of Minnesota, serta Daniel Martin-Alarcon dan Katriona Guthrie-Honea. Keduanya alumni dan peneliti MIT.
Kendali Sirkuit
Tim MIT mengembangkan sirkuit genetik yang dikemas dalam isolasi liposom, yang memiliki membran lemak mirip dengan membran sel. Sel-sel sintetis ini sebenarnya tidak hidup, tapi dilengkapi dengan banyak mesin seluler yang diperlukan untuk membaca DNA dan memproduksi protein.
Dengan memisahkan sirkuit dalam liposom mereka sendiri, para peneliti mampu menciptakan sirkuit terpisah yang tidak bisa dijalankan dalam wadah yang sama pada waktu yang sama. Meski begitu, dapat berjalan secara paralel satu sama lain, berkomunikasi dengan cara dikendalikan. Pendekatan ini juga memungkinkan para ilmuwan dapat meng-on off-kan atau memanipulasi fungsi komponen genetik komponen tertentu, gen dan faktor transkripsi protein, untuk melakukan tugas yang berbeda dalam jaringan makhluk hidup.
“Jika Anda memisahkan sirkuit menjadi dua liposom yang berbeda, Anda bisa memiliki satu alat melakukan satu pekerjaan dalam satu liposom, dan alat yang sama melakukan pekerjaan berbeda dalam liposom lainnya,” ungkap Martin-Alarcon. “Ini memperluas jumlah fungsi lain dengan Anda menggunakan blok bangunan yang sama.”
Pendekatan ini juga memungkinkan komunikasi antara sirkuit dari berbagai jenis organisme, seperti bakteri dan mamalia, dikendalikan sesuai kebutuhannya.
Sebagai ilustrasi, para peneliti menciptakan sebuah sirkuit yang menggunakan bagian genetik bakteri untuk produksi molekul teofilin, obat yang mirip dengan kafein. Adanya molekul ini memicu terbentuknya molekul lain seperti doxycycline. Pada liposom mamalia, doxycycline ternyata mengaktifkan fungsi genetik yang menghasilkan luciferase, protein yang menghasilkan cahaya.
Pabrik Material
Menggunakan versi sirkuit yang telah dimodifikasi, ilmuwan MIT bisa membuat sirkuit genetik untuk menghasilkan material untuk terapi biologis seperti antibodi atau vaksin dan obat-obatan. “Jika Anda berpikir rangkaian bakteri sebagai pengkodean program komputer, dan sirkuit mamalia pengkodean pabrik, Anda bisa menggabungkan kode komputer hibrid yang menggabungkan rangkaian bakteri dan pabrik sirkuit mamalia yang unik dan tak terbayangkan sebelumnya,” tegas Boyden.
Para peneliti MIT juga sedang merancang liposom yang dapat menyatu satu sama lain dalam cara yang terkontrol. Untuk melakukan itu, mereka dapat memprogram sel-sel tertentu sehingga berperan sebagai pabrik seluler penghasil protein dan material bernilai lainnya.
Ke depan, bukan hal mustahil, teknik isolasi ini juga dapat dimanfaatkan untuk pengembangan aneka benih tanaman unggul hingga dapat membuahkan hasil panen dengan produktivitas tinggi, sekaligus berkualitas prima. Hal yang sama dapat digunakan untuk menghasikan bibit-bibit hewan unggul.
Dengan aplikasi sirkuit genetik, aneka mikroba dan organisma lainnya, pun dapat diberdayakan untuk menjadi sumber dan pabrik material bernilai ekonomi tinggi. Termasuk sebagai mesin dan pabrik pemasok obat, pangan dan energi masa depan.
Sirkit Biologi dan Nano Partikel
Sebelumnya, sudah muncul beberapa model rekayasa genetik yang ditawarkan. Antara lain sirkuit bilogi dan beberapa model partikel nano.
Sirkuit bilogi dikembangkan tim MIT untuk mengurangi reaksi penolakan dari komponen biologi lain. Dipublikasi jurnal Nature Biotechnology (Desember 2014), sirkuit ini berperan sebagai biosensor. Terdiri atas sel-sel detektor sel kanker, sirkuit juga dapat memacu terbentuknya molekul pemburu sel kanker. Inovatornya Domitilla Del Vecchio dan Ron Weiss, keduanya dari MIT.
Inovasi lainnya adalah perangkat nanopartikel pengendali penyakit yang dikembangkan beberapa tim dari MIT dan Universitas California (UCLA). Tim MIT mengembangkan nanopartikel dapat mengendalikan pembaca pesan RNA dan pengendali penyakit kanker, jantung, dan diabetes.
“Perangkat nanopartikel dapat menjadi agen terapi RNA yang potensial untuk mengatasi masalah kanker dan jantung,’’ kata Daniel Anderson, profesor teknik kimia MIT dan anggota ahli Koch Institute for Integrative Cancer Research dan Institute for Medical Engineering and Science.
Sebulan sebelumnya, American Chemical Society (April 2016) melaporkan model nanopartikel yang dapat meirilis tiga obat kanker ovarium. ‘’Kami mengembangkan nanoparticle yang dapat membawa dan melepas tiga macam obat dalam dosis yang tepat pada satu waktu,” ungkap Jeremiah Johnson, asisten profesor teknik kimia MIT.
Sementara itu, dua tahun sebelumnya, Henry Samueli dari UCLA sukses merancang model nanopartikel untuk bakteri penghasil antibiotik. Perangkat nano yang dikembangkannya berbasis klaster medan magnet, berdimensi 1,000 kali lebih kecil dari rambut manusia.
Dedi Junaedi
