AlphaFold dan Revolusi Prediksi Struktur Protein Berbasis AI
Dunia sains dikejutkan oleh pengumuman pemenang Nobel Kimia 2024, yang diberikan kepada David Baker, Demis Hassabis, dan John Jumper. Mereka dianugerahi penghargaan ini atas kontribusi monumental dalam desain protein komputasional dan prediksi struktur protein, melalui pengembangan AlphaFold, sebuah kecerdasan buatan (AI) yang telah mengubah lanskap biologi struktural. Alphafold sendiri bisa dikatakan sebagai produk intersection biologi and kecerdasan buatan.
Protein, yang sering disebut sebagai “mesin kehidupan,” memainkan peran sentral dalam hampir semua proses biologis di tubuh kita. Fungsi protein ditentukan oleh bentuk tiga dimensinya, dan memahami bentuk ini menjadi kunci dalam mengungkap misteri fungsi biologis serta menemukan terapi untuk berbagai penyakit. Namun, metode tradisional untuk menentukan struktur protein, seperti kristalografi sinar-X dan cryo-EM, sangat mahal dan memakan waktu bertahun-tahun.
Masalah inilah yang dipecahkan oleh AlphaFold. Dikembangkan oleh tim DeepMind di bawah kepemimpinan Hassabis dan Jumper, AlphaFold menggunakan teknik deep learning untuk memprediksi struktur protein hanya dari urutan asam amino dengan referensi database seperti Protein Data Bank (PDB). Ketepatan prediksi yang dicapai AlphaFold mendekati hasil eksperimen, membuatnya menjadi alat yang tak tergantikan bagi para ilmuwan di seluruh dunia.
Keberhasilan AlphaFold telah memberikan dampak yang luas di berbagai bidang sains dan kesehatan. Salah satu dampak signifikan adalah percepatan penelitian, di mana proses penentuan struktur protein yang sebelumnya memakan waktu bertahun-tahun kini dapat diselesaikan dalam hitungan hari, sehingga mempercepat kemajuan di bidang bioteknologi dan farmakologi. Selain itu, kemampuan AlphaFold dalam memprediksi struktur protein yang terlibat dalam penyakit seperti kanker dan Alzheimer membantu para ilmuwan memahami patologi secara lebih mendalam, yang pada akhirnya memandu pengembangan terapi yang lebih efektif. Di bidang desain protein sintetis, AlphaFold memungkinkan ilmuwan untuk merancang protein dengan fungsi spesifik yang belum pernah ada sebelumnya, seperti enzim industri dan antibodi untuk imunoterapi. Lebih dari itu, aksesibilitas AlphaFold juga luar biasa.
Sejak diluncurkan, AlphaFold telah memicu revolusi dalam biologi struktural. Prediksi protein yang sangat akurat tersedia bagi ilmuwan di seluruh dunia melalui database terbuka yang dikelola bersama oleh DeepMind dan European Bioinformatics Institute. Dengan merilis prediksi struktur protein secara gratis, DeepMind telah membuka akses bagi komunitas ilmiah di seluruh dunia, mempercepat penemuan obat dan solusi kesehatan, tanpa terbatas oleh anggaran penelitian.
Penghargaan Nobel Kimia 2024 yang diberikan kepada David Baker, Demis Hassabis, dan John Jumper adalah bukti pengakuan terhadap kontribusi mendalam mereka dalam ilmu pengetahuan. Keberhasilan ini tidak hanya menghormati inovasi teknologis dalam prediksi protein, tetapi juga menunjukkan bagaimana kecerdasan buatan mampu menjawab tantangan ilmiah yang sangat kompleks.
Ke depan, pengembangan AlphaFold dan teknologi AI serupa memiliki potensi yang luar biasa. AlphaFold tidak hanya akan terus menyempurnakan prediksi protein, tetapi juga membuka jalan bagi inovasi di luar biologi struktural, termasuk bidang-bidang seperti biodesain dan precision medicine berbasis protein.
Penghargaan Nobel Kimia 2024 menandai tidak hanya pencapaian teknologi, tetapi juga masa depan biologi yang semakin dibentuk oleh kecerdasan buatan. Teknologi seperti AlphaFold menjanjikan masa depan di mana pengobatan penyakit lebih cepat, lebih tepat, dan lebih terjangkau, membawa umat manusia selangkah lebih dekat ke masa depan kesehatan yang lebih baik dan keberlanjutan global. Dengan perkembangan ini, revolusi biologi komputasional baru saja dimulai. AlphaFold berdiri sebagai bukti bahwa mimpi untuk memahami setiap protein dalam tubuh manusia dan merancang solusi kesehatan yang ditargetkan dengan presisi mungkin segera terwujud.
Awal Biologi Sintetik
Selama ini dikenal hanya ada satu jalan untuk menghasilkan urutan DNA. Jalan itu tidak lain dengan cara menyalin urutan DNA itu sendiri. Terkadang, gen itu rusak atau diacak; penyalinan tidak sempurna; atau, perlu dilakukan berulang kali. Dari bahan dasar genetika ini muncul kejayaan seleksi alam. Namun perkembangan yang lebih mutakhir menunjukkan capaian yang lebih pesat lagi. Sekarang gen dapat ditulis dari awal dan diedit berulang kali, layaknya mengedit teks dalam pengolah kata. Kemampuan untuk merekayasa makhluk hidup ini merupakan hal mendasar yang mengubah cara manusia berinteraksi dengan kehidupan. Hal Ini memungkinkan segala macam hal yang dulu tidak mudah, bahkan tidak mungkin, seperti membuat obat-obatan, bahan bakar, kain, makanan dan parfum, kini semua bisa dibuat dari molekul demi molekul. Apa yang dilakukan sel dan menjadi apa mereka, bisa direkayasa juga. Sel-sel imun dapat diarahkan untuk mengikuti perintah dokter; stemsel lebih mudah direkayasa untuk menjadi jaringan baru. Telur juga dapat diprogram untuk tumbuh menjadi makhluk yang sangat berbeda dengan orang tua mereka.
Fase paling awal dari “biologi sintetik” seperti itulah yang kemudian mengubah banyak hal. Ia mengubah mulai dari proses industri, kedokteran, dan mulai menjangkau bisnis serta dunia konsumen. Perkembangan tersebut mungkin lambat, tetapi dengan bantuan alat baru dan sekumpulan machine learning, manufaktur biologis pada akhirnya bisa menghasilkan teknologi yang benar-benar cornucopian atau berbasis masa depan. Bangunan dapat dibuat dari kayu sintetis atau karang. Mammoth yang diproduksi dari gajah hasil rekayasa sel mungkin akan melangkah melintasi Siberia.
Skala perubahan potensial tampaknya sulit dibayangkan. Tapi kita bisa kembali ke sejarah, dan hubungan manusia dengan dunia telah membawa tiga transformasi besar: eksploitasi bahan bakar fosil, globalisasi ekosistem dunia setelah penaklukan Eropa-Amerika, dan domestikasi tanaman dan hewan di zaman pertanian. Semua membawa kemakmuran dan kemajuan, tetapi dengan efek samping yang merusak. Biologi sintetis menjanjikan transformasi serupa. Untuk memanfaatkan janji dan meminimalkan bahayanya, kita harus belajar dari masa lalu.
Biologi Baru Meragukan Semuanya
Bahan bakar fosil telah memungkinkan manusia untuk mendorong ekspansi ekonomi yang luar biasa di masa sekarang dengan menggunakan produktivitas biologis dari masa lalu, disimpan dalam bentuk batubara dan minyak. Namun, sekarang banyak hutan belantara telah hilang dan atom karbon yang terakhir melihat atmosfer ratusan jutaan tahun yang lalu telah memperkuat efek rumah kaca planet ini ke tingkat yang mengakibatkan bencana. Di sini, biologi sintetis menawarkan alternatif baru. Ilmu biologi sintetik diaplikasikan untuk membuat produk yang dapat mengganti beberapa produk berbahan baku petrokimia, dan pada waktunya dapat menggantikan beberapa bahan bakar lain. Beberapa waktu lalu, Burger King memperkenalkan whopper tanpa daging, melainkan menggantinnya dengan protein nabati yang telah direkayasa. Inovasi seperti ini dapat dengan mudah menggeser pola makan yang kurang ramah lingkungan. Tumbuhan dan mikroba tanahnya bisa memproduksi pupuk dan pestisida sendiri, membuat ternak ruminansia yang menghasilkan lebih sedikit gas rumah kaca. Meskipun demikian, untuk memastikan bahwa biologi sintetis tepat sasaran pada lingkungan, memerlukan dukungan kebijakan dan respon pasar yang bergairah.
Contoh kedua dari perubahan biologis menyapu dunia ialah pertukaran di Kolombia. Pada abad ke-16 jaringan perdagangan global yang baru mencampur secara bersamaan para makhluk Dunia Baru dan Lama. Kuda, sapi, dan kapas diperkenalkan ke Amerika; jagung, kentang, cabai dan tembakau dikirim ke Eropa, Afrika dan Asia. Ekosistem tempat manusia hidup menjadi mengglobal tidak seperti sebelumnya; menyediakan lebih banyak pertanian produktif untuk semua; dan makanan yang bervariasi bagi banyak orang. Namun, hal ini juga mengakibatkan konsekuensi bencana. Campak, cacar, dan patogen lainnya berlari melalui Dunia Baru seperti api hutan, mengakibatkan puluhan dari jutaan nyawa hilang. Orang-orang Eropa mempersenjatai bencana ini, menaklukkan tanah yang habis dan tidak tertata karena penyakit.
Biologi sintetis dapat membuat senjata seperti itu dengan merancang dan mendesain patogen untuk melemahkan, melumpuhkan atau membunuh, dan mungkin juga membatasi diri untuk jenis target tertentu. Dalam pembuatan senjata biologi sintetis yang mutakhir kita bisa membuat tim yang sangat terampil dengan sumber daya yang signifikan. Dan tentara sudah memiliki banyak cara untuk meratakan kota dan membunuh orang dalam jumlah besar. Ketika sampai pada penghancuran massal, suatu penyakit adalah pengganti yang buruk untuk nuklir. Terlebih lagi, hari ini komunitas biologi sintetis hidup sesuai dengan cita-cita keterbukaan dan layanan publik lebih baik daripada banyak bidang yang lebih kuno. Dipertahankan dan dipelihara, budaya itu harus berfungsi sebagai sistem kekebalan tubuh yang kuat melawan unsur-unsur jahat.
Transformasi biologis paling awal, yaitu domestikasi, menghasilkan perubahan terbesar dalam cara manusia menjalani hidup mereka sampai sekarang. Secara acak, lalu dengan sengaja, manusia membiakkan sereal menjadi lebih berlimpah, ternak menjadi lebih jinak, anjing lebih patuh dan kucing lebih ramah (setidaknya sebagian sukses). Fenomena ini memungkinkan kepadatan pemukiman baru dan bentuk-bentuk baru organisasi sosial: pasar, kota, negara. Manusia menjinakkan diri mereka sendiri serta tanaman dan hewan mereka, menciptakan ruang untuk pekerjaan berat pertanian subsisten dan hierarki politik yang menindas.
Biologi sintetik akan memiliki efek yang mengalir serupa, yaitu transformasi hubungan manusia satu sama lain dan berpotensi pada sifat biologis mereka sendiri. Kemampuan untuk memprogram ulang embrio dengan benar, merupakan pusat dari sebagian besar masalah etika saat ini. Di masa depan, mereka dapat memperluas cakupan; apa yang harus dilakukan pada orang dengan kekuatan tubuh layaknya gorila, atau pikiran yang tahan terhadap kesedihan? Bagaimana manusia dapat memilih untuk mengubah diri secara biologis sulit dikatakan; beberapa pilihan akan menjadi tidak kontroversial.
Arah dan cara utama transformasi ini berbeda dari sebelumnya. Signifikansi mereka dapat ditemukan hanya dalam retrospeksi. Kali ini, akan ada tinjauan ke masa depan, meski tidak akan sempurna, pasti akan ada efek yang tidak terduga. Tapi biologi sintetis akan didorong oleh pengejaran tujuan yang menantang kapasitas manusia untuk mengembangkan kebijaksanaan dan pandangan jauh ke depan.
A Whole New World
“Rekayasa organisme hidup belum mengubah segalanya. Beri waktu”, kata Oliver Morton.
Biologi adalah cara penataan materi pada skala molekul dengan menempatkan masing-masing atom ke tempat yang diperlukan. Hal Ini adalah cara mengendalikan aliran energi pada setiap skala hidup terkecil yaitu sel ke seluruh kehidupan planet. Ia adalah cara menumbuhkan ketertiban dan kejutan di alam semesta yang cenderung mengarah ke stagnasi entropik. Hal ini merupakan batasan tentang berapa lama umur kehidupan dapat bertahan dan berapa banyak kehidupan dapat dicapai.
Biologi baru yaitu biologi sintetik mengemas 3.500 anak muda yang bersemangat ke dalam Pusat Konvensi Hynes di Boston, Massachusetts. Lebih dari 300 tim dari 42 negara ambil bagian dalam kompetisi tahunan di bulan Oktober yang dikenal dengan sebutan International Genetically Engineered Machine (iGEM). Dengan mendorong tim-tim tersebut untuk bekerja sama dan bersaing di Grand Jamboree, iGEM Foundation berharap dapat membuat kerangka kerja bagi industri biologi sintetis yang menggabungkan molekul biologi dan rekayasa untuk mencapai tujuan tertentu. Selama musim panas anak muda ini beranjak dari gagasan tentang sesuatu yang bersifat biologis yang mungkin memenuhi kebutuhan manusia. Kemudian mereka merancang, melihat, dan menguji gen baru untuk memastikan seberapa baik ide mereka bekerja.
Proyek-proyek yang dipresentasikan kepada para juri dan sejawat di iGEM memiliki cakupan dan rentang yang luar biasa. Beberapa upaya untuk membuat bakteri memiliki sensor seperti indera penciuman, ada jamur yang bisa digunakan untuk membangun pangkalan di Mars. Tim Great Bay siswa sekolah menengah Tiongkok memenangkan kompetisi ini dengan mensintesis bahan aktif catnip dalam ragi dan bakteri. Sementara perwakilan dari program pasca sarjana di Universitas Marburg, Jerman, memenangkan penghargaan dengan membuat alat genetik baru yang akan membuat bacbacterium Vibrio natriegens dapat tumbuh sangat cepat dan lebih mudah digunakan oleh insinyur lain.
Namun, tidak semua proyek iGEM berjalan dengan baik. Salah satu hal yang dipelajari tim adalah bahwa, meskipun merekayasa organisme sangat memungkinkan, namun tetap masih sulit. Meski begitu, sudah ada 32 start up di seluruh dunia yang berawal sebagai tim iGEM. Ginkgo Bioworks, perusahaan yang tumbuh dari tim perwakilan MIT yang berkompetisi pada tahun 2004 dan 2006. Mereka mengembangkan organisme baru untuk klien di bidang pertanian dan industri bahan kimia pada tingkat yang menakjubkan di laboratoriumnya yang berada di pinggiran Boston. Upaya ini berhasil menggaet investasi hingga $ 429 juta.
Harus diakui, Grand Jambore bukan rute menuju kekayaan melainkan perayaan, dan eksplorasi teknologi yang akan mengubah dunia biologi jauh di luar tabung reaksi. Rekayasa manusia dari benda mati telah menghasilkan berbagai keajaiban dari kota-kota yang menjulang dari kaca hingga pasir yang menyatu yang berada di jantung kota komputer. Sangat masuk akal bahwa rekayasa makhluk hidup dapat menghasilkan keajaiban sebesar dan beragam dan tidak terbayangkan seperti pencakar langit dan chip silikon 200 tahun yang lalu.
Teknologi utama yang memungkinkan lahirnya biologi sintetik adalah kemampuan untuk menulis pesan kimia baru dengan mesin yang mampu mensintesis huruf demi huruf yang mulai muncul pada akhir 1980-an, yaitu mesin Polymerase Chain Reaction (PCR). Satu dekade kemudian, sebuah perusahaan yang menawarkan untuk menulis hampir semua urutan surat yang Anda minta dan mengirimkannya langsung kepada Anda. Kendati tidak lagi dibatasi oleh gen yang mereka temukan di alam, ahli biologi mampu membuat sel bekerja dengan cara yang sama sekali baru, yaitu dengan cara memprogram ulang mereka.
Kemampuan tersebut dibantu tren baru yang membentuk biologi sintetis. Revolusi komputer, anjloknya harga teknologi sekuensing DNA, sebuah mesin pembacaan DNA. Rekayasa biologi, seperti halnya komputasi, didasarkan pada kode digital dan mampu membuat kemajuan pada kecepatan eksponensial. Dari sini mereka menyimpulkan sel itu pada prinsipnya bisa direkayasa dengan cara yang sama seperti sirkuit dan perangkat lunak. Tom Knight, salah satu pelopor dari MIT, dan rekan-rekannya melihat sesuatu dalam rekayasa biologi sama seperti mengubah dunia pada masa awal internet dan workstation komputer pra-PC.
Para akademisi, alih-alih mencoba untuk bekerja di sekitar mekanisme alami, mereka ingin bekerja untuk menciptakannya kembali. Mereka terutama tertarik pada sistem di mana sel mengaktifkan gen. Hanya ketika gen aktif, atau “diekspresikan”, sel akan membuat protein yang dijelaskan oleh urutan tickertape gen itu. Kapan bisa dimatikan, atau “ditekan”, produksi protein dapat berhenti. Protein adalah molekul yang menjalankan hampir semua tugas tersebut.
Kehidupan menggunakan protein yang disebut enzim, yang mengkatalisasi reaksi kimia, untuk membangun semua molekul lain yang dibutuhkan. Enzim berbeda untuk setiap langkah konstruksi. Terkadang, produk akhir jalur metabolisme adalah sesuatu yang digunakan manusia seperti hormon, antibiotik, atau pestisida. Kemampuan menulis DNA dari awal memungkinkan ilmuwan metabolisme untuk menyatukan gen dari sejumlah organisme yang berbeda untuk membangun jalur baru, sehingga menawarkan prospek pembuatan molekul di luar jangkauan kimia dengan menekan biaya memanennya dari tanaman. Proyek yang paling mencolok, dipimpin oleh Jay Keasling, seorang profesor di University of California, Berkeley. Timnya membuat jalur yang menciptakan prekursor untuk artemisinin, sebuah molekul dibuat oleh tanaman bernama wormwood manis dari Cina yang ditemukan sebagai obat malaria yang sangat baik. Tidak mungkin membuat molekul prekursor dengan cara lain.
Pemandangan luar biasa
Sintesis DNA menjadi lebih banyak tersedia di awal tahun 2000-an. Pada tahun 2002 sarjana teknik di MIT menggunakan gen yang dibeli secara online untuk mengubah bakteri. Pada tahun 2003, Dr. Keasling dan koleganya mendirikan perusahaan, Amyris, dengan tujuan membuat artemisinin dan barang bermanfaat lainnya. Drew Endy, pemimpin muda yang karismatik dalam kelompok MIT, berbicara tentang “menerapkan kembali kehidupan seperti cara kami memilih ”. George Church dari Harvard berbicara tentang sintesis tidak hanya gen tetapi seluruh genom, termasuk, mungkin, semua makhluk yang sekarang punah. Mammoth pun mungkin akan kembali.
Pemerintah seperti Amerika, Inggris dan Singapura, sangat tertarik dengan biologi sintetis. Pada Januari 2019, 1.000 molekul baru dibuat. Dalam beberapa tahun terakhir biologi sintetis telah menunjukkan tanda-tanda mulai memenuhi janjinya didukung oleh upaya akademis yang berkelanjutan dan keuntungan kumulatifnya dari para perusahaan start up dan faktor-faktor lainnya.
Kemajuan biologi sintetik juga didukung oleh CRISPR, yaitu alat molekuler pengeditan gen. Dengan begitu, rekayasa gen menjadi primadona di laboratorium-laboratorium seluruh dunia. Efek munculnya CRISPR adalah mengurangi biaya sintesis DNA. Kemudian machine learning memungkinkan melakukan proses rekayasa lebih presisi. Dengan semua perkembangan tersebut, perusahaan farmasi dapat mengembangkan obat-obat jenis baru dari perkembangan biologi sintetis ini. Hal ini menarik minat pendekatan fundamental baru dalam membuat obat. Salah satunya adalah memprogram ulang sel untuk melakukan terapi yang bermanfaat. Sel sistem kekebalan adalah kandidat yang paling jelas. Sel-sel microbiome yaitu ekosistem bakteri yang saling terkait yang tumbuh subur di kulit dan di dalam usus adalah opsi lain.
Reprogramming life
Biologi sintetis berbeda dari semua yang datang sebelumnya. Dalam memahami biologi sintetis atau lainnya, Anda harus memahami bagaimana protein dibuat. Protein, yang dijalankan hampir semua fungsi dasar kehidupan, dari respirasi ke reproduksi, semuanya terbuat dari 20 molekul kecil yang dirangkai menjadi rantai. Bentuk rantai yang dilipat untuk memenuhi fungsinya yang kompleks, berbeda-beda, dan sangat sulit diprediksi. Tapi protein hampir semuanya ditentukan oleh molekul yang disebut asam amino.
Gen untuk mengkode protein yang diberikan hanyalah daftar, sesuai urutan, dari asam amino yang dibutuhkan untuk membuatnya. Informasi ini ditulis dalam genom sebagai urutan basa DNA yaitu ATGC. Dengan cara yang sama data di komputer disimpan sebagai string 1s dan 0s. Program yang mengubah urutan DNA ini menjadi urutan asam amino adalah kode genetik. Asam amino yang tetap terdiri masing-masing dari 64 kodon.
Bayangkan sebuah codebook dengan kodon dalam satu kolom dan namanya dari asam amino yang lain. Untuk memecahkan kode gen, cari kodonnya satu per satu dan tuliskan makna asam amino mereka. Hal ini sangat sederhana seperti algoritma. Sel melakukan algoritma yang sama. Tapi bukannya buku kode yang cocok dengan kodon untuk asam amino, ia menggunakan codon, pembawa asam amino molekul yang disebut tRNAs, dan mekanisme ribosom yang menyediakan tempat bagi tRNAs untuk berinteraksi dengan salinan gen. Tindakan membaca gen, kodon demi kodon, adalah tindakan menciptakan protein, asam amino demi asam amino (lihat gambar di bawah).
Ketika menjalankan algoritma dengan cara ini, biologi tampak seperti ilmu komputer. Tetapi penting untuk disadari bahwa biologi melakukannya tidak berurusan dengan informasi seperti yang dilakukan manusia. Dalam program manusia, logika dan mesin yang bertindak terpisah. Pengguna komputer dapat mengubah program dalam ketidaktahuan prinsip-prinsip fisik dan kekhasan yang dibangun ke dalam perangkat keras yang berjalan. Tetapi evolusi tidak peduli dengan perbedaan seperti itu. Semua pemrosesan hanyalah masalah molekul yang berinteraksi seperti tRNAs menempel pada kodon seolah-olah untuk velcro, cara ribosom memaksa asam amino menempel bersama-sama, dan seterusnya. Dari yang sederhana gen-ke-protein, dari ribosom menuju simfoni, tersinkronisasi luar biasa yang mengubah sel telur yang telah dibuahi menjadi keseluruhan manusia. Informasi biologis dan implementasinya semuanya tak terpisahkan. Hidup berjalan bukan pada perangkat lunak dan perangkat keras, tetapi dalam allware. Hal ini membuatnya sangat tahan terhadap pemrograman ulang manusia.
Namun, itu bisa diretas. Dari 51 asam amino manusia—yang pada tahun 1978 menjadi produk pertama yang dibuat oleh perusahaan bioteknologi pertama, Genentech, yang membuat antibodi buatan yang mengandung lebih dari seribu unsur—bioteknologi hampir terdiri seluruhnya dari upaya mendapatkan sel untuk menghasilkan protein yang tidak mereka inginkan. Hal ini biasanya dibuat dengan memotong gen dari satu organisme ke hal-hal lain yang memiliki nilai guna.
Sebagian besar protein ini adalah protein alami. Alam penuh dengan protein yang melakukan hal-hal berguna seperti mengatur gula darah, membunuh hama, atau memecah kotoran di binatu. Menempatkan gen untuk membuat protein tersebut masuk ke dalam genom bakteri yang kemudian akan dikeluarkan dalam bentuk insulin, atau tanaman yang membutuhkan ketahanan hama, atau fermentasi tank mengeluarkan suplemen untuk deterjen, sudah jelas menghasilkan banyak uang. Tetapi preferensi untuk alam, sampai saat ini, juga didorong oleh kebutuhan. Merancang protein dari awal adalah sangat sulit. Begitu juga dengan rangkaian protein dari berbagai sumber untuk bekerja bersama.
Sayangnya, itu tidak tepat lagi. Desain protein dan DNA sintesis sekarang memungkinkan untuk menghasilkan protein itu, secara terpisah atau bersama-sama, melakukan hal-hal yang tidak bisa dilakukan alam. Mereka tetap tidak sempurna. Tapi karena murah, mungkin dapat dicoba banyak variasi untuk melihat mana yang benar-benar berfungsi.
Jadi, katakanlah, ada perusahaan yang bekerja pada jalur metabolisme baru yang menggabungkan enzim baru melalui pengurutan genom semakin banyak. Enzim yang panjang dapat dipahami dan enzim dapat direkayasa ulang secara signifikan. Semua ini memerlukan seni, tidak hanya menemukan enzim yang tepat tetapi juga membawa tingkat keseimbangan yang hati-hati pada ekspresi gen yang ingin bekerja bersama. Belum lagi mengutak-atik metabolisme yang mendasarinya untuk mencegah hal-hal yang dihasilkan oleh jalur baru menganggu jalur yang sudah ada di sana.
Sangat menarik seperti cannabinoid yang dibuat dari ganja dan variasi opium dan morfin yang dibuat dari bunga poppy. Cannabinoid datang dalam bentuk dan jumlah yang sangat luas dengan efek psikoaktif. Satu set jalur sintesis cannabinoid yang dijelaskan oleh Dr. Keasling dan rekannya pada Februari 2019 menawarkan kemungkinan terapeutik yang akan dieksplorasi oleh perusahaan baru bernama Demetrix. Jalur 20 protein yang sangat ambisius dan mampu menghasilkan morfin dan kerabatnya, yang dikembangkan oleh mantan mahasiswa Dr. Keasling, Christina Smolke, menawarkan kemungkinan yang lebih dalam. Dr. Smolke telah mendirikan sebuah perusahaan, Antheia, yang bertujuan menggunakan pengetahuan barunya untuk membuat opiat yang lebih murah dan lebih mudah diakses oleh puluhan juta manusia di seluruh dunia dimana mereka tidak mampu mendapatkan penghilang rasa sakit, dan juga untuk membuat opiat yang tidak membuat ketagihan.
Memecahkan kode
Kemungkinan yang lebih radikal, setidaknya dalam hal kimia, dari pada memperbaharui dan meningkatkan senyawa alami, adalah membuat enzim untuk mengkatalisasi reaksi kimia yang tidak pernah dilakukan alam. Ambil tugas itu dengan menempel atom karbon ke atom silikon. Senyawa organo-silikon bisa digunakan dalam bidang elektronik, farmasi, bahan bangunan, implan payudara, dan banyak lagi. Namun, alam tidak menggunakan karbon dengan ikatan silikon, dan karenanya tidak ada enzim alami yang membuatnya.
Pada 2016 Frances Arnold, dari Caltech, memperbaiki defisit alam dan menggunakan evolusi untuk membuat enzim yang terjebak silikon menjadi karbon dan membuka bidang kimia baru untuk biologi. Dia sekarang membimbing teknik evolusi-langsung, yang memenangkan hadiah Nobel pada tahun 2018, dengan machine learning yang lebih efisien. Dia percaya bahwa biologi sintetis pada prinsipnya dapat membuat enzim untuk sebagian besar reaksi yang dihasilkan oleh ahli kimia hari ini dengan menggunakan katalis langka, suhu dan tekanan tinggi, atau pelarut yang tidak ramah lingkungan. Selain membuat protein baru, juga dimungkinkan untuk membuat RNA baru. Inilah yang memungkinkan rekayasa gen CRISPR dihasilkan dan bekerja.
Kita juga dapat membuat genom organisme dari awal. Koalisi sepuluh laboratorium di seluruh dunia saat ini sedang menulis ulang seluruh genom Saccharomyces cerevisiae, ragi bir, sehingga membuatnya lebih baik untuk penelitian genetik daripada yang sudah ada. Mereka dengan hati-hati menyusun versi baru dari 6.000 gen lebih. Pada sebagian besar terkadang ditemukan di antara mereka yaitu lebih dari 12 m basa DNA secara keseluruhan. Mereka juga membuat sistem gen yang memotong dirinya sendiri dan merombak gen ketika diminta. Teknologi harus menyediakan alat baru yang kuat untuk studi evolusi, kata Tom Ellis dari Imperial College, London.
Prosesnya juga tidak harus berhenti di situ. Kode genetik menggunakan 61 kodon untuk mengkode hanya 20 asam amino. Dalam beberapa kasus ada enam kodon “sinonim” untuk asam amino yang diberikan. Kita dapat menulis ulang kode dengan lebih sedikit sinonim, dan Anda memiliki lebih banyak kodon yang dikhususkan untuk asam amino non-kanonik. Satu pilihan terapi yang mungkin bisa dibuka adalah obat-obatan di mana pertahanan bakteri tidak dapat mengatasinya. Bakteri telah berevolusi melawan protein sehari-hari. Masukkan asam amino yang tidak pernah mereka miliki dan terlihat sebelumnya dan beberapa dari pertahanan mereka tidak lagi berfungsi.
Sebuah makalah di Jurnal Science yang ditulis oleh Stephen Benner dan rekan-rekannya, dari Yayasan Evolusi Molekuler Terapan di Florida, menjelaskan terkait eksperimen di atas. Mereka telah menciptakan heliks ganda di mana basa yang ada, A, T, G, dan C, dilengkapi dengan Z, P, S dan B yang disebut DNA-Hachimoji yang berarti “delapan huruf”, yang menawarkan penyimpanan data jauh lebih padat ketimbang yang sudah ada sebelumnya. Dengan delapan huruf yang dimainkan, misalnya, Anda dapat mengkode ulang genom untuk menggunakan doublet, alih-alih kembar tiga, sebagai kodon, jika Anda mendesain ulang ribosom, tRNA dan banyak hal lainnya juga. Adakah yang bersedia? Potensi kode yang ada luar biasa. Kisaran protein yang dapat dan pada prinsipnya belum dieksplorasi.
Revolusi Industri
Pembicaraan mengenai biologi sintetis tidak hanya bertaut dengan dunia akademis dan laboratorium, tetapi sudah merambah ke dunia bisnis dan menjadi peluang baru. SynBioBeta melaporkan bahwa 98 perusahaan biologi sintetik mengumpulkan rekor $ 3,8 miliar pada tahun 2018. Itu bukan hanya modal ventura, tetapi IPO baru, investasi pasca ekuitas, dan penawaran pasar sekunder. Lima dari tujuh perusahaan biologi sintetik pertama dalam daftar tersebut mewakili perusahaan rintisan yang go public pada tahun 2018.
Tabel 1 Lima Perusahaan Biologi Sintetik yang Go Public Tahun 2018
| Perusahaan | 2018 Funding | Total Funding | Tanggal IPO | Kenaikan IPO |
| Moderna Therapeutics | $625M | $1.6B | 12/6/2018 | $604M |
| Synthorx | $62M | $79M | 12/6/2018 | $131M |
| Sutro Biopharma | $85.4M | $201.7M | 9/26/2018 | $85M |
| Autolus | n/a | $181.7M | 6/22/2018 | $150M |
| Twist Bioscience | $50M | $253.1M | 10/30/2018 | $70M |
Moderna Therapeutics, Synthorx, dan Twist Bioscience merupakan start-up berbasis bioteknologi dan synbio yang berkembang di dunia sekarang. Menariknya, Moderna (MRNA) dan Synthorx (THOR) memulai debutnya di NASDAQ pada hari yang sama dan sejak itu berjalan ke arah yang sangat berbeda. Dipuji sebagai IPO biotek terbesar dalam sejarah, Moderna telah turun hampir 40% dalam waktu singkat di pasar, sementara Synthorx naik hampir 40%, pada 28 Desember 2018.
Moderna jatuh ke dalam kelompok perusahaan yang mengembangkan terapi di sekitar messenger RNA (mRNA), yang mentransfer instruksi dalam DNA untuk membuat protein yang diperlukan agar sel bekerja dengan baik. Moderna sedang mengembangkan obat mRNA yang memprogram sel-sel pasien untuk menghasilkan protein untuk mencegah, mengobati atau menyembuhkan penyakit. Synthorx juga mencoba-coba kode genetik untuk penemuan obat dengan menambahkan dua huruf sintetis yang dapat membuat protein hingga 172 asam amino berbeda versus 20 asam amino normal. Hal ini menawarkan lebih banyak fleksibilitas dalam mengembangkan obat-obatan, seperti mengubah racun laba-laba menjadi obat penghilang rasa sakit. Sementara itu, Twist Biosciences (TWST) berkecimpung dalam bisnis pembuatan DNA sintetis untuk berbagai aplikasi, seperti sutra laba-laba palsu yang diproduksi oleh Bolt Threads, perusahaan biologi sintetis nomor 6 yang paling banyak didanai (Seri D $ 123 juta) pada 2018.
Didirikan 15 tahun lalu, Sutro Biopharma dari San Francisco telah mengumpulkan $ 201,7 juta selama delapan putaran, dengan investor farmasi dan bioteknologi besar seperti Merck (MRK) dan Celgene (CELG), sebelum go public pada bulan September. Sutro Biopharma berfokus pada terapi kanker dan autoimun menggunakan platform unik untuk mengembangkan protein terapeutik. Alih-alih merekayasa sel untuk menghasilkan protein, teknologi Sutro memisahkan komponen seluler yang diperlukan untuk menghasilkan protein dan mengubahnya menjadi ekstrak. Tambahkan saja air (atau, dalam hal ini, urutan DNA tertentu) untuk menghasilkan protein yang diinginkan.
Didirikan pada tahun 2014, Autolus yang berbasis di London telah mengumpulkan $ 181,7 juta sebelum IPO pada Juni 2018. Perusahaan ini bergerak dalam bidang penelitian imunoterapi kanker yang sedang berkembang, yang membantu sistem kekebalan tubuh pasien untuk melawan penyakit itu sendiri. Insinyur platform teknologi Autolus secara khusus memprogram sel T, sejenis sel darah putih yang merupakan bagian dari sistem kekebalan tubuh, yang lebih siap untuk mengenali, melawan, dan membunuh sel kanker.
Tahun 2018 adalah merupakan tonggak penting bagi perkembangan biologi sintetis. Moderna Therapeutics mencetak IPO dan memecahkan rekor untuk sebuah perusahaan biotek. Kemudian Zymergen muncul melalui pendanaan terbesar hingga saat ini sebagai start up bioteknologi dengan Seri C $ 400 juta untuk membuat mikroba yang dapat diubah secara genetik. Selain itu, keberadaan perusahaan synbio yang bekerja pada berbagai terapi kanker, dengan penekanan pada pendekatan yang dipersonalisasi, membuat kita berharap bahwa penyembuhan untuk beberapa jenis penyakit mungkin dalam jangkauan. Pertanyaannya tetap, apakah kategori synbio dapat mempertahankan pertumbuhannya yang cepat dalam menghadapi kemungkinan resesi dan krisis ekonomi?
Desain cerdas
Perkembangan terbaru yang paling menonjol dalam pengobatan kanker adalah rekayasa ulang sistem kekebalan tubuh sel-T. Sel ini berkeliaran di dalam tubuh mencari protein yang tidak mereka sukai di permukaan sel lain. Apa yang disebut terapi CAR-T dimulai dengan gen reseptor antigen chimera (CAR), sebuah protein yang berada di permukaan sel. Kemampuan gen ini dalam menyesuaikan dirinya memungkinkan protein yang terdeskrispsi bisa dikenali. Dalam terapi, target yang dipilih adalah sebuah protein khusus untuk sel kanker pasien. Dokter mengambil sel-T dari tubuh, melengkapinya dengan gen untuk reseptor yang mengenali kanker, dan kemudian dimasukkan ke dalam tubuh kembali. Ketika protein CAR mengenali sebuah sel kanker dari penanda proteinnya, ia memerintahkan sel untuk membunuhnya.
Salah satu masalah yang menghambat perkembangan terapi CAR-T adalah pengenalan kanker yang tidak sempurna. Hal ini berarti sel-T bisa menyerang sel normal dan menyebabkan penderitaan lebih parah dan kadang-kadang memiliki efek samping mematikan pada beberapa pasien. Menariknya, di sinilah letak pentingntya sistem yang dikembangkan oleh Wendell Lim dan rekannya di University of California, San Francisco. Mereka meningkatkan keandalan sel CAR-T dengan menggunakan versi protein sintetis yang disebut Notch. Dengan demikian, sel CAR-T dapat menghasilkan sinyal di dalam sel ketika mengenali protein di luarnya.
Dr. Lim dan timnya membangun sirkuit dua gen sederhana (lihat diagram di halaman berikutnya). Satu gen menyebabkan sel menghasilkan protein Notch yang dapat mengenali secara spesifik molekul di permukaan sel kanker. Sedangkan gen lainnya menghasilkan CAR sebagai pengenal kedua. Tetapi gen CAR akan menghasilkan protein hanya jika diaktifkan dan sinyal yang datang melalui protein Notch. Dengan begitu, sel bekerja hanya jika kedua tanda itu terlihat. Pertama, mengaktifkan Notch yang menghasilkan CAR sebagai pengenal kedua. Anda membutuhkan dua input jika ingin mendapatkan output.
Memang tidak mudah membuat sistem yang mudah bekerja dengan andal dalam sel. Tapi begitu berhasil dibuat, dampaknya jelas. Di akhir 2017, perusahaan yang didirikan Dr. Lim dua tahun sebelumnya dihadapkan pada masalah ini. Laboratorium Desain Sel, dibeli oleh Gilead, sebuah perusahaan terapeutik, dalam transaksi senilai $ 567 juta dimana lebih dari 16 kali lipat dari apa yang telah diinvestasikan.
Saat ini, Dr. Lim sedang menyelidiki kemungkinan lebih banyak sirkuit kompleks. Sebagai contoh, sirkuit yang membutuhkan tiga rangsangan simultan (dalam sirkuit speak, two dan gates) atau satu stimulus dan salah satu dari dua yang lain, tetapi tidak keduanya (sebuah and dan sebuah or). Bahkan, sirkuit yang sangat sederhana mungkin membuat sel menjadi lebih spesifik dalam terapis. Kanker bukan satu-satunya aplikasi. Penyakit sistem kekebalan tubuh mungkin dapat diobati dengan sel yang diambil dari tubuh, diprogram ulang dan dimasukkan kembali. “Terapi Regeneratif” yang menggunakan stem cell yaitu sel yang dapat berdiferensiasi menjadi jenis sel berbeda yang berguna untuk memperbaiki jaringan dan organ yang rusak, mungkin juga dapat diprogram sehingga memberitahu sel kapan dan di mana harus melakukan tugas mereka.
Michael Elowitz dari Caltech, salah seorang penemu “repressilator—salah satu sirkuit genetik buatan pertama, membayangkan sistem yang lebih radikal yang tidak membutuhkan sel-T. Ia membayangkan menempatkan salinan gen yang berumur pendek pada sirkuit genetik kecil pada setiap sel dalam tubuh. Satu protein yang terdeskrispi akan mematikan bagi sel. Protein kedua mungkin dapat mengubah dirinya menjadi protein pertama ini, dengan menggunakan beberapa ikatan hidrogen milik Dr. Chen yang sangat spesifik, dan melalui suatu cara yang biasanya menghentikan protein pertama untuk melakukan sesuatu yang mengerikan. Tetapi dalam beberapa keadaan tertentu, misalnya manakala sel membuat protein yang khas kanker, velcro tidak menempel, dan protein mematikan akan menjadi aktif, sehingga akan membunuh sel.
Sebuah sirkuit sederhana akan sangat berbahaya karena seperti mengarahkan senjata ke setiap sel dalam tubuh. Tapi pengamanan dapat ditambahkan, menjadikan tingkat mematikan tergantung pada lebih dari satu faktor, seperti halnya sistem Notch menyediakan tingkat kontrol tambahan terapi CAR-T untuk kanker. Dr. Elowitz memikirkan kemungkinan adanya bidang kedokteran baru yang harus dibangun dari sistem seperti itu, yang menyembuhkan tidak melalui molekul obat-obatan kecil yang bisa kemana-mana, atau protein yang lebih canggih, seperti antibodi, yang menargetkan sel-sel tertentu, tetapi melalui sel-sel yang menjadi obat-obatan, atau ahli bedah bagi dirinya.
Molekul baru yang dikembangkan oleh biologi sintetis pada prinsipnya dapat diaplikasikan pada semua bidang seperti pangan, sandang, obat-obatan, rekreasi, bahkan, jika diterapkan pada kayu atau karang, tempat berteduh yang digunakan manusia dari jenis non-sintetis. Biologi sintetis mungkin bisa melakukan banyak hal menarik lain. Salah satu kemungkinan yang paling mengesankan adalah menggunakannya untuk menangani keberlimpahan informasi global.
Dunia saat ini menghasilkan banyak exabytes (miliaran gigabytes) data sehari, dan bisa menghasilkan lebih banyak lagi. Satu perkiraan menunjukkan bahwa mobil tanpa pengemudi dapat menghasilkan 4.000 gigabyte setiap hari. Data tersebut bisa dipelajari, atau digunakan secara forensik setelah kecelakaan.
Tetapi penyimpanan data adalah sebuah masalah. Menyimpan data dari seluruh dunia selama sehari menggunakan media penyimpanan dengan kepadatan paling tinggi yang digunakan saat ini membutuhkan pita magnetik yang cukup mahal untuk menutupi lusinan lapangan bola basket. Atau, Anda dapat menyimpan semua triliunan algoritma satu dan nol hanya dalam 20 gram DNA. Anda bisa meletakkan semua yang terjadi dalam satu abad ke gudang tunggal dan mengharapkan pada akhirnya secara fundamental tidak rusak selama ribuan tahun. Tidak ada sistem memori lain yang lebih menjanjikan. Dan, hal ini sebelum Anda mulai mempertimbangkan dalam menambahkan basa hachimoji untuk meningkatkan kepadatannya.
Dapatkan semuanya di dalam satu disk
Tahun lalu Dr. Carlson, dari BioEconomy, bekerja dengan Microsoft dalam sebuah proyek yang menunjukkan bagaimana data dapat dikodifikasi ke dalam DNA menggunakan skema seperti yang digunakan di chips memori. Peneliti lain menyarankan beberapa bentuk sederhana pemrosesan data bahkan dapat dilakukan pada data saat mereka sedang disimpan dalam bentuk DNA. Masalahnya, Dr Carlson menjelaskan bahwa saat ini sintesis DNA untuk menyimpanan data menelan biaya jutaan lipat yang masih sulit terjangkau. Tetapi menjadi sejuta kali terlalu mahal bukan rintangan. Mesin yang mengurutkan DNA menjadi satu juta kali lebih murah antara 1995 sampai 2015; sekuensing sekarang sangat murah sehingga pada tahun 2020, dua dekade setelah pengumuman pertama pengurutan genom manusia, orang-orang di J. Craig Venter Institute di San Diego berbicara tentang pengurutan genom satu juta manusia. Dan perusahaan komputer besar memiliki track record mendapatkan teknologi yang meningkat secara eksponensial selama kurun tersebut. Bukan kebetulan bahwa, setelah Ginkgo Bioworks dan kontrak basa miliar mereka, pelanggan terbesar kedua di Twist, sebuah perusahaan sintesis-DNA terkemuka, adalah Microsoft.
Biologi Pembebasan
Orang-orang yang diberikan pernyataan besar tentang masa depan sering kali menyatakan abad 21 sebagai abad biologi, dengan cara yang sama menyatakan abad ke-20 adalah abad fisika dan abad ke-19 adalah abad kimia. Potensi biologi sintetis memberikan dasar untuk boosterisme; kehidupan diprogram ulang untuk menghasilkan produk baru yang bermanfaat, mengambil bentuk baru dan bertindak dengan cara yang bermanfaat.
Menghormati janji itu tidak mudah. Memahami kapasitas biologi untuk memproses informasi, dan dengan demikian mengendalikan dirinya sendiri, adalah sebuah teka-teki yang jauh lebih menantang dari pada menguasai dunia terparsel software dan hardware. Butuh waktu bertahun-tahun untuk menciptakan karya dan gerbang terapeutik yang sangat menjanjikan. Tetapi ini merupakan langkah yang sangat kecil dalam mengendalikan kehidupan, seperti halnya coder mengendalikan komputer.
Namun, faktanya biologi sintetis merekapitulasi beberapa aspek awal revolusi komputer yang seharusnya tidak membuat orang mengabaikan perbedaan krusial. Salah satunya adalah mereka yang menciptakan komputer tidak memiliki komputer yang kuat untuk membantu dalam tugas mereka. Para ahli biologi sintetis saat ini melakukannya. Pekerjaan mereka dibangun di atas, dan tumbuh dari, revolusi komputer, dan ia dapat lebih mempercepatnya. Frances Arnold dari Caltech membandingkan pemrograman kehidupan dengan simfoni yang disusun oleh evolusi, dan desain biologi hari ini secara kasar berada pada level belajar memegang pensil sang komposer. Oleh karena itu, dia suka memanfaatkan evolusi untuk membuat kembali sesuatu, daripada mendesain dari awal. Tetapi evolusilah yang dibimbing dengan pembelajaran mesin dan diarahkan oleh kreativitas manusia untuk menulis lagu yang diinginkan manusia.
Orang-orang telah membayangkan hal-hal seperti itu sebelumnya. Pada awal abad ke-20 ilmuwan dan penulis terinspirasi oleh kekuatan genetika baru yang menggambarkan “biotopias” menakutkan, mengingatkan pada mimpi biologi sintetis. H.G. Wells dalam Men Like Gods (1923) berencana “telah dilatih dan dibesarkan untuk membuat sekresi baru dan belum pernah terjadi sebelumnya, lilin, getah, minyak atsiri dan sejenisnya, dengan kualitas yang paling diinginkan”, yang bisa berfungsi sebagai pernyataan misi yang sedikit berbunga. Di “Herland” milik Charlotte Perkins Gilman (1915), suatu ras wanita partenogenetik hidup di sebuah surga Eden cornucopian yang terbentuk melalui sains untuk memenuhi setiap kebutuhan mereka.
Seperti yang dikemukakan Jim Endersby, seorang sejarawan, beberapa aspek dari biotopias ini mengejutkan kepekaan modern. Untuk satu hal, penghuninya merekayasa sendiri, serta lingkungan mereka, dengan cara tertentu yang menurut eugenisis seperti Wells sama sekali tidak bermasalah. Dulu treatment orang sebagai jalan agar tidak mati. Biologi sintetis pasti akan terperangkap dalam diskusi post-eugenika mengenai hal-hal seperti CRISPR yang mengemuka hari ini.
Wells dan Gilman tidak melihat masalah terhadap spesies yang sengaja dimusnahkan karena menganggapnya masuk akal, bahkan alami, dan menimbulkan kestabilan tatanan yang bermanfaat. Hari ini kemungkinan seperti itu sedang dibahas nyata, tetapi dengan ketenangan yang jauh lebih sedikit. “Gene drive” sebuah sistem genetik yang tampaknya secara paradoksal digunakan sebagai sarana penularan seksual untuk menyebarkan kemandulan menawarkan teknologi yang canggih dan mungkin digunakan untuk mencoba menghapus vektor penyakit seperti spesies nyamuk yang menyebarkan malaria.
Beberapa orang melihat korban jiwa ratusan ribu orang setiap tahun dan melihat solusi yang elegan. Sebenarnya terdapat banyak spesies nyamuk non-malaria di sekitar kita yang hidup di jenis lingkungan apa pun. Yang lain bertanya, dengan hak apa mereka membawa kepunahan dan apa risiko mengekspos serangga lain yang kurang dapat disingkirkan serta bentuk persetujuan yang mungkin mereka dapatkan untuk melakukan itu. Didorong oleh diskusi ini, penelitian tentang gene drive, yang didanai antara lain oleh Yayasan Bill dan Melinda Gates, berfokus pada cara memutus rantai penularan dengan menabrak populasi nyamuk secara lokal untuk selama-lamanya.
Namun para biotopian masa kini tidak menyukai kepunahan. Beberapa orang malah berbicara tentang upaya menghidupkam kembali beberapa spesies binatang yang sudah punah, seperti merpati penumpang, auk besar, mammoth berbulu, kastanye Amerika, dan lainnya. Genom tersimpan di museum atau permafrost dapat diurutkan, dan genom yang ditemukan pada spesies terkait dapat diprogram ulang untuk menghasilkan sesuatu yang serupa. Terdapat isyarat kecil ke arah ini, Ginkgo telah membuat aroma dari bau sejenis kembang sepatu yang sekarang sudah punah.
Gagasan ini juga bertemu dengan skeptisisme. Beberapa ilmuwam merasa hasilnya akan menjadi ciptaan Potemkin yaitu makhluk baru yang mempertahankan kemiripan hanya dari apa yang telah hilang, bukan memulihkan esensinya. Beberapa pencinta lingkungan juga melihatnya sebagai kejanggalan. Namun, sebuah laporan terkini dari Serikat Konservasi Alam Internasional menyatakan konservasi memang membutuhkan alat baru, dan biologi sintetis menawarkan peluang masuk yang terhormat dengan membawa risiko, baik langsung maupun tidak langsung, dan perlu dinilai berdasarkan kasus per kasus dan dalam tindakan pencegahan. Beberapa konservasionis ingin melihat seberapa baik gene drive dapat menghapus spesies invasif di sebuah pulau.
Alat yang begitu radikal bisa digunakan untuk konservasi atau preservasi, bukan mengganggu, mungkin tampak sedikit kontradiksi, bahkan menyesatkan. Tetapi Layak mempertimbangkan bahwa perubahan yang dilakukan oleh biologi sintetis dapat mengubah hubungan manusia dengan alam pada tingkat teknis dan konseptual dan pada saat yang sama membawa sedikit dislokasi ke kehidupan sehari-hari.
Pada lokakarya “Build-a-Cell” di San Diego Februari 2019 lalu, para peneliti yang berkumpul mencatat betapa sulitnya untuk berkomunikasi dengan publik tentang ruang lingkup ambisi mereka yang luar biasa: menciptakan genom dan sel untuk menampungnya hampir pada prinsip utama. Jika Anda menghargai bravura konseptual dari suatu organisme tanpa leluhur, atau bahkan membahas hal seperti itu akan tampak gila pada 25 tahun yang lalu.
Mungkin saja publik tertarik pada sesuatu. Penerapan teknologi genetik untuk kesehatan manusia dan peningkatannya akan menjadi perdebatan yang panas karena semua orang khawatir dan berharap teknologi tersebut bisa dijauhkan dari tangan yang berbahaya. Tetapi perubahan mendasar dalam hubungan antara manusia dan alam mungkin tidak tampak begitu dramatis.
Berdasarkan pertukaran Kolombia yang mengocok bersama ekosistem dunia Baru dan Lama adalah peristiwa besar dalam aspek biologi dan sejarah manusia. Peristiwa tersebut memusnahkan populasi dan merombak cara hidup. Tapi hari ini masakan India dengan cabai, atau seorang Jerman merokok pipa tembakau, atau orang Meksiko mengagumi mustang berlari bebas memberi sedikit pemikiran mengenai “alien biologi” yang mereka gunakan dan hargai. Inovasi biologi sintetis mungkin muncul ke panggung dunia, tetapi tidak bersamaan dengan penderitaan.
Namun transformasi paling lembut dalam relasi manusia dan alam ini, dapat membahayakan beberapa orang. Berinteraksi dengan alam mungkin sesuatu yang penting bagi banyak orang. Jika biologi sintetis menggantikan produk alami yang berharga dengan yang lebih murah, tapi buatan, hal ini akan memutus ikatan dengan alam yang bermakna dan penting secara ekonomi, khususnya di negara berkembang.
Sebagai contoh, vanilla. Molekul kunci vanila sudah disintesis oleh ahli kimia. Namun, vanilla alami mengandung kandungan molekul yang menyediakan sesuatu yang lebih kaya dan konsumen menilai mereka karena alasan itu. Sekarang biologi sintetis mungkin cocok atau melampaui kehalusan alam. Oleh karena itu, Dr Endy dari Stanford, berharap untuk mendiskusikan perkembangan biologi sintesis saat ia bertemu dengan seorang petani vanila Meksiko. Vanila bukan hanya mata pencaharian mereka tetapi juga alasan untuk upacara, penyedia pelipur lara, dan sumber cerita. Biologi sintetis tidak akan menggantikannya tetapi bisa membantu meningkatkan pengembangannya. Ia bisa membawa kehalusan baru ke aroma yang berharga, menghadirkan keanehan untuk kisah yang sangat dicintai. Dengan demikian, koneksi antara orang dan tanaman mungkin diperdalam, bukan dipindahkan.
Mudah untuk mengasumsikan bahwa kehidupan yang diprogram ulang adalah kehidupan yang lebih rendah, komersial, profan, dan dianggap sebagai mesin sel dalam laboratorium yang menjadi semakin erat terikat, mereka akan memeras sesuatu dari manusia atau alam, atau keduanya, yang harus duduk di ruang di antara mereka. Tetapi juga mungkin sebuah penghargaan baru dapat tumbuh dari ruang itu, makna dan rasa hidup bisa diperluas dan diperkaya dengan pemahaman baru. Anggap saja sebagai nada yang belum tersusun, atau aroma catnip yang hilang dari bunga yang dibayangkan ulang dan dibaui, seolah mekar untuk pertama kalinya.[] Tim Redaksi
Daftar Pustaka
- Callaway, E. (2024). Chemistry Nobel goes to developers of AlphaFold AI that predicts protein structures. Nature, 634(8034), 525-526. https://doi.org/10.1038/d41586-024-03214-7 PubMed
- Redesigning life: The promise and perils of synthetic biology. The Economist, April 6, 2019. The Economist+1
- Nanalyze. (2018, December). Most Funded Synthetic Biology Companies in 2018. Diakses 11 Mei 2019, dari https://www.nanalyze.com/2018/12/synthetic-biology-companies-2018/ Nanalyze
*Artikel ini sebelumnya telah dimuat di Jurnal Aswaja Nusantara (Volume V, Oktober 2024).
