Jakarta – DNA merupakan senyawa kimia yang berfungsi sebagai cetak biru pembentukan fungsi tubuh makhluk hidup dan pewarisan sifat dari generasi ke generasi. Mengubah DNA berarti mengubah tubuh dan fungsi biologi organisme.
 
Era susunan DNA alami yang telah ada semenjak jutaan (bahkan milyaran tahun lalu ketika organisme sel tunggal pertama kali ada di muka bumi) kini tengah di ambang perubahan masif. Belakangan, ilmuwan biologi telah berhasil mengkreasikan variasi tambahan ragam senyawa baru diluar senyawa DNA alami yang ada di planet ini.
 
Kode DNA adalah buku pedoman dalam menciptakan tubuh makhluk hidup mana pun. Atas fungsi mendasar ini, dapat dikatakan bahwa DNA adalah satuan terkecil inti kehidupan.
 
Menarik untuk digarisbawahi bahwa dari sekian banyak jenis kehidupan dan variasi genetik yang diketahui di bumi, seluruh DNA organisme ternyata hanya dibentuk dari kombinasi variasi empat ragam senyawa basa nucleotida saja, yaitu basa nucleotida Adenin (A), Guanin (G), Citosin (C) dan Timin (T).
 
Tiap basa nucleoutida akan saling berpasangan dan membentuk rantai panjang DNA yang berbentuk double helix. Variasi dalam urutan alfabet rantai DNA inilah yang membentuk seluruh hewan, tumbuhan, mikroorganisme dan segala kehidupan di planet ini.
 
Kini, telah berhasil disintesis ragam basa nukleotida buatan sebagai tambahan senyawa baru di luar basa nucleotida GATC tersebut.

Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, pada dua dekade terakhir telah terjadi banyak terobosan besar dalam dunia ilmu biologi, terutama dalam hal rekayasa genetika makhluk hidup. Contoh dua terobosan besar dalam ranah ini adalah berkembangnya teknologi CRISPR CAS-9 dan lahirnya era DNA buatan.

Teknologi CRISPR CAS-9 adalah suatu produk bioteknologi modern yang mampu menjadikan proses rekayasa genetika organisme semakin presisi, semakin mudah dan semakin murah. Namun, teknologi CRISPR CAS-9 ini sebatas untuk memudahkan merubah susunan DNA alami organisme yang hanya terdiri dari empat jenis basa nukleotida (GATC).

Menariknya, ini dirasa masih kurang. Selanjutnya ilmuwan telah berusaha mengkreasikan jenis jenis basa nucleotida baru sehingga DNA makhluk hidup dapat merupakan kombinasi lebih dari hanya empat ragam basa nucleotida saja. Senyawa basa nucleotida tipe sintetis ini dibuat mampu berfungsi layaknya senyawa DNA alami dan dapat diintegerasikan dengan baik di untaian struktur DNA makhluk hidup.

Bahkan, susunan DNA buatan ini dirancang untuk dapat diwariskan ke keturunanya. Ini memungkinkan aktivitas rekayasa genetika organisme yang lebih ekstrem menjadi dapat dilakukan. Basa nucleotida buatan (DNA sintesis).

Tak bisa dimungkiri bahwa dari kacamata fisika, kimia dan biologi terdapat kekurangan pada sifat basa nucleotida DNA (baca: sistem genetika) alami yang ada.

Dari sisi fisika, contohnya, adalah sifat ketidakstabilan senyawa kimia DNA atas pengaruh radiasi dan suhu tinggi. Struktur DNA alami akan rusak jika terpapar suhu dan radiasi tinggi. Dari sisi kimia, asam-basa kuat akan mampu merusak ikatan kimia dari DNA.

Dari sisi biologi, adanya sifat alami duplikasi diri yang tidak sempurna pada DNA (adanya mutasi per 106 – 109 pasang basa nucleotida) dan keterbatasan ragam jenis protein (asam amino) yang bisa disintesis dari kode DNA alami. Ini artinya ada keterbatasan fungsi biologis yang bisa dihasilkan dari jenis jenis protein alami yang ada.

Basa nucleotida buatan ini oleh para penelitinya dibuat sebagai langkah awal untuk bisa mengatasi kekurangan kekurangan dari sistem genetika alami tersebut. Dikutip dari tulisan Callaway, di Nature (2017), adalah Steven Albert Benner, seorang ilmuwan biokimia pada ETH Zurich, Swiss (sekarang manjadi professor di Foundation for Applied Molecular Evolution di Gainesville, University of Florida); Ichiro Hirao, kimiawan di RIKEN (LIPI-nya Jepang); Floyd Romesberg, ahli biokimia pada Institusi Riset Scripps di La Jolla, California.

Mereka merupakan tiga ilmuwan yang diketahui memiliki andil besar dalam menghasilkan basa nucleotida jenis baru ini. Ketiganya bekerja secara terpisah dalam mengembangkan basa nucleotida buatan ini.

Hasil monumental dari riset mereka adalah bahwa basa nucleotida baru hasil modifikasi (dan sepenuhnya produk sintesis lab) ini mampu bekerja layaknya seperti DNA asli dalam menjalankan fungsi metabolisme dasar dalam hal menghasilkan jenis protein baru dan dapat berfungsi dalam sistem metabolisme organisme hidup. DNA buatan ini juga ikut diperbanyak dalam fase pembelahan sel hingga turut diwariskan ke sel anakan dari sel indukan (Kwok, 2012).

Benner-lah yang pada tahun 1986 meletakkan pondasi dasar dalam pembuatan DNA sintesis ini dengan riset nya yang menguak misteri prinsip cara kerja ikatan dan struktur kimia pembentuk DNA. Kemudian pada tahun 2012, Romesberg mengklaim bahwa ia dan timnya telah berhasil mensintesis dua jenis DNA buatan yang dia beri kode d5SICS dan dNaM (Malyshev, 2012; Thyer & Ellefson, 2014).

Hirao dan timnya kemudian mengembangkan teknologi untuk dapat mengintegerasikan DNA dan asam amino buatan ini ke dalam sistem metabolisme organisme hidup (Callaway, 2017). Tidak sampai di situ, pada tahun 2019, tim riset yang dipimpin Benner bersama Shuichi Hoshika mempublikasikan temuan bahwa mereka telah berhasil mengkreasikan empat macam tambahan tipe DNA baru (Hoshika et. Al., 2019).

Hasil ini menjadikan struktur DNA makhluk hidup dalam penelitiannya dapat memiliki kombinasi delapan ragam basa nucleotida (atau dalam bahasa jepang: Hachimoji) dari yang alaminya organisme di planet ini hanya memiliki empat ragam basa nucleotida. Diprediksi jumlah ini akan terus bertambah seiring berjalannya waktu.

Tambahan ragam basa nucleotida buatan ini memungkinkan peneliti ataupun ilmuwan biologi untuk dapat menghasilkan protein dan fungsi fungsi metabolisme baru yang sebelumnya tidak mungkin ada jika hanya menggunakan empat ragam basa nukleotida (DNA) alami. Sebagai gambaran, pada sistem metabolisme makhluk hidup, gabungan 3 basa nucleotida (disebut juga kodon) di untai DNA akan dirangkai guna membentuk 1 jenis asam amino.

Gabungan asam amino kemudian akan membentuk protein dan enzim. Secara matematis, empat jenis alfabet DNA alami (GATC) dapat menyediakan kemungkinan 64 varian asam amino protein (43=64). Namun demikian, di alam diketahui hanya tersedia 20 macam asam amino saja.

Ini dikarenakan beberapa asam amino dapat disintesis oleh lebih dari satu macam kodon. Contoh, kodon CGC, CGA, CGG dan CGT yang kesemuanya mensintesis asam amino arginine. Dengan adanya tambahan 2 saja jenis huruf DNA, maka dapat dihasilkan 216 kemungkinan varian kodon (63=216), dan berpotensi mensintesis hingga 172 ragam asam amino – 8,5 kali lebih beragam (Weidman, 2017).

Lebih jauh, suatu protein merupakan kombinasi dari beberapa asam amino. Maka dengan adanya tambahan jenis DNA baru ini kemungkinan jenis protein baru dan fungsi kehidupan yang dapat disintesis menjadi sangat banyak ragamnya dibandingkan keragaman yang selama sudah ada secara alami.

Protein baru ini bisa saja dikreasikan untuk memiliki fungsi metabolisme baru yang tidak mungkin dapat diwujudkan jika hanya menggunakan DNA alami. Sebagai contoh, dikutip dari tulisan Callaway di Nature (2017), perusahaan Siemens telah memanfaatkan teknologi DNA buatan untuk deteksi penyakit dan pengobatan presisi.

Teknologi DNA buatan ini diketahui lebih sensitif mendeteksi keberadaan virus HIV yg berada pada kadar sangat rendah di sampel. Alhasil menjadikan deteksi penyakit yang dikarenakan virus bisa dilakukan lebih cepat serta lebih presisi sehingga bisa lekas diberikan penanganan medis.

Terbuka kemungkinan teknologi ini dapat digunakan untuk mendeteksi jenis virus yang ada lainnya, termasuk mendeteksi Covid-19 ataupun penyakit lainnya dengan lebih presisi, lebih akurat dan lebih ekonomis. Contoh potensi manfaat lainnya adalah digunakan untuk mengkreasikan material antibiotik dan vaksin jenis baru yang lebih ampuh, alat bantu untuk diagnosis agen kanker yang lebih efektif, obat yang lebih baik daya serapnya oleh tubuh pasien, makanan jenis baru yang mengandung kadar nutrisi dan kadar energi yang lebih tinggi.

Lalu, enzim yang mampu berfungsi untuk kegiatan bioremediasi (pembersihan, penguraian) limbah yang lebih kuat dan lebih cepat, dan sintesis material biologi yang lebih kuat dari tanduk, gigi ataupun dari benang laba laba.

Berbagai potensi tersebut beserta pengembangan potensi lainnya terbuka untuk dikembangkan oleh komunitas ilmuwan bioteknologi global. Hal ini karena perusahaan Firebird Biomolecular Sciences LLC® sudah menyatakan diri berminat untuk memproduksi dan memasarkan bagian dari DNA buatan ini secara komersial.

Oleh karena itu, bukan tidak mungkin, pionir dari terobosan ini kelak akan dianugerahi hadiah Nobel.

Oleh: Erwin Fajar Hasrianda M.Sc.
Peneliti Genetika pada Pusat Penelitian Biologi LIPI.
Artikel ini telah tayang di Kompas.com https://www.kompas.com/sains/read/2020/09/07/182900923/level-baru-teknologi-rekayasa-genetika-setelah-era-crispr-cas-9?page=all#page4

sumber : http://lipi.go.id/berita/Level-Baru-Teknologi-Rekayasa-Genetika-Setelah-Era-CRISPR-CAS-9/22149