Para ilmuwan telah lama bertanya-tanya: dapatkah mereka menciptakan bentuk kehidupan sintetis yang lengkap? Ahli biologi Anthony José memperkenalkan konsep kode seluler, yang pengetahuannya diperlukan untuk mendapatkan organisme buatan.
Saat ini, para peneliti baru saja mulai memproduksi bentuk kehidupan buatan dengan memasang kembali genom mikroorganisme bersel tunggal. Secara khusus, pada Maret tahun lalu, sebuah artikel muncul di salah satu publikasi khusus di mana para ilmuwan menggambarkan proses pembuatan bakteri mycoplasma dengan jumlah gen seminimal mungkin. Untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, para ilmuwan secara bergantian memasukkan fragmen dari genom yang diubah, yang hampir setengah ukuran aslinya, ke dalam sel penerima dengan DNA yang hancur.
Tahun ini, peneliti Amerika dari Universitas Johns Hopkins berhasil mendapatkan ragi dengan kromosom buatan, dari mana gen yang tidak berguna dan rusak dikeluarkan. Selain itu, para ilmuwan berhasil memecahkan kode genetik dengan mengubah triplet protein TAG menjadi TAA. Karena itu, organisme membuang fragmen ekstra yang melayani kodon TAG.
Sementara beberapa peneliti mencoba membuat organisme uniseluler yang bebas dari puing-puing genetik, pada saat yang sama, ilmuwan lain mencoba membuat perubahan dalam cara protein dikodekan oleh urutan DNA. Saat ini, kemajuan ke arah ini lebih dari sederhana. Sedikit yang telah dilakukan adalah mendiversifikasi alfabet DNA. Beberapa huruf ditambahkan ke empat huruf nukleotida yang sudah ada. Salah satu artikel ilmiah membahas tentang bagaimana sekelompok peneliti internasional berhasil memasukkan nukleotida buatan Y, X ke dalam genom E. coli. Terlepas dari kenyataan bahwa hal serupa telah dilakukan sebelumnya, para peneliti berhasil memastikan bahwa bakteri tersebut mempertahankan bagian sintetis dalam DNA mereka, tetapi sembari berhasil berkembang.
Namun, ini hanyalah langkah pertama menuju organisme buatan yang lengkap. Pada langkah selanjutnya, para ilmuwan bermaksud membuat nukleotida buatan yang menyandi asam amino. Dalam E. coli, protein sintetis Y, X ditempatkan di bagian genom yang aman, di luar urutan pengkodean gen. Jika tidak, peptida baru hanya akan mengganggu proses sintesis protein. Sel tidak akan tahu asam amino mana yang bertanggung jawab atas kodon ini atau itu (YGC atau ATX). Ahli biologi belum membuat RNA transpor baru yang akan mampu mengenali triplet tersebut dan memasukkan asam amino tertentu ke dalam urutan peptida yang sedang tumbuh.
Tetapi bahkan dalam kondisi seperti itu, organisme seperti itu hampir tidak dapat disebut buatan. Pada saat yang sama, para ilmuwan memahami apa tindakan mereka selanjutnya. Organisme sintetik tidak hanya akan menerima nukleotida baru, tetapi juga asam amino baru, yang tidak muncul sama sekali, atau sangat jarang di dalam sel. Para ilmuwan sangat menyadari bahwa semua triplet nukleotida dikodekan hanya oleh dua puluh asam amino standar. Beberapa asam amino lain, termasuk selenocysteine, dapat dimasukkan ke dalam protein dalam kondisi tertentu. Berkat huruf tambahan dari kode genetik, akan memungkinkan untuk memperkaya protein dan membentuk kodon yang sesuai dengan asam amino baru.
Terlepas dari kenyataan bahwa biologi sintetik telah mengalami beberapa kemajuan, para peneliti masih belum mengetahui dengan pasti informasi apa yang penting untuk memperoleh suatu organisme dengan karakteristik yang diberikan. Urutan DNA hanyalah titik awal. Semua sel tumbuhan atau hewan mengandung genom yang sama, tetapi dalam perjalanan perkembangan organisme, sel-sel tersebut digambarkan, dengan kata lain, mereka melakukan fungsi yang berbeda. Dalam proses ini, regulasi sekunder (disebut epigenetik) memainkan peran penting, di mana gen tertentu dimatikan atau diaktifkan oleh senyawa. Akhirnya, satu sel dapat berubah menjadi fibroblast dan sel lainnya menjadi neuron.
Anthony José, seorang ahli biologi di Universitas Maryland, sedang mempelajari bagaimana informasi nongenetik mendefinisikan suatu organisme. Peneliti mengajukan konsep kode seluler, yang tertutup dalam molekul biologis yang terletak di ruang tiga dimensi. Molekul-molekul ini diperlukan untuk menciptakan kembali organisme lainnya. Untuk menyimpan informasi ini, tidak diperlukan semua sel organisme kompleks; beberapa atau bahkan satu sel saja sudah cukup. Untuk organisme yang bereproduksi secara seksual, tempat penyimpanan semacam itu adalah zigot (ini adalah sel yang terbentuk setelah pembuahan gamet betina dengan sperma).
Video promosi:
Menurut peneliti, untuk menguraikan kode seluler, perlu dipelajari seluruh siklus rekonstruksi organisme. Dengan kata lain, perkembangan organisme hidup dan reproduksinya perlu dipertimbangkan sebagai satu proses. Untuk memahami sepenuhnya bagaimana ini bekerja, tidak cukup hanya dengan menguraikan DNA.
Selama pembentukan zigot, pembentukan organisme baru tidak hanya dipengaruhi oleh DNA yang diperoleh dari oosit dan sperma, tetapi juga oleh sitoplasma gamet. Zat yang terakumulasi selama pematangan gamet (mRNA, protein, faktor transkripsi) dapat menyebabkan efek keibuan. Mereka hadir pada tahap awal perkembangan embrio dan bahkan mampu membunuhnya (ini tipikal kumbang kumbang May). Struktur spasial zat ini juga memainkan peran tertentu. Secara khusus, mereka membentuk sumbu tubuh pada serangga dan menentukan kerutan cangkang pada moluska.
Ilmuwan akan mengusulkan skema berikut: sel yang memiliki makromolekul biologis dan senyawa lain, dalam proses berinteraksi dengan nutrisi, memberi sinyal molekul dan suhu (yaitu, faktor eksternal), masuk ke keadaan lain, yang, pada gilirannya, mempengaruhi lingkungan. Dengan cara yang sama, seluruh sistem melewati sejumlah siklus tertentu, sambil mengumpulkan zat baru. Tahapan baru bergantung pada tahapan sebelumnya, sehingga bisa diprediksi.
Jose prihatin bahwa para ahli biologi masih belum mengetahui seluruh kode seluler dari organisme yang paling sederhana, tetapi mereka, yang bekerja dengan DNA, telah mulai menciptakan bentuk kehidupan semi-buatan. Menurut peneliti, manipulasi dengan materi genetik tersebut menyerupai penggantian bagian-bagian pada suatu mekanisme, sehingga dapat sangat berisiko dari sudut pandang etika.
Untuk menguraikan kode seluler, ahli biologi mengusulkan untuk membandingkan karakteristik internal zigot dalam serangkaian generasi mikroorganisme paling sederhana, misalnya alga uniseluler. Untuk tujuan ini, bakteri semi-buatan dengan genom minimal mungkin juga cocok. Dengan mempelajari pengaruh paternal atau maternal, akan memungkinkan untuk menetapkan faktor eksternal yang signifikan. Dan studi tentang pengaturan spasial molekul penting dapat dilakukan dengan menggunakan biokimia sistematis dan analisis molekuler menggunakan molekul fluoresen.
