Sekelompok 150 pakar yang diundang bertemu di Harvard minggu lalu. Di balik pintu tertutup, mereka membahas prospek untuk merancang dan membangun seluruh genom manusia dari awal hanya dengan menggunakan komputer, penyintesis DNA, dan bahan mentah. Genom buatan kemudian akan dimasukkan ke dalam sel manusia hidup untuk menggantikan DNA alaminya. Harapannya adalah sel akan "reboot", mengubah proses biologisnya agar bekerja berdasarkan petunjuk yang diberikan oleh DNA buatan.
Dengan kata lain, kita mungkin akan segera melihat "sel manusia buatan" yang pertama.
Tapi tujuannya bukan hanya untuk menciptakan Manusia 2.0. Melalui proyek ini, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, para ilmuwan berharap dapat mengembangkan alat yang inovatif dan kuat yang akan mendorong biologi sintetik menuju pertumbuhan eksponensial dalam skala industri. Jika berhasil, kita tidak hanya akan memperoleh alat biologis untuk merancang manusia sebagai spesies: kita akan dapat membuat ulang dunia yang hidup.
Penciptaan kehidupan
Biologi sintetik pada dasarnya adalah perkawinan antara prinsip-prinsip teknik dan bioteknologi. Sementara pengurutan DNA adalah tentang membaca DNA, rekayasa genetika adalah tentang mengedit DNA, dan biologi sintetik adalah tentang pemrograman DNA baru, terlepas dari sumber aslinya, untuk menciptakan bentuk kehidupan baru.
Ahli biologi sintetik melihat DNA dan gen sebagai blok bangunan biologis standar yang dapat digunakan sesuka mereka untuk membuat dan memodifikasi sel hidup.
Video promosi:
Ada konsep desainer di bidang ini, kata Dr. Jay Keesling, pelopor teknik sintetik di University of California, Berkeley. “Jika hard drive Anda mati, Anda bisa pergi ke toko komputer terdekat, membeli yang baru, mengganti yang lama,” katanya. "Mengapa kita tidak menggunakan bagian biologis dengan cara yang sama?"
Untuk mempercepat kemajuan di bidang ini, Kisling dan rekan-rekannya menyusun database potongan DNA standar - yang disebut BioBricks ("biobrick"). Ini dapat digunakan sebagai potongan teka-teki untuk mengumpulkan materi genetik yang belum pernah terlihat sebelumnya di alam.
Bagi Kisling dan yang lainnya di bidangnya, biologi sintetik seperti mengembangkan bahasa pemrograman baru. Sel adalah perangkat keras, perangkat keras, sedangkan DNA adalah perangkat lunak yang membuatnya bekerja. Dengan pengetahuan yang cukup tentang bagaimana gen bekerja, ahli biologi sintetik berharap dapat menulis program genetik dari awal, menciptakan organisme baru, mengubah alam, dan bahkan mengarahkan evolusi manusia ke arah yang baru.
Mirip dengan rekayasa genetika, biologi sintetik memberi para ilmuwan kesempatan untuk bereksperimen dengan DNA alami. Perbedaan Skala: Pengeditan gen adalah proses potong / tempel yang menambahkan gen baru atau mengubah huruf pada gen yang ada. Terkadang tidak banyak yang berubah.
Biologi sintetik, sebaliknya, menciptakan gen dari awal. Ini memberi ilmuwan lebih banyak fleksibilitas untuk memodifikasi gen yang dikenal atau bahkan membuatnya sendiri. Kemungkinannya hampir tidak terbatas.
Biomedis, biofuel, biofuel
Ledakan biologi sintetik selama dekade terakhir telah menghasilkan hasil yang memikat baik para ilmuwan maupun perusahaan. Kembali pada tahun 2003, Keesling menerbitkan salah satu studi pertama yang membuktikan dan mendemonstrasikan kekuatan pendekatan ini. Ini berfokus pada bahan kimia yang disebut artemisinin, obat anti-malaria kuat yang diekstrak dari apsintus manis (apsintus).
Meskipun banyak upaya untuk membudidayakan tanaman ini, hasilnya tetap sangat rendah.
Kisling menyadari bahwa biologi sintetis menawarkan cara untuk melewati proses panen sama sekali. Dengan memasukkan gen yang diperlukan ke dalam sel bakteri, ia beralasan, Anda dapat mengubah sel ini menjadi mesin untuk produksi artemisinin dan menyediakan sumber obat baru yang melimpah.
Ini sangat sulit dilakukan. Para ilmuwan perlu membangun jalur metabolisme yang benar-benar baru di dalam sel, memungkinkannya memproses bahan kimia yang sebelumnya tidak diketahuinya. Melalui trial and error, para ilmuwan merekatkan puluhan gen dari berbagai organisme ke dalam satu paket DNA. Dengan memasukkan kantong ini ke dalam E. coli - bakteri E. coli biasanya digunakan di laboratorium untuk memproduksi bahan kimia - mereka menciptakan jalur baru untuk bakteri yang memungkinkannya mengeluarkan artemisinin.
Dengan sedikit mengencangkan kacang yang diperlukan, Kisling dan timnya berhasil meningkatkan produksi jutaan kali lipat dan menurunkan harga obat sepuluh kali lipat.
Artemisinin hanyalah langkah pertama dalam program besar. Obat ini adalah hidrokarbon yang termasuk dalam keluarga molekul yang sering digunakan untuk membuat biofuel. Mengapa tidak menerapkan proses yang sama untuk produksi biofuel? Dengan mengganti gen yang digunakan bakteri untuk membuat artemisinin dengan gen untuk memproduksi hidrokarbon biofuel, para ilmuwan telah membuat banyak mikroba yang mengubah gula menjadi bahan bakar.
Industri pertanian adalah industri lain yang mendapat keuntungan besar dari biologi sintetik. Secara teori, kita dapat mengambil gen yang bertanggung jawab atas fiksasi nitrogen pada bakteri, memasukkannya ke dalam sel kultur kita, dan sepenuhnya membalik proses pertumbuhan alami mereka. Dengan kombinasi gen yang tepat, kita dapat menanam tanaman dengan spektrum penuh nutrisi yang membutuhkan lebih sedikit air, tanah, energi, dan pupuk.
Biologi sintetik dapat diterapkan pada produksi makanan yang benar-benar baru, seperti wewangian melalui fermentasi ragi yang dimodifikasi atau keju vegan dan produk susu lainnya yang dibuat tanpa bantuan hewan.
“Kita perlu mengurangi emisi karbon dan polutan, mengurangi penggunaan tanah dan air, mengendalikan hama dan meningkatkan kesuburan tanah,” kata Dr. Pamela Ronald, seorang profesor di Universitas California, Davis. Biologi sintetik dapat memberi kita alat yang kita butuhkan.
Menciptakan kembali kehidupan
Berlatihlah! Salah satu tujuan akhir biologi sintetik adalah menciptakan organisme sintetis yang dibuat secara eksklusif dari DNA yang dirancang khusus.
Kendala utama saat ini adalah teknologi. Sintesis DNA saat ini sangat mahal, lambat, dan rentan kesalahan. Sebagian besar metode yang ada memungkinkan pembuatan untai DNA sepanjang 200 huruf; gen normal sepuluh kali lebih lama. Genom manusia mengandung sekitar 20.000 gen yang menghasilkan protein. Tetapi biaya sintesis DNA telah turun dengan cepat selama dekade terakhir.
Menurut Dr. Drew Andy, seorang ahli genetika di Universitas Stanford, biaya pengurutan satu huruf telah turun dari $ 4 pada tahun 2003 menjadi 3 sen saat ini. Perkiraan biaya untuk mencetak semua 3 miliar huruf dari genom manusia saat ini adalah $ 90 juta, tetapi diperkirakan akan turun menjadi $ 100.000 selama 20 tahun jika trennya tetap sama.
Pada tahun 90-an, Craig Venter, yang dikenal karena peran utamanya dalam mengurutkan genom manusia, mulai mencari set minimum gen yang diperlukan untuk menciptakan kehidupan. Bersama rekan-rekannya di Institute for Genomic Research, Venter melepaskan gen dari bakteri Mycoplasma genitalium untuk mengidentifikasi gen yang kritis terhadap kehidupan.
Pada tahun 2008, Venter mengumpulkan “gen kritis” ini dan mengumpulkan genom “minimal” baru dari kaldu bahan kimia menggunakan sintesis DNA.
Beberapa tahun kemudian, Venter mentransplantasikan genom buatan ke dalam bakteri kedua. Gen-gen tersebut mengakar dan "memulai kembali" sel, memungkinkannya tumbuh dan mereproduksi dirinya sendiri - itu adalah organisme pertama dengan genom yang sepenuhnya buatan.
Dari bakteri hingga manusia
Jika usaha baru mendapat pendanaan, itu akan mereplikasi eksperimen Venter menggunakan genom kita sendiri. Mengingat bahwa genom manusia sekitar 5.000 kali lebih besar dari bakteri Venter, sulit untuk mengatakan seberapa sulit sintesis ini.
Bahkan jika semuanya gagal, industri akan mendapatkan pengalaman yang berharga. Menurut Dr. George Church, ahli genetika di Harvard School of Medicine, proyek ini dapat membuka kemajuan teknologi yang akan meningkatkan kemampuan kita sendiri untuk mensintesis untaian panjang DNA. Gereja bahkan menekankan bahwa tujuan utama dari proyek tersebut adalah pengembangan teknologi.
Namun, pertemuan ilmuwan tersebut menimbulkan banyak keraguan. Namun, proyek ini mungkin suatu saat akan mengarah pada penciptaan "bayi desainer" atau bahkan manusia. Orang tua dari orang-orang seperti itu dapat berupa komputer. Mudah untuk membayangkan masa depan seperti itu, tetapi menakutkan: Seberapa amankah untuk secara langsung memanipulasi atau menciptakan kehidupan? Siapa yang akan memiliki teknologi ini? Apa yang harus dilakukan dengan kehidupan yang ternyata tidak berhasil? Bukankah semua ini akan menciptakan diskriminasi dan ketidaksetaraan?
ILYA KHEL
