Oktober ditunggu kalangan akademisi bukan karena adanya festival Halloween, tetapi karena setiap tahunnya, Kungliga Vetenskapsakademien atau the Royal Swedish Academy of Sciences mengumumkan peraih penghargaan Nobel di bidang Fisika dan Kimia. Penghargaan Nobel merupakan salah satu penghargaan yang paling dikenal di dunia baik di kalangan akademisi maupun oleh masyarakat awam.
Walaupun dunia tengah mengalami situasi pandemi, tetapi pengumuman penerima penghargaan Nobel tahun 2020 tetap dilaksanakan dengan berbagai penyesuaian teknis tentunya. Penghargaan Nobel tahun 2020 diberikan kepada dua ilmuwan perempuan terkemuka yaitu Emmanuelle Charpentier dari Max Planck Unit for the Science of Pathogens, Berlin, Jerman dan Jennifer A. Doudna dari University of California, Berkeley, Amerika Serikat. Keduanya dinobatkan sebagai penerima Nobel di bidang Kimia tahun 2020 atas dedikasinya dalam mengembangkan CRISPR/Cas9 sebagai “gunting ajaib” untuk DNA.
Seperti apa sih bentuk “gunting ajaib DNA” itu? Apakah selayaknya gunting yang kita gunakan untuk memotong kertas? Tentu tidak. Setiap organisme pada umumnya memiliki rangkuman informasi biologis yang terdapat pada dua untaian asam deoksiribonukleat (DNA) yang saling berinteraksi membentuk heliks. Setiap organisme di dunia ini memiliki susunan DNA yang unik dan istimewa. Susunan DNA dari beberapa organisme tidak mungkin sama persis tetapi mungkin memiliki tingkat kemiripan tertentu yang dapat diakibatkan oleh adanya hubungan kekerabatan.
Untaian DNA ini juga dikenal sebagai polinukleotida yang setiap nukleotidanya terdiri dari empat basa yaitu adenin (A), atau timin (T), guanin (G), sitosin (C), satu gugus fosfat, dan suatu deoksiribosa. Antar nukleotida pada DNA teridentifikasi memiliki interaksi hidrogen atau pi-pi stacking. Masing-masing basa pada nukleotida terdiri dari atom-atom yang membentuk struktur seperti pada gambar:
Penelitian rekayasa genetika telah banyak dimanfaatkan di berbagai bidang seperti pengembangan tanaman transgenik untuk memperoleh bibit unggul yang tahan hama atau buah tanpa biji. Namun, pengembangan rekayasa genetika secara konvensional yang ada masih memerlukan durasi penelitian yang lama. Penelitian Profesor Charpentier dan Profesor Doudna memungkinkan kita melakukan manipulasi gen dengan lebih mudah dan tepat.
Lalu, apa sih CRISPR/Cas9 itu? CRISPR ‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’ atau sederhananya merupakan suatu fragmen pendek bioinformatika berbentuk kluster yang umum terdapat pada prokariot. Fungsi dari CRISPR ini diketahui setelah teridentifikasi adanya gen terasosiasi (CRISPR-associated atau cas), yaitu suatu kelompok gen yang hanya terdapat pada prokariot yang memiliki CRISPR dan terletak berdekatan dengan CRISPR.
Awalnya, penemuan tentang CRISPR/Cas merupakan hasil dari studi yang tidak diduga. Profesor Charpentier dan Profesor Doudna mempelajari Streptococcus pyogenes dan menemukan biomolekul yang belum diketahui sebelumnya dan disebut tracrRNA. Biomolekul ini kemudian disimpulkan merupakan bagian dari sistem imunitas purba bakteri. Ketika virus akan melakukan infeksi pada bakteri, virus akan berusaha ‘membajak’ bakteri dengan cara memasukkan materi DNA virus ke dalam bakteri. Apabila bakteri mampu bertahan dari serangan virus, bakteri akan menyimpan suatu fragmen DNA virus ke dalam susunan untaian genom bakteri sehingga saat virus yang sama akan menginfeksi, bakteri dengan cepat mengenali virus tersebut dan memulai mekanisme pertahanan diri, merusak virus dengan cara merengkah DNA virus.
Setelah mekanisme kerja pertahanan diri Streptococcus pyogenes berhasil dipahami. Penelitian dikembangkan dengan usaha rekayasa fungsi CRISPR/Cas. Bentuk alami CRISPR/Cas hanya mengenali DNA dari virus saja, tetapi studi lebih lanjut menunjukkan bahwa fungsi CRISPR/Cas yang telah dimodifikasi dapat memotong untaian DNA apapun pada situs atau bagian yang telah ditentukan. Hal tersebut mungkin untuk dilakukan dengan bantuan suatu fragmen yang dinamakan “RNA pemandu” (guide RNA). RNA pemandu akan membentuk suatu zat kompleks dengan CRISPR/Cas9. RNA pemandu yang spesifik ini akan “menempel” pada bagian DNA yang cocok sesuai dengan pasangan nukleotida penyusunnya, lalu dimulai dari ujung RNA pemandu “gunting ajaib” CRISPR/Cas9 akan beraksi.
Hasil pemotongan CRISPR/Cas9 akan menghasilkan dua bagian fragmen yang terputus. Pada kondisi ini, setidaknya terdapat dua kemungkinan yang dapat terjadi, yaitu A; dimana sel dapat melakukan self-healing untuk menyatukan kembali dua fragmen yang terpotong. Namun, berdasarkan hasil yang diamati sejauh ini, hasil penyatuan kembali dari fragmen tidak menghasilkan ekspresi gen tertentu. Kemungkinan lainnya adalah B, yaitu dengan melakukan intervensi eksternal dimana peneliti dapat menyisipkan suatu untaian kode genetika tertentu di antara dua fragmen yang terpisah. Pilihan untuk menyisipkan suatu untaian kode genetika tertentu inilah yang membuat metode gunting ajaib CRISPR/Cas9 ini memungkinkan diterapkan baik di bidang ilmu dasar maupun bidang terapan.
Sains sejatinya adalah suatu alat. Ia dapat disalahgunakan maupun dimanfaatkan untuk kebaikan. Ranah penerapan penemuan CRISPR/Cas9 dapat dikatakan nyaris tidak berbatas. Mulai dari eksplorasi pengetahuan tentang kinerja berbagai enzim pada organisme, pengembangan tanaman tahan jamur dan hama, hingga terapi genetik terhadap penyakit genetik bawaan/turunan. Oleh karena itu kita harus menyadari bahwa adanya regulasi yang tepat diperlukan untuk menjaga agar pemanfaatan penemuan ini tetap berada di koridor kemanusiaan.
Pemahaman mengenai mekanisme kerja pertahanan diri purba suatu bakteri yang dikembangkan menjadi metode biokimia baru bermula dari hasil penelitian yang tidak serta merta senantiasa berhasil dan dapat diinterpretasikan dengan jelas. Perlu kesabaran, ketekunan, skeptisisme, dan imajinasi untuk benar-benar memahami data yang diperoleh di laboratorium. Dan seperti yang disampaikan Louis Pasteur berpuluh tahun yang lalu bahwa “Chance favours the prepared mind.” Kesempatan akan hadir pada pikiran yang siap. Hal tersebut dapat menjadi motivasi bagi kita untuk senantiasa bersabar dan belajar dan awas dalam memahami fenomena yang terjadi di alam semesta. Siapa yang dapat menerka akan ada masa ketika penerima penghargaan Nobel berasal dari Indonesia?
Bahan bacaan:
Gustafsson, S. (editor), 2020, Genetic scissors: a tool for rewriting the code of life. The Nobel Prize in Chemistry 2020: Popular Science Background.
Penulis:
Viny Alfiyah, editor rubrik kimia Majalah 1000guru.
Kontak: alfiyahviny(at)gmail(dot)com
