Sel minimal buatan: Menciptakan kehidupan yang cukup untuk penelitian medis

• Penulis:
• nama penulis

  Pandangan ke Depan Quantumrun
• Desember 23, 2022

Ringkasan wawasan

Menjelajahi esensi kehidupan, para ilmuwan telah mereduksi genom untuk menghasilkan sel minimal, mengungkap fungsi inti yang diperlukan untuk kehidupan. Upaya-upaya ini telah menghasilkan penemuan dan tantangan yang tidak terduga, seperti bentuk sel yang tidak teratur, yang mendorong penyempurnaan dan pemahaman lebih lanjut tentang esensi genetik. Penelitian ini membuka jalan bagi kemajuan dalam biologi sintetik, dengan potensi penerapan dalam pengembangan obat, studi penyakit, dan pengobatan yang dipersonalisasi.

Konteks sel minimal buatan

Sel minimal buatan atau minimalisasi genom adalah pendekatan biologi sintetik praktis untuk memahami bagaimana interaksi antara gen esensial menimbulkan proses fisiologis vital. Minimisasi genom menggunakan metode desain-bangun-uji-pelajari yang mengandalkan evaluasi dan kombinasi segmen genomik modular dan informasi dari mutagenesis transposon (proses transfer gen dari satu inang ke inang lainnya) untuk membantu memandu penghapusan gen. Metode ini mengurangi bias saat menemukan gen esensial dan memberi para ilmuwan alat untuk mengubah, membangun kembali, dan mempelajari genom dan fungsinya.

Pada tahun 2010, para ilmuwan di J. Craig Venter Institute (JVCI) yang berbasis di AS mengumumkan bahwa mereka telah berhasil menghilangkan DNA bakteri Mycoplasma capricolum dan menggantinya dengan DNA yang dihasilkan komputer berdasarkan bakteri lain, Mycoplasma mycoides. Tim memberi judul organisme baru mereka JCVI-syn1.0, atau 'Sintetis,' singkatnya. Organisme ini adalah spesies yang mereplikasi diri pertama di Bumi yang terdiri dari induk komputer. Itu dibuat untuk membantu para ilmuwan memahami bagaimana kehidupan bekerja, mulai dari sel hingga. 

Pada tahun 2016, tim menciptakan JCVI-syn3.0, organisme bersel tunggal dengan gen lebih sedikit daripada bentuk kehidupan sederhana lainnya yang diketahui (hanya 473 gen dibandingkan dengan 1.0 gen JVCI-syn901). Namun, organisme bertindak dengan cara yang tidak terduga. Alih-alih menghasilkan sel-sel sehat, ia menciptakan sel-sel berbentuk aneh selama replikasi diri. Para ilmuwan menyadari bahwa mereka telah menghilangkan terlalu banyak gen dari sel aslinya, termasuk yang bertanggung jawab atas pembelahan sel normal. 

Dampak yang mengganggu

Bertekad untuk menemukan organisme sehat dengan gen sesedikit mungkin, ahli biofisika dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT) dan Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) mencampur ulang kode JCVI-syn3.0 pada tahun 2021. Mereka mampu membuat varian baru yang disebut JCVI-syn3A. Meskipun sel baru ini hanya memiliki 500 gen, perilakunya lebih seperti sel biasa berkat kerja para peneliti. 

Para ilmuwan bekerja untuk melucuti sel lebih jauh. Pada tahun 2021, organisme sintetik baru yang dikenal sebagai M. mycoides JCVI-syn3B berevolusi selama 300 hari, menunjukkan bahwa ia dapat bermutasi dalam keadaan yang berbeda. Para ahli bioteknologi juga optimis bahwa organisme yang lebih ramping dapat membantu para ilmuwan mempelajari kehidupan pada tingkat paling dasar dan memahami bagaimana penyakit berkembang.

Pada tahun 2022, tim ilmuwan dari Universitas Illinois di Urbana-Champaign, JVCI, dan Technische Universität Dresden yang berbasis di Jerman menciptakan model komputer JCVI-syn3A. Model ini dapat secara akurat memprediksi pertumbuhan dan struktur molekul analog kehidupan nyata. Pada tahun 2022, ini adalah model sel utuh terlengkap yang pernah disimulasikan oleh komputer.

Simulasi ini dapat memberikan informasi yang berharga. Data ini mencakup proses metabolisme, pertumbuhan, dan informasi genetik selama siklus sel. Analisis ini menawarkan wawasan tentang prinsip-prinsip kehidupan dan bagaimana sel mengonsumsi energi, termasuk transpor aktif asam amino, nukleotida, dan ion. Karena penelitian sel minimal terus berkembang, para ilmuwan dapat menciptakan sistem biologi sintetik yang lebih baik yang dapat digunakan untuk mengembangkan obat-obatan, mempelajari penyakit, dan menemukan terapi genetik.

Implikasi sel minimal buatan

Implikasi yang lebih luas dari pengembangan sel minimal buatan dapat mencakup: 

• Lebih banyak kolaborasi global untuk menciptakan sistem kehidupan yang dipreteli tetapi berfungsi untuk penelitian.
• Peningkatan pembelajaran mesin dan penggunaan pemodelan komputer untuk memetakan struktur biologis, seperti sel darah dan protein.
• Biologi sintetik canggih dan hibrida mesin-organisme, termasuk robot hidup dan tubuh-on-a-chip. Namun, eksperimen ini mungkin mendapat keluhan etis dari beberapa ilmuwan.
• Beberapa perusahaan biotek dan biofarma banyak berinvestasi dalam inisiatif biologi sintetik untuk mempercepat perkembangan obat dan terapi.
• Meningkatnya inovasi dan penemuan dalam penyuntingan genetik saat para ilmuwan belajar lebih banyak tentang gen dan bagaimana mereka dapat dimanipulasi.
• Peningkatan peraturan mengenai penelitian bioteknologi untuk memastikan praktik etis, menjaga integritas ilmiah dan kepercayaan publik.
• Munculnya program pendidikan dan pelatihan baru yang berfokus pada biologi sintetik dan bentuk kehidupan buatan, membekali generasi ilmuwan berikutnya dengan keterampilan khusus.
• Pergeseran strategi layanan kesehatan menuju pengobatan yang dipersonalisasi, memanfaatkan sel buatan dan biologi sintetik untuk perawatan dan diagnostik yang disesuaikan dengan kebutuhan.

Pertanyaan untuk dipertimbangkan

• Jika Anda bekerja di bidang biologi sintetik, apa manfaat lain dari sel minimal?
• Bagaimana organisasi dan institusi dapat bekerja sama untuk memajukan biologi sintetik?