Inovasi Teknologi di Balik Proyek Pembacaan Genom
Pendidikan

Inovasi Teknologi di Balik Proyek Pembacaan Genom

Inovasi Teknologi di Balik Proyek Pembacaan Genom

Inovasi Teknologi di Balik Proyek Pembacaan Genom
Inovasi Teknologi di Balik Proyek Pembacaan Genom

Oleh : Is Helianti Gegap gempita proyek genom manusia

mencapai puncaknya pada bulan April 2003 lalu. Selesainya proyek ini menjadi salah satu tonggak sejarah kemajuan bioteknologi dan diperkirakan akan menimbulkan revolusi di bidang pengobatan dan kesehatan manusia. Pengobatan sistem pesan secara genetis akan melonjak dengan pesat. Penemuan vaksin dan disain obat-obatan akan semakin mudah dan cepat. Royalti yang didapatkan karena paten juga tentu menggiurkan.

Akan tetapi, ketika cikal bakal proyek genom manusia dimulai tahun 1980-an, para ilmuwan sendiri tidak mengira bahwa mereka akan bisa menyaksikan puncak karya mereka pada tahun 2003 lalu. Ini dikarenakan pada awal-awalnya proyek pembacaan genom manusia bergerak sangat lambat.

 

1. Sejarah Proyek Genom

Pada tahun 1977, dimulailah pemetaan gen dari genom manusia, yang berhasil memetakan 3 gen manusia. Jika menggunakan metode yang dipakai pada saat itu, maka untuk menyelesaikan proyek genom manusia yang diketahui berukuran 3000 mega base pair akan memakan waktu 3 sampai 4 juta tahun.

Sepuluh tahun kemudian, para ilmuwan berhasil memetakan 12 gen manusia. Mulai tahun 1987 inilah dunia internasional, Amerika khususnya, secara besar-besaran menginvestasikan 200 juta US dolar ( 2 trilyun rupiah) setiap tahun selama 20 tahun untuk proyek ini. Dengan investasi raksasa ini, pada tahun 1997, telah dipetakan sekitar 30.000 gen manusia. Berdasarkan perkiraan saat itu, proyek genom tersebut baru akan dapat diselesaikan sekitar tahun 2047. Akan tetapi, ternyata pada tahun 2001, proyek genom manusia telah mendekati tahap penyelesaian, sehingga Presiden Clinton waktu itu merasa perlu mengumumkannya kepada masyarakat dunia. Proyek ini 100% selesai pada tahun 2003 lalu. Suatu kemajuan yang fantastik.

Sebenarnya, jauh sebelum genom manusia lengkap terbaca, pada tahun 1977 Sanger dan koleganya berhasil membaca genom bakteriofage (virus yang menginfeksi bakteri) PhiX174 yang besarnya 5 kilo bp. Delapan belas tahun setelah itu, genom bakteri patogen Haemophilus influenza juga telah berhasil dibaca. Pembacaan genom DNA yang berukuran 1800 kilo base pair ini menandai dimulainya proyek genom mikroba, yang publikasinya banyak tertutupi oleh proyek genom manusia.

 

Dimulailah babak sejarah baru ilmu mikrobiologi, yaitu

era post microbial genomics. Para ilmuwan dimungkinkan untuk menganalisa gen-gen yang sesuai dengan tujuan penelitian. Kalangan industri mempergunakan data tersebut untuk pencarian biokatalis baru atau disain obat seperti antibiotik dan inhibitor. Paradigma molekular biologist bahwa identifikasi satu gen dan fungsinya untuk satu disertasi mahasiswa doktoral yang dianut selama ini akan menjadi minoritas.

Jay M. Short, direktur PT Diversa, suatu perusahaan yang bergerak dalam bidang kajian mikrobial genomik dan komersialisasinya di US mengatakan bahwa, pasca genom manusia, mikroba akan menjadi frontier genomik berikutnya. Dan memang, ungkapannya tidak berlebihan.

Sampai sekarang, sejak pembacaan genom lengkap dari patogen Haemophilus influenzae pertama kalinya tahun 1995, selama hampir 9 tahun ini terdapat pelonjakan yang drastis. Lebih dari 200 species bakteri dan archaea (tidak termasuk virus) yang komplit dibaca dan dipublikasikan. Ini belum termasuk sekitar 1000-an genom mikroba yang dibaca oleh perusahaan industri atau komersial yang hasilnya tentu tidak akan menjadi domain publik.

 

2. Inovasi Teknologi dan Investasi

Mengapa genom manusia bisa selesai dibaca jauh lebih cepat dari yang diperkirakan? Mengapa jumlah genom mikroba yang terbaca melonjak sangat pesat?

Hal ini disebabkan tidak lain, seperti telah disebutkan di atas, oleh investasi besar-besaran dalam inovasi teknologi khususnya percepatan sekuensing. Mari kita urutkan dengan melihat sejarah penemuan sain dan inovasi teknologi yang mendukung proyek genom makhluk hidup.

Inovasi teknologi yang menjadi landasan sejarah proyek genom makhluk hidup adalah penemuan metode sekuensing oleh Sanger. Tahun 1977, Frederick Sanger mempublikasikan dalam jurnal ilmiah Nature bahwa dia berhasil membaca sekitar 5000 base pair genom DNA bakteriofage phiX174 [1].

Untuk prestasi yang luar biasa itu dia berhak mendapat Nobel di bidang biokimia. Dapat dikatakan, jerih payah Sanger dan koleganya pada waktu itu sangat tak terbayangkan dalam kondisi era post genomic sekarang.

Metode Sanger waktu itu adalah, menjadikan utas tunggal DNA virus sebagai template untuk proses polimerisasi utas tunggal DNA pasangannya. Campuran reaksi untuk reaksi polimerisasi DNA dibagi menjadi 4 tabung reaksi. Setiap tabung mengandung DNA polimerase, campuran dinukleotida dari 4 jenis basa (dATP, dCTP, dGTP, dan dTTP), dan salah satunya (misalnya dGTP) dilabeli dengan fosfor radioaktif (32P) isotop, serta dalam jumlah sedikit masing-masing satu jenis dideoksinukleotida (ddATP, ddCTP, ddGTP, atau ddTTP) sebagai substrat. Dideoksinukleotida ini struktur molekulnya mirip dengan dinukleotida, hanya tak punya gugus OH untuk mengikat substrat berikutnya.

Enzim DNA polymerase akan mengkatalis reaksi polimerasi, tetapi reaksi akan terhenti jika substrat yang terikat adalah dideoksinukleotida. Sehingga akan terbentuklah fragmen-fragmen yang panjangnya berbeda yang diakhiri dengan ddATP, ddCTP, ddGTP, dan ddTTP di masing-masing tabung reaksi. Fragmen-fragmen yang terbentuk ini diseparasi menurut sizenya dengan elektroforesis pada papan gel. Dengan menggunakan autoradiografi untuk deteksi radioaktivitas dan visualisasi letak fragmen maka akan didapat susunan basa DNA milik pasangan (complementary) dari utas tunggal template DNA.

Dengan metode yang juga disebut dengan metode chain termination ini, saat itu, satu orang peneliti mengerjakan secara manual dengan resiko terpapar radiasi isotop, hanya mampu membaca 1000 base pair DNA selama satu tahun!

Dalam perkembangan selanjutnya, ilmuwan mulai melakukan otomatisasi
metode Sanger, sehingga sekuensing tidak lagi dilakukan secara manual, dan dapat lebih cepat. Lalu berturut-turut ditemukan metode elektroforesis dengan menggunakan pipa rambut (kapiler), yang memungkinkan memisahkan fragmen-fragmen DNA secara lebih rapat namun jelas, dan lebih cepat daripada menggunakan papan gel.

Ide elektroforesis secara kapiler lalu diadaptasi oleh perusahaan Molecular Dynamics dan Applied Biosystem untuk membuat DNA analyzer kapiler. Metode Sanger yang menggunakan radioisotop yang berbahaya untuk koktail reaksi sekuensing lambat laun dimodifikasi dengan metode yang memakai substrat dideoksinukleotida yang diberi label fluorescence yang berbeda-beda.

Intensitas fluorescense dapat dideteksi dengan fluorometer yang berintegrasi dengan elektroforesis kapiler. Pada alat ini juga digabungkan komputer untuk menganalisa data hasil sekuensing pipa kapiler. Mulai tahun 1998, produk DNA analyzer kapiler dari Applied Biosystem dan Molecular Dynamics menguasai pasar dunia.

 

Dalam banyak proyek pembacaan genom

pembuatan reaksi koktail untuk sekuensing, pengumpulan data hasil elektroforesis, dan sebagainya dilakukan oleh robot-robot yang dikontrol komputer. Bahkan laboratorium institusi penelitian yang mengerjakan proyek genom manusia adalah laboratorium yang sepi dari orang, karena berisi mesin-mesin ekstraksi DNA dan DNA analizer yang hampir kesemuanya digerakkan oleh robot.

Kombinasi dari inovasi teknologi sekuensing, elektroforesis dengan cara kapiler, robotisasi, dan otomatisasi inilah yang mempercepat proses sekuensing. Sebagai perbandingan di era post genomic ini, satu laboratorium standard yang mempunyai mesin pembaca DNA (DNA analyzer produk Apllied Biosystem edisi 3730 misalnya) dapat mebaca sekitar 748,800 bp per hari. Dengan asumsi, mesin DNA analyzer standard mempunyai 48 pipa kapiler untuk 48 sampel, satu kali running bisa membaca 650 bp dalam waktu satu jam, sehingga didapat 48 dikalikan 650 dikalikan 24.

Jadi, hanya dalam masa hampir tiga dekade terjadi percepatan hampir 300.000 kali. Prestasi dari penerapan inovasi teknologi yang luar biasa. Mungkin beberapa tahun ke depan kita akan mendengar bahwa seluruh genom manusia dari satu sel dapat dibaca hanya dengan bilangan jam!

Sumber : https://www.selfgrowth.com/articles/how-to-search-for-the-right-informational-website?fbclid