Penemu CRISPR-Cas9 Ungkap Teknologi Edit DNA yang Bisa Mengubah Segalanya

Majalah Farmasetika (V2N1-Januari 2017) – Rubrik TedTalks. Saat ini, melalui teknik modifikasi genetik yang rumit telah terbukti menghasilkan produk mutasi genetik pada tanaman, buah, maupun hewan, seperti tomat yang tahan lama, buah-buahan tanpa biji, ataupun ikan zebra yang berflueresensi.

Lalu, apa jadinya ketika ditemukan sebuah teknologi CRISPR-Cas9 yang mampu membuat teknik editing gen yang lebih simpel dan memungkinkan  untuk diaplikasikan pada manusia. Bisa untuk mengatasi berbagai penyakit genetik, bahkan memodifikasi sifat-sifat yang sebelumnya hanya ada di cerita fiksi ilmiah, seperti manusia super hero dengan tulang yang kuat, warna kulit berbeda, memperlambat penuaan dini, dan lainnya.

Seorang Profesor kimia molekul dan sel biologi penemu teknologi revolusioner CRISPR Cas9 untuk editing gen, Jennifer Doudna mengungkapkan prospektif, hambatan, dan tantangan terkait penemuannya yang terangkum dalam sebuah video TedTalks berdurasi 15.53 menit.

Berikut adalah transkrip video selengkapnya

Apa itu teknologi CRISPR Cas9?

Beberapa tahun yang lalu, dengan rekan saya, Emmanuelle Charpentier, saya menciptakan teknologi baru untuk mengedit genom. Ini disebut CRISPR-Cas9. Teknologi CRISPR memungkinkan para ilmuwan untuk membuat perubahan DNA pada sel-sel yang dapat memungkinkan kita untuk menyembuhkan penyakit genetik.

Anda mungkin tertarik untuk mengetahui bahwa teknologi CRISPR berasal dari proyek penelitian dasar yang bertujuan untuk menemukan bagaimana bakteri melawan infeksi virus. Bakteri harus berurusan dengan virus di lingkungan mereka, dan kita dapat berpikir tentang infeksi virus seperti bom waktu.

Bakteri hanya memiliki beberapa menit untuk menjinakkan bom sebelum jadi hancur. Jadi, banyak bakteri yang ada dalam sel mereka memiliki sistem kekebalan adaptif yang disebut CRISPR, yang memungkinkan mereka untuk mendeteksi DNA virus dan menghancurkannya.

Protein Cas9 secara otomatis mengedit DNA

Bagian dari sistem CRISPR adalah protein yang disebut Cas9, yang mampu mencari, memotong dan akhirnya menurunkan DNA virus dengan cara tertentu. Dan melalui penelitian kami, bertujuan untuk memahami aktivitas protein Cas9. Kita menyadari bisa memanfaatkan fungsinya sebagai teknologi rekayasa genetika, cara bagi para ilmuwan untuk menghapus atau menyisipkan bit tertentu dari DNA ke dalam sel dengan presisi yang luar biasa, yang akan menawarkan kesempatan untuk melakukan hal-hal yang benar-benar belum mungkin di masa lalu.

Teknologi CRISPR telah di uji di tikus, monyet bahkan virus HIV dari sel manusia

Teknologi CRISPR telah digunakan untuk mengubah DNA dalam sel tikus dan monyet, serta organisme lain juga. Ilmuwan China menunjukkan baru-baru ini bahwa mereka bahkan bisa menggunakan teknologi CRISPR untuk mengubah gen pada embrio manusia. Dan ilmuwan di Philadelphia menunjukkan mereka bisa menggunakan CRISPR untuk menghapus DNA dari virus HIV terintegrasi dari sel manusia yang terinfeksi.

Kesempatan untuk melakukan semacam editing genom juga menimbulkan berbagai masalah etika yang kita harus mempertimbangkan, karena teknologi ini dapat digunakan tidak hanya di sel dewasa, tetapi juga dalam embrio dari organisme, termasuk spesies kita sendiri. Dan, bersama-sama dengan rekan-rekan saya, saya sudah menelepon untuk percakapan global tentang teknologi yang saya ciptakan, sehingga kita dapat mempertimbangkan semua implikasi etis dan sosial dari teknologi seperti ini.

Yang ingin saya lakukan sekarang adalah memberi tahu Anda apa teknologi CRISPR dan apa yang dapat dilakukannya, di mana kita hari ini dan mengapa saya pikir kita perlu mengambil jalan bijaksana yang maju dalam cara kita menggunakan teknologi ini.

Asal usul CRISPR

Ketika virus menginfeksi sel bakteri, mereka menyuntikkan DNA mereka. Dan dalam bakteri, sistem CRISPR memungkinkan bahwa DNA untuk dipetik dari virus, dan dimasukkan ke dalam potongan kecil ke dalam kromosom – DNA bakteri. Dan bit-bit yang terintegrasi dari DNA virus bisa dimasukkan di sebuah situs yang disebut CRISPR. CRISPR singkatan dari (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats).

Singkatan CRISPR merupakan mekanisme yang memungkinkan sel untuk merekam, dari waktu ke waktu dari virus mereka. Bit DNA diteruskan ke keturunannya sel ‘, sehingga sel-sel terlindungi dari virus tidak hanya dalam satu generasi, tapi lebih banyak generasi sel. Hal ini memungkinkan sel untuk menyimpan catatan infeksi, dan rekan saya, Blake Wiedenheft, suka mengatakan, CRISPR merupakan lokus efektif kartu vaksinasi genetik dalam sel.

Setelah itu, bit DNA telah dimasukkan ke dalam kromosom bakteri, sel kemudian membuat salinan kecil dari molekul yang disebut RNA, yang merah dalam gambar ini, yang merupakan ulangan tepat dari DNA virus. RNA adalah sepupu kimia DNA, dan memungkinkan interaksi dengan molekul DNA yang memiliki urutan yang cocok.

Jadi sedikit dari RNA dari asosiasi lokus CRISPR mengikat protein yang disebut Cas9, yang putih dalam gambar, dan membentuk kompleks yang berfungsi seperti sentinel dalam sel. Ketika situs-situs yang ditemukan – seperti yang Anda lihat di sini, molekul biru DNA – ini rekan kompleks dengan DNA itu dan memungkinkan gunting Cas9 untuk memotong DNA virus. Itu membuat pemotongan yang sangat tepat. Jadi kita bisa berpikir tentang Cas9 RNA sentinel kompleks seperti sepasang gunting yang dapat memotong DNA – itu membuat istirahat untai ganda dalam heliks DNA. Dan penting, kompleks ini diprogram, sehingga dapat diprogram untuk mengenali urutan DNA tertentu, dan membuat replikasi di DNA berhenti di situs tersebut.

Karena saya akan memberitahu Anda sekarang, kita mengakui bahwa kegiatan yang dapat dimanfaatkan untuk rekayasa genom, untuk memungkinkan sel untuk membuat perubahan yang sangat tepat untuk DNA di tempat di mana posisi pemotongan ini diperkenalkan. Itu semacam analog dengan cara yang kita gunakan program pengolah kata untuk memperbaiki kesalahan ketik pada dokumen.

Alasan kami membayangkan menggunakan sistem CRISPR untuk rekayasa genom ini karena sel-sel memiliki kemampuan untuk mendeteksi DNA yang rusak dan memperbaikinya. Jadi, ketika tanaman atau sel hewan mendeteksi pemotongan untai ganda dalam DNA-nya, dapat memperbaikinya, baik dengan menyisipkan bersama-sama ujung DNA yang rusak dengan sedikit.

Jadi jika kita memiliki cara untuk memperkenalkan pemotongan untai ganda DNA di tempat yang tepat, kita dapat memicu sel untuk memperbaiki mereka, baik oleh gangguan atau penggabungan informasi genetik baru. Jadi jika kita mampu memprogram teknologi CRISPR untuk membuat pemotongan di DNA pada posisi di atau dekat mutasi yang menyebabkan cystic fibrosis, misalnya, kita bisa memicu sel untuk memperbaiki mutasi itu.

Sejarah rekayasa genomik

Rekayasa genom sebenarnya bukan hal baru, sudah dikembangkan sejak tahun 1970-an. Dikenal dengan teknologi sekuensing DNA, untuk menyalin DNA, dan bahkan untuk memanipulasi DNA. Dan teknologi ini sangat menjanjikan, tapi masalahnya adalah bahwa mereka baik tidak efisien, atau mereka cukup sulit untuk menggunakannya dan sebagian ilmuwan tidak mengadopsi mereka untuk digunakan di laboratorium mereka sendiri, atau pasti untuk banyak aplikasi klinis.

Jadi, kesempatan untuk mengambil teknologi seperti CRISPR dan memanfaatkan itu memiliki daya tarik tersendiri, karena relatif sederhana. Kami bisa memikirkan teknologi rekayasa genom yang lebih tua sebagai mirip dengan komputer Anda setiap kali Anda ingin menjalankan software baru, sedangkan teknologi CRISPR seperti perangkat lunak untuk genom, kita dapat memprogram dengan mudah, menggunakan bit-bit kecil RNA.

CRISPR bisa mengubah segalanya

Jadi sekali pemotongan untai ganda dibuat dalam DNA, kita dapat menginduksi perbaikan, dan dengan demikian berpotensi mencapai hal-hal luar biasa, seperti mampu memperbaiki mutasi yang menyebabkan anemia sel sabit atau menyebabkan Huntington Disease. Saya benar-benar berpikir bahwa aplikasi pertama dari teknologi CRISPR akan terjadi dalam darah, di mana itu relatif lebih mudah untuk memberikan alat ini ke dalam sel, dibandingkan dengan jaringan yang solid.

Sekarang, banyak pekerjaan yang terjadi berlaku untuk model hewan penyakit manusia, seperti tikus. Teknologi ini digunakan untuk membuat perubahan yang sangat tepat yang memungkinkan kita untuk mempelajari cara bahwa perubahan ini dalam DNA sel mempengaruhi baik jaringan atau, dalam hal ini, seluruh organisme.

Sekarang dalam contoh ini, teknologi CRISPR digunakan untuk mengganggu gen dengan membuat perubahan kecil di DNA pada gen yang bertanggung jawab untuk warna bulu hitam tikus-tikus ini. Bayangkan bahwa tikus putih berbeda dari berpigmen sampah-rekan mereka dengan hanya perubahan kecil pada satu gen di seluruh genom, dan mereka dinyatakan benar-benar normal. Dan ketika kita urutan DNA dari hewan-hewan ini, kita menemukan bahwa perubahan dalam DNA telah terjadi tepat pada tempat di mana kita diinduksi itu, dengan menggunakan teknologi CRISPR.

Tambahan percobaan yang terjadi pada hewan lain yang berguna untuk menciptakan model-model untuk penyakit manusia, seperti monyet. Dan di sini kita menemukan bahwa kita dapat menggunakan sistem ini untuk menguji penerapan teknologi ini di jaringan tertentu, misalnya, mencari tahu bagaimana untuk memberikan alat CRISPR ke dalam sel. Kami juga ingin memahami lebih baik bagaimana mengontrol cara yang DNA diperbaiki setelah dipotong, dan juga untuk mencari cara untuk mengontrol dan membatasi segala jenis off-target, atau efek yang tidak diinginkan dari penggunaan teknologi.

10 tahun kedepan teknologi CRISPR bisa digunakan

Saya berpikir bahwa kita akan melihat aplikasi klinis dari teknologi ini, tentu pada orang dewasa, dalam 10 tahun ke depan. Saya berpikir bahwa itu kemungkinan kami akan melihat uji klinis dan terapi bahkan mungkin disetujui dalam waktu itu, yang merupakan hal yang sangat menarik untuk dipikirkan. Dan karena kegembiraan sekitar teknologi ini, ada banyak kepentingan di perusahaan start-up yang telah didirikan untuk mengkomersilkan teknologi CRISPR, dan banyak kapitalis ventura yang telah berinvestasi di perusahaan-perusahaan ini.

Tapi kita harus juga mempertimbangkan bahwa teknologi CRISPR dapat digunakan untuk hal-hal seperti perangkat tambahan. Bayangkan bahwa kita bisa mencoba untuk manusia dengan properti disempurnakan, seperti tulang lebih kuat, atau kurang kerentanan terhadap penyakit kardiovaskular atau bahkan memiliki sifat yang kita akan mempertimbangkan mungkin menjadi diinginkan, seperti warna mata yang berbeda atau menjadi lebih tinggi, hal-hal yang bisa dikatakan sebagai “Designer manusia,” jika Anda mau.

Saat ini, informasi genetik untuk memahami apa jenis gen akan menimbulkan sifat-sifat tersebut sebagian besar tidak diketahui. Tapi itu penting untuk mengetahui bahwa teknologi CRISPR memberi kita alat untuk melakukan perubahan tersebut, sekali pengetahuan yang tersedia.

Prospektif dan etika penggunaan CRISPR di masa depan

Hal ini menimbulkan sejumlah pertanyaan etika yang kita harus hati-hati mempertimbangkan, dan ini adalah mengapa saya dan rekan-rekan saya telah menyerukan jeda global dalam aplikasi klinis teknologi CRISPR di embrio manusia, untuk memberi kami waktu untuk benar-benar mempertimbangkan semua berbagai implikasi dari melakukannya. Dan sebenarnya, ada preseden penting bagi jeda tersebut dari tahun 1970-an, ketika para ilmuwan berkumpul untuk menyerukan moratorium penggunaan kloning molekuler, sampai keamanan teknologi yang dapat diuji dengan hati-hati dan divalidasi.

Jadi, genom-rekayasa manusia tidak dengan kami, tapi ini bukan merupakan fiksi ilmiah lagi. Hewan dan tumbuhan dengan genom-rekayasa telah terjadi sekarang. Dan ini menempatkan di depan kita semua tanggung jawab besar, untuk mempertimbangkan dengan hati-hati baik konsekuensi yang tidak diinginkan serta dampak dimaksudkan dari terobosan ilmiah ini.

Sumber :