Sumber ilustrasi: Pixabay
15 Agustus 2025 11.30 WIB – Umum
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [15.08.2025] Kemampuan untuk merekayasa protein secara cepat dan presisi menjadi kebutuhan mendesak dalam bioteknologi dan pengembangan obat. Dalam praktiknya, evolusi protein dengan fungsi baru, yakni melalui proses mutasi dan seleksi, masih bergantung pada metode tradisional yang memakan waktu dan rumit. Meski upaya seperti directed evolution telah digunakan untuk menciptakan antibodi, enzim, dan molekul terapeutik lainnya, pendekatan ini tetap lambat karena membutuhkan manipulasi DNA berulang dan uji fungsional manual di setiap siklusnya.
Dalam beberapa dekade terakhir, sistem evolusi berkelanjutan dikembangkan sebagai solusi untuk mempercepat proses ini. Sistem tersebut memungkinkan mutasi dan seleksi protein terjadi secara simultan di dalam sel hidup, seiring dengan pembelahan sel. Namun, pendekatan ini sering terhambat oleh kompleksitas teknis, tingkat mutasi yang rendah, atau ketergantungan pada protokol yang tidak efisien secara praktis.
Menjawab tantangan tersebut, para ilmuwan di Scripps Research mengembangkan T7-ORACLE, sebuah platform evolusi sintetik berbasis biologi molekuler yang dirancang untuk mempercepat evolusi protein hingga 100.000 kali lipat dibanding laju alami. Dengan memanfaatkan sistem replikasi virus T7 dalam sel bakteri E. coli, platform ini memungkinkan pengembangan protein super hanya dalam hitungan hari yang membuka potensi sangat besar untuk aplikasi medis dan diagnostik.
T7-ORACLE bekerja dengan prinsip dasar sistem replikasi ortogonal, yakni replikasi DNA yang berlangsung secara terpisah dari genom sel inang. Sistem ini dirancang dalam bakteri E. coli, organisme model yang umum digunakan dalam bioteknologi. Para peneliti memasukkan sistem replikasi virus T7, kemudian memodifikasi enzim polimerase DNA-nya agar cenderung melakukan kesalahan (error-prone), sehingga mempercepat laju mutasi pada gen target yang disisipkan ke dalam plasmid.
Berbeda dari metode evolusi konvensional yang memerlukan waktu satu minggu untuk satu siklus, T7-ORACLE menghasilkan satu putaran evolusi setiap kali E. coli membelah, yaitu sekitar setiap 20 menit. Karena sistem ini hanya menargetkan DNA plasmid, integritas genom sel tetap terjaga. Dengan demikian, evolusi protein bisa berlangsung secara cepat, aman, dan berkelanjutan tanpa gangguan pada fungsi sel.
Untuk menguji sistem ini, para peneliti menggunakan gen TEM-1 β-laktamase, suatu enzim yang dikenal mampu memberi resistensi terhadap antibiotik. Ketika sel E. coli yang telah dimodifikasi dengan T7-ORACLE dipaparkan pada tingkat antibiotik yang terus meningkat, hanya dalam waktu kurang dari satu minggu, varian enzim yang dihasilkan mampu bertahan terhadap dosis antibiotik hingga 5.000 kali lebih tinggi daripada versi awal.
Hasil ini tidak hanya menunjukkan kecepatan dan efisiensi sistem, namun juga relevansi biologisnya. Banyak mutasi yang muncul dalam eksperimen ternyata identik dengan mutasi yang ditemukan di lingkungan klinis nyata. Bahkan, muncul suatu kombinasi mutasi baru yang belum teridentifikasi sebelumnya namun memiliki efektivitas lebih tinggi, menandakan potensi sistem ini untuk memprediksi dan memahami mekanisme resistensi masa depan.
Meski uji coba dilakukan pada gen resistensi antibiotik, para peneliti menekankan bahwa T7-ORACLE dirancang untuk bekerja pada hampir semua jenis protein. Platform ini memungkinkan evolusi protein terapeutik, enzim manusia, antibodi, hingga protease yang berfungsi menarget protein penyebab penyakit seperti kanker dan gangguan neurodegeneratif.
Kelebihan utama sistem ini terletak pada fleksibilitas dan kemudahan implementasinya. Karena berbasis pada E. coli dan menggunakan teknik biologi molekuler standar, T7-ORACLE tidak memerlukan peralatan khusus atau keahlian teknis lanjutan. Laboratorium yang sudah terbiasa bekerja dengan bakteri ini dapat langsung mengadopsi sistem dengan sedikit penyesuaian.
Lebih jauh lagi, T7-ORACLE dikembangkan sebagai bagian dari visi besar untuk memisahkan proses-proses dasar kehidupan, seperti replikasi DNA, transkripsi RNA, dan translasi protein, dari sistem seluler utama. Pemisahan ini memungkinkan rekayasa biologis berjalan tanpa mengganggu fungsi alami sel. Dalam jangka panjang, sistem ini dapat menjadi fondasi untuk mengembangkan polimerase yang mampu mereplikasi asam nukleat sintetis, molekul mirip DNA atau RNA dengan sifat kimia yang sama sekali baru.
Saat ini, fokus utama tim Scripps adalah mengembangkan enzim manusia untuk aplikasi terapeutik dan mendesain protease yang dapat secara spesifik mengenali urutan protein penyebab kanker. Dengan sistem ini, mereka dapat menggabungkan keunggulan desain rasional protein dengan kekuatan evolusi berkelanjutan, menciptakan molekul fungsional dalam skala dan kecepatan yang belum pernah dicapai sebelumnya.
T7-ORACLE mewakili lompatan besar dalam rekayasa protein, dengan menggabungkan sistem replikasi virus dan mutasi terkendali di dalam bakteri E. coli. Teknologi ini membuka kemungkinan baru dalam pengembangan obat, terapi kanker, dan riset biomedis lainnya. Kesemuanya tersebut dapat dilakukan dalam skala waktu yang sangat cepat dan dengan tingkat presisi tinggi. Selain itu, karena sistem ini terintegrasi dengan workflow laboratorium standar, adopsinya dapat meluas secara global.
Melalui pendekatan ini, para ilmuwan kini dapat memanipulasi gen dari berbagai sumber, mulai dari manusia, virus, atau lainnya, dan menjalankan evolusi fungsionalnya secara otomatis. T7-ORACLE bukan hanya mempercepat proses ilmiah, tetapi juga memperluas cakupan eksplorasi biologis menuju desain molekuler masa depan, termasuk genom sintetis yang benar-benar baru.
Diolah dari artikel:
“New ‘evolution engine’ creates super-proteins 100,000x faster” oleh Scripps Research Institute.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250807233038.htm
