Kemungkinan luar biasa dari DNA buatan manusia

Setiap sel yang pernah hidup adalah hasil dari abjad genetik empat huruf: A, T, C dan G - unit dasar DNA. Tapi sekarang sudah berubah. Dalam pembicaraan visioner, ahli biologi sintetis Floyd E. Romesberg memperkenalkan kita pada organisme hidup pertama yang dibuat dengan DNA enam huruf - empat huruf alami ditambah dua buatan manusia, X dan Y - dan menjelajahi bagaimana terobosan ini dapat menantang pemahaman dasar kita tentang desain alam.

Semua kehidupan,

semua benda hidup yang ada,

telah dibuat menurut informasi di DNA.

Apakah artinya?

Baik, jadi artinya seperti bahasa Inggris

terdiri dari huruf abjad yang
digabungkan menjadi kata

membuat saya bisa menceritakan cerita
yang akan saya ceritakan,

DNA terbuat dari huruf genetik
yang, saat digabungkan menjadi gen,

membuat sel menghasilkan protein,

asam amino yang melipat
menjadi struktur rumit

yang melakukan fungsi agar
sebuah sel bisa berfungsi,

untuk menceritakan kisahnya.

Ada 26 huruf dalam abjad bahasa Inggris,
dan abjad genetik ada empat.

Mereka sangat terkenal.
Mungkin Anda pernah dengar.

Mereka sering dipanggil
G, C, A, dan T, saja.

Semua keanekaragaman hidup
adalah hasil dari empat huruf genetik

yang menurut saya sangat menakjubkan.

Bayangkan jika abjad bahasa Inggris
mempunyai empat huruf.

Cerita macam apa yang bisa dikisahkan?

Bagaimana jika abjad genetik mempunyai
lebih banyak huruf?

Apakah kehidupan dengan huruf banyak
dapat menceritakan kisah beda,

bahkan yang lebih menarik?

Pada tahun 1999, lab saya di Scripps
Research Institute di La Jolla, California

mulai mengerjakan persoalan ini dengan
tujuan menciptakan organisme hidup

dengan DNA yang terbuat dari abjad genetik
yang terdiri dari enam huruf,

empat huruf alami ditambah dengan
dua huruf yang dibuat oleh manusia.

Organisme tersebut akan menjadi

bentuk kehidupan yang diubah sepenuhnya
pertama yang pernah dibuat.

Dia akan jadi bentuk
kehidupan semisintetis

yang menyimpan lebih banyak informasi
daripada kehidupan sebelumnya.

Dia akan bisa membuat protein baru,

protein yang terbuat dari lebih dari
20 asam amino

yang biasanya digunakan
untuk membuat protein.

Cerita macam apa yang dapat dikisahkan?

Dengan kekuatan kimia sintetis
dan biologi molekul

dan sekitar 20 tahun kerja,

kami menciptakan bakteri
dengan DNA enam huruf.

Biar saya ceritakan bagaimana.

Yang Anda harus ingat dari biologi SMA

adalah bahwa empat huruf alami berpasangan
untuk membentuk dua pasangan dasar.

G berpasangan dengan C dan A dengan T,

jadi untuk menciptakan huruf baru,

kami memadukan ratusan calon baru,
calon huruf baru,

dan memperhatikan kemampuannya untuk
berpasangan dengan satu sama lain.

Dan sekitar 15 tahun kerja,

kami menemukan bahwa
ada dua yang sangat cocok,

setidaknya dalam tabung reaksi.

Mereka mempunyai nama rumit,

tetapi kita panggil saja X dan Y.

Setelah itu, kami harus mencari cara untuk
memasukkan X dan Y ke dalam sel,

dan akhirnya kami menemukan sebuah protein
yang melakukan hal yang mirip di alga

bekerja dalam bakteri kami.

Jadi yang terakhir adalah untuk
menunjukkan bahwa dengan X dan Y,

sel dapat bertumbuh dan membelah dan tetap
berpegangan pada X dan Y dalam DNA-nya.

Semua hal yang telah kami lakukan
diselesaikan lebih lama dari harapan --

saya sebenarnya orang yang tidak sabat --

tetapi ini, bagian yang paling penting,
bekerja lebih cepat daripada mimpi saya,

secara langsung

Pada akhir pekan pada tahun 2014,

siswa pascasarjana di lab saya menumbuhkan
bakteri dengan DNA enam huruf.

Mari saya tunjukkan.

Ini foto aslinya.

Ini adalah organisme
semisintetis yang pertama.

Jadi bakteri dengan DNA enam huruf,
itu keren sekali, kan?

Baik, mungkin ada beberapa dari kalian
yang masih heran mengapa.

Jadi biar saya memberitahukan kalian
sedikit tentang motivasi kami,

secara konsep serta praktis.

Secara konsep, kehidupan telah dipikirkan,
apa itu kehidupan,

apa yang membedakannya dari benda mati,

sejak manusia mempunyai pikiran.

Banyak orang menafsir bahwa
kehidupan adalah sempurna,

dan ini diambil sebagai bukti
adanya pencipta.

Benda hidup berbeda karena ada
Tuhan yang menghidupkannya.

Ada juga yang mencari penjelasan
yang lebih ilmiah,

tetapi saya pikir itu adil

untuk dikatakan bahwa mereka masih
menganggap molekul hidup istimewa.

Maksudnya, evolusi mengoptimalkan
mereka selama miliaran tahun, kan?

Perspektif manapun yang Anda ambil,
sepertinya mustahil

jika ahli kimia datang dan
membangun bagian baru

yang berfungsi di dalam dan bersama
molekul kehidupan alami

tanpa mengacaukannya.

Tetapi seberapa sempurna
kita diciptakan atau berevolusi?

Seberapa istimewa molekul kehidupan?

Pertanyaan ini mungkin mustahil,
bahkan untuk ditanyakan saja,

karena kita tidak bisa membandingkan
kehidupan dengan apapun.

Sekarang pertama kalinya,
kerja kami mengatakan

bahwa molekul kehidupan tidak
begitu istimewa.

Mungkin kehidupan yang kita tahu
bukan satu-satunya cara.

Mungkin kita bukan satu-satunya solusi,
mungkin kita bukan solusi yang terbaik,

solusi saja.

Pertanyaan ini menangani isu
dasar tentang kehidupan.

tetapi mereka tidak begitu umum.

Bagaimana dengan motivasi praktis?

Baik, kami ingin menjelajahi cerita baru

yang dapat diceritakan
dengan banyak kosa kata,

dan ingat, cerita di sini adalah
protein yang dihasilkan oleh sel

dan fungsi yang dimiliki.

Jadi protein apa saja dengan fungsi baru

yang dapat dibuat dan digunakan oleh
organisme semisintetis kita?

Baik, ada beberapa hal.

Yang pertama adalah untuk membuat
protein untuk kita, untuk penggunaan kita.

Protein digunakan hari ini

untuk hal-hal beragam,

dari bahan yang melindungi
tentara dari luka,

hingga alat yang mendeteksi
senyawa berbahaya,

tetapi untuk saya,

penggunaan yang paling asik
adalah obat protein.

Meskipun masih lumayan baru,

obat protein sudah merevolusi pengobatan,

dan, contohnya, insulin adalah protein.

Anda pasti pernah mendengarnya,
dan insulin dibuat sebagai obat

yang mengubah cara kita mengobati diabetes

Masalahnya adalah bahwa protein
sangat susah dibuat

dan satu-satunya cara praktis adalah
menghasilkannya menggunakan sel.

Jadi tentu saja dengan sel alami,

dapatnya hanya protein yang dibuat
dengan asam amino alami,

jadi sifat-sifat yang dapat
dimiliki proteinnya,

penggunaanya,

dibatasi oleh sifat asam amino

yang menjadi bahan baku protein

Jadi di sini,

20 asam amino biasa yang digabungkan
untuk membuat sebuah protein,

dan sepertinya Anda bisa melihat,
mereka tidak terlalu berbeda.

Mereka tidak membawa
fungsi yang banyak.

Mereka tidak menyediakan
banyak fungsi berbesa.

Bandingkan itu dengan molekul kecil yang
ahli kimia sintetis buat sebagai obat.

Mereka lebih sederhana daripada protein,

tetapi mereka dihasilkan secara rutin dari
hal yang lebih beragam.

Jangan khawatirkan detil molekularnya,

tetapi saya pikir Anda bisa
melihat perbedaannya.

Faktanya, perbedaannyalah yang
membuatnya obat bagus

untuk mengobati penyakit perbeda.

Jadi bertanya-tanya obat protein baru
macam apa yang bisa dibuat

dari protein yang lebih beragam
sangat menggoda.

Jadi apakah kita bisa menggunakan
organisme semisintetis

untuk menghasilkan protein yang memiliki
asam amino yang baru dan beda,

mungkin asam amino yang dipilih
untuk memberikan proteinnya

dengan sifat atau fungsi yang diinginkan?

Contohnya,

beberapa protein tidak stabil saat
disuntikkan ke dalam tubuh.

Proteinnya mengurang atau
dihilangkan dengan cepat

dan ini tidak memungkinkannya
menjadi obat.

Bagaimana jika kita bisa menghasilkan
protein dengan asam amino baru

dengan perangkat

yang melindunginya dari lingkungannya,

yang melindunginya dari
penghilangan atau pengurangan,

agar bisa menjadi obat yang lebih baik?

Apakah kita bisa menghasilkan protein
dengan jari-jari kecil

yang melekat pada molekul lain?

Banyak molekul kecil gagal saat
pengembangan sebagai obat

karena kurang spesifik mencari targetnya

dalam lingkungan rumit tubuh manusia.

Jadi apakah kita bisa mengambil molekulnya
dan menjadikannya bagian asam amino baru

yang saat dimasukkan ke protein,

dipandu oleh protein itu ke targetnya?

Saya mendirikan perusahaan biotek
bernama Synthorx.

Synthorx berarti organisme sintetis

dengan X di akhir karena itu dilakukan
dengan perusahaan biotek.

(Tertawa)

Synthorx bekerja sama dengan lab saya,

dan mereka tertarik pada protein
yang mengenal reseptor khusus

pada permukaan sel manusia.

Masalahnya adalah ia juga mengenal

reseptor lain pada permukaan
sel yang sama,

yang membuatnya beracun.

Jadi apakah kita bisa menghasilkan
protein itu yang diubah

sehingga bagian yang berinteaksi dengan
reseptor kedua dilindungi,

dihalang oleh sesuatu seperti payung besar

agar proteinnya hanya berinterkasi
dengan reseptor yang pertama?

Melakukan itu akan sangat susah

atau mustahil dengan asam amino biasa,

tetapi tidak dengan asam amino yang
didesain khusus untuk tujuan ini.

Jadi menjadikan sel semisintetis
sebagai pabrik kecil

untuk membuat obat protein yang lebih baik

bukan satu-satunya penggunaan
yang sangat menarik,

karena ingat, proteinnya yang mengizinkan
selnya melakukan tugasnya.

Jadi jika kita mempunyai sel yang membuat
protein baru dengan fungsi baru,

apakah kita bisa membuat mereka untuk
melakukan tugas yang sel alami tidak bisa?

Contohnya, kita bisa mengembangkan
organisme semisintetis

yang saat disuntikkan ke tubuh,
mencari sel kanker

dan hanya saat ditemukan,
membuat protein beracun yang membunuhnya?

Apakah kita bisa membuat bakteri
yang memakan jenis minyak berbeda,

mungkin untuk membersihkan
tumpahan oli

Ini hanya beberapa contoh cerita

yang kita akan melihat jika kehidupan
dengan lebih banyak kata bisa ceritakan.

Bagus, kan?

Menyuntikkan organisme semisintetis
dalam tubuh manusia,

menumpahkan jutaan galon bakteri ke laut

atau di pantai favorit Anda?

Oh, tunggu, ternyata seram sekali.

Dinosaurus ini sangat menyeramkan.

Ini masalahnya:

agar organisme semisintetis bisa hidup,

mereka harus diberi
prekursor kimia X dan Y.

X dan Y sangat berbeda dengan
semua benda yang ada di alam.

Sel tidak mempunyainya ataupun
kemampuan untuk membuatnya.

Jadi saat kami menyiapkannya,

saat kami menumbuhkannya
dalam lingkungan terjaga lab,

kami dapat memberinya makanan
yang tidak biasa.

Lalu, kami mengirimnya dalam
tubuh atau di pantai

di mana mereka tidak mempunyai persediaan
makanan istimewa itu

mereka bisa tumbuh sedikit,
mereka bisa bertahan hidup sedikit,

cukup lama untuk melakukan fungsi khusus,

lalu mereka mulai kehabisan makanan.

Mereka mulai kelaparan.

Mereka mati kelaparan
dan menghilang begitu saja.

Jadi tidak hanya membuat kehidupan
menceritakan kisah baru,

kita bisa memberitahukan kehidupan
kapan dan di mana untuk menceritakannya.

Pada awal permbicaraan ini
saya mengatakan bahwa pada tahun 2014

kami berhasil membuat organisme
semisintetis yang menyimpan

lebih banyak informasi,
X dan Y dalam DNAnya.

Tetapi semua motivasi yang kita
baru membicarakan

membutuhkan sel untuk menggunakan X dan Y
untuk membuat protein,

jadi kami mulai menggarap itu.

Dalam beberapa tahun, kami menunjukkan
sel-sel mengambil DNA dengan X dan Y

dan menyalinnya menjadi RNA,
salinan bekerja DNA.

Dan akhir tahun kemarin,

kami menunjukkan bahwa mereka bisa
menggunakan X dan Y untuk membuat protein.

Inilah mereka, bintang acara,

organisme semisintetis berfungsi
yang pertama.

(Tepuk tangan)

Selnya hijau karena mereka membuat
sebuah protein yang bercahaya hijau

Proteinnya sangat terkenal,
sebenarnya, dari ubur-ubur,

yang banyak orang gunakan
dalam bentuk alaminya

karena mudah dilihat bahwa
Anda yang membuatnya.

Tetapi dalam setiap protein ini,

ada asam amino baru yang tidak bisa
digunakan kehidupan untuk membuat protein.

Setiap sel hidup,
setiap sel yang pernah hidup,

telah membuat setiap proteinnnya

menggunakan abjad genetik empat huruf.

Sel ini tumbuh dan hidup
dan membuat protein

dengan abjad enam-huruf.

Ini adalah bentuk kehidupan baru.

Ini adalah bentuk semisintetis hidup.

Jadi bagaimana dengan masa depan?

Lab saya sedang mencoba meluaskan
abjad genetik sel lain,

termasuk sel manusia,

dan kami mulai bekerja dengan
organisme yang lebih rumit.

Seperti cacing semisintetis.

Hal terakhir yang ingin saya katakan,

hal yang terpenting
yang ingin saya sampaikan,

adalah bahwa waktu
kehidupan semisintetis di sini

Terima kasih.

(Tepuk tangan)

Chris Anderson : Maksud saya,
Floyd, ini menakjubkan sekali.

Saya hanya ingin bertanya,

apa implikasi dari kerja Anda,

bagaimana kita harus berpikir
tentang kemungkinan untuk kehidupan,

seperti, di alam semesta, di tempat lain?

Sepertinya banyak kehidupan,
atau banyak dari asumsi kita berdasarkan

fakta bahwa tentu saja,
pasti DNA,

tetapi apakah ruang kemungkinan
bagi molekul mereplikasi diri

lebih besar daripada DNA,
bahkan DNA dengan enam huruf?

Floyd Romesberg:
Tentu saja, menurut saya itu benar,

dan menurut saya apa yang
ditunjukkan kerja kami

seperti yang saya jelaskan tadi, adalah
bahwa ada sebuah prasangka

bahwa kita sempurna,

kita yang paling bagus,
Tuhan membuat kita seperti ini,

evolusi menyempurnakan kita.

Kami telah membuat molekul yang bekerja
disamping molekul alami,

dan menurut saya itu menunjukkan
bahwa setiap molekul

yang menuruti hukum dasar
kimia dan fisika

dan dapat disempurnakan

dapat melakukan apapun yang
bisa dilakukan sel alami.

Tidak ada sihir di situ.

Dan menurut saya itu menunjukkan

bahwa kehidupan bisa berevolusi
dalam banyak cara,

mungkin mirip dengan kita
dengan jenis DNA lain,

mungkin yang tanpa DNA sama sekali.

CA: Maksud saya, dalam pikiran Anda,

ruang kemungkinan itu seberapa besar?

Apakah kita tahu? Akankah banyak hal
menjadi seperti molekul DNA,

atau sesuatu yang sangat berbeda
yang masih bisa memperbanyak diri

dan mungkin membuat organisme hidup?

FR: Pendapat pribadi saya
adalah jika kita menemukan kehidupan baru,

kita mungkin tidak mengenalinya.

CA: Jadi obsesi dengan pencarian
planet pas-pasan

dalam tempat yang pas
dengan air dan lain-lain,

itu asumsi yang sangat parokial, mungkin.

FR: Baik, jika Anda ingin mencari seorang
yang bisa berbicara, mungkin tidak,

tetapi menurut saya jika Anda
mencari bentuk kehidupan saja,

menurut saya itu benar, menurut saya Anda
mencari kehidupan di bawah tiang lampu.

A: Terima kasih telah mengagumkan
kita semua. Terima kasih banyak, Floyd.

(Tepuk tangan)