Mengenal CRISPR/Cas9, Sistem Imun Bakteri yang Bisa Bantu Ilmuwan Edit DNA

Seperti berbagai makhluk hidup lainnya, ternyata bakteri juga bisa sakit, lho! Tak hanya menginfeksi manusia, ternyata virus juga mampu menginfeksi organisme kecil seperti bakteri, yang secara khusus disebut bakteriofag. Bakteri juga memiliki sistem pertahanan sendiri yang dapat melindungi mereka dari infeksi bakteriofag, yang disebut sebagai CRISPR/Cas9. 

CRISPR adalah singkatan untuk Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Sedangkan Cas9 adalah jenis protein penting yang berperan dalam sistem imun bakteri. Eits, jangan pusing dulu, yuk baca pelan-pelan untuk lebih jelasnya! 

Cara kerja sistem kekebalan bakteri sekilas mirip dengan manusia. Saat bakteriofag menginfeksi bakteri, mereka akan menyuntik material genetik ke dalam bakteri. 

Sistem kekebalan bakteri akan mendeteksi "penyusup" ini, kemudian CRISPR/Cas9 akan memotong materi genetik agar menghentikan infeksi lebih lanjut. Sisa genetik bakteriofag tersebut akan disimpan oleh bakteri. Jika di lain waktu bakteriofag yang sama mencoba menginfeksi kembali, CRISPR/Cas9 dapat bereaksi lebih cepat untuk menghentikannya. 

Sistem kekebalan bakteri ini rupanya dapat dimanfaatkan ilmuwan untuk mengubah DNA berbagai organisme. Kok bisa?

Baca Juga: Tertarik dengan Microbiome? Yuk, Belajar Genomics!
 

Bagaimana CRISPR/Cas9 Dapat Mengedit DNA?

Kalau kamu sudah membaca tentang gen dan bagaimana bioteknologi dapat berperan penting saat ini dan di masa depan, mungkin kamu telah menyadari betapa kecanggihan teknologi memiliki peran yang besar untuk kelangsungan hidup manusia. 

Para ilmuwan terus meneliti cara agar makhluk hidup dapat terjaga spesiesnya beserta ekosistem pendukungnya, salah satunya melalui modifikasi DNA dengan teknologi CRISPR/Cas9.

CRISPR/Cas9 dapat digunakan sebagai alat edit genome yang dianggap cepat, terjangkau, dan lebih akurat jika dibandingkan dengan teknik edit DNA sebelumnya, serta memiliki potensi penerapan yang lebih luas. CRISPR/Cas9 memungkinkan ilmuwan untuk mengedit genome dengan mengurangi, menambah, atau mengubah bagian dari susunan DNA. 

Saat ini, teknologi CRISPR/Cas9 sedang menjadi topik hangat di dunia sains karena keunikan dan kapabilitasnya yang membuka banyak kemungkinan di masa depan. Sistem CRISPR/Cas9 memiliki dua molekul yang dapat mengubah DNA, yaitu: 

1. Enzim Cas9 yang bertindak sebagai "gunting" untuk memotong untaian DNA di lokasi yang spesifik, sehingga kelak dapat ditambah atau dikurangi. 
2. Potongan RNA yang disebut guide RNA (gRNA), yang akan membantu memandu Cas9 menuju bagian genome yang akan dipotong dengan tepat. 

gRNA didesain untuk mencari dan mengikat urutan spesifik dalam DNA, kemudian Cas9 akan mengikuti dan memotong bagian tersebut. Sel yang DNA-nya terpotong akan sadar dan berusaha memperbaiki DNA yang rusak. 

Di fase mekanisme perbaikan DNA ini, ilmuwan dapat memperkenalkan perubahan pada satu atau lebih gen dalam genome. Ketika perbaikan DNA selesai, sel telah memiliki susunan DNA baru dan telah bermutasi. 

Baca Juga: Potensi Masa Depan Teknologi Microbiome dalam Kesehatan
 

Penerapan Teknologi CRISPR/Cas9

​

Memiliki kemampuan untuk mengedit DNA tentu dapat membuka banyak potensi solusi dari berbagai masalah yang disebabkan oleh gen, misalnya:
 

1. Terapi Kondisi Medis

CRISPR/Cas9 berpotensi menjadi alat untuk mengatasi berbagai kondisi medis yang disebabkan oleh komponen genetik, termasuk kanker, hepatitis B, bahkan kolesterol tinggi. 

Namun, penelitian lain juga menambahkan bahwa teknologi ini juga berpotensi untuk mengendalikan atau mengatasi penyakit menular akibat patogen seperti bakteri, virus, jamur ataupun parasit.
 

2. Menciptakan Spesies Tanaman Baru

Teknologi ini juga memungkinkan menciptakan spesies tanaman baru dengan memperkenalkan gen baru ke dalam tanaman yang ada. Misalnya, peneliti sedang mengembangkan tomat yang pedas dengan mengubah DNA tomat agar dapat memproduksi zat capsaicin yang memberikan rasa pedas di mulut. 

Bukan tidak mungkin pula ilmuwan mengembangkan jenis tanaman yang mampu tumbuh di segala cuaca, yang ekstrim sekalipun, agar dapat menjadi solusi pasokan pangan yang menurun. 
 

3. Menghidupkan Hewan yang Telah Punah

Selain tanaman, ilmuwan juga bisa "membangkitkan" kembali hewan-hewan yang telah punah, misalnya mammoth berbulu atau bahkan dinosaurus. Misalnya, ilmuwan berhasil menggunakan CRISPR/Cas9 untuk mengubah sel gajah agar membawa DNA mammoth yang sudah punah. 

Hal ini memungkinkan gajah dapat memiliki sifat seperti mammoth, misalnya bulu yang seperti wol, agar dapat bertahan hidup di cuaca dingin. Hal ini juga dapat menjadi solusi dari populasi gajah yang terus menurun setiap tahunnya dengan meningkatkan kemampuannya untuk bertahan hidup.

Baca Juga: Teknologi Masa Depan: Modifikasi Genetik, Kloning, dan Lainnya

Penggunaan teknologi CRISPR/Cas9 dan teknologi perubahan DNA lainnya secara umum tidak kontroversial untuk sel non-reproduktif. Hingga saat ini, mengedit genome sel reproduktif masih diperdebatkan karena setiap perubahan yang terjadi dapat diturunkan dari generasi ke generasi. Mengubah gen sel reproduktif saat ini masih ilegal hampir di setiap negara. 

DIlihat dari perkembangannya, teknologi ini mungkin masih membutuhkan beberapa tahun lagi untuk dapat digunakan secara luas dan umum. Penelitian masih fokus menguji coba pada sel manusia yang terisolasi atau pada hewan, terutama untuk mengetahui dampak pemotongan DNA yang meleset dari target. 

Genome makhluk hidup adalah hal yang sangat kompleks, sehingga pemotongan DNA yang tidak tepat sasaran dapat memutasi sel di tempat yang salah dan menimbulkan dampak lain untuk gen secara keseluruhan. Oleh karena itu, para ilmuwan masih terus mengasah dan mendesain teknologi yang diperlukan agar Cas9 selalu tepat sasaran.

Wah, ternyata bioteknologi keren tidak hanya di film-film sci-fi ya! Semoga ke depannya manfaat teknologi ini dapat dinikmati oleh masyarakat umum secara luas untuk mengatasi berbagai kondisi kesehatan.

Sebagai startup bioteknologi di Indonesia, Nusantics juga terbuka untuk membantu siapa saja yang membutuhkan teknologi untuk penelitian microbiome. Dengan menyusun BiomeIndex, kamu dapat mengetahui apakah komposisi microbiome pada suatu produk, lingkungan, atau bahkan tubuh kamu sudah seimbang atau belum. Together for a better future!

Referensi:

• Marnik E, Bautista C, Drangowska-Way A, Simopoulos C and Merritt T (2021) CRISPR: A New Way for Scientists to Edit DNA. Front. Young Minds. 9:600133. doi: 10.3389/frym.2021.600133
• Splice. “Bringing the Woolly Mammoth Back to Life with CRISPR/Cas9.” Splice, 23 Feb. 2017, www.splice-bio.com/bringing-the-woolly-mammoth-back-to-life-with-crisprcas9.
• “What Is CRISPR-Cas9?” Yourgenome, 25 Oct. 2021, www.yourgenome.org/facts/what-is-crispr-cas9.
• McCarthy, Matthew W. “Harnessing the potential of CRISPR-based platforms to advance the field of hospital medicine.” Expert review of anti-infective therapy vol. 18,8 (2020): 799-805. doi:10.1080/14787210.2020.1761333