Diposting Sabtu, 8 Januari 2011 jam 4:42 am oleh Gun HS

Ilmuwan Mengkonstruksi Protein Sintentik yang Mempertahankan Hidup

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Sabtu, 8 Januari 2011 -


Dalam sebuah pencapaian terobosan yang bisa membantu para ilmuwan “membangun” sistem biologis baru, para ilmuwan Universitas Princeton untuk pertama kalinya telah mengkonstruksi protein buatan yang memungkinkan terjadinya pertumbuhan sel-sel hidup.

Tim peneliti menciptakan urutan genetik yang belum pernah terlihat di alam, dan para ilmuwan menunjukkan bahwa urutan ini dapat menghasilkan zat yang mendukung kehidupan dalam sel, hampir sama mudahnya dengan protein yang diproduksi oleh perangkat alam sendiri.

“Apa yang kami miliki di sini adalah mesin molekuler yang berfungsi dengan baik dalam organisme hidup walaupun dari awal mereka dirancang dan dinyatakan dari gen buatan,” kata Michael Hecht, seorang profesor kimia di Princeton, yang memimpin penelitian tersebut. “Ini memberitahu kita bahwa perlengkapan bagian molekuler untuk hidup tidak perlu terbatas pada bagian – gen dan protein – yang sudah tersedia di alam.”

Michael Hecht, seorang profesor kimia di Universitas Princeton, memimpin tim peneliti, untuk pertama kalinya mengkonstruksi protein buatan yang memungkinkan pertumbuhan sel-sel hidup. Protein sintetis ini dirancang dari awal dan dinyatakan dari gen buatan. Hecht tengah memegang sampel bakteri hidup yang mengandung protein sintetis. (Foto: Brian Wilson)

Pekerjaan ini merupakan kemajuan yang signifikan dalam biologi sintetik, memunculkan area penelitian di mana para ilmuwan bekerja untuk merancang dan membuat komponen biologis serta sistem yang tidak tersedia di alam. Salah satu tujuan bidang ini adalah mengembangkan keseluruhan genom buatan yang terdiri dari pola bahan kimia yang unik.

“Pekerjaan kami menunjukkan,” Hecht mengatakan, “bahwa konstruksi genom buatan yang mampu mempertahankan kehidupan sel mungkin berada dalam pencapaian.”

Hampir semua pekerjaan sebelumnya dalam biologi sintetis difokuskan pada bagian reorganisasi yang diambil dari organisme alam. Sebaliknya, hasil yang dijelaskan oleh tim riset ini menunjukkan bahwa fungsi biologis dapat disediakan oleh makromolekul yang tidak dipinjam dari alam, tetapi dirancang di laboratorium.

Meskipun sebelumnya para ilmuwan telah menunjukkan bahwa protein dapat dirancang untuk melipat dan, dalam beberapa kasus, mengkatalisis reaksi, namun kerja tim Princeton ini merupakan perbatasan baru dalam menciptakan protein-protein sintetis.

Penelitian ini, yang dilakukan Hecht beserta tiga mantan mahasiswa dan mantan sesama pasca-doktor Princeton, diuraikan dalam jurnal online PLoS ONE, yang dipublikasikan oleh Public Library of Science.

Hecht bersama para mahasiswa dalam laboraturiumnya mempelajari hubungan antara proses biologis pada skala molekul dan prosesnya pada besaran yang lebih luas. Misalnya, ia mempelajari bagaimana lipatan protein dalam otak dapat menyebabkan penyakit Alzheimer, dan terlibat dalam pencarian senyawa untuk menggagalkan proses tersebut. Dalam pekerjaan yang berhubungan dengan makalah baru, Hecht dan para mahasiswanya juga tertarik mempelajari apa yang mendorong proses rutin lipatan protein pada tingkat dasar – sebagaimana protein perlu melipat untuk bisa berfungsi – dan mengapa urutan utama tertentu telah berevolusi menjadi pusat eksistensi.

Protein merupakan mesin organisme, yang dihasilkan dari instruksi yang dikodekan ke dalam DNA sel. Identitas setiap protein yang diberikan ditentukan oleh urutan 20 bahan kimia yang unik, yang dikenal sebagai asam amino. Jika asam amino yang berbeda dapat dilihat sebagai huruf dari sebuah alfabet, maka setiap urutan protein adalah “kalimat” uniknya sendiri.

Dan, jika protein adalah sepanjang 100 asam amino (protein kebanyakan lebih panjang lagi), secara astronomis terdapat sejumlah besar kemungkinan urutan protein yang berbeda, kata Hecht. Pusat penelitian timnya adalah untuk mempertanyakan bagaimana bisa terdapat hanya sekitar 100.000 protein yang berbeda yang dihasilkan dalam tubuh manusia, ketika terdapat suatu potensi untuk lebih banyak lagi. Mereka mempertanyakan, apakah protein-protein tertentu ini adalah istimewa? Atau mungkin protein yang lain bekerja dengan sama baiknya, meskipun evolusi belum memiliki kesempatan untuk mencobai mereka?

Hecht dan kelompok risetnya mulai membuat protein buatan yang dikodekan dengan urutan genetik yang tidak terdapat di alam. Mereka memproduksi sekitar 1 juta urutan asam amino yang dirancang untuk melipat ke dalam struktur stabil tiga-dimensi.

“Apa yang saya yakini sebagai yang paling menarik dalam pekerjaan kami adalah bahwa informasi yang dikodekan dalam gen buatan ini benar-benar baru – ini tidak datang dari, juga tidak signifikan berhubungan dengan, informasi yang dikodekan oleh gen alami, namun hasil akhirnya adalah mikroba fungsional yang hidup,” kata Michael Fisher, rekan-penulis makalah yang meraih gelar Ph.D. di Princeton pada tahun 2010 dan sekarang menjadi sesama pasca-doktoral di Universitas California-Berkeley.

“Ini mungkin adalah analog dengan mengambil sebuah kalimat, muncul dengan kata-kata yang baru, menguji apabila terdapat kata-kata baru di mana kita bisa mengambil salah satu tempat dari kata-kata asli dalam kalimat tersebut, dan menemukan bahwa dalam beberapa kasus, kalimat tersebut secara virtual mempertahankan arti yang sama saat memasukkan kata-kata yang baru.”

Setelah tim menciptakan pustaka baru protein buatan, mereka memasukkannya ke dalam strain mutan protein dari berbagai bakteri di mana gen alami tertentu sebelumnya telah dihapus. Gen alami yang dihapus diperlukan untuk kelangsungan hidup di bawah pengaturan kondisi, termasuk suplai makanan yang terbatas. Dalam kondisi yang keras, strain mutan bakteri menjadi mati – kecuali mereka memperoleh protein baru dari koleksi Hecht yang mempertahankan hidup . Hal ini penting karena pembentukan koloni bakteri pada kondisi selektif ini bisa terjadi hanya jika protein dalam koleksi memiliki kemampuan untuk mempertahankan pertumbuhan sel-sel hidup.

Dalam serangkaian percobaan menjelajahi peran protein yang berbeda, para ilmuwan menunjukkan bahwa berbagai jenis bakteri yang seharusnya mati diselamatkan oleh protein baru yang dirancang di laboratorium. “Protein buatan ini tidak ada hubungannya dengan setiap urutan biologis yang diketahui, namun mereka mempertahankan hidup,” kata Hecht.

Kara McKinley, yang juga merupakan rekan-penulis dan salah satu dari 2.010 lulusan Princeton yang sekarang menjadi mahasiswa Ph.D. di Institut Teknologi Massachusetts, menambahkan: “Ini merupakan hasil yang menarik, karena menunjukkan bahwa protein alami dapat mempertahankan sistem alami, dan bahwa protein tersebut dapat ditemukan pada frekuensi yang relatif tinggi di pustaka yang dirancang hanya untuk struktur.”

Selain Hecht, Fisher dan McKinley, penulis lain di atas makalah meliputi Luke Bradley, mantan sesama pasca-doktoral di laboratorium Hecht yang kini menjadi asisten profesor di Universitas Kentucky, serta Sara Viola, lulusan Princeton tahun 2008 yang kini menjadi mahasiswa medis di Universitas Columbia.

Penelitian ini didanai oleh National Science Foundation.

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.