Para ilmuwan telah menciptakan sistem "kecerdasan buatan biologis"

Para ilmuwan Australia telah berhasil mengembangkan sistem penelitian yang menggunakan "kecerdasan buatan biologis" untuk merancang dan mengembangkan molekul dengan fungsi baru atau yang lebih baik, langsung di dalam sel mamalia. Para peneliti mengatakan sistem ini merupakan alat baru yang ampuh yang dapat membantu para ilmuwan mengembangkan obat penelitian atau terapi gen yang lebih spesifik dan efektif.

Sistem yang disebut PROTEUS (Protein Evolution Using Selection) ini menggunakan metode yang disebut "evolusi terarah", sebuah teknik laboratorium yang meniru kekuatan alami evolusi. Alih-alih memakan waktu bertahun-tahun atau puluhan tahun, sistem ini mempercepat siklus evolusi dan seleksi alam, menciptakan molekul dengan fungsi baru hanya dalam beberapa minggu.

Hal ini dapat berdampak langsung pada pencarian obat baru yang lebih efektif. Misalnya, sistem ini dapat digunakan untuk meningkatkan teknologi penyuntingan gen seperti CRISPR agar lebih efektif.

"Ini berarti PROTEUS dapat digunakan untuk menghasilkan molekul baru yang dioptimalkan untuk bekerja di dalam tubuh kita, dan kita dapat menciptakan obat baru yang sulit atau bahkan mustahil dibuat menggunakan teknologi saat ini," kata rekan penulis studi Profesor Greg Neely, kepala Laboratorium Genomik Fungsional Dr. John dan Anne Chong di Universitas Sydney.

"Hal baru dalam penelitian kami adalah bahwa evolusi terarah terutama bekerja pada sel bakteri, sedangkan PROTEUS dapat mengembangkan molekul pada sel mamalia."

Sistem PROTEUS dapat memecahkan masalah dengan solusi yang tidak pasti - mirip dengan cara pengguna memasukkan kueri ke dalam platform kecerdasan buatan. Misalnya, masalahnya mungkin adalah bagaimana cara "mematikan" gen penyakit dalam tubuh seseorang secara efektif.

PROTEUS kemudian menggunakan evolusi terarah untuk mengeksplorasi jutaan kemungkinan urutan yang belum ada di alam, dan menemukan molekul dengan sifat yang sangat sesuai dengan permasalahan. Ini berarti PROTEUS dapat menemukan solusi yang akan membutuhkan waktu bertahun-tahun bagi peneliti manusia—jika mereka memang dapat menemukannya.

Para ilmuwan melaporkan bahwa dengan bantuan PROTEUS, mereka mengembangkan versi protein yang lebih baik yang lebih mudah diatur oleh obat-obatan, serta nanobodi (versi mini antibodi) yang dapat mendeteksi kerusakan DNA, sebuah proses penting yang berkontribusi pada perkembangan kanker. Namun, sebagaimana ditekankan oleh para penulis, aplikasi PROTEUS tidak terbatas pada hal ini: ia dapat digunakan untuk meningkatkan fungsi sebagian besar protein dan molekul.

Hasilnya dipublikasikan di Nature Communications. Penelitian ini dilakukan di Charles Perkins Centre di University of Sydney bekerja sama dengan para peneliti dari Centenary Institute.

Penemuan pembelajaran mesin molekuler

Pengembangan asli metode evolusi terarah, yang pertama kali diterapkan pada bakteri, dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 2018.

"Penemuan evolusi terarah mengubah arah biokimia. Kini, dengan PROTEUS, kita dapat memprogram sel mamalia untuk memecahkan masalah genetik yang belum memiliki jawaban pasti. Jika kita membiarkan sistem ini berjalan terus-menerus, kita dapat memantau bagaimana sistem tersebut memecahkan masalah tersebut secara berkala," ujar peneliti utama Dr. Christopher Denes, dari Charles Perkins Centre dan School of Life and Environmental Sciences.

Tantangan utama yang dihadapi Denes dan timnya adalah bagaimana membuat sel mamalia tangguh terhadap berbagai siklus evolusi dan mutasi, sekaligus menjaga stabilitasnya dan mencegah sistem “curang” dengan mencari solusi remeh yang tidak sesuai dengan tugas yang dihadapi.

Para ilmuwan menemukan solusi dengan menggunakan partikel mirip virus chimeric, sebuah desain yang terdiri dari lapisan luar satu virus dan gen virus lainnya. Desain ini mencegah sistem dari "kecurangan".

Desainnya menggabungkan elemen dari dua keluarga virus yang sangat berbeda, menciptakan "yang terbaik dari kedua dunia". Sistem yang dihasilkan memungkinkan sel untuk memproses berbagai kemungkinan solusi secara paralel, dengan solusi yang lebih baik menjadi dominan dan solusi yang salah menghilang.

"PROTEUS stabil, tangguh, dan telah tervalidasi di laboratorium independen. Kami mendorong kelompok penelitian lain untuk menggunakan metode ini. Dengan menggunakan PROTEUS, kami berharap dapat mendorong pengembangan enzim, perangkat molekuler, dan terapi generasi baru," ujar Dr. Denes.

"Kami telah membuka sistem ini untuk komunitas riset dan menantikan bagaimana sistem ini dapat digunakan. Tujuan kami adalah meningkatkan teknologi penyuntingan gen dan menyempurnakan obat mRNA untuk efek yang lebih kuat dan spesifik," tambah Profesor Neely.