Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses editorial dan kebijakan Science X. Para editor telah menyoroti atribut-atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

Credit: Pixabay/CC0 Public Domain

Ilmuwan di Australia telah berhasil mengembangkan sebuah sistem penelitian yang menggunakan 'kecerdasan buatan biologis' untuk merancang dan mengembangkan molekul dengan fungsi baru atau yang ditingkatkan secara langsung dalam sel mamalia. Para peneliti menyatakan bahwa sistem ini menyediakan alat baru yang kuat yang akan membantu ilmuwan dalam mengembangkan alat penelitian atau terapi gen yang lebih spesifik dan efektif.

Sistem ini dinamakan PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection) dan memanfaatkan 'evolusi terarah', sebuah teknik laboratorium yang meniru kekuatan alami dari evolusi. Namun, daripada memakan waktu bertahun-tahun atau bahkan puluhan tahun, metode ini mempercepat siklus evolusi dan seleksi alam, memungkinkan mereka untuk menciptakan molekul dengan fungsi baru dalam waktu beberapa minggu.

Pengembangan ini dapat memiliki dampak langsung dalam menemukan obat-obatan baru yang lebih efektif. Sebagai contoh, sistem ini dapat diterapkan untuk meningkatkan teknologi pengeditan gen seperti CRISPR untuk memperbaiki efektivitasnya.

“Ini berarti PROTEUS dapat digunakan untuk menghasilkan molekul baru yang sangat sesuai untuk berfungsi dalam tubuh kita, dan kita dapat menggunakannya untuk membuat obat baru yang sebaliknya sulit atau bahkan tidak mungkin dibuat dengan teknologi saat ini,” kata profesor Greg Neely, salah satu penulis senior dan kepala Laboratorium Genomika Fungsional Dr. John dan Anne Chong di Universitas Sydney.

“Apa yang baru tentang pekerjaan kami adalah bahwa evolusi terarah umumnya bekerja di sel bakteri, sedangkan PROTEUS dapat mengembangkan molekul dalam sel mamalia.”

PROTEUS dapat diberikan masalah dengan solusi yang tidak pasti, seperti ketika seorang pengguna memberikan masukan untuk platform kecerdasan buatan. Misalnya, masalahnya bisa berupa bagaimana cara efektif mematikan gen penyakit manusia di dalam tubuh kita.

Selanjutnya, PROTEUS menggunakan evolusi terarah untuk menjelajahi jutaan kemungkinan urutan yang belum ada secara alami dan menemukan molekul dengan sifat yang sangat sesuai untuk memecahkan masalah tersebut. Ini berarti PROTEUS dapat membantu menemukan solusi yang biasanya akan memakan waktu bertahun-tahun bagi seorang peneliti manusia untuk menyelesaikannya, jika tidak mungkin sama sekali.

Para peneliti melaporkan bahwa mereka menggunakan PROTEUS untuk mengembangkan versi protein yang ditingkatkan yang dapat lebih mudah diatur oleh obat-obatan, serta nanobody (versi mini dari antibodi) yang dapat mendeteksi kerusakan DNA, yang merupakan proses penting dalam memicu kanker. Namun, mereka mengatakan bahwa PROTEUS tidak terbatas pada ini dan dapat digunakan untuk meningkatkan fungsi sebagian besar protein dan molekul.

Temuan ini dilaporkan dalam jurnal Nature Communications, dengan penelitian dilakukan di Charles Perkins Centre, Universitas Sydney, dengan kolaborator dari Centenary Institute.

Membuka Kunci Pembelajaran Mesin Molekuler

Pengembangan awal evolusi terarah, yang pertama kali dilakukan pada bakteri, diakui dengan Penghargaan Nobel 2018 dalam Kimia.

“Penemuan evolusi terarah mengubah arah biokimia. Kini, dengan PROTEUS, kita dapat memprogram sel mamalia dengan masalah genetik yang tidak kita ketahui cara menyelesaikannya. Dengan membiarkan sistem kami berjalan terus menerus, kami dapat secara teratur memeriksa cara sistem menyelesaikan tantangan genetik kami,” kata peneliti utama Dr. Christopher Denes dari Charles Perkins Centre dan Sekolah Ilmu Kehidupan dan Ilmu Lingkungan.

Tantangan terbesar yang dihadapi Dr. Denes dan timnya adalah bagaimana memastikan sel mamalia dapat bertahan dalam banyak siklus evolusi dan mutasi serta tetap stabil, tanpa sistem “curang” dan menghasilkan solusi sepele yang tidak menjawab pertanyaan yang dimaksud.

Mereka menemukan kunci untuk masalah ini adalah penggunaan partikel mirip virus chimera, sebuah desain yang terdiri dari mengambil cangkang luar dari satu virus dan menggabungkannya dengan gen dari virus lain, yang mencegah sistem dari kecurangan.

Desain ini menggunakan bagian dari dua keluarga virus yang sangat berbeda untuk menciptakan yang terbaik dari kedua dunia. Sistem yang dihasilkan memungkinkan sel untuk memproses berbagai solusi yang mungkin secara paralel, dengan solusi yang lebih baik memenangkan dan menjadi lebih dominan sementara solusi yang salah menghilang.

“PROTEUS stabil, kuat, dan telah divalidasi oleh laboratorium independen. Kami mengundang laboratorium lain untuk mengadopsi teknik ini. Dengan menerapkan PROTEUS, kami berharap dapat memberdayakan pengembangan generasi baru enzim, alat molekuler, dan terapeutik,” kata Dr. Denes.

“Kami menjadikan sistem ini open source untuk komunitas penelitian, dan kami sangat antusias melihat apa yang orang gunakan, tujuan kami adalah untuk meningkatkan teknologi pengeditan gen, atau untuk menyempurnakan obat mRNA untuk efek yang lebih kuat dan spesifik,” tambah Profesor Neely.

Informasi lebih lanjut: Alexander J. Cole et al, A chimeric viral platform for directed evolution in mammalian cells, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59438-2.