Prinsip evolusi berusia sekitar empat miliar menginspirasi tiga ilmuwan kimia untuk “menciptakan” enzim baru.
Enzim itu dapat digunakan untuk menciptakan enzim, antibodi, obat, bahan-bahan kimia untuk industri yang ramah lingkungan. Temuan ini bisa digunakan untuk mencegah penyakit dan menyelamatkan nyawa.
Ketiganya yaitu Frances Hamilton Arnold, dari California Institute of Technology, Pasadena, AS; George Pearson Smith dari University of Missouri, Columbia, AS; dan Sir Gregory Paul Winter dari Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Inggris. Ketiga ilmuwan ini memiliki kesamaan dalam penelitiannya yaitu melakukan proses pada bakteri dan enzimdengan menggunakan rekayasa genetik dan protein.
Ketiga ilmuwan trans-Atlantik itu terinspirasi kekuatan evolusi dan menggunakan prinsip-prinsip yang sama, yaitu perubahan genetik dan seleksi untuk meningkatkan protein yang menjawab persoalan kimia manusia. Hasil kerja mereka antara lain bahan bakar ramah lingkungan dan obat-obat baru untuk mengobati penyakit auto-imun dan kanker.
Mereka tidak semata berkutat dengan penelitian dasar kimia. Penelitian mereka menembus lintas ilmu, meramu ilmu kimia dengan ilmu biologi.
Rekayasa Protein
Biologi sintetis merupakan bidang yang sedang berkembang dan fokus pada rekayasa biologi molekul seperti protein atau DNA. Para ilmuwan dapat membuat bakteri diproduksi secara massal untuk beragam keperluan khusus.
Arnold mengatakan, pada saat dia mulai menekuni bidang tersebut, bidang itu disebut sebagai “rekayasa protein”. “Itu amat nyata bagi saya, bidang itu amat menggairahkan. Namun, saya tidak memprediksi bahwa ini akan demikian menarik dan besar pengaruhnya.”
Dia mengarahkan evolusi enzim dengan melakukan mutasi genetik untuk menciptakan varian enzim tertentu. Dia akan memilih varian yang bermanfaat, yang tetap bermanfaat dalam beragam pelarut, tidak hanya pada lingkungan berbasis air.
Temuan itu sampai sekarang secara rutin dipakai untuk membuat katalisator baru, digunakan di pabrik-pabrik bahan kimia, pabrik obat, dan produksi bahan bakar terbarukan untuk sektor transportasi yang lebih hijau.
Membiakkan molekul seperti kita membiakkan kuda pacu
Sekarang dia memiliki banyak perangkat karena revolusi genetik. Dia bisa memilih dan membuat perubahan molekul menjadi bentuk yang dia inginkan. “Saya membiakkan molekul seperti kita membiakkan kuda pacu. Pekerjaan saya serupa dengan para pembiak hewan piaraan yang sudah ratusan tahun ada,” katanya.
Empat tahun lalu, kepada National Public Radio, Arnold mengatakan, ”Saya ingin menulis ulang kode kehidupan, membuat mesin molekul baru yang bisa memecahkan persoalan yang dihadapi manusia.”
Arnold adalah profesor rekayasa kimia. Dia menggabungkan elemen acak dari proses evolusi ke dalam proyeknya tentang enzim-protein yang menjadi katalisator pada reaksi kimia. Tahun 1993 dia melakukan proses “evolusi langsung enzim” dan berhasil menciptakan prototipe metode yang terus dia perbaiki.
Kelompok risetnya sekarang mengembangkan enzim yang bisa mengubah gula secara sederhana menjadi isobutanol, sebuah zat yang digunakan dalam proses produksi biofuel dan plastik. Hasil karyanya memungkinkan untuk mengurangi pemakaian berbagai katalisator beracun, menyediakan enzim untuk semua bidang termasuk mengembangkan biofuel dan produk-produk obat-obatan.
Arnold adalah perempuan ilmuwan dan perekayasa kelima yang menerima Nobel Bidang Kimia. Perempuan penerima sebelumnya adalah Ada Yonath (2009), Dorothy Crowfoot Hodgkin (1964), Irene Joliot-Curie (1935), dan Marie Curie (1911). Marie Curie tidak lain adalah ibu Joliot-Curie.
Arnold, ilmuwan sekaligus ahli teknik, adalah ilmuwan yang pertama kali melakukan ”evolusi terarah” dari enzim, protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi kimia. Tujuannya untuk mengetahui apakah enzim dapat diubah agar bisa bermanfaat dengan cara yang lain, misalnya di lingkungan baru.
Selain menjadi peneliti, dia juga turut mendirikan perusahaan Gevo Inc. (perusahaan perdagangan yang membuat bahan bakar jet prekursor). Akhir-akhir ini dia turut mendirikan Provivi, sebuah perusahaan start up untuk menggantikan pestisida tradisional.
Antibodi Terapeutik
Tahun 2016, Winter mulai meneliti dan menemukan antibodi yang bisa digunakan manusia. Dia bicara tentang kekuatan antibodi monoklon terapeutik (therapeutic monoclonal antibodies).
Sebagai peneliti, Winter memiliki pemikiran bahwa semua antibodi memiliki struktur dasar yang sama. Perbedaan kecil membuatnya berbeda dan spesifik untuk satu tujuan tertentu. Dia amat ahli dalam bidang antibodi yang disesuaikan untuk manusia dan antibodi terapeutik manusia. Keahliannya tersebut membawanya pada terapi antibodi untuk kanker dan penyakit-penyakit seperti artritis rematik dan sklerosis ganda.
Dia kemudian mendirikan beberapa perusahaan yang sukses seperti Cambridge Antibody Technology yang diakuisisi AstraZeneca, Domantis (diambil oleh GlaxoSmithKline), dan Bicycle Therapeutics.
Obat yang pertama kali dihasilkan dari antibodi manusia dan dibuat dengan menggunakan metode ini adalah adalimumab yang juga dikenal sebagai Humira. Humira merupakan produk obat biologi andalan dari AbbVie (BENER GINI) Inc., yang pertama kali diloloskan di AS pada 2002. Humira digunakan untuk merawat kondisi rheumatoid arthritis hingga psoriasis, juga gut disorders.
Bakteriofag
Sementara itu, Smith pada 1985 mengembangkan sebuah metode dengan menggunakan bakteriofag. Bakteriofag adalah virus yang dapat mematikan bakteri dan mengandung DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid) untuk mendapatkan antibodi. Antibodi adalah protein besar yang digunakan sistem tubuh untuk menetralkan bakteri atau virus yang berbahaya.
Bakteriofag menginjeksikan DNA dan RNA ke bakteri untuk menggerakkan metabolisme bakteri agar bisa mereproduksi diri. Protein yang muncul akan langsung tampak pada permukaan fag. Metode yang ia gunakan dikenal dengan nama ”tampilan fag” (phage display).
Candaan yang umum kalau ada yang menelepon dari Swedia dan bilang, ‘Kamu menang!’. Tapi, terus hening. Saya langsung sadar bahwa itu bukan dari teman saya
Smith menggunakan zat ini untuk mengarahkan evolusi antibodi yang melawan penyakit dengan tujuan untuk menemukan obat baru. Terkait penelitiannya, ia dengan rendah hati mengatakan, “Amat sedikit penelitian yang benar-benar terobosan baru. Biasanya semua berkembang dari apa yang sudah ada sebelumnya. Itu hanya terjadi sekali. Itu yang terjadi pada penelitian saya.”
Smith yang dikenal anti-Yahudi dan pro-Palestina ini menerima telepon dari Stockholm yang semula dia pikir seseorang yang mengajaknya bercanda. “Candaan yang umum kalau ada yang menelepon dari Swedia dan bilang, ‘Kamu menang!’. Tapi, terus hening. Saya langsung sadar bahwa itu bukan dari teman saya,” tuturnya
____________
Frances Hamilton Arnold
Lahir: Pittsburgh, Pennsylvania, AS, 25 Juli 1956
Orangtua: William Howard Arnold
Prestasi : penghargaan National Medal of Technology and Innovation, dll
Pendidikan :
Princeton University; California Institute of Technology; University of California, Berkley
Buku: Shanghai Museum of Glass
Keahlian :
Ilmuwan sekaligus perekayasa
Ahli metode evolusi langsung untuk menciptakan sistem biologi yang bermanfaat: enzim, jalur metabolisme, sirkuit pengatur genetik, dan ahli organisme
Penghargaan: Nobel Bidang Kimia 2018
Sir Gregory Paul Winter
Lahir: Leicester, Inggris, 14 April 1951
Pendidikan:
Royal Grammar School, Newcastle
Doktor dari University of Cambridge
Keahlian:
Rekayasa antibodi
Karier: Wakil Direktur pada Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, institusi yang didirikan Medical Research Council Inggris.
Penghargaan:
1986 Colworth Medal
1987 EMBO Member
1989 Louis-Jeantet Prize for Medicine
2004 Knight Bachelor
2011 Royal Medal
2016 Prince Mahidol Award
2018 Nobel Bidang Kimia
Lain-lain:
1990 terpilih menjadi anggota Fellow of the Royal Society
George Pearson Smith
Lahir : Norwalk, Connecticut tahun 1941
Pendidikan :
1970, doktor di bidang Bakteriologi dan Imunologi di Harvard University
1963 sarjana di bidang Biologi dari Haverford College
Karier:
1975, bergabung dengan Division of Biological Sciences at the University of Missouri, Columbia, AS.
Publikasi :
35 makalah tentang struktur antibodi dan evolusi, evolusi dari deret DNA berulang (repeated DNA sequences), genom, dan biologi filamentous phage, salah satu jenis bakteriofag-dari sini lahir metode bakterio.
Penghargaan:
Nobel Bidang Kimia 2018
Referensi: Brigitta Isworo Laksmi, Kompas, 6 Oktober 2018