Untuk Pertama Kalinya, Sel Sintetis yang Dirakit dari Nol Tumbuh dan Membelah
(quantamagazine.org)- Riset biologi sintetis yang berupaya mereproduksi asal-usul kehidupan di laboratorium kini telah mencapai tahap menggabungkan pertumbuhan, replikasi DNA, dan pembelahan dalam satu sistem
- Sel ini masih sulit dianggap sebagai sel hidup, karena harus menerima ribosom dan nutrisi dari luar serta masih kekurangan sistem pertahanan dan pengolahan limbah
- Tim riset Kate Adamala menggabungkan sistem replikasi DNA, paket enzim produksi protein, liposom pemasok, dan protein membran pemicu pembelahan untuk membuat spudcell, dan riset ini masih belum melalui telaah sejawat
- Sel yang gennya diubah secara artifisial dapat tumbuh lebih besar atau menghasilkan lebih banyak sel anak, tetapi seleksi alam berbasis mutasi acak masih belum terwujud
- Tim peneliti berencana membuka data dan metodenya serta mendistribusikan alat melalui organisasi nirlaba Biotic, dengan potensi penggunaan jangka panjang untuk material baru, obat-obatan, dan riset asal-usul kehidupan
Siklus sel dari bahan nonhayati
- Para biolog memasukkan komponen nonhayati satu per satu ke dalam membran mirip sel untuk melihat apakah kantong molekuler itu dapat menunjukkan perilaku yang menyerupai kehidupan
- Sel sintetis buatan laboratorium ini menjalankan bersama langkah-langkah inti dari siklus sel dasar
- pertumbuhan
- replikasi DNA
- pembelahan
- Jack Szostak menilai bahwa ia tidak mengetahui contoh lain yang sudah melangkah sejauh ini dalam upaya merakit sel buatan dari komponen biologis
- Namun, sel ini bukanlah sel hidup menurut definisi apa pun
- membutuhkan pasokan makanan yang terus-menerus
- harus menerima ribosom, perangkat produksi protein, dari luar
- tidak memiliki sistem pertahanan dan sistem pembuangan limbah yang baik
- Sijbren Otto menilai bahwa target membuat sesuatu yang hidup dari komponen yang mati sudah jauh lebih dekat, tetapi belum sepenuhnya tercapai
Desain spudcell dan cara perakitannya
- Tim University of Minnesota yang dipimpin Kate Adamala membangun sel sintetis dari sistem buatan laboratorium dengan semua komponen molekulernya dalam riset baru
- Riset ini masih belum melalui telaah sejawat
- Saat memulai labnya pada 2016, Adamala membayangkan sel sintetis yang menggunakan genomnya sendiri untuk menjalani siklus pembelahan sel yang lengkap
- Kriteria desainnya adalah fungsi-fungsi dasar yang dimiliki semua sel yang diketahui
- tumbuh
- mereplikasi DNA
- membelah
- berevolusi
- mentranskripsikan DNA menjadi RNA dan membuat protein untuk menjalankan fungsi yang dibutuhkan sel
- mengumpulkan bahan yang diperlukan di dalam membran lipid
- Tim peneliti harus membuat genom untuk sel sintetis itu dan sekaligus memasok bahan-bahan yang akan menjalankan fungsinya
Replikasi DNA dan liposom pemasok
- Tubuh sel diperankan oleh liposom, kantong kosong sederhana yang dikelilingi membran lipid
- Tim peneliti mula-mula membangun sistem paling dasar untuk mereplikasi DNA dan menyalurkannya ke sel anak
- Mereka mengadopsi sistem replikasi DNA yang dipelopori Hannes Mutschler dan Christophe Danelon
- Sistem itu disesuaikan agar bekerja bersama paket komersial berisi 36 enzim yang memungkinkan pembacaan DNA dan produksi protein
- Dengan berulang kali mengganti gen dan menyesuaikan konsentrasi molekul, mereka mengoptimalkan agar sistem penyampaian informasi dan sistem produksi protein dapat berjalan bersama
- Genom sintetis itu sangat kecil sehingga hampir tidak memuat gen metabolisme untuk memproses makanan dan energi, ataupun banyak molekul kompleks yang dibutuhkan sel
- Bahan yang kurang dimasukkan ke liposom pemasok terpisah
- gula
- lipid
- enzim
- tRNA
- ribosom
- Agar liposom pemasok yang bertemu sel sintetis dapat melebur dengan membran dan melepaskan isinya ke dalam, tim peneliti memodifikasi protein membran sel agar menarik gelembung lipid
- Setelah berbagai penyesuaian, sel mulai tumbuh dan mereplikasi DNA
Jalan memutar pembelahan tanpa sitoskeleton
- Riset-riset sebelumnya sudah menerapkan sebagian cara untuk memberi makan sel sintetis, menumbuhkannya, dan mereplikasi DNA, tetapi pembelahan sel tetap menjadi masalah yang lebih sulit
- Sel biasa membelah dengan menata ulang sitoskeleton, yaitu jaringan serat protein yang memberi dukungan struktural, untuk membagi DNA menjadi dua dan memisahkan sel
- Adamala memilih pendekatan lain tanpa menggunakan sitoskeleton
- Ia merujuk pada makalah Reinhard Lipowsky tentang mekanisme yang menempelkan tag protein ke membran untuk mengumpulkan protein lain dan secara fisik melengkungkan membran guna memicu pembelahan sel
- Protein membran sel kemudian disesuaikan dan diuji pada protosel
- Setelah banyak percobaan, pembelahan akhirnya berhasil
- Job Boekhoven menilai riset ini sebagai pencapaian besar yang menunjukkan mekanisme pembelahan tersebut dengan baik
- John Glass menilai bahwa penggabungan replikasi DNA, liposom pemasok, dan protein pemicu pembelahan lalu mengoptimalkannya agar bekerja bersama bisa menjadi titik belok bagi bidang sel sintetis dan biologi secara umum
- Michael Lynch menyebutnya sebagai tour de force dalam biologi sintetis, tetapi juga memperingatkan agar tidak melebih-lebihkannya karena sel ini masih belum mandiri
Eksperimen seleksi pada spudcell dan tantangan evolusi yang tersisa
- Di dalam tim, sel sintetis ini mula-mula disebut Adamala cells, tetapi karena Adamala menginginkan nama lain dan sempat bercanda mengusulkan kentang, para mahasiswa mulai menyebutnya spudcells
- Setiap sel sangat kecil, dan genomnya juga jauh lebih kecil daripada genom bakteri
- Di bawah mikroskop, bentuknya tidak tampak istimewa dan hanya terlihat seperti gumpalan sederhana
- Setelah sel tumbuh dan membelah, tim peneliti memanipulasi DNA sel sintetis untuk melihat apakah mereka bisa melangkah ke tahap yang lebih dekat ke evolusi
- Mereka membuat variasi genetik agar sebagian sel tumbuh lebih besar atau membelah lebih cepat
- Sel yang tumbuh lebih besar menghasilkan lebih banyak sel anak dan mulai bertambah jumlahnya dalam populasi
- Muncul tahap awal ketika sifat tersebut terseleksi di dalam populasi
- Namun, ini belum merupakan penerapan yang jelas dari seleksi alam
- Variasi genetik muncul bukan dari mutasi DNA acak, melainkan dari manipulasi artifisial oleh tim peneliti
- Enzim pembuat untai DNA terlalu akurat sehingga tidak menghasilkan cukup mutasi yang bermakna
- Tim peneliti harus menemukan enzim yang cukup sering membuat kesalahan tanpa sampai merusak integritas genom dan fungsi sel
- Boekhoven menilai bahwa pembuktian proses evolusi yang jelas masih belum ada, dan itulah langkah besar berikutnya
- Pada jenis sel sintetis lain, evolusi adaptif memang sudah terlihat, tetapi sel-sel itu bukan dibuat dari nol, melainkan bakteri yang hanya menyisakan gen minimal
Jarak dengan sel hidup
- Sel sintetis ini memiliki keterbatasan karena banyak bahan mentah masih harus dipasok dari luar
- Szostak menilai bahwa ketidakmampuan sel untuk membuat ribosomnya sendiri seperti sel alami membatasi pertumbuhan dan kemungkinan reproduksi berkelanjutan
- Jika dapat membuat ribosom, protein, dan RNA sendiri, sel ini akan jauh lebih dekat ke sel biologis yang hidup seperti bakteri biasa
- Adamala menilai bahwa untuk meningkatkan sistem replikasi, mereka juga perlu menemukan cara menambahkan sitoskeleton
- Saat ini, sel membuang banyak energi dan waktu untuk mengumpulkan molekul yang membantu pembelahan
- Dibandingkan dengan sel hidup modern, sel sintetis ini masih sangat primitif
- Adamala mengibaratkan sel modern sebagai Boeing 787 Dreamliner
- Sel ini diibaratkan sebagai Wright flyer yang terbang sejauh 100 kaki
Keterbukaan Biotic dan pemanfaatan jangka panjang
- Adamala dan para biolog sintetis mengumumkan pendirian organisasi nirlaba Biotic bersama hasil terbaru ini
- Biotic akan digunakan untuk menyediakan alat biologi sintetis kepada para peneliti di seluruh dunia
- Tim peneliti membuka data dan metode agar biolog sintetis lain dapat membuat dan meningkatkan sel ini
- Dalam jangka panjang, pekerjaan ini dapat digunakan beberapa dekade mendatang untuk aplikasi seperti berikut
- membuat plastik tanpa bahan bakar fosil
- membuat pupuk
- membuat obat
- spudcell memang berbeda dari molekul yang jauh lebih sederhana yang mungkin digunakan saat kehidupan di Bumi bermula, tetapi pembangunan sistem sel sintetis dari bahan nonhayati ini membawa penelitian selangkah lebih dekat untuk menyelidiki asal-usul kehidupan dan syarat-syarat yang memungkinkan kehidupan bertahan di laboratorium
1 komentar
Komentar Hacker News
Science News menyajikan sudut pandang yang lebih berimbang karena memuat kutipan tambahan dari para peneliti sejawat
Disebutkan bahwa sebagian orang juga tidak senang dengan cara Adamala mencoba menarik perhatian pada penelitiannya. Ia mengatakan bahwa makalahnya ditolak oleh Cell karena seorang peninjau menyebut SpudCells bukan biologi sungguhan, lalu mengirimkan naskah 190 halaman kepada para jurnalis dengan ketentuan embargo bahkan sebelum mengunggahnya ke bioRxiv, tempat rekan sejawat bisa membaca dan menilainya. Kabarnya makalah itu akan segera diajukan ke jurnal baru. Kerstin Göpfrich, ahli biologi sintetis dari Heidelberg University, menyebutnya “cara yang cukup tidak lazim”
https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell...
https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudc...
Publikasi tertunda dan harus menunggu 6 bulan lagi untuk peninjauan berikutnya, sementara seorang “rekan” dari lab lain melakukan eksperimen yang hampir sama dengan hasil sedikit lebih baik, mengunggahnya ke server prapublikasi, lalu segera menerbitkannya di jurnal papan atas. Pihak itu kini menjadi capaian terbaru, dan peneliti awal terlihat seperti orang yang mereplikasi penelitian aslinya. Singkatnya, politik merusak segalanya
Inilah titik yang selama beberapa waktu menghambat bidang ini. Para peneliti sebelum Adamala sudah menemukan cara memberi nutrisi dan menumbuhkan sel sintetis, serta cara mereplikasi DNA, tetapi pembelahan sel adalah masalah lain
Sel biasa membelah dengan menata ulang sitoskeleton, jaringan serat protein yang memberi dukungan struktural, untuk memisahkan DNA menjadi dua dan membelah diri. Para ahli biologi sintetis belum menemukan cara membuat sel buatan mereka melalui proses rumit ini. Jadi Adamala memutuskan untuk meninggalkan sitoskeleton, dan saat menelusuri literatur, ia menemukan mekanisme Reinhard Lipowsky: menempelkan penanda protein pada membran sel untuk menarik protein lain, membengkokkan membran secara fisik, dan membagi sel. Adamala mengikuti pendekatan ini dengan menyesuaikan protein membran protosel, dan setelah banyak percobaan akhirnya berhasil. Itulah bagian yang baru
Maaf, saya bukan ahli. Saya penasaran dari mana asam amino dan proteinnya diperoleh. Sejauh yang saya tahu, agar sel bisa berfungsi, semuanya harus memiliki kiralitas yang sama, dan saya memahami bahwa asam amino yang secara artifisial “dibuat dari awal” memiliki rasio 50:50 untuk masing-masing kiralitas
Dalam penjelasan sederhana NYTimes, disebutkan bahwa gen “dipinjam dari virus dan mikroba umum Escherichia coli”. Saya penasaran seberapa dekat ini dengan tujuan “dari awal”. Atau apakah sebenarnya ini lebih mirip merakit berbagai potongan
Sepertinya para ilmuwan atau seseorang yang dekat dengan mereka membuat wiki ini: https://en.wikipedia.org/wiki/SpudCell
Rasanya saya belum pernah melihat peneliti melakukan promosi langsung seperti ini. Pendekatan yang menarik; saya penasaran apakah ini akan menjadi standar ke depannya
Organisasi yang melakukan penelitian ini ada di sini: https://biotic.org/
Biotic disebut sebagai lembaga riset nirlaba kepentingan publik yang mengembangkan sel sintetis yang didefinisikan secara kimia dan fungsional. Misinya adalah memungkinkan dan mengelola kemajuan mendasar bioteknologi secara bertanggung jawab, dengan tujuan agar bioteknologi kelas dunia, pada saat yang bermakna, bermanfaat bagi semua orang dan Bumi. Penelitian khusus ini tampaknya dilakukan di University of Minnesota
Adamala bertanya, “Apa lagi yang bisa dilakukan biologi?” Yah, mungkin saja membuat makhluk hidup sintetis yang bisa dengan cepat menghancurkan semua kehidupan
Kalau ingin melihat naskah aslinya, ada di sini: https://www.biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript...
Menarik bahwa penelitian ini dipimpin oleh Dr. Kate Adamala, yang beberapa tahun lalu menghentikan eksperimen protein tangan kanan. Mengingat mereka sudah sedekat itu waktu itu, keberhasilan kali ini tidak terlalu mengejutkan
Mungkin banyak yang belum tahu, tetapi sistem imun akan mendeteksi patogen tangan kiri, dan mungkin bahkan merespons lebih agresif. Dua mekanisme tubuh dalam melawan infeksi, demam dan ozonolisis, jelas tidak bergantung pada kiralitas. Justru untuk penggunaan industri, bisa dibilang kita seharusnya mempercepat pengembangan kehidupan cermin. Pengendalian biologisnya lebih mudah, dan karena tidak ada yang bisa dimakannya, kemungkinan lolos dari laboratorium jauh lebih rendah
Bayangkan tidak sengaja melihat artikel berita dari tahun 2226. Saya mulai membacanya untuk mencari tahu siapa yang memenangkan perlombaan kecerdasan buatan di antara Google, OpenAI, dan Anthropic
Ternyata jawabannya adalah Biotic. Kini mereka menjadi entitas politik paling kuat di Tata Surya dan sekitarnya, dan pada 2084 membeli Alphabet, OpenAI, dan Anthropic dalam satu hari. Manusia tidak lagi diprioritaskan, dan reproduksi dibatasi pada tingkat minimum optimal yang menjamin kelangsungan spesies sebagai relik. Untuk aktivitas produksi, Biotic lebih memilih biomesin. Bayangkan drone melahirkan keturunan saat lalu lintas sedang mencapai puncak. Energinya lebih besar, tetapi tidak perlu pabrik maupun pekerja. Jika dibiarkan, mesin-mesin itu akan berkembang biak tak terkendali alih-alih membusuk sebagai limbah seperti dulu
Sebagian membentuk kelompok dan membangun struktur bergerak raksasa yang dikendalikan oleh kecerdasan kolektif yang tak terpahami. Artikel itu menyebut peristiwa ini sebenarnya terjadi sekitar 3,5 miliar tahun lalu, lalu menganjurkan pembaca berlangganan kepada kecerdasan kolektif saat ini