AI Ciptakan Versi Baru E. coli Tanpa Isoleusin
Peneliti dari Columbia University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), dan Harvard University berhasil menggunakan AI untuk menciptakan versi baru bakteri E. coli yang menghilangkan salah satu dari 20 asam amino yang dianggap sebagai blok bangunan utama kehidupan. Penelitian ini dipublikasikan di jurnal Science, dan mengungkapkan pentingnya penemuan ini yang melibatkan teknik AI dan rekayasa protein untuk menghasilkan strain E. coli dengan hanya 19 asam amino, khususnya tanpa isoleusin.
Ini adalah pencapaian besar dalam dunia biologi, AI, dan juga untuk penelitian tentang asal-usul kehidupan. Meskipun beberapa organisme telah diketahui menggunakan lebih dari 20 asam amino, tidak pernah ada yang ditemukan dengan kurang dari 20. Hal ini membuka pintu baru untuk memahami kemungkinan bagaimana kehidupan awal bisa ada.
AI Memungkinkan Penemuan Genetik yang Signifikan
Hingga saat ini, para ilmuwan hanya dapat berteori bahwa spesies awal mungkin menggunakan lebih sedikit asam amino dalam susunan genetik mereka. Penemuan ini merubah teori tersebut menjadi kemungkinan nyata. Fokus pada isoleusin, yang mirip secara kimia dengan leucine dan valine, dipilih karena kemudahan untuk diganti.
Alih-alih mengubah seluruh komposisi proteom, para ilmuwan memutuskan untuk mengeksplorasi ribosom yang bertanggung jawab dalam pembuatan protein. Dalam eksperimen ini, mereka berhasil mengganti 382 “blok bangunan” isoleusin dalam ribosom sambil tetap berfungsi sebagaimana mestinya. Ini adalah studi pertama semacamnya, karena sebelumnya, para ilmuwan hanya bisa mengedit kode genetik dengan menambahkan asam amino – bukan menghapusnya.
Eksemplar ini berjalan menggunakan model bahasa protein AI untuk memprediksi struktur protein alternatif dan mengusulkan substitusi asam amino, dengan tujuan menjaga fungsi ribosom tanpa menggunakan isoleusin. Banyak desain yang dihasilkan AI menawarkan urutan yang mungkin tidak terpikirkan oleh manusia, dengan kecepatan analisis yang jauh lebih cepat dari biasanya.
Dari 50 strain E. coli yang diciptakan dengan mengubah isoleusin ke asam amino alternatif, 18 di antaranya tumbuh normal. Tahap berikutnya adalah menggabungkan 21 protein ribosom yang ditulis ulang ke dalam satu strain E. coli yang, setelah beberapa penyesuaian, bisa tumbuh meski lebih lambat dibandingkan strain yang tidak dimodifikasi.
Menjelajahi Potensi Masa Depan Organisme Sintetis
Sistem biologi sintetik dari Columbia University, Harris Wang, menggambarkan penghapusan total satu asam amino sebagai “salah satu hal tersulit yang bisa dibayangkan, karena ini adalah kompleks protein terbesar dan paling rumit.” Penemuan ini menunjukkan bahwa setidaknya sebagian sistem biologis inti bisa mentolerir gangguan substansial dalam kode genetik.
Penelitian ini juga memperkuat argumen bahwa kehidupan awal mungkin menggunakan lebih sedikit asam amino dibandingkan organisme modern. Namun lebih jauh lagi, penemuan ini membuka peluang untuk organisme sintetis yang bisa berperan dalam tugas spesifik, seperti di bidang kedokteran dan kesehatan.
Secara menggoda, penelitian ini juga menyiratkan bahwa organisme yang dimodifikasi mungkin akan bergantung pada kimia yang tidak biasa yang tidak ditemukan di lingkungan alami, sehingga memperbaiki pengendalian biologis. Lebih jauh lagi, dengan modifikasi genetik yang dibantu AI, mungkin peneliti bisa merancang organisme untuk lingkungan ekstrim, termasuk habitat luar angkasa di mana akses ke berbagai asam amino mungkin lebih terbatas.
