Ahli biologi sintetis Tom Knight mengatakan, "Abad ke-21 akan menjadi abad rekayasa biologi." Ia adalah salah satu pendiri biologi sintetis dan salah satu dari lima pendiri Ginkgo Bioworks, sebuah perusahaan terkemuka di bidang biologi sintetis. Perusahaan tersebut terdaftar di Bursa Saham New York pada tanggal 18 September, dan nilai valuasinya mencapai US$15 miliar.
Minat penelitian Tom Knight telah bergeser dari ilmu komputer ke biologi. Sejak SMA, ia menggunakan liburan musim panas untuk belajar komputer dan pemrograman di MIT, dan kemudian juga menghabiskan masa studi sarjana dan pascasarjananya di MIT.
Menyadari bahwa Hukum Moore memprediksi keterbatasan manipulasi atom silikon oleh manusia, Tom Knight mengalihkan perhatiannya ke makhluk hidup. "Kita membutuhkan cara yang berbeda untuk menempatkan atom di tempat yang tepat… Apa kimia yang paling kompleks? Itu adalah biokimia. Saya membayangkan bahwa Anda dapat menggunakan biomolekul, seperti protein, yang dapat merakit diri dan menyusun kristalisasi dalam kisaran yang Anda butuhkan."
Penggunaan pemikiran kuantitatif dan kualitatif dalam bidang teknik untuk merancang organisme biologis orisinal telah menjadi metode penelitian baru. Biologi sintetis bagaikan lompatan besar dalam pengetahuan manusia. Sebagai bidang interdisipliner yang meliputi teknik, ilmu komputer, biologi, dan lain-lain, tahun awal biologi sintetis ditetapkan pada tahun 2000.
Dalam dua studi yang diterbitkan tahun ini, gagasan desain sirkuit untuk ahli biologi telah mencapai kontrol ekspresi gen.
Para ilmuwan di Universitas Boston telah membuat saklar pengaktif/penonaktif gen pada bakteri E. coli. Model ini hanya menggunakan dua modul gen. Dengan mengatur rangsangan eksternal, ekspresi gen dapat diaktifkan atau dinonaktifkan.
Pada tahun yang sama, para ilmuwan di Universitas Princeton menggunakan tiga modul gen untuk mencapai keluaran mode "osilasi" dalam sinyal rangkaian dengan menggunakan penghambatan timbal balik dan pelepasan penghambatan di antara mereka.
Diagram saklar pengalih gen
Lokakarya Sel
Dalam pertemuan itu, saya mendengar orang-orang berbicara tentang "daging buatan."
Mengikuti model konferensi komputer, "konferensi mandiri tanpa konferensi" untuk komunikasi bebas, beberapa orang minum bir dan mengobrol: Produk sukses apa saja yang ada di bidang "Biologi Sintetis"? Seseorang menyebutkan "daging buatan" di bawah Impossible Food.
Impossible Food tidak pernah menyebut dirinya sebagai perusahaan "biologi sintetis", tetapi poin penjualan utama yang membedakannya dari produk daging buatan lainnya—hemoglobin yang membuat daging vegetarian berbau "daging" yang unik—berasal dari perusahaan ini sekitar 20 tahun yang lalu. Dari disiplin ilmu yang sedang berkembang.
Teknologi yang digunakan adalah pengeditan gen sederhana untuk memungkinkan ragi memproduksi "hemoglobin." Dalam terminologi biologi sintetis, ragi menjadi "pabrik sel" yang memproduksi zat sesuai keinginan manusia.
Apa yang membuat dagingnya begitu merah cerah dan memiliki aroma istimewa saat dicicipi? Impossible Food menganggapnya sebagai penyebab tingginya kandungan "hemoglobin" dalam daging. Hemoglobin ditemukan dalam berbagai makanan, tetapi kandungannya sangat tinggi pada otot hewan.
Oleh karena itu, hemoglobin dipilih oleh pendiri perusahaan dan ahli biokimia Patrick O. Brown sebagai "bumbu utama" untuk meniru daging hewan. Untuk mengekstrak "bumbu" ini dari tumbuhan, Brown memilih kedelai yang kaya akan hemoglobin di akarnya.
Metode produksi tradisional memerlukan ekstraksi langsung "hemoglobin" dari akar kedelai. Satu kilogram "hemoglobin" membutuhkan 6 hektar lahan kedelai. Ekstraksi dari tanaman sangat mahal, dan Impossible Food telah mengembangkan metode baru: menanamkan gen yang dapat menyusun hemoglobin ke dalam ragi, dan saat ragi tumbuh dan bereplikasi, hemoglobin akan tumbuh. Untuk menggunakan analogi, ini seperti membiarkan angsa bertelur dalam skala mikroorganisme.
Heme, yang diekstrak dari tumbuhan, digunakan dalam burger "daging tiruan".
Teknologi baru meningkatkan efisiensi produksi sekaligus mengurangi konsumsi sumber daya alam dalam penanaman. Karena bahan produksi utamanya adalah ragi, gula, dan mineral, maka tidak banyak limbah kimia yang dihasilkan. Jika dipikir-pikir, ini benar-benar teknologi yang "membuat masa depan lebih baik".
Ketika orang membicarakan teknologi ini, saya merasa ini hanyalah teknologi sederhana. Di mata mereka, ada terlalu banyak material yang dapat dirancang dari tingkat genetik dengan cara ini. Plastik yang dapat terurai, rempah-rempah, obat-obatan dan vaksin baru, pestisida untuk penyakit tertentu, dan bahkan penggunaan karbon dioksida untuk mensintesis pati… Saya mulai memiliki beberapa imajinasi konkret tentang kemungkinan yang dibawa oleh bioteknologi.
Membaca, menulis, dan memodifikasi gen
DNA membawa semua informasi kehidupan dari sumbernya, dan juga merupakan sumber dari ribuan sifat kehidupan.
Saat ini, manusia dapat dengan mudah membaca urutan DNA dan mensintesis urutan DNA sesuai desain. Di konferensi tersebut, saya mendengar banyak orang membicarakan teknologi CRISPR yang memenangkan Hadiah Nobel Kimia tahun 2020. Teknologi ini, yang disebut "Gunting Ajaib Genetik", dapat secara akurat menemukan dan memotong DNA, sehingga mewujudkan pengeditan gen.
Berdasarkan teknologi pengeditan gen ini, banyak perusahaan rintisan telah muncul. Beberapa menggunakannya untuk mengatasi terapi gen penyakit-penyakit sulit seperti kanker dan penyakit genetik, dan beberapa menggunakannya untuk membudidayakan organ untuk transplantasi manusia dan mendeteksi penyakit.
Teknologi pengeditan gen telah memasuki aplikasi komersial begitu cepat sehingga orang melihat prospek besar bioteknologi. Dari perspektif logika pengembangan bioteknologi itu sendiri, setelah pembacaan, sintesis, dan pengeditan sekuens genetik telah matang, tahap selanjutnya secara alami adalah merancang dari tingkat genetik untuk menghasilkan materi yang memenuhi kebutuhan manusia. Teknologi biologi sintetis juga dapat dipahami sebagai tahap selanjutnya dalam pengembangan teknologi gen.
Dua ilmuwan, Emmanuelle Charpentier dan Jennifer A. Doudna, memenangkan Hadiah Nobel Kimia tahun 2020 untuk teknologi CRISPR.
"Banyak orang terobsesi dengan definisi biologi sintetis… Tabrakan semacam ini telah terjadi antara teknik dan biologi. Saya pikir apa pun yang dihasilkan dari ini mulai disebut biologi sintetis," kata Tom Knight.
Jika kita memperluas skala waktu, sejak awal masyarakat pertanian, manusia telah menyaring dan mempertahankan sifat-sifat hewan dan tumbuhan yang mereka inginkan melalui persilangan dan seleksi yang panjang. Biologi sintetis dimulai langsung dari tingkat genetik untuk menghasilkan sifat-sifat yang diinginkan manusia. Saat ini, para ilmuwan telah menggunakan teknologi CRISPR untuk menumbuhkan padi di laboratorium.
Salah satu penyelenggara konferensi, Pendiri Qiji Lu Qi, mengatakan dalam video pembukaan bahwa bioteknologi mungkin akan membawa perubahan besar bagi dunia, sama seperti teknologi internet sebelumnya. Hal ini tampaknya mengkonfirmasi bahwa para CEO internet semuanya menyatakan minat pada ilmu hayati ketika mereka mengundurkan diri.
Para petinggi internet semuanya memperhatikan. Apakah tren bisnis ilmu hayati akhirnya akan terwujud?
Tom Knight (paling kiri) dan empat pendiri Ginkgo Bioworks lainnya | Ginkgo Bioworks
Saat makan siang, saya mendengar sebuah berita: Unilever mengatakan pada tanggal 2 September bahwa mereka akan menginvestasikan 1 miliar euro untuk secara bertahap mengganti bahan bakar fosil dengan bahan baku produk ramah lingkungan pada tahun 2030.
Dalam 10 tahun ke depan, deterjen, sabun cuci, dan produk sabun yang diproduksi oleh Procter & Gamble secara bertahap akan mengadopsi bahan baku nabati atau teknologi penangkapan karbon. Perusahaan ini juga mengalokasikan 1 miliar euro lagi untuk mendirikan dana guna mendanai penelitian di bidang bioteknologi, karbon dioksida, dan teknologi lain untuk mengurangi emisi karbon.
Orang-orang yang memberi tahu saya berita ini, seperti saya yang mendengar berita tersebut, sedikit terkejut dengan batas waktu kurang dari 10 tahun: Akankah penelitian dan pengembangan teknologi hingga produksi massal sepenuhnya terwujud secepat ini?
Tapi saya harap itu akan menjadi kenyataan.
Waktu posting: 31 Desember 2021