dna machine

7/23/2019 DNA Machine

1/4

ffEsIN

DNA

SEHARGA

$o@o

Jtn,TA

Pemgwrwtam

gem

adaSah

impiam

yeng

Emda*N:

demgaax memetakan

beherapa

ger*em, pexngrak*t

bEsa

dXberasxtas.

Namun 6mpiaax

mX teXa&r

rhamhat

oleh kerumitarx

perubalxam geanet ka.

Yckrxo8ogX

baru

dari

eifie

ffiioseiemces

maxmg$*irx

bisa

mewatluxdkam

mpian mi

&fance, &fo,onr&ergr Scrsr,rlesswtec$r"

Fafo

ole& 6r'egg

Scgral

ak

lama lagi,

sciences.

Dan,

proses

mesin

yang

berukuran separuh mo-

mengiden

bil MINI

Cooper

ini

telah m

i

dilakukan. tentu

yang

m

Di

antaranya

pengiriman

ke

untai

DNA

manusia

y

mengandung sekitar

3

miliar

bit

informasi

bisa

dilakukan

hanya dalam hitungan menit.

ini

berkat

adanya mesin

PacBio RS,

ngurutan

gen

(gene

riset di seluruh Amerika

Serikat)

beberapa

lab

kementerian

sional dan

Howard

Hughes

tute. Kegiatan

pengepakan

mesrn-

berharga

$zoo.ooo

ini

tampak terliha

sebuah

pabrik

di

Menlo

Park

(Californi

pada

28 April lalu.

Selain ukurannya

yang

menyita

per-

hatian, desain mesin

itu

juga

terlihat

mencolok:

tombol

power

yang

besar

dan

bersinar serta layar sentuh

yang

mulus di

bagian

samping. Mesin-mesin ini adalah

hasil dari sebuah

perjalanan

14

tahun

yang

telah menelan hampir dana

$60o

juta.

Para

pembuatnya percaya

mesin-mesin ini bisa

mengubah

pemahaman

ilmiah

tentang ke-

hidupan

itu

sendiri.

Di

balik

eksteriornya

yang

mulus, mesin

RS ini

terbangun

dari

jalinan

laser, sta-

siun

pencampuran

kimia,

kamera, lengan

robot, dan

cip-cip

khusus.

Intinya,

mesin

ini

adalah sebuah mikroskop supercanggih

yang

bisa merekam

proses

biologis dalam

skala

molekuler

secara real-time.

Ini

ber-

arti

mesin

itu

bisa menyaksikan

pembuat-

an

hal-hal

sangat

kecil

yang

beriangsung

dalam

kecepatan

sangat

tinggi,

termasuk

pemetaan

DNA yang

hanya dalam

hitung-

an

menit.

Kehadiran

mesin

RS ini

akan

tercatat

sebagai legenda di industri

genetika, yang

sudah

mengalami berbagai

kegembiraan

dan

kekecewaan

sejak genom

manusia

a kali

dipetakan

sejak tahun 2000.

iru.

ada harapan

kita

bisa

mengi-

:asi basis

genetika yang

menyebab-

m

penyakit.

Selanjutnya,

n ini

memang

berhasil

beberapa

urutan

gen

ter-

n

penyakit.

Namun

yang

masih meragukan

prospek

komersial

RS,

juga

mengakui

PacBio

telah mencipta-

kan

sebuah keajaiban

ilmu

pengetahuan.

Kini, ilmuwan

dianugerahi

kekuatan un-

tuk mengamati

mekanisme

tubuh

dalam

pengodean

(decoding)

DNA.

Di

masa men-

datang, mereka bisa menerapkan

langkah

serupa

untuk

mempelajari

semua

jenis

benda molekuler-mulai

dari RNA sam-

pai

ribosom.

Perusahaan

farmasi,

rumah

sakit, dan

produsen

Snga.r

kelak

akan

menerima

pengetahuan

baru tentang

peri-

laku virus dan

dampak kondisi

lingkungan

sekitar terhadap

organisme.

"Saya

pikir

ini

adalah sebuah

pencapaian

yang

men-

gagumkan,"

kata

Jonathan

M.

Rothberg,

CEO

Ion

Toffent

Systems,

perusahaan

yang

juga

membuat

sistem

pengurutan

gen

berbiaya

murah.

"Secara

teknis,

ini

fantastis."

PacBio didirikan

pada

2004 oleh se-

orang

ahli fuika

bernama

Stephen

Tirrner.

Dengan

rambut

cokelat

ikal

yang pendek,

kacamata

berbingkai tebal, dan sikapnya

yang

selalu

serius,

Turner

tampak

lebih

nyaman berada

di

depan

papan

tulis

sam-

bil memberikan kuliah

ilmiah:

"Di

sini

kita

lihat

E

pangkat

minus

lambda

2." Turner

rupanya cukup

sopan

atau tidak

menya-

dari

tamu-tamunya

agak lambat memaha-

minya.

Lelaki

43

tahun

itu

dibesarkan

di

dekat

University of

Wisconsin-Madison.

Ayah-

nya

adalah dosen matematika

dan ibunya

mengajar

sastra Italia

abad ke-13. Orang

tuanya

berharap sang anak

mengikuti

je-

jak

mereka

di dunia

akademis. Pada awal-

nya memang

demikian. Turner sempat

mengajar

di Cornell Universiry tempat

ia

mendapat

gelar

Ph.D.

bidang fisika.

Na-

mun, ketika

Jonas

Korlach, maha-

ge::,tq,

siswa

pascasarjana,

mendekatinya

liiilrJ

kan

bisa

qlF-:Fi'l

=]i3*-::f, :i

sequencing)

yang

d at oleh

Pacific Bio- ternvata

an obatnya.

Kenyataannya

lebih rumit. Proses

pemetaan

lnman

mesln-

yang

ternyata

kanker-

pir

sama

deritanya.

Obat-

bisa bekerja denga

dengan kode

gene

1ain,

ini

tetap

khusus untuk

nya. Agar

janji

obat-

fisa

diwujudkan, ki

yanb

dapat

super-rum

DNA

mekanisme I

tika kit menye

pertama

canggih

hal-hal rum

iadi

tuiuan

t.

"Ke

secara

50

tahun

yakan

penyakit-seperti

ukkan variasi

yang

ham-

dengan

jumlah

pen-

t

yang

sukses

memang

baik

bagi orang-orang

tertentu. Bagi vang

perawatan

-masing

kasus-

untuk

semua

perlu

sebuah

alat

gen

yang

t, ekonomis, dan

Selain

itu, kita

sebuah

mesin

Biosciences

ngklaim

untuk

memiliki

lensa

mampu ngkap hal-hal

lisis perubahan-

yang

terjadi

pada

n dalam tubuh ke-

puan

mengamati

-rlme

sudah men-

i

modern

dalam

Eric E.

Schadt,

Chief

Scientifir Pacific Biosciences.

"PacBio

adalah

pemaln yang

bisa menger

"

Kompetitornya,

Korlach, salah

pendiri

PacBio,

dengan

robot

Pembukaan

rangkaian

laser

dan

kamera


2/4

26

Mei

-

01

luni

201

1

=li:+::r

:::+:

il

:il ;:l

r::i:+

i:ii -:5.

.ffiil-

*

-ffi"

gir.

c

i*e

ffi

t

G

'ro

l

.1"

,'&

"&

'.

:l::

.:,,t.

rG

i, r:.1i.t:.

R IT' F

t{aY

fl

-:.

'-

.

,

,;ra.

. n

I

':j:l

ili'

'a

tt.

:

r,

.

2:.

I


3/4

polimerase,

beralih

menjadi

Poli

adalah mesin

pengu-

buatan alam.

Ketika

utan

sebua sel membelah

diri,

enzim

ini

rbangi

utas-utas

DNA untuk

e

me

.buat salinan

konstruksi

gene-

sel itu.

Korlach

berpikir

pasti

ren kalau kita

bisa melihat dari

t cara kerja

polimerase.

Kita

akan bisa melihat

bagaimana enzrm

ini

membaca

urutan

basa

dan mem-

buat salinannya. Basa

itu

adalah

dengan

poli

Teknologi

baik untuk

dasar ini bekerja

cukup

nkan

Turner. Ini bisa

dijadikan dasar

u

sebuah

alat

baru

penemuan

ilmiah.

"

berkata,'Hei,

kita

ujarnya.

"Semua

orang berkata,'Ha-ha /e

mgln

me-

Turner

me-

atenkan

sebuah luba

mikirkan

respons

para

men; adari ia lerbentur

masa marketing.

Jadi,

ia

mulai

menyebut lubang

sebagai

pemandu

gelombang

bang itu

atau zero-mode

waveguide.

Pe-

rubahan nama

itu

pada

akhirnya

membuat

rekan-rekannya

di 1ab

mulai berpikir

tentang

paten.

"Perlu tiga

pekan,"

ujarnya.

Turner

memutuskan

untuk

berhenti

dari dunia akademis

dan rnembisniskan

"'

zero

-mode

waveguide"'

.

Dari

2001

sampai 2003, ia

bekerja sendi-

rian,

membuat perbaikan-perbaikan

dan

mencoba

menarik

pemodal.

(Korlach

masih membantu,

tapi tidak

berkomitmen

secara

full-time

sampai

bertahun-tahun

kemudian.) Turner

dan istrinya

berkeliling

AS

untuk mengunjungi

pemodal

ventura

di

Boston, New York, Baltimore,

dan

Sili-

con Va1ley.

"Kelihatannya tak

terlalu

ba-

gus

kalau hanya satu

orang

yang

muncul

ke

pertemuan-pefiemuan

itu.

Jadi,

saya

mengajak

istri agar

bertindak

sebagai

basr

nrss deveLoptnent

executive,"

kata

Turner.

Tak

ada

pemodal

ventura

yang

tertarik.

Turner pun

mulai

kehabisan

dana

pene-

litiannya

yang

tak

seberapa.

Ia

memutus-

kan

berusaha satu

kali lagi

membisniskan

lubang-lubang

itu

dan merekrut

beberapa

orang dengan

berjanji

ia

akan membayar

mereka

dalam beberapa

bulan. Beruntung,

saat

itu Mohr

DavidowVentures

muncul.

Firma modal ventura

prestisius

dari

Sili-

con Valley

ini telah meneliti

pasar

pengu-

rutan

DNA. Mereka

melihat investor

mun-

dur dari

generasi pertama

perusahaan pe-

ngurutan DNA,

setelah

j

anji-janji

pemetaan

genom

manusia

terbuLti

terlalu

optimistis.

Pemikiran

konvensionalnya,

sedikit

kum-

pulan genom

bisa

mengungkap

banyakhal

tentang akar

penyakit-penyakit.

Peneliti

hanya

butuh

banyak

waktu

untuk melihat

kode genetis dan mencari tahu kombinasi

basa AlTlGlC mana

yang

tidak

bisa

dan

dapat

menyebabkar.r

penyaklt.

Bill

Ericson,

general

partner

Mohr

Davidow, membuat

perkiraan

yang

tepat:

orang meremehkan

kerumitan susunan

genom;

masih

banyak

pekerjaan

pengurutan

gen yang

masih

harus

dilakukan.

Pada 2004,

setelah

berkeiiling

durtia

berburu terobosan penting

dalam

pengurutan

gen,

Mohr

Da-

vidow memilih

teknologi

Turner.

26 Mei

-

01 Juni

201

1

*

:

* * l,-: +*rf: * :l_si i-l

*gg e":*i

"Kami terkesima

oleh

solusi yang

begitu

elegan," kata

Ericson.

"Kami

Lidak melihat

rintangan-rintangan

hukum

alam

yang

bisa mengham-

bat cara

kerjanya.

Kami

melihat

pengembangan

yang

nyata." Maka,

lahirlah

PacBio.

Sebagai imbalan

untuk

investasi-

nya,

Mohr

Davidow

memanggil

Turner

dan timnya ke

Silicon Valley.

Lalu,

Turner mulai

merekrut

orang)

diawali

dengan memilih

CEO.

Ia

menarik

Hugh Martin,

veteran

Sili-

con

Va1ley

yang

pernah

memimpin

tim tekrisi

di

Apple

dan

menja-

bat

Presiden

3DO,

perusahaan

video game

era 199o-an.

Sukses

terbesarnya

adalah

ONI

Systems,

perusahaan

jaringan

opris

yang

didirikanr.rya

pada

1998.

Setelah

go

public,

pentsahaan

itu

dijualnya ke

Ciena seharga nyaris

$1

miliar.

ONI

men-

datangkan imbalan

ratusan

juta

dolar bagi

Mohr

Davidow,

yang

pernah berinvestasi

di

perusahaan

itu.

Reputasi

Martin

juga

terangkat.

Dengan tampilan

menawan

ala

pem-

bawa

acara

TV dan

sikapnya

yang

kom-

petitif,

Martin

menjadi

legenda

di

Silicon

Valley akbat

kemampuannya

membujuk

karyawan

dari

perusahaan

pesaing

untuk

bergabung.

Kemampuan ini

ternyata

ber-

manfaat

bagi

PacBio,

yang

memerlukan

paduan

talenta

tinggi

di bidang

teknik

dan

ilmiah

seperti Manhattan

Project.

Ia

me-

meriukan

ahliahii nanoteknologi,

teknik

elektro, teknik

termal,

desain industri,

kimia

organik,

enzimologi,

signal

process-

rng,

peranti lunak, dan

lainlain.

Dalam

satu kesempatan, Martin

harus mempere-

butkan

seorang

ahli kimia

tenar dengan

Jeff

Immelt,

CEO

General Electric.

Martin

menang.

Perusahaan

itu

berharap

bisa

membeli

teknologi

yang

mereka

butuhkan

dari

pihak

lain.

Namun

PacBio akhirnya

me-

nyadari mereka harus

merakit sebagian

be-

sar

perangkat

yang

mereka

butuhkan

agar

persyaratan

unik

yang

mereka

terapkan

bisa dipenuhi.

Pencampuran

bermacam

keterampilan

itu menambah

masalah. Ka-

dang-kadang mereka

takbisa

saling

mema-

hami. "Saya

pernah

duduk di sebuah rapat

selama setengah

jam, lalu menyadari

kami

tak membuat

kemajuan

karena

perbedaan

kosakata

antar-disiplin ilmu,"

kata Turner.

"Untuk

seorang ahli enzim,

substrat

berar-

ti

salah satu

bagian

proses

kimia.

Bagi ahli

nanokimia,

substrat

adalah

bidang

datar

tempat membangun

mesin-mesin

mini."

Para

staf

terpaksa

membuat

istilah

sendiri

untuk membahas

topik-topik

rumit.

Misal-

nya, PacBio menggunakan

istilah

mon-

ster

untuk

membicarakan

ccralrrrufi

,.i.i;..

lenomena fotofuika

kerika

suatu

,,

untuk bekerja

cara mengintip

menemukan

kerja

enzim

;li'f

'ffi:[.:;1,i',::1fi1liJi,:i

ffi

berbentuk heliks. Prosesnya

sangal

=

fuien.

"Polimerase

berlari

di

se[a-

E

njang

DNA

dalam kecepatan

1.OO0

basa

per

detik," kata

Korlach.

"Ini

sangat cepat,

dan enzim

itu

bisa bertahan

selama ratusan

ribu

basa, dengan

jumlah

kesalahan sangat-sangat

sedikit."

Turner

tertarik.

Ia

mulai memikirkan

bagaimana

cara

mewujudkan mimpi

Korlach.

Terobosannya

tercapai

berkat

lubang-lubang

ekstra

mungil. Ia

melapisi

sepolong kaca dengan alrrminium.

nrenf

-

narinya

dengan

sinar

elektron, dan mem-

buat serangkaian

lubang

yang

cukup kecil

untuk bisa menampung

masing-masing

satu molekul.

Seianjutnya, teknologinya

mulai rumit.

Namun, intinya,

Turner

nol

Turner,

pendiri

PacBio,

mengenakan

kacamata tahan

laser

kan

benan{ke

jarum,

lalu

mencatat war-

na

yang

mu\cul ketika

basanya bereaksi


4/4

#$

fluorofor

berada dalam keadaan ter-

eksitasi, dan

ketika

dalam keadaan

tersebut terkena cahaya

dalam

panjang gelombang

yang

tepat, se-

hingga

bisa tereksitasi

lebih lanjut.

Dengan

demikian, sudah

tak lagi

berada

dalam kondisi

51,

melainkan

dalam kondisi S2." Dan

seterusnya.

Para

staf

PacBio bekerja

keras

selama

bertahun-tahun.

Semua

pe-

tunjuk

menyiratkan semua

upaya

mereka

akan menghasilkan

produk

yang

bekerja

baik, tapi hampir tak

ada

bukti.

Untuk

menjaga motivasi,

Martin memberikan fasilitas-pusat

kebugaran senilai

$to0.000,

pesta

lobster,

dan alat

pemanggang

BBQ

sepanjang

7

meter lebih. Iming-

iming

itu

berhasil.

Ahli komputer

dan ahli biologi

bekeria

keras

bahu-

membahu enam hari

sepekan,

lembur

pada

hari

libur.

Pada suatu

hari

Thanksgiving,

mereka

bekerja

pada

siang hari dan bega-

dang semalaman memanggang

kalkun di

alat BBQ itu.

Satu batasan dari mesin

pengurutan

DNA

adalah ketidakmampuan mengurut-

kan

seluruh bagian utas DNd

yang

men-

cakup

3

miliar

basa, dalam

satu

kali

jalan.

Perusahaan

yang

berkecimpung

di bidang

ini

menerapkan

bermacam teknik untuk

memotong-motong

dan

menganalisis

DNA. Namun

mereka

semua tersandung

oleh

rangkaian

basa

panjang yang

ber-

ulang-ulang.

Mereka

melihat

sekelompok

basa T atau basa

C

berderet-deret. La1u,

mereka kesulitan mencari

tahu bagaimana

menggabungkannya

dengan

keseluruhan

utas

DNA.

Ini

berarti

ada

ratusanjuta

basa

yang

masih

belum

dipetakan. Selain

itu,

sel

kanker

dan tanaman sering memiliki

pola

basa

yang

rumit

dan berulang-ulang,

sehingga

mesin

pengurutan

DNA

meng-

alami kesulitan.

Karena PacBio memanfaatkan

polime-

rase"

tekrologi mereka

bisa

menangani

untaian

basa

yang

jauh

lebih

panjang,

yang

dalam industri ini dikenal dengan

nama

"Iong

read". Ketika

dipadukan

de-

ngan kecepatan

sistem

PacBio

yang

dapat

menganaiisis

varian

SARS

atau kolera

da-

1am

hitungan

menit

(biasanya

diperlukan

berjam-jam

atau beberapa hari), terobosan

ini

menggembirakan para konsumen

awal

RS.

"Harapan

kami alat ini

akan

mem-

berikan informasi

yang

lebih baik

dalam

bidang

seperti

tumor

tentang

pengobatan

apa

yang

harus diterapkan kepada

pasien,"

kata

Steve

McPhail, CEO Expres-

sion

Analysis.

Firma

ini

memberi-

kan

layanan

genom

bagi

perusa-

haan farmasi

dan

bioteknologi.

"Hal ini memungkinkan

kita

me-

langkah

ke tempat-tempat

yang

belum

pernah

kita injak

sebelum-

nya, dan melakukan hal-hal

yang

belum

pernah

kita lakukan sebelumnya."

26 Mei

-

01 Juni

201

1

F:=**

L*:= *[-q;ni..*s}="*+t:

hanya

dengan

beberapa ribu

dolar.

Jay

T. Flatley.

CEO

lllumina,

mera-

malkan

harga

pengurutan

DNAma-

nusia akan

jatuh

ke bawah

$1.O0O

dalam

tiga sampai

lima tahun

ke

depan.

Target

berikutnya:

pengu-

.rutan

DNA

massal.

"Pada

akhirnya,

alan .ada sebuah

sistem

yang

bisa

mengam-tril.

sampel

darah,

lalu

kita

hanya

riieqekan

sebuah tom-

bol dan

hasilnya."

akan bisa

melakukan

pengurutanD.\A

di

ru-

ang

praktik

doker. Setiap\nanusia

akan melakukan

pemetaan

D\A se-

saan

terperinci

tentang perubahan

\

ubuh setiap

individu.

'ge

M. Church,

pengajar genetika

\

Setelah

bertahun-tahun

menjalani

pe-

ada dua

puluhan

sampai

tiga puluhan

per-

tualangan ini, PacBio

masih

menghadapi

usahaan

yang

sedang

melakukan

proses

tantangan

berat

pada

masa

depan.

Kon- membangun mesin pengurutan

DNA.

Ia

sensus

yang

terbentuk di

antara

pesaing

menempati

posisi penasihat

di

banyak

dan

sebagian

pihak

luar adalah

PacBio

perusahaan

itu,

termasuk

di PacBio. "Me-

belum memiliki

pandangan

realistis

mereka semua

ingin

percaya

akan keberadaan

ngenai

prospek

komersialnya.

Tiga tahun satu

pasar,

dan merekalah

yang

menguasai

1alu, PacBio

membuat kompetitornya pa- pasar

itu,"

ujarnya.

"Kenyataannya,

ada

nikketikaperusahaanitumengklaimtelah

sekitar delapan

pasar

ceruk,

dan

belum

menembus

batasan kecepatan

dan

biaya. ada

satu

perusahaan

pun yang

mengua-

"Semua orang berpikir mesin

generasi

sainya." Dengan kata

lain, masih

ada

ru-

berikutnya

akan datang

dari PacBio,

tapi ang untuk PacBio di bidang

kanker

untuk

orang

saat ini tampaknya sudah

tak lagi Illumina

di mass

market

dan untuk Ion

mendukung klaim itu,"

kata Ralmond Torrent

yang

menawarkan

peranti

murah

McCauley,

chief

science offrcer

di Genomera

bagi konsumen

jenis

baru.

"Ini adalah

pe-

dan

mantan petinggi

Illumina,

sebuah

per-

rubahan

teknologi paling

pesat

yang

per-

usahaan

pengurutan

DNA.

PacBio

go pub-

nah

saya

lihat," kata

Church.

licpada

Oktober

ialu

dengan

harga

saham

Untuk

kali ini, Martin

berkata PacBio

mencapai

$t7,47.

Saat

ini,

nilai

sahamnya

akan fokus

ke

teknologi

long-read. Per-

sekitar

$12.

usahaan

itu

sedang berusaha menambah

Hai lain

yang

membahayakan

adalah

lebihbanyaklubangdikepingmereka,dan

-

anggapan tentang PacBio

yang

akan ter-

mempercepat

proses

kimianya.

"Semua.r

jebak

di

pasar

ceruk. Belum

ada

kejelasan

orang

pasti

menggunjingkan

si

pendatanf

tentang

seberapa besar keunggulan

yang

baru,"

ujar

Martin.

/

bisa mereka dapatkan dari long readketika Kalau Martin

terkesan

gusar,

itu

kay'ena

diterapkan ke bidang kanker

atau

perta-

ia mempertaruhkan lebih

banyakf{al di

nian. "Kita

masih harus melihat

apakah PacBio

selain uangnya. Pada

Sgftember

mereka

bisa

membuat terobosan

populer

2oog,

ia

didiagnosis menderjt6

multipLe

yang

dapat

menjual

banyak

mesin," kata

myeloma,

sebuah bentukrkinker darah

Rothberg dari Ion Torrent

vang

fatal. Penyakit

ini

merusak satu

Komentar-komentar

kompetitif

itu

ruas

tulang

dan mulai

me-

menggarisbawahi

kebangkitan

kembali nyebar ke selgr.uKtubuhnya.

Martin sudah

pasar pengurutan

DNA. Illumina

yang

dioperasi-rlfituk

mengobati punggungnya

berpusat

di San

Diego

teiah memaksa

pe-

-

_dart-sudah

mulai menjalani

kemoterapi.

saingnya bekerja keras

berkat

-keberhasi1-

Sementara

itu.

PacBio hampir

meram-

an*meleka,rnenekari

harga terus-

pungkan

ronde kedua

proses pendanaan

]-

-

-

liienerus. Pemetaan genom

ma-

danbersiapmenyambutpenawaransaham

Martin,

nusia

untuk

pertama

kalinya

telah

perdana.

"Saya

melihat ke

sekeliling dan

sang CEo memakan waktu 13 tahun

dan

me- berpikir tentang

apa

yang

bisa saya laku-

nelan

dana

$2,7

miliaL

Mesin

pe-

kan

untuk mencari

kesembuhan

secepat

ngurutDNAkonvensionalkinibisa

mungkin,"

katanya.

"Tak ada

CEO

yang

melakukannya

dalam beberapa

hari lebih termotivasi dari

saya."

@

&

/

EK

dna machine

Documents