Neal Devaraj dan timnya dari University of California San Diego (UCSD) berhasil mengembangkan sel buatan dan diakui oleh para ahli biologi sebagai terobosan baru di dunia biologi sintesis. Tidak seperti sel hidup pada umumnya yang terbungkus oleh lapisan membran lipid, sel- sel buatan ini dilapisi oleh material plastik -akrilik polimerisasi. Dan walaupun sel buatan ini memiliki inti sel (nukleus) yang mengandung DNA, tetapi tidaklah dilapisi dengan membran yang sama seperti sel biasa, tetapi oleh membran yang terbuat dari mineral yang dapat ditemukan pada tanah liat.
Sel buatan ini sangatlah canggih, bisa dibilang sebagai “Hasil buatan manusia yang paling mendekati fungsi sebenarnya dari sel eukaryotic , kata Kate Adamala, ahli biologi sintesis dari Universitas Minnesota, yang tidak termasuk dalam Tim Devaraj.
Seperti sel pada umumnya, sel ini juga bisa mengirim sinyal sinyal protein terhadap sel lainnya, memicu timbulnya perilaku komunal antar sel. Dan seperti Devaraj dan tim telah ungkapkan dalam makalah yang diterbitkan di situs bioRvix, nukleus dari sel buatan ini bisa berkomunikasi dengan sel lainnya, melepaskan RNA yang memicu reaksi sintesa protein. Nukleus buatan ini bahkan bisa merespon sinyal dari sel lainnya yang mirip. “Ini adalah makalah yang paling penting yang pernah diterbitkan dalam dunia biologi sintesa tahun ini,” kata Amidala.
Bidang ilmu biologi sintesis mempunyai mimpi besar akan sel buatan ini. Dibanding dengan struktur sel sintesis yang lebih sederhana seperti liposome yang telah dipergunakan sebagai pembawa obat tertentu di dalam tubuh, sel sintesis ini lebih sensitif terhadap lingkungannya sehingga memungkinkan untuk mampu melakukan pekerjaan lainnya di dalam tubuh.
Di masa depan, sel sel buatan ini mungkin saja bisa lebih berfungsi untuk mengantarkan obat dengan lebih tepat sasaran, mengalahkan sel sel kanker, mendeteksi zat zat kimia beracun di dalam tubuh, juga untuk meningkatkan akurasi dalam diagnosa tes. Susunan dari sel sel sintesis yang saling berinteraksi ini bisa membentuk lapisan jaringan buatan dan material pintar yang lebih sensitif dan mudah beradaptasi dengan lingkungan sekitarnya.
Para peneliti masih terus berusaha keras untuk membangun sel sel sejenis dan mempelajari lebih jauh tentang bagaimana kehidupan sebenarnya terbentuk dan juga mengatasi beberapa tantangan teknis.
Untuk menjalankan beberapa fungsi dari sel, seperti memproduksi protein dan menduplikasi DNA dalam kondisi terisolasi tidaklah efektif. “Jika kita ingin membangun material sintesis, kita harus bisa membuat setiap individual unit dari material sintesis saling bekerjasama.” Kata Devaraj.
Para peneliti telah berhasil mengembangkan sel sintesis yang bisa saling berkomunikasi dengan cara saling bertukar molekul-molekul kecil yang sejenis seperti gula dan hidrogen peroksida. Devaraj juga mencatat, banyak dari sinyal-sinyal molekular terdapat di dalam tubuh kita, misalnya antara hormon insulin dan cytokinesis, yang meningkatkan sel imun, adalah protein dan biasanya dalam jumlah yang banyak.
Dalam upaya membangun sel sel yang menyerupai aslinya, Devaraj dan timnya tidak menggunakan bahan natural. “Hasil sintesa terbaru kami adalah pseudocell (sel buatan) yang sangat mirip dengan sel natural tetapi terbuat dari material material buatan,” kata rekan Devaraj, Henrike Niederholtmeyer ahli biologi sintesa dari UCSD.
Para peneliti mengunakan kepingan silikon berukuran mikroskopis dengan banyak rongga yang terisi cairan untuk mengeluarkan tetesan yang sangat kecil yang di dalamnya berisi bahan bahan baku untuk membangun sel seperti DNA, mineral dari tanah liat dan molekul-molekul tunggal akrilik. Sinar ultraviolet dan proses kimia akan memicu terbentuknya membran tipis yang menyelubungi setiap tetesan kecil tersebut. Pada saat yang sama, mineral mineral dan DNA di dalam tetesan kecil tersebut mengental menjadi bentuk gel dengan tekstur mirip dengan lensa kontak, membentuk sebuah nukleus, kata Devaraj.
Hasilnya adalah sebuah replika sel dengan kemampuan untuk berkomunikasi.
Dalam beberapa percobaan, team Devaraj melengkapi nukleus tiruan ini dengan kode genetik (DNA) dari Green Flourescent Protein (GFP). Mereka juga melengkapi kreasi molekul ini dengan sebuah jebakan, yaitu DNA yang lengket, yang bertugas menangkap molekul molekul GFP. Dengan menambahkan campuran enzim dan beberapa protein yang dibutuhkan, seperti Ribosome kedalam cairan yang menyelubungi sel sel buatan ini, para peneliti mulai menghidupkannya. Mesin molekular ini kemudian bergerak menembus membran tipis, membaca kode genetis di dalam nukleus dan menghasilkan molekul GFP sintesis.
Para peneliti kemudian mencampur sel sintesis yang di desain untuk memproduksi GFP dengan sel sel penerima yang tidak bisa membuat penanda (marker) untuk mereka sendiri tetapi dilengkapi dengan jebakan DNA untuk GFP. Setelah 2 jam, sel sel penerima yang berdekatan dengan sel pengirim pesan mulai mengeluarkan cahaya, menandakan mereka telah menangkap pesan GFP dari sel sel pengirim pesan. Dalam eksperimen yang mirip, tim Devaraj membangun sel tiruan yang mengirimkan sinyal protein yang berbeda yang bisa menghidupkan GFP sintesis di sel penerima. Seperti sel aslinya, sel sel buatan ini bisa berkomunikasi dengan sel sel lain di dekatnya dan menstimulasinya untuk memproduksi protein.
Sel tiruan ini juga memperlihatkan sifat sifat yang mirip dengan sel hidup yang disebut dengan quorum sensing, dimana perilaku sel sel ini menjadi berubah ketika jumlah mereka telah mencapai batas tertentu. Kemampuan ini terlihat ketika para peneliti menguji larutan dengan kepadatan sel tiruan yang berbeda beda, semuanya mengandung sel yang bisa melepaskan activator GFP sintesis dan memproduksi GFP jika diaktivasikan. Hasilnya, larutan yang mengandung sedikit sel sintesis, hampir tidak ada yang berubah menjadi hijau. Dan ketika telah mencapai batas kepadatan tertentu, hampir semuanya menyala. Sebelum menghasilkan GFP, tampaknya sel tiruan ini harus menyerap jumlah minimal tertentu dari protein aktif dari lingkungan sekitarnya.
Sel tiruan ini sangatlah tangguh, dapat bertahan selama 2 tahun di dalam freezer. Daya tahan seperti ini mungkin bisa menjadikannya sebagai sensor lingkungan yang baik. Salah satu dari beberapa fungsi dari struktur sel yang UCSD sedang dikembangkan. Devaraj dan rekan berharap nantinya bisa melengkapi sel sel tiruan ini dengan kemampuan untuk tumbuh dan membelah diri.
Bio Eingeer Yuval Elani dari Imperial College London terkesan dengan desain sel tiruan ini. ”Konsep untuk menggunakan komponen non-biologi adalah sebuah terobosan.” Tetapi penggunaan komponen tiruan bisa jadi nantinya menurun dalam kemampuan sel tiruannya, jika sel ini ternyata tidak bisa kompatibel dengan komponen “natural” dari sel tiruan yang dikembangkan peneliti lainnya.
