Di dunia mikroskopis bakteri, terjadi perang kuno. Bakteri membangun sistem pertahanan yang semakin kompleks, virus menemukan cara baru untuk menghindarinya, bakteri menciptakan pertahanan baru — dan perlombaan senjata molekuler ini telah berlangsung selama beberapa miliar tahun.
Salah satu tokoh utama dalam kisah ini adalah bakteriofag — virus yang menginfeksi dan menghancurkan bakteri. Kemampuannya menghancurkan sel bakteri telah lama menarik perhatian dunia kedokteran, terutama pada masa kini ketika resistensi mikroorganisme terhadap antibiotik menjadi salah satu masalah kesehatan global yang paling serius.
Namun, para peneliti menghadapi hambatan yang mengejutkan: kita telah belajar membaca genom banyak fag, tetapi sering kali kita masih kurang memahami, apa sebenarnya yang dilakukan gen-gen yang tertulis di dalamnya. Sebagian besar gen fag masih belum diketahui fungsinya.
Profesor Peter Fineran dari Universitas Otago di Selandia Baru membandingkan pemahaman fag saat ini dengan cara umat manusia memahami antibiotik pada pertengahan abad ke-XX. Bagian genom fag yang tidak diketahui ini — semacam "materi gelap mikroba" — telah lama tidak dapat diakses untuk penelitian langsung.
Kini tim peneliti Universitas Otago telah menciptakan alat yang memungkinkan untuk benar-benar menerangi wilayah ini sekaligus dalam skala seluruh genom.
Metode ini diberi nama phage Tn-seq. Penelitian yang dilakukan oleh Natalie Kite, Manuela Fuchs, Leah Smith, dan Peter Fineran ini diterbitkan pada 25 September 2026 di jurnal Nature Microbiology — salah satu publikasi terkemuka di bidang mikrobiologi.
Teknologi ini didasarkan pada fragmen DNA kecil yang dapat berpindah — transposon Tn5, dengan panjang sekitar 5,8 kilobasa dan membawa gen resistensi terhadap antibiotik.
Transposon ini mampu menyisipkan diri ke berbagai bagian genom fag, seperti jarum suntik molekuler yang memasukkan materi genetik ke dalam genom asing. Ketika sisipan semacam itu masuk ke dalam suatu gen, fungsi gen tersebut terganggu. Para peneliti menghasilkan ribuan varian virus yang berbeda, masing-masing dengan bagian genomnya sendiri yang terpengaruh — semacam pustaka mutan.
Selanjutnya, bagian yang paling menarik dimulai.
Jika fag tetap dapat bertahan dan berkembang biak setelah suatu gen tertentu terganggu, hal ini menunjukkan bahwa bagian tersebut memungkinkan adanya perubahan dalam kondisi tersebut dan tidak kritis bagi kelangsungan hidupnya. Sebaliknya, jika mutan dengan kerusakan pada gen tertentu hampir tidak mungkin ditemukan, hal ini menunjukkan bahwa gen tersebut memainkan peran yang penting atau sangat vital. Para peneliti memperoleh peta yang jelas: gen mana yang dapat hilang dari fag, dan gen mana yang tak tergantikan baginya.
Dengan demikian, alih-alih meneliti satu gen demi satu gen dalam waktu lama, muncul peta lengkap wilayah-wilayah vital dari seluruh genom fag — sebuah potret fungsional utuh dari virus, yang diperoleh dalam satu eksperimen.
Untuk menyeleksi virus-virus mutan yang diinginkan dari ribuan kumpulan, para peneliti menghubungkan mutagenesis transposon dengan sistem CRISPR–anti-CRISPR. Transposon membawa gen anti-CRISPR, yang memungkinkan fag bertahan dari tekanan selektif sistem CRISPR di dalam sel bakteri. Setelah itu, sekuensing mendalam menunjukkan di tempat mana dalam genom virus transposon menyisip, dan gen mana yang tetap tak tersentuh. Kombinasi tiga teknik ini — mutagenesis transposon, seleksi CRISPR, dan sekuensing — mengubah teknologi tersebut dari sekumpulan eksperimen terpisah yang memakan banyak tenaga menjadi metode penelitian yang sistematis dan dapat diotomatisasi.
Tim tersebut menguji phage Tn-seq pada berbagai spesies bakteriofag, termasuk yang sangat eksotis. Metode ini bahkan berhasil pada fag raksasa PCH45, yang menginfeksi bakteri Serratia. Selama infeksi, fag ini menciptakan struktur tak biasa di dalam sel bakteri yang menyerupai inti sel, yang memisahkan dan melindungi DNA fag dari sistem imun bakteri. Para peneliti juga berhasil melakukan penyisipan transposon pada fag dengan DNA yang sangat termodifikasi secara kimia — pada genom yang secara tradisional sangat sulit untuk direkayasa secara genetis.
Namun teknologi ini mampu melakukan lebih dari sekadar merusak gen.
Transposon dapat diubah menjadi truk genetis mungil.
Para peneliti memuatkan sekuens tambahan ke dalamnya dan berhasil mengantarkan materi genetis baru langsung ke dalam genom fag. Dalam salah satu eksperimen, fag menerima gen protein fluoresen dan bersinar di bawah mikroskop. Para penulis juga menunjukkan bahwa gen anti-CRISPR lain dapat dimasukkan, dan bahkan menciptakan mutan ganda — fag dengan dua perubahan yang terarah sekaligus, dengan menggunakan sistem yang dirancang secara artifisial.
Hal ini mengubah paradigma penelitian itu sendiri.
Fag menjadi organisme yang tidak hanya dapat diamati di bawah mikroskop, tetapi juga jauh lebih cepat dipelajari secara fungsional dan direkayasa sesuai keinginan. Para peneliti kini dapat mengajukan pertanyaan-pertanyaan langsung: gen mana yang diperlukan virus untuk merakit selubungnya? Gen mana yang membantunya menembus bakteri? Bagian mana yang memungkinkannya mengatasi pertahanan bakteri? Di mana sekuens genetis baru dapat ditempatkan sehingga fag tetap hidup dan berfungsi?
Setiap pertanyaan semacam itu sebelumnya bisa memerlukan berbulan-bulan rangkaian eksperimen rumit yang terpisah. Kini banyak di antaranya dapat dipelajari secara bersamaan, yang mempercepat penelitian hingga puluhan kali lipat.
Karya ini memiliki arti khusus bagi masa depan terapi fag — pemanfaatan bakteriofag sebagai obat.
Bakteriofag sudah dianggap sebagai agen antimikroba potensial terhadap bakteri yang resisten, namun untuk menciptakan varian terapeutik yang andal dan aman, diperlukan pemahaman yang tepat tentang biologi fag dan kemampuan untuk mengubah genomnya secara terkendali. Para penulis karya ini secara langsung menyebut kurangnya pengetahuan tentang fungsi gen fag dan sulitnya rekayasa genetis yang cepat sebagai salah satu hambatan utama dalam pengembangan bidang yang menjanjikan ini.
Pada saat yang sama, penelitian itu sendiri untuk sementara ini terutama merupakan platform teknologi baru, bukan pengobatan yang siap pakai. Setiap fag yang dirancang khusus untuk penggunaan klinis akan memerlukan penilaian tersendiri, sering kali memakan waktu bertahun-tahun, atas khasiat, kestabilan selama penyimpanan, keamanan, dan toleransinya.
Namun demikian, di sini terjadi pergeseran konseptual yang penting.
Selama beberapa dekade, genomika mengajarkan kepada kita satu hal: cara membaca urutan DNA. Kini semakin banyak teknologi yang memungkinkan kita mengajukan pertanyaan berikutnya yang jauh lebih rumit: apa yang akan terjadi jika setiap urutan itu diubah?
Bagi bakteriofag, hal ini sangat penting dan relevan. Genomnya yang ringkas dipenuhi wilayah-wilayah yang fungsinya masih harus diungkap, dan potensinya nyaris belum diteliti.
Phage Tn-seq mengubah ketidaktahuan itu menjadi peta eksperimental, menjadi jawaban langsung atas pertanyaan-pertanyaan langsung.
Materi gelap dunia fag perlahan mulai menampakkan bentuknya — gen demi gen, mutasi demi mutasi, fungsi demi fungsi.
Dan bersamaan dengan itu, bakteriofag berubah dari virus alam yang misterius menjadi semakin banyak alat yang presisi, yang dipelajari biologi untuk dipahami, diprogram, dan — dalam beberapa tahun mendatang — dimanfaatkan.
