Bayangkan seorang ahli bedah melakukan operasi yang sangat rumit, tetapi tidak dapat melihat hasil tindakannya. Ia melakukan intervensi, lalu harus menunggu analisis untuk mengetahui apakah tepat sasaran. Kurang lebih seperti itulah penyuntingan gen selama ini: alat molekuler dimasukkan ke dalam sel, dan efektivitas kerjanya baru dievaluasi setelah kejadian.
Tugas ini sangat sulit terutama di mitokondria—struktur energi kecil dalam sel yang memiliki DNA sendiri. Mutasi pada genom mitokondria dapat menyebabkan penyakit metabolik dan neuromuskular yang parah. Para ilmuwan telah belajar untuk memengaruhi bagian-bagian tertentu dari mtDNA, tetapi biasanya hasilnya harus diperiksa melalui analisis molekuler dan sekuensing berikutnya.
Para peneliti dari Universitas Zhengzhou mengusulkan untuk membuat proses tersembunyi ini menjadi terlihat. Dalam karya 2026 tahun di CCS Chemistry mereka mempresentasikan nanosistem yang menghubungkan efektivitas penyuntingan gen dengan sinyal fluoresensi. Dengan kata lain, peristiwa molekuler di dalam sel mendapatkan semacam indikator cahaya.
Sistem ini didasarkan pada protein Cas12a. Setelah mengenali urutan DNA tertentu, protein ini teraktivasi dan mulai memotong molekul reporter khusus. Saat molekul-molekul ini dipecah, muncul sinyal fluoresensi yang dapat dideteksi. Alih-alih menunggu analisis akhir, peneliti dapat mengamati perubahan terkait penyuntingan secara langsung dalam sistem hidup.
Kesulitan teknis utama adalah mengantarkan seluruh konstruksi molekuler ini ke DNA mitokondria. Untuk itu digunakan nanostruktur DNA yang dibentuk melalui amplifikasi lingkaran bergulir (rolling circle amplification, RCA). Nanostruktur ini memungkinkan penggabungan komponen-komponen yang diperlukan sekaligus mengurangi sinyal latar belakang.
Teknologi ini tidak muncul dari ketiadaan. Pada tahun 2023, jalur penelitian yang sama menghasilkan sistem InCasor, yang dijelaskan dalam Nature Communications. Sistem tersebut sudah memungkinkan visualisasi mutasi tertentu pada DNA mitokondria dalam sel hidup dan hewan percobaan. Sekarang tantangannya menjadi lebih sulit: tidak hanya melihat keberadaan target genetik, tetapi juga mengevaluasi efektivitas intervensi itu sendiri.
Pentingnya pendekatan semacam ini dapat digambarkan dengan jelas melalui contoh penyakit mitokondria. Dalam satu sel, terdapat ratusan atau ribuan salinan mtDNA: sebagian normal, sebagian mutan. Misalkan, alat molekuler harus mengurangi proporsi varian berbahaya. Tidak cukup hanya mengetahui bahwa alat tersebut 'bekerja di suatu tempat'. Kita perlu memahami seberapa besar perubahan rasio DNA normal dan mutan, di mana hal itu terjadi, dan bagaimana prosesnya berkembang seiring waktu. Di sinilah kemampuan untuk mengamati perubahan molekuler dalam sistem hidup menjadi sangat berharga.
Masih jauh sebelum pasien dapat diobati dengan nanosistem semacam ini. Keamanan, spesifisitas, pengiriman ke berbagai jaringan, dan risiko efek yang tidak diinginkan perlu diuji. Tetapi ide itu sendiri mengubah pendekatan terhadap terapi gen: alat molekuler tidak hanya harus melakukan tugasnya, tetapi juga meninggalkan sinyal yang jelas bagi peneliti tentang apa yang telah terjadi.
Penyuntingan gen menjadi tidak hanya lebih presisi. Untuk pertama kalinya, kita mendekati kemampuan untuk melihat kerjanya dari dalam—hampir pada saat proses itu terjadi.
