Ketika suara menjadi cahaya: cara baru mengendalikan penyuntingan gen
Cahaya di kedalaman otak dapat dinyalakan dari luar — dengan bantuan ultrasound dan nanopartikel khusus. Para peneliti di Universitas Stanford menggunakan pendekatan ini untuk memicu penyuntingan DNA di area tubuh tikus yang dipilih, termasuk di otak. Untuk mengaktifkan sistem tersebut, mereka tidak memerlukan operasi maupun sumber cahaya yang ditanam.
Karya ini diterbitkan pada 28 September 2026 di jurnal Cell. Penelitian ini dilakukan oleh tim Michael Lin dan Gusun Hong; penulis pertama adalah postdoktor Desun Son.
Dalam rekayasa genetika, ketepatan dimulai dari pemilihan lokasi DNA dan berlanjut dengan pemilihan tempat intervensi. Gen yang sama dapat menjalankan tugas berbeda di jaringan yang berbeda. Karena itu, penting bagi para peneliti untuk mengendalikan tiga parameter sekaligus: gen mana yang diubah, di mana, dan kapan prosesnya dimulai. Pengembangan baru ini memungkinkan aktivasi penyunting secara jarak jauh di area yang dipilih.
Dasar metode ini adalah penyunting Cas12f yang peka cahaya dari keluarga CRISPR dan nanopartikel mekanoluminesen yang mampu memancarkan cahaya akibat getaran mekanis. Ultrasound menghubungkan kedua komponen tersebut: mencapai area yang dituju, membuat partikel bersinar, dan cahaya itu mengaktifkan instrumen molekuler.
Untuk menciptakan penyunting yang dapat dikendalikan, para ilmuwan menggunakan protein kompak dari keluarga Cas12f. Salah satunya, CasMINI, mengandung 529 asam amino — lebih dari dua kali lebih sedikit dibandingkan SpCas9 yang banyak digunakan. Pada penyunting ditambahkan sakelar peka cahaya berbasis protein Dronpa. Berkat itu, cahaya menjadi sinyal yang mengizinkan kerja pada DNA.
Skema semacam ini membantu mengatasi keterbatasan cahaya itu sendiri: jaringan menghamburkan dan menyerapnya sehingga akses ke struktur dalam menjadi sulit. Ultrasound menembus lebih dalam dan memungkinkan menyalakan sumber cahaya tepat di area yang dipilih. Nanopartikel berfungsi seperti lampu kecil di dalam tubuh.
Sebelum itu, instruksi genetik untuk penyunting harus dikirim ke dalam sel. Para penulis menggunakan vektor berbasis virus adeno-asosiasi — AAV. Kekompakan sistem memungkinkan penempatan instruksi bagi penyunting maupun bagi RNA pemandu, yang membantunya mengenali lokasi DNA yang dituju, ke dalam satu partikel virus. Pengiriman instrumen dan pengendalian kerjanya menjadi dua tahap yang berurutan.
Selektivitas spasial diuji dengan penanda fluoresen. Pada tikus, area DNA khusus menghalangi pembentukan protein bercahaya. Penyuntingan yang berhasil menghilangkan penghalang tersebut, dan sel-sel mulai memproduksi protein yang terlihat pada pencahayaan yang sesuai. Setelah paparan ultrasound pada satu sisi otak, sinyal fluoresen muncul di sisi yang diperlakukan, sedangkan sisi berlawanan tetap gelap.
Dalam eksperimen ini, cahaya menjalankan dua tugas berbeda. Pendaran nanopartikel memicu penyunting, sedangkan penanda fluoresen menunjukkan di mana perubahan DNA terjadi. Para penulis juga mendemonstrasikan kerja pendekatan ini pada otot rangka dan hati.
Nilai terdekat teknologi ini adalah kemungkinan meneliti fungsi gen dengan lebih tepat. Dengan memicu penyuntingan di area otak tertentu, para ilmuwan dapat mempelajari kontribusi perubahan genetik lokal terhadap kerja sistem saraf. Untuk penerapan medis, keamanan nanopartikel, pengiriman penyunting, dan intervensi itu sendiri perlu dinilai secara terpisah, serta khasiat terapeutiknya diuji.
Selektivitas spasial dan ketepatan perubahan DNA adalah karakteristik yang berbeda. Kemampuan membatasi area aktivasi dengan sendirinya belum membuktikan tidak adanya penyuntingan yang tidak diinginkan di area lain dalam genom. Efek semacam itu memerlukan pemeriksaan tersendiri.
Menurut Hong, penggabungan dua teknologi menghasilkan sesuatu yang melampaui sekadar jumlah kemampuan keduanya. Lin menggambarkan prospek ini sebagai «kendali empat dimensi»: tiga dimensi ruang menentukan tempat intervensi, sedangkan waktu menentukan momen dimulainya. Pemilihan target genetik melengkapi sistem kendali ini.
Kendali waktu memiliki batas penting: perubahan DNA dapat tetap bertahan setelah paparan dihentikan. Kemampuan menyalakan penyunting pada momen yang tepat harus dibedakan dari kemampuan membatalkan hasil kerjanya. Karena itu, tim juga mengembangkan pendekatan untuk memperkuat atau menekan aktivitas gen secara sementara dengan tetap mempertahankan urutan DNA.
Dengan demikian, para peneliti memperoleh cara yang lebih halus untuk mengajukan pertanyaan kepada sistem hidup: mengubah gen yang dipilih di tempat tertentu dan mengamati konsekuensinya. Bagi kedokteran masa depan, ini adalah prospek intervensi lokal, yang jalannya melewati penelitian lebih lanjut mengenai keamanan dan efektivitas.
