Aku baru saja mengikuti Journal Club and Weekly Discussion (JCWD) yang diadakan oleh laboratorium “Host Defense Response (Seitai)”, tempat dimana aku akan menuntut ilmu dan melaksanakan penelitian selama kurang lebih tiga tahun. Acara ini wajib untuk diikuti oleh setiap personel laboratorium termasuk Assistant Professor, Associate Professor, dan Professor. Sebenarnya sudah semenjak Oktober tahun lalu aku menghadiri acara ini, namun baru kali ini hatiku tergerak untuk membicarakannya.

Pada setiap sesi JCWD, dua personel laboratorium akan bertindak sebagai pembicara. Salah seorang dari mereka akan mempresentasikan penelitian yang sedang ia kerjakan, kita sebut Research Presentation (RP), dan seorangnya lagi akan mengupas isi artikel ilmiah di bidang Life Sciences yang sedang hangat dibicarakan di tingkat internasional, kita sebut Journal Club (JC). Pada kesempatan kali ini, RP dibawakan oleh sang Associate Professor, Akiko Hirayama Shiratsuchi. Tema penelitian yang beliau usung sangat menarik, yaitu mengenai host-pathogen interaction. Tapi, tanpa mengurangi rasa hormat kepada pembawa, aku tidak akan bicara lebih detil mengenai RP pada sesi kali ini. Bukan karena tidak ingin berbagi tapi semata-mata untuk menjaga privasi laboratorium sebelum hasil penelitian tersebut dipublikasikan. 🙂

Actually, yang ingin aku bicarakan adalah mengenai tema JC minggu ini, yang dibawakan oleh Professor Yoshinobu Nakanishi, professor di laboratorium kami yang juga sekaligus bertindak sebagai supervisorku. Tema yang diangkat sangat menarik. Beliau berbicara mengenai teknologi Genome Editing menggunakan TALENs (Transcription Activator-Like Effector Nucleases). Tema ini diangkat oleh Nature Review of Molecular Cell Biology Vol.14 January 2013 (http://www.nature.com/nrm/journal/v14/n1/full/nrm3486.html) dan Majalah Science Vol. 338 no. 6113 pp. 1408-1411 (http://www.sciencemag.org/content/338/6113/1408.summary?sid=70d218cf-4758-4fcd-ab57-03c7c764d635). Saat ini, TALENs mulai digunakan secara luas di bidang penyuntingan genome (genome editing) dan pengembangan sel atau hewan uji yang tidak memiliki (knock-out) atau justru memiliki (knock-in) gen tertentu. Nampaknya, protein rekombinan ini disinyalir memiliki kemampuan yang setara atau bahkan lebih hebat dari teknologi Zinc Finger Nucleases (ZFNs). Beberapa peneliti bahkan meramalkan bahwa teknologi ini akan menggantikan posisi ZFNs dalam bidang rekayasa genetika, semata-mata karena TALENs dapat dibuat sendiri atau diperoleh dengan harga yang lebih murah sebab hingga saat ini produk ini belum dipatenkan oleh pihak manapun, berbeda dengan teknologi ZFNs yang telah dipatenkan oleh Sangamo Biosciences (Richmond, California).

Pengembangan engineered TALEs, sebagai komponen dasar TALENs,  pada awalnya terinspirasi dari native protein TALE yang dimiliki oleh Xanthomonas, spesies bakteri yang menyebabkan kerusakan pada berbagai jenis produk tanaman (kurang lebih 350 spesies tanaman). Bonas et al. (Science, 2007) melaporkan bahwa bakteri ini menggunakan TALE-nya untuk mengambil alih kendali gen host yang bertanggung jawab dalam pengaturan ukuran sel, mengakibatkan sel berkembang menjadi semakin besar tanpa bisa dikendalikan. Saat itu, tak ada seorang pun yang menyangka bahwa protein dari bakteri yang dianggap hama tanaman tersebut akan memiliki andil besar dalam teknologi rekayasa genetika di abad ini. Tim Jens Boch dan tim Adam Bogdanove -lah yang berjasa memperkenalkan kehandalan protein ini setelah mengeksplorasi lebih lanjut struktur dan mekanisme TALE dari Xanthomonas tersebut.

Komponen dasar TALENs sebenarnya cukup sederhana, sebuah protein TALE yang di-kopling dengan nuklease. Protein TALE memiliki struktur berupa 17 domain berulang yang saling terkait satu sama lain (17-tandem repeats domain) dengan tiap repeat terdiri atas kurang lebih 34 asam amino dengan sekuens yang hampir selalu sama. Dari 34 asam amino di tiap repeat, dua asam amino yaitu pada posisi 12 dan 13, disebut repetitive variable di-residues (RVDs), akan menentukan spesifisitas sekuens DNA target. Misalnya, jika pada RVD repeat 1 berturut-turut adalah asam amino histidin dan asam aspartat maka repeat 1 akan menempel pada basa sitosin (C). Selanjutnya, jika asparagin dan glisin merupakan asam amino pada RVD repeat 2, maka repeat 2 akan menempel pada basa timin (T) (Gambar 1). Dengan demikian, dari 17-tandem repeats domain, repeat 1 dan 2 akan menempel pada sekuens DNA C dan T berturut-turut. Kejadian yang sama akan terjadi sampai seluruh repeat menempel pada sekuens DNA target. Pada saat TALE telah menempel pada sekuens DNA target, nuklease yang ter-kopling pada TALE akan melakukan aktivitasnya (sesuai dengan yang kita inginkan), misalnya apakah kita ingin memutuskan sekuens DNA target melalui double strand breaks (DSB) untuk mempromosikan knock-out gene atau sebaliknya memasukkan template DNA donor ke dalam situs DSB untuk mempromosikan knock-in gene via mekanisme non-homologues end joining (NHEJ) atau via homologues recombination (HR). Struktur sebuah TALEN dapat dilihat pada gambar 2.

TALE

Gambar 1. Struktur TALE

NG, HD, NI, NN = sekuens asam amino pada posisi RVD (N=Asparagin, G=Glisin, H=Histidin, D=Asam aspartat, N=Asparagin, dan I=Isoleusin)

TALEN structure

Gambar 2. Struktur TALEN

Konstruksi TALE yang sederhana inilah yang membuat para ilmuwan di bidang Life Sciences terpukau. Sampai sekarang pun mereka masih sulit mempercayainya. How could something so simple be so powerful? Bagi kita yang beragama dan punya keyakinan akan kekuasaan Tuhan, mungkin pertanyaan ini sudah memiliki jawaban.. 🙂

Bagi yang tertarik untuk mempelajari TALEN lebih lanjut, artikel berikut ini mungkin berguna.

– NATURE Protocols http://www.nature.com/nprot/journal/v7/n1/pdf/nprot.2011.431.pdf (FREE)

– NATURE Protocols http://www.nature.com/nprot/journal/v7/n1/pdf/nprot.2011.431.pdf (FREE)

– NATURE Methods http://www.nature.com/nmeth/journal/v9/n1/pdf/nmeth.1807.pdf (FREE)

– NATURE Methods http://www.nature.com/nmeth/journal/v9/n11/pdf/nmeth.2220.pdf (FREE)

– Science Magazine http://www.sciencemag.org/content/333/6051/1843.short

– NATURE Biotechnology http://www.nature.com/nbt/journal/v29/n2/full/nbt.1755.html

NATURE Biotechnology http://www.nature.com/nbt/journal/v29/n2/full/nbt.1775.html

Atau bisa juga mengunjungi website TALeffector (http://taleffectors.com/) dan TALengineering (http://www.talengineering.org/index.htm) untuk informasi lebih lanjut.

Photo credit (TALeffectors.com)