Saya percaya ramai dalam kalangan kita pernah membaca novel atau menonton filem bergenre bukan fiksyen tentang senjata biologi, memanipulasi genetik sesuka hati atau rawatan membaiki genetik. Sebenarnya, kaedah memanipulasi genetik ini boleh dilaksanakan dan sudah ada kajian dan rawatan yang dijalankan bagi mengubah suai genetik. Salah satunya ialah terapi gen.
Terapi gen ialah kaedah rawatan penyakit dengan mengubah suai genetik individu. Selalunya bagi rawatan penyakit yang disebabkan oleh keturunan seperti anemia sel sabit, terapi gen digunakan untuk membaiki mutasi pada DNA pesakit itu menjadi normal. Terapi gen tradisional mula diperkenalkan pada tahun 1980-an. Ia menggunakan mekanisma virus untuk menghantar gen atau DNA yang telah diubah suai ke dalam nukleus sel untuk merawat penyakit (rujuk Rajah 1).
Akan tetapi, terapi gen tradisional menimbulkan kerisauan pada penyelidik dahulu dan kini yang disebabkan oleh kebergantungan terapi itu pada vektor virus untuk membawa transgen yang diubahsuai (diperbaiki) ke sel yang ditargetkan. Kebergantungan terapi pada vektor virus dapat meningkatkan risiko sisipan onkogenesis dan ketoksikan immuniti. Tetapi, penggunaan vektor virus masih menjadi kunci penghantaran rawatan itu. Selain itu, keberkesanan terapi gen tradisional adalah rendah dan banyak ujian klinikal membuktikan peserta ujian klinikal yang mendapatkan terapi gen menunjukkan simptom yang lebih teruk sehingga maut. Pernah ada satu kes yang melibatkan seorang belia yang mempunyai penyakit genetik kekurangan ornithine transcarbamylase (OTC) tahap sederhana. Dia menjalani ujian klinikal terapi gen menggunakan vektor adenovirus yang telah diubah suai genetiknya. Akan tetapi, belia itu meninggal dunia empat hari selepas rawatan kerana vektor adenovirus merangsang tindak balas imun badan yang berlebihan sehingga menyebabkan kegagalan banyak organ.
Namun begitu, kita beruntung kerana kini, teknologi pengubah suai genetik baru dikenali sebagai clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) (sebutannya ‘krisper’) telah dibangunkan. Terima kasih kepada perintis yang membangunkan teknologi CRISPR ialah Jennifer Doudna dan Emmanuelle Charpentier, penerima hadiah Nobel Kimia 2020. CRISPR pada awal penemuannya ialah sistem immunisasi mikrob di mana prokariot seperti bakteria dan arkea yang menggunakannya untuk mencegah serangan daripada virus khususnya bacteriophage. CRISPR membolehkan prokariot mengenal pasti susunan gen dengan tepat yang sepadan dengan bacteriophage atau virus lain dan kemudian melenyapkan susunan gen itu dengan enzim khusus. Penemuan dan perkembangan CRISPR dan protein pemadan CRISPR atau CRISPR-associated protein (Cas) telah meluaskan penggunaan penyelidikan genetik secara global terutamanya dalam terapi gen.
Sistem pengubahsuaian DNA dengan CRISPR/Cas ialah kaedah terkini yang dapat membetulkan mutasi DNA yang mengakibatkan penyakit secara terus tanpa memberi risiko onkogenesis. Berbanding dengan kaedah pengubahsuaian genetik lain, sistem pengubahsuaian genetik dengan CRISPR/Cas sangat tepat, efisien, senang digunakan dan lebih murah dari segi kos. Namun, kaedah penghantaran protein CRISPR/Cas masih menggunakan vektor adenovirus. Maka, risiko komplikasi berkaitan dengan vektor virus masih tidak dapat dielakkan
Secara ringkasnya, sistem pengubahsuaian DNA dengan CRISPR/Cas9 menggunakan tiga perkara (rujuk Rajah 2):
- CRISPR mempunyai single-guide RNA (sgRNA) untuk memandu Cas9 ke arah DNA yang disasarkan.
- Cas9 protein perlu mengecam/ mengenal pasti susunan DNA khusus yang perlu diubah suai dipanggil protospacer adjacent motif (PAM) untuk mengikat (bind) padanya.
- RuvC dan HNH (komponen-komponen CRISPR/Cas9) untuk memecahkan ikatan DNA.
Setelah CRISPR/Cas9 berjaya memecahkan ikatan dua bebenang DNA (double stranded breaks), sel akan dirangsang untuk membaiki ikatan dua bebenang DNA yang telah dipecahkan. Melalui proses membaik pulih ikatan DNA, pengubahsuaian DNA berlaku melalui sama ada penukargantian bes DNA, penghapusan atau penambahan. Dengan ini, mutasi pada DNA dapat diperbaiki.
Antara masalah penggunaan CRISPR/Cas9 bagi terapi gen ialah impak sasaran tersimpang (off-target) di mana CRISPR/Cas9 tidak dapat mengenal pasti dan mengikat pada DNA yang perlu diperbaiki. Namun, antara kaedah untuk mengatasi masalah ini, para saintis mengubah suai Cas9 supaya lebih tepat dalam mengenal pasti DNA yang perlu dibaiki. Selain itu, CRISPR/Cas9 memerlukan PAM untuk mengikat pada DNA yang perlu dibaiki dengan tepat. Jujukan PAM menjadi masalah kerana ia perlu dicari oleh CRISPR/Cas9 dan ukuran jujukan PAM bergantung pada jenis protein Cas9. Di samping itu, pemecahan ikatan dua bebenang DNA secara lazimnya mengakibatkan sel apoptosis. Seterusnya, penggunaan CRISPR/Cas9 di dalam sel badan manusia dapat mengakibatkan ketoksikan immunogenik dengan mengaktifkan sel imun untuk menghasilkan antibodi untuk memusnahkan CRISPR/Cas9, tetapi secara tidak langsung menyerang sel-sel yang lain.
Antara masalah penggunaan CRISPR/Cas9 bagi terapi gen ialah impak sasaran tersimpang (off-target) di mana CRISPR/Cas9 tidak dapat mengenal pasti dan mengikat pada DNA yang perlu diperbaiki. Namun, antara kaedah untuk mengatasi masalah ini, para saintis mengubah suai Cas9 supaya lebih tepat dalam mengenal pasti DNA yang perlu dibaiki. Selain itu, CRISPR/Cas9 memerlukan PAM untuk mengikat pada DNA yang perlu dibaiki dengan tepat. Jujukan PAM menjadi masalah kerana ia perlu dicari oleh CRISPR/Cas9 dan ukuran jujukan PAM bergantung pada jenis protein Cas9. Di samping itu, pemecahan ikatan dua bebenang DNA secara lazimnya mengakibatkan sel apoptosis. Seterusnya, penggunaan CRISPR/Cas9 di dalam sel badan manusia dapat mengakibatkan ketoksikan immunogenik dengan mengaktifkan sel imun untuk menghasilkan antibodi untuk memusnahkan CRISPR/Cas9, tetapi secara tidak langsung menyerang sel-sel yang lain.
Penggunaan CRISPR/Cas9 telah diaplikasikan dalam pelbagai jenis industri, antaranya: hasil tanaman dan serangga yang diubahsuai genom, model genetik bagi tujuan kajian dan pelbagai eksperimen terapi manusia. Penggunaan sistem CRISPR/Cas9 sekarang sedang menjalani ujian klinikal untuk merawat anemia sel sabit, kanser dan penyakit genetik lain seperti buta keturunan.
Namun, penggunaannya ke atas sel manusia ialah satu kontroversi yang amat besar lebih-lebih lagi pada November 2018 ketika seorang saintis dari China telah menggunakan teknologi CRISPR/Cas9 ke atas embrio yang kini menjadi bayi kembar dengan tujuan untuk mencegah HIV. Hal ini menimbulkan soal etika dalam penggunaan teknologi pengubahsuaian genetik ke atas manusia kerana tindakan saintis tersebut dapat mendatangkan kemudaratan ke atas bayi kembar itu di samping tiada bukti kukuh yang meyakinkan teknologi ini tidak mendatangkan kesan buruk lebih besar. Oleh sebab kontroversi itu, panel antarabangsa diketuai oleh persatuan saintifik US dan UK menyimpulkan teknologi CRISPR/Cas9 belum sesuai digunakan di dalam embrio manusia.
Kesimpulannya, perkembangan dalam bidang kejuruteraan genetik amat pesat dan CRISPR dapat dikatakan kaedah yang murah kosnya dengan keberkesanan yang amat memuaskan dalam mengubah suai genetik dengan risiko komplikasi yang tidak diingini lebih rendah. Etika dalam penggunaan teknologi amat penting kerana jika disalahguna, ia boleh mengakibatkan kezaliman terhadap seseorang individu atau boleh juga merosakkan ekosistem semula jadi. Maka, perkembangan teknologi sehebat ini perlu disertai dengan etika yang betul dan selamat.
GLOSSARI
Vektor: Pembawa bagi suatu molekul seperti gen atau DNA
Ex vivo: Uji kaji yang dilakukan bagi sesuatu tisu organisma di persekitaran luar dengan perubahan keadaan yang minimum
Onkogenesis: Perkembangan tumor
RNA: Asid ribonukleik
Apoptosis: Program dalaman terkawal untuk mematikan sesuatu sel
Immunogenetik: Proses yang dapat mengaktifkan tindak balas imun
Artikel ditulis oleh Saudara Mohamad Nur Syahmi bin Azahar, graduan University of Manchester dalam bidang Biomedical Science.
RUJUKAN
- https://courses.lumenlearning.com/suny-microbiology/chapter/gene-therapy/
- Ledford, H. and Callaway, E., 2020. Pioneers of CRISPR gene editing win chemistry nobel. Nature, 586(7829), pp.346-347.
- Uddin, F., Rudin, C.M. and Sen, T., 2020. CRISPR gene therapy: applications, limitations, and implications for the future. Frontiers in oncology, 10, p.1387.
Sumber gambar : https://www.biotechacademy.dk/undervisning/gymnasiale-projekter/crispr-cas9/
