Genome Editing: Potensi & Impak Masa Hadapan

Kemunculan Era Teknologi Baru
Pada tahun 2010 yang lalu, saya merupakan salah seorang penuntut di University of Edinburgh, United Kingdom. Saya masih ingat lagi dalam course genetics, kami para pelajar mempelajari salah satu cutting-edge technology pada masa itu yang dipanggil gene therapy. Bahkan, pensyarah meminta beberapa pelajar untuk membentangkan serta membahaskan tajuk ini secara mendalam. Selang beberapa tahun kemudian semasa saya sedang membuat Master in Biotechnology di universiti sama, mula kedengaran satu teknologi baru yang berpotensi luas dan lebih baik daripada gene therapy. Teknologi tersebut ialah genome/gene editing ataupun kalau kita tafsirkan ke dalam bahasa Malaysia - ubahan genom/gen. Saya tidak pasti bagaimana mahu alih bahasa tapi saya lebih selesa menggunakan frasa gene editing supaya maksud yang ingin disampaikan tidak berubah.

Gene Therapy vs Gene/Genome Editing

Sebagai bekas seorang pelajar yang memegang ijazah sarjana muda dan sarjana dalam bioteknologi, saya memang faham bahawa gene therapy mempunyai banyak masalah bahkan teknologi ini terlalu kontroversi dan berisiko tinggi untuk dilaksanakan dalam konteks dunia sebenar. Maka, gene therapy ini selalunya didiskusikan pada skop potensi, masalah dan kekangan pelaksanaannya. Berbeza dengan gene therapy, teknologi gene editing ternyata memiliki kelebihan lebih jauh baik kerana (1) mampu mensasarkan dengan tepat ke atas sasaran gene yang ingin diubah (2) lebih terkawal, (3) tidak melibatkan kesan sampingan seperti salah sasaran dan sebagainya. Namun, kedua-dua teknologi ini (gene therapy dan gene editing) berperanan untuk merawat penyakit yang berkait rapat dengan genetic disorders dan ditemui dari sistem asas yang digunapakai oleh mikroorganisma.

Gene therapy dan konsepnya. Dengan menggunakan virus yang sudah tidak berbahaya, maklumat DNA boleh 'dibungkus; dan dimasukan ke dalam mana-mana sel yang dingini. 

Gene Therapy dan Permasalahannya

Gene therapy secara amnya mengeksploitasi kelebihan virus dalam 'membungkus', membawa dan menyuntik DNA demi mengubah genom di dalam satu-satu sel badan. Sebagai contoh, virus seperti Lentivirus memiliki keupayaan untuk 'memasukkan' maklumat genetik (RNA virus) ke dalam satu-satu sel menggunakan enzim reverse transcriptase. Proses ini adalah semula jadi tetapi dieksploitasi oleh para saintis, dijadikan teknologi gene therapy. Memandangkan teknologi ini menggunakan virus, maka sasarannya sangat rawak (random) dan sukar diselia rapi oleh para saintis menyebabkan sel-sel yang tidak disasar juga boleh terlibat. Teknologi ini amat kontroversi jika dilaksanakan terhadap germ-line cells ataupun sel seks, iaitu sperma dan ovum - melibatkan kesan seumur hidup dari bayi hingga ke akhiran kepada individu tersebut jika dilaksanakan. Terdapat beberapa kejayaan dengan penggunaan teknologi ini. Antaranya ialah kejayaan merawat penyakit genetik menggunakan gene therapy dapat dilihat dalam kes merawat Wiskott-Aldrich syndrome menggunakan lentivirus. Bagaimanapun dalam kes tersebut, para saintis masih berhati-hati untuk menyatakan keberkesannya kerana ianya dilakukan pada skala kecil; skala yang besar diperlukan bagi menentukan bukti dan kesahihannya - sesuatu yang amat sukar dilakukan dalam konteks dunia sebenar kerana melibatkan risiko nyawa orang ramai. Secara ringkas, gene therapy sudah lama diketahui memiliki potensinya tetapi bagi mereka yang mengkajinya pasti memahami bahawa terlalu banyak risiko dan kelemahan yang ada pada teknologi ini.

Breakthrough dan Potensi Gene/Genome Editing

Pada awal bulan Disember baru-baru ini, dunia dikejutkan dengan satu breakthrough dalam bidang kesihatan tatkala seorang pesakit acute lymphoblastic leukaemia (sejenis kanser) bernama Layla Richard yang baru berumur setahun telah berjaya dirawat menggunakan satu teknik moden dikenali sebagai genome/gene editing. Pihak hospital Great Ormond Street terpaksa menggunakan teknik yang belum popular tersebut memandangkan kedua-dua ibu bapa pesakit tersebut meminta pihak hospital berusaha sedaya upaya menyelamatkan anak mereka itu. Jika tidak dirawat, Layla Richard mungkin tidak mampu terus hidup dan hanya mampu menantikan maut tiba. Hasil daripada tindakan proaktif pihak hospital, mereka telah berjaya memastikan Layla Richard terus langsung hidup sehingga sekarang. Walaupun masih awal untuk menyatakan sama ada rawatan genome editing tersebut benar-benar menyumbang terhadap kesan tersebut, kejayaan tersebut telah mendapat sambutan yang luar biasa dari media-media luar.

Gambar menunjukkan Layla Richards (kiri hadapan), bayi berumur dalam lingkungan setahun yang berjaya 'dirawat' menggunakan teknologi gene editing.

Baru-baru ini juga, dunia sains juga mendapat satu lagi breakthrough melalui penggunaan gene editing technology ini. Dengan menggunakan teknologi ini, para saintis dari dua buah institusi termasuklah University of California dan Imperial College London telah berjaya menghasilkan gene-edited mosquitoes bagi misi mengatasi masalah malaria yang berpanjangan di sekitar negara seperti Afrika Selatan dan Asia, Saintis di University of California telah berjaya menghasilkan nyamuk yang kalis kepada jangkitan malaria menggunakan teknik gene editing manakala Imperial College London pula telah berjaya menghasilkan nyamuk pembawa malaria betina yang tidak subur menggunakan sistem CRISPR-Cas9 (salah satu sistem dalam gene editing). Kedua-dua pihak telah membuktikan secara jelas bahawa teknologi ini mampu mengatasi masalah jangkitan malaria yang sekian lama masih belum ada penyelesaian yang terbukti berkesan.

Teknologi gene/genome editing bolehlah diibaratkan seperti sepotong gunting yang mampu menggunting mana-mana lokasi DNA dengan tepat sekali dan kemudiannya bersambung semula.

Kedua-dua kajian breakthrough di atas ternyata memberi kita gambaran akan potensi gene editing technology. Ianya kini menjadi salah satu bualan paling hangat dalam dunia molecular biology. Para saintis terutamanya ahli molekular biologi begitu menyedari hakikat kelebihan teknologi ini. Teknologi gene editing seperti yang dikatakan pada awalnya, memiliki kelebihan yang banyak berbanding gene therapy. Teknologi ini muncul hasil daripada penemuan semula jadi yang digunakan oleh bacteria dalam melawan virus. Secara mudahnya, bakteria memiliki beberapa teknik untuk melawan serangan virus. Salah satunya ialah dengan menghasilkan sistem pertahanan sama ada berbentuk protein, enzyme ataupun RNAase untuk menghancurkan DNA virus yang menyerang sel tersebut. Sistem ini mampu mengenal pasti dan membezakan maklumat genetik virus tersebut (DNA/RNA) dan DNA sel dengan begitu tepat dan seterusnya membuat potongan terhadap DNA virus seperti gunting. Kemampuan untuk mensasarkan dengan tepat ini memberi satu kelebihan yang hebat kepada para saintis moden. Apabila sesuatu DNA itu dipotong, akan berlakulah satu proses yang dikenali sebagai repair mechanism yang seterusnya mengubah maklumat DNA yang asal. 

Terdapat tiga jenis sistem yang selalu diguna pakai dalam gene editing technology. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Tiga sistem tersebut ialah Zinc-finger nuclease (ZFN), TALEN dan CRISPR-Cas9 seperti yang dipaparkan pada diagram di bawah. Tidak perlu untuk saya ulaskan secara mendalam berkenaan ketiga-tiga sistem ini kerana ianya pasti akan mengelirukan pihak pembaca kerana perlu memahami pada tahap molekul.

Tiga jenis pilihan yang wujud dalam teknologi gene/genome editing: ZFN, TALENs dan CRISPR. Ketiga-tiga sistem ini memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.

Impak terhadap Kita

Walaubagaimanapun, perlu kita fahami bahawa impak teknologi gene editing ini dijangka besar terhadap perkembangan kajian penting dan kritikal pada masa kini termasuklah pencarian alternatif dalam menangani masalah kanser, penyakit berkaitan genetik serta penyakit autoimun. Saya menjangkakan teknologi ini bakal mendominasi sebahagian besar kajian berimpak tinggi pada hadapan dan sekarang. Ianya satu teknologi yang boleh diguna pakai oleh sesiapa sahaja dalam skala makmal yang standard. Impak tersebut saya meramalkan wujud dalam beberapa bidang penting seperti: (1) kajian tumbuh-tumbuhan, (2) Keselamatan makanan (food security), (3) Kesihatan dam (4) Tenaga. Bagi saya, keempat-empat bidang ini pasti menerima impak besar daripada teknologi gene editing ini. Pada masa mendatang, pasti kita akan mula mendengar lagi breakthrough demi breakthrough di luar jangkaan kita. Memandang teknologi ini amat baru, mudah diguna serta belum diterokai dengan lebih luas ianya pasti menjanjikan sesuatu yang bernilai tinggi. 

Tambahan lagi, sektor biologi terutamanya dalam bidang farmaseutikal kini seolah-olah buntu dalam menghasilkan produk-produk yang hebat seperti zaman penemuan antibiotik. Walaupun sejumlah besar pelaburan dibuat, hanya sedikit produk yang terhasil. Maka, atas faktor ini saya merasakan syarikat-syarikat multinasional bertaraf dunia pasti akan mula melihat dan berkerjasama dengan syarikat-syarikat yang mempelopori bidang bioteknologi. Sudah pasti, teknologi gene editing ini bakal dieksploitasi dan diterokai dengan lebih mendalam serta mendapat pelaburan kajian yang tinggi. Walaupun pada masa sekarang, kita melihat bahawa kajian banyak didahului oleh para saintis di universiti-universiti bagi membuktikan proof-of-concept. Andai kata jika teknologi ini benar-benar berdaya saing, pasti akan wujud pelaburan yang banyak dibuat oleh syarikat-syarikat multinasional pada masa akan datang. 

Impak terhadap masyarakat pula kita dapat lihat dari sudut keberhasilan rawatan dalam menangani masalah kritikal kesihatan, penghasilan tanaman yang tahan lasak terhadap persekitaran serta keselamatan yang lebih terjamin dari sudut makanan serta bio-security.  Namun, antara isu yang mungkin muncul pula lebih kepada isu etika dan moral. Pasti akan ada percubaan demi percubaan daripada individu saintis yang cuba menggunakan teknologi ini bagi menerokai kajian-kajian yang kontrovesi seperti kajian menggunakan janin manusia untuk tujuan tertentu. Hal ini sudah pasti akan menimbulkan rasa kerisauan dan gusar terhadap teknologi ini jika ianya berlaku. 

Selain itu, penggunaan teknologi ini terhadap bidang pertanian dalam menghasilkan tumbuhan tahan lasak masih dalam peringkat awal. Setakat ini, beberapa syarikat seperti DuPont  mula mengorak langkah dalam menggunakan teknologi gene editing bagi menghasilkan baka pokok yang tahan lasak. Seperti kita sedia maklum, teknologi genetic modification yang melibatkan mengubah DNA tumbuh-tumbuhan menerima maklum balas yang begitu kontrovesi. Ada pihak yang menerima, ada pihak yang begitu keras menentang terutamanya di wilayah Eropah. Berbanding teknologi sedia ada, gene editing tidak melibatkan perubahan terhadap DNA tumbuh-tumbuhan. Gene editing hanya 'memotong' gene yang sedia ada daripada tumbuh-tumbuha dan tidak menambah sebarang DNA asing. Hal ini mungkin akan menjadikannya lebih mudah diterima di pasaran global. Tambahan lagi, ianya juga dikatakan tidak akan diwarisi oleh generasi tumbuhan yang seterusnya serta tidak tersebar melalui pendebungaan; menjadikan ia lebih selamat kepada persekitaran berbanding genetic modification. Setakat ini, pihak FDA belum mengeluarkan sebarang kenyataan berkenaan isu ini. 

Antara isu paling hangat yang akan kedengaran ialah persoalan genetically modified food. Adakah gene-edited food akan termaktub di bawah undang-undang GMO? Setakat ini, tiada lagi keputusan namun ia dijangka akan memberikan gambaran positif kepada masyarakat umum disebabkan teknik yang lebih selamat dan terjamin.

Kesimpulan

Secara kesimpulannya, teknologi genome/gene editing bolehlah dikatakan amat baru dan memiliki potensi yang cukup luas. Ianya dijangkakan akan memberi impak serba besar kepada segenap bidang. Impaknya pasti memberi penyelesaian kepada masalah-masalah kritikal yang belum memiliki penyelesaian yang berkesan. Dalam setiap teknologi, sudah pasti akan ada impak negatif. Dalam hal ini, antara isu yang mampu ditimbulkan ialah dari sudut moral dan etika. Namun, kawalan dan pemantauan secara berterusan perlu dilakukan bagi memastikan ianya digunakan secara baik dan bijak. Sebagai sebuah negara yang cuba membangun ke arah bioekonomi, saya juga merasakan Malaysia seharusnya tidak melepaskan peluang ini untuk mengeksploitasi teknologi ini demi kebaikan dan kepentingan bersama. Jika dahulu era genomik itu dikagumi, kini yakinlah bahawa era gene editing mula menjadi igauan para saintis sedunia.

Ditulis oleh Amin Rukaini Bin Mustafa

M.Sc in Biotechnology (Edinburgh), BSc (hons) in Biotechnology (Edinburgh). 

Calon pelajar PhD di University of Cambridge UK,  PhD in Biotechnology.

Jika berminat dan inginkan sebarang pertanyaan lanjut:-
Emel: aminruk@yahoo.com

Bahan rujukan lanjut:

http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/full/nbt.3439.html

http://www.wired.com/2015/11/gene-drives-explaining-technology-behind-malaria-free-mosquitos/

http://www.sciencealert.com/scientists-have-developed-gene-edited-mosquitoes-that-can-t-transmit-malaria

http://zlab.mit.edu/assets/reprints/Cox_D_Nat_Med_2015.pdf

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25430774
https://www.sciencenews.org/article/year-review-breakthrough-gene-editor-sparks-ethics-debate