Kemajuan AI dan Teknologi CRISPR untuk Mempercepat Pemahaman Kita tentang Penyakit Genetik

Ada hingga 7.000 penyakit genetik langka yang terjadi akibat kelainan genetik. Kelainan ini terjadi ketika mutasi muncul pada gen kita, meskipun tidak selalu berujung pada penyakit.

Gen terdiri dari asam deoksiribonukleat atau DNA, yang berisi instruksi mengenai karakteristik dan fungsi tubuh kita, dan perubahan pada urutan DNA menyebabkan kelainan genetik.

Karena kita menerima setengah gen dari masing‑masing orang tua biologis, kita dapat mewarisi mutasi gen dari salah satu atau keduanya. Kelainan semacam itu juga dapat disebabkan oleh kombinasi mutasi gen, kerusakan pada kromosom—struktur berbentuk benang yang membawa gen—dan faktor lingkungan.

Lanskap genetik yang rumit ini, ditandai oleh kompleksitas, prevalensi rendah, dan sifat tersembunyi kelainan, secara signifikan mempersulit proses memperoleh diagnosis yang akurat. Dalam banyak kasus, penyakit genetik langka dapat disebabkan oleh beragam varian gen yang mungkin unik bagi individu, sehingga semakin sulit mengidentifikasi penyebab spesifik gejala pasien.

Selain itu, proses diagnosis juga memerlukan analisis genetik yang ekstensif dan waktu untuk membandingkan susunan gen pasien dengan pola penyakit yang sudah dikenal. Jadi, diagnosis tidak hanya menantang, tetapi juga dapat memakan waktu lama, yang pada gilirannya menunda pengobatan. Namun, sebuah studi baru dari Denmark siap membuat diagnosis penyakit semacam itu menjadi lebih efisien dan cepat.

Dipublikasikan dalam The American Journal of Human Genetics, studi tersebut memanfaatkan teknologi CRISPR untuk mengaktifkan gen pada sel yang mudah diakses, seperti sel darah atau kulit. Selanjutnya, peneliti mengukur apakah messenger RNA (mRNA) dirakit dengan benar dalam proses biologi molekuler yang disebut splicing.

Inovasi ini mengatasi hambatan signifikan dalam penelitian genetik. Ini merupakan perkembangan besar karena 19% gen yang terkait dengan penyakit tidak aktif di jaringan yang mudah diakses seperti sel darah dan sel kulit. Hal ini membuat pemahaman tentang dasar genetik penyakit menjadi semakin sulit.

Menurut para ahli, perkembangan ini dapat merevolusi diagnostik genetik.

“Ini berarti sampai saat ini, kami belum dapat menyelidiki gen secara tepat karena gen tersebut hanya aktif di jaringan tertentu, seperti sistem saraf, dan ini menjadi hambatan utama dalam memahami apakah varian gen tertentu menjadi penyebab penyakit pasien.”

– Uffe Birk Jensen, Profesor Klinis dan Ketua di Departemen Kedokteran Klinis Universitas Aarhus – Departemen Genetika Klinis

Aktivasi CRISPR di sini menawarkan peluang besar. CRISPR, yang merupakan singkatan dari “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,” adalah teknologi penyuntingan genom yang digunakan untuk memodifikasi urutan DNA secara selektif dan presisi. Teknologi ini terdiri dari enzim Cas9, yang berfungsi sebagai gunting molekuler untuk memotong DNA. Selain itu terdapat guide‑RNA, yang mengenali target yang perlu dimodifikasi dan mengarahkan Cas9 ke wilayah DNA tersebut.

Dengan teknik ini, peneliti “mengaktifkan” gen yang biasanya tidak aktif di sel yang dapat diakses, termasuk gen MPZ—yang biasanya hanya aktif di jalur saraf—yang kini diaktifkan di sel kulit. Terobosan ini membuka peluang baru untuk memahami dan mendiagnosis penyakit genetik.

Menurut Uffe Birk Jensen, aktivasi CRISPR telah memungkinkan gen diaktifkan dalam lingkungan alami, yang berarti modifikasi gen tidak harus dilakukan pada model sel melainkan dapat menggunakan sampel pasien. Ia menambahkan:

“Metode yang sama dapat digunakan untuk pasien yang berbeda dan mudah disesuaikan dengan gen lain, serta keuntungannya adalah sangat cepat dengan kemungkinan hasil dalam beberapa minggu.”

Para peneliti berharap dapat menggunakan metode ini untuk diagnosis penyakit genetik yang lebih mudah diakses, efektif, dan akurat. Metode ini sudah diterapkan di klinik sehingga “teknologi dapat berkontribusi dalam membuat diagnosis yang tepat ketika kami menemukan varian splicing yang mungkin,” kata co‑author studi, Thorkild Terkelsen, seorang postdoc di Departemen Biomedis.

Namun belum selesai. Tim tersebut terus mengeksplorasi potensi lebih luas dari teknik ini dan melakukan penyesuaian agar menjadi “lebih mudah digunakan di klinik,” tambah Terkelsen.

Studi ini, yang merupakan kerja sama antara Departemen Genetika Klinis dan Departemen Kedokteran Molekuler Rumah Sakit Universitas Aarhus, menerima pendanaan dari Independent Research Fund Denmark.

Potensi Besar Teknologi Terkini dalam Memahami Penyakit Genetik
Meskipun CRISPR pertama kali muncul pada tahun 1987, teknologi ini baru-baru ini mulai populer. Teknologi inovatif yang menjanjikan ini memberikan peneliti dan ilmuwan cara efektif untuk menyunting struktur DNA dan mengubah fungsi gen.

Teknik ini memiliki beberapa kegunaan, termasuk mengobati dan mengurangi penyebaran kelainan serta menyunting defisiensi yang diwariskan. Dalam terapi gen, teknologi CRISPR/Cas9 menawarkan potensi besar dengan menyunting mutasi spesifik pasien secara genetik yang tidak dapat diobati dengan terapi tradisional. Dengan demikian, dengan mengurangi penyakit yang kompleks, teknologi CRISPR bertujuan memberikan kehidupan yang lebih sehat bagi manusia.

Seiring CRISPR semakin banyak digunakan untuk memperbaiki kelainan pada manusia, upaya dilakukan untuk mengurangi efek off‑target dan meningkatkan presisi. Di sini, kecerdasan buatan, khususnya, membantu penyuntingan genom tidak hanya menjadi lebih presisi tetapi juga lebih efisien dan terjangkau dalam menangani berbagai penyakit.

AI adalah simulasi kecerdasan manusia pada robot untuk berpikir, belajar, dan memprediksi seperti manusia. Teknologi ini bertujuan mengubah banyak industri, termasuk perawatan kesehatan.

Baru-baru ini, kami membahas bagaimana kemampuan AI untuk mengenali tren dalam sekumpulan variabel sedang mempercepat perawatan kesehatan secara eksponensial. Dengan memanfaatkan algoritma AI, peneliti dapat secara berhasil memprediksi infeksi sepsis pada pasien berisiko tinggi sebelum gejala muncul dan menyelamatkan nyawa. Dalam kasus lain, model prediksi berbasis AI menganalisis data genomik untuk memprediksi penyakit dengan akurasi tinggi.

Cabang ilmu komputer yang luas ini terbukti menjadi alat yang kuat dalam deteksi warisan dan gangguan terkait gen. Dalam penelitian gen, cabang AI yang sangat fleksibel, deep learning, semakin banyak dimanfaatkan.

Berdasarkan jaringan saraf tiruan, deep learning mengajarkan komputer untuk memproses sejumlah besar data. Sebagai subset dari machine learning, model deep learning berusaha mensimulasikan perilaku otak manusia dengan belajar dari data yang diberikan.

Deep learning melibatkan beberapa lapisan node yang saling terhubung untuk menciptakan jaringan saraf dalam yang dapat mempelajari representasi data yang kompleks dengan menemukan pola hierarkis di dalamnya. Berdasarkan pola tersebut, model menghasilkan wawasan dan prediksi yang akurat. Algoritma semacam itu dapat belajar dan meningkatkan diri dari data secara mandiri tanpa memerlukan intervensi manual.

Model deep learning telah menunjukkan kinerja luar biasa dalam aplikasi biomedis, dengan studi yang menunjukkan bahwa model tersebut dapat berfungsi setara bahkan lebih baik daripada manusia pada tugas kesehatan utama seperti mendiagnosis penyakit. Bagaimanapun, AI dapat mengurangi kesalahan manusia, memproses data dalam jumlah besar, dan meningkatkan kapasitas pengetahuan.

Mengingat kompleksitas data dalam perawatan kesehatan, AI dapat diterapkan secara efisien untuk diagnosis, rekomendasi pengobatan, tugas administratif, dan keterlibatan pasien di berbagai bidang kesehatan.

Namun, seperti yang kami catat dalam artikel AI-Powered Prediction Models Set to Advance HealthCare by Leaps and Bounds, kesalahan dapat terjadi ketika AI diterapkan di dunia nyata, dan kita perlu memperhatikannya.

Janji AI dalam Penelitian, Diagnosis, & Pengobatan Gangguan Genetik

Memanfaatkan AI untuk memahami, mendiagnosis, dan mengobati penyakit bukanlah hal baru. Sistem berbasis aturan telah menunjukkan potensi dalam diagnosis dan pengobatan penyakit secara akurat. Namun dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan teknologi memungkinkan hal tersebut diterapkan pada penyakit genetik dengan hasil yang lebih baik.

Sebagai contoh, IBM Watson telah mendapatkan banyak perhatian karena fokusnya pada kedokteran presisi, khususnya diagnosis dan pengobatan kanker. Untuk itu, Watson menggabungkan kemampuan machine learning dan NLP.

Untuk terapi gen, alat AI seperti DeepCRISPR, CRISTA, dan DeepHF digunakan untuk memandu RNA pada urutan target tertentu. Memperkirakan guide RNA optimal mempertimbangkan berbagai faktor, seperti konteks genomik, jenis mutasi yang diinginkan, skor on‑target, skor off‑target, lokasi off‑target potensial, dan dampak potensial penyuntingan gen terhadap fungsinya.

Model AI selanjutnya membantu mengoptimalkan berbagai teknologi penyuntingan genom, seperti base editing (melakukan perubahan terarah pada urutan DNA), prime editing (penyuntingan ‘cari‑ganti’), dan epigenome editing (menambah atau menghapus penanda molekuler pada DNA), yang memungkinkan perubahan DNA yang presisi dan dapat diprogram tanpa bergantung pada template DNA donor.

Selain itu, kolaborasi AI dengan penyuntingan genom memungkinkan perawatan yang dipersonalisasi sesuai profil genetik, dengan menganalisis data genomik pasien untuk mengidentifikasi mutasi dan biomarker terkait penyakit, seperti pada Alzheimer dan kanker, sejak dini, sehingga menghasilkan perawatan yang disesuaikan.

Para ilmuwan dan peneliti percaya bahwa dengan membantu klinisi menentukan penyebab utama penyakit lebih cepat, teknologi seperti AI memungkinkan pasien menerima perawatan yang tepat lebih awal, secara signifikan meningkatkan perawatan pasien.

Selain memungkinkan diagnosis yang lebih cepat, AI juga melakukannya dengan akurasi lebih tinggi. Pada Oktober 2021, sebuah studi yang dilakukan oleh peneliti University of Utah Health dan dipimpin oleh Rady Children’s Hospital di San Diego mengembangkan algoritma Fabric GEM yang memanfaatkan AI untuk menemukan kesalahan pada DNA yang menyebabkan gangguan genetik langka pada bayi.

Saat diuji, GEM mampu mengidentifikasi gen penyebab sebagai salah satu dari dua kandidat teratas sebanyak 92% waktu, melampaui alat yang ada yang hanya berhasil 60% waktu. Selain itu, tidak seperti alat lain, GEM juga dapat menemukan “varian struktural,” yang lebih besar dan kompleks, sebagai penyebab penyakit.

Untuk itu, GEM belajar dari pengetahuan yang sangat luas dan terus berkembang, kemudian mencocokkannya dengan dataset besar urutan genomik dari berbagai kelompok populasi serta semua informasi tentang penyakit klinis, yang kemudian digabungkan dengan urutan genom pasien dan catatan medis. Sebagai bantuan, GEM dapat dipasangkan dengan alat NLP untuk memindai banyak catatan klinis.

Baru-baru ini, DeepMind milik Google memperkenalkan model AI baru yang dapat memprediksi penyakit genetik. Diberi nama AlphaMissense, model bahasa ini dilatih pada urutan protein dan memprediksi struktur ratusan juta protein dari komposisi asam amino mereka.

Model ini memberikan “skor patogenisitas” antara 0 dan 1 untuk masing‑masing dari 71 juta varian missense yang mungkin. Skor ini didasarkan pada pengetahuan tentang efek mutasi terkait lainnya. Semakin tinggi skor, semakin besar kemungkinan mutasi tertentu menyebabkan atau terkait dengan penyakit.

Peneliti DeepMind mengklaim akurasi 90% untuk AlphaMissense, dengan 89% varian terklasifikasi. Dengan AlphaMissense, tujuannya adalah mempercepat penelitian varian genetik, meningkatkan diagnosis penyakit, dan menemukan perawatan baru lebih cepat. Model ini juga dapat membantu dokter dengan cepat menyingkirkan mutasi genetik potensial lain dalam DNA pasien dan memastikan mereka memberikan perawatan yang tepat.

Perusahaan yang Memanfaatkan Teknologi AI & CRISPR

Sekarang, mari kita lihat beberapa perusahaan terkemuka di sektor perawatan kesehatan yang memanfaatkan AI dan CRISPR untuk berinovasi dan mengembangkan solusi demi peningkatan kehidupan manusia dan masyarakat.

#1. CRISPR Therapeutics

Perusahaan yang berpusat di Zug ini, pelopor dalam penggunaan teknologi CRISPR untuk mengobati penyakit umum maupun langka, telah mengamankan hak kekayaan intelektual untuk CRISPR/Cas9 dan teknologi terkait. Setelah langkah strategis ini, Crispr Therapeutics memperoleh persetujuan regulatori pada kuartal keempat 2023 untuk CASGEVY dalam mengobati penyakit sel sabit (SCD) di AS serta SCD dan beta‑talasemia tergantung transfusi (TDT) di Inggris dan Bahrain.

Dengan memanfaatkan persetujuan ini, CEO Samarth Kulkarni menyatakan pada 2024:

“Kami akan terus mendorong program kami dan memperluas pipeline dengan tujuan memberikan terapi penyuntingan gen yang mengubah paradigma kepada pasien. Kami berada pada posisi yang baik untuk melaksanakan uji klinis kami di berbagai bidang terapeutik, termasuk onkologi, autoimun, kardiovaskular, dan diabetes.”

Mencerminkan kemajuan perusahaan dan kepercayaan pasar, Crispr Therapeutics, dengan kapitalisasi pasar $5 miliar, melihat sahamnya diperdagangkan pada $62,95, menandai kenaikan 0,56% sejak awal tahun (YTD). Perusahaan melaporkan pendapatan $170 juta selama dua belas bulan terakhir (TTM), dengan EPS (TTM) sebesar -4,48 dan rasio P/E (TTM) sebesar -14,05. Menunjukkan kepercayaan investor, pada Jan. 2024, ARK Investment milik Cathie Wood mengakuisisi 167 ribu saham Crispr Therapeutics.

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi di CRISPR Therapeutics.

#2. UnitedHealth Group Incorporated

Perusahaan perawatan kesehatan yang terdiversifikasi ini telah banyak memanfaatkan AI, machine learning (ML), dan natural language processing (NLP), dengan COO-nya Dirk McMahon mencatat:

“Dalam jangka panjang, kami pikir ada harapan besar untuk hal tersebut.”

Lebih dari satu dekade yang lalu, UnitedHealth Group mengakuisisi Optum, yang menggunakan teknologi dan AI untuk pengambilan keputusan dan analisis prediktif. Dalam laporan keuangan Q4, perusahaan melaporkan peningkatan pendapatan divisi Optum sebesar 24,2% menjadi $59,5 miliar. Beberapa tahun lalu, perusahaan meluncurkan platform terapi digital Level 2 untuk pasien diabetes serta mengintegrasikan platform bantuan virtual untuk mengoptimalkan dukungan pelanggan.

Dengan kapitalisasi pasar $473,32 miliar, saham UnitedHealth Group saat ini diperdagangkan pada $511,74, turun 2,8% YTD. Perusahaan mencatat pendapatan (TTM) sebesar $317,62 miliar dan memiliki EPS (TTM) sebesar 23,85 serta rasio P/E (TTM) sebesar 21,46.

Pemikiran Penutup

CRISPR telah muncul sebagai teknologi penyuntingan genom yang sederhana dan cepat dengan potensi besar dalam mengobati kelainan genetik. Namun, beberapa tantangan seperti biaya tinggi dan penyuntingan off‑target masih ada, yang menuntut peningkatan efisiensi penyuntingan sekaligus memastikan keamanan.

Selain CRISPR, AI merupakan teknologi lain yang mengubah wajah perawatan kesehatan dengan kemampuan tak tertandingi dalam mengenali tren. Bersama-sama, teknologi AI dan CRISPR membuka peluang menarik untuk pemahaman gen yang cepat dan meningkatkan perawatan medis bagi penyakit genetik.

Klik di sini untuk mempelajari tentang perusahaan CRISPR teratas untuk diinvestasikan.