Kapabilitas CRISPR Meluas dengan Aktivitas Antiviral Baru

Memperluas Potensi CRISPR – Apa Itu CRISPR dan Mengapa Penting

Sejak ditemukan, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), yang meraih Penghargaan Nobel Kimia 2020, telah merevolusi dunia kedokteran dan bioteknologi.

Sumber: Nobel Prize

Ini karena CRISPR adalah metode pertama untuk penyuntingan gen yang memungkinkan penargetan sangat tepat pada urutan genetik tertentu, memungkinkan perbaikan kesalahan gen baik in vitro atau in vivo tanpa risiko mutasi yang tidak diinginkan.

Hal ini penting karena penyisipan gen yang tidak terarah telah dikaitkan dengan masalah besar, terutama risiko kanker, sehingga penggunaan terapeutiknya menjadi sulit dan kontroversial.

CRISPR dapat digunakan dalam berbagai cara untuk menghentikan gen yang sudah ada, menghapus urutan tertentu, atau menyunting/menyisipkan urutan gen yang tepat.

Sumber: CRISPR Therapeutics

Hal ini menghasilkan terobosan medis berupa persetujuan FDA untuk terapi berbasis CRISPR pertama pada 2023, yang dikembangkan oleh CRISPR Therapeutics (CRSP ) untuk penyakit darah genetik (ikuti tautan untuk laporan khusus tentang CRISPR Therapeutics).

Namun, penyuntingan gen yang tepat yang dikendalikan manusia bukanlah tujuan penggunaan CRISPR di alam. Ini, pertama dan terutama, adalah alat antiviral yang digunakan bakteri untuk bertahan dari serangan virus.

Dan kini tampaknya CRISPR bahkan lebih serbaguna daripada yang dipahami sebelumnya, karena dapat memodifikasi metabolisme sel, menghentikan replikasi virus. Penemuan ini dilakukan oleh lima peneliti di Universitas Rockefeller dan Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

Mereka menerbitkan hasilnya dalam jurnal ilmiah bergengsi Science¹, dengan judul “Cat1 membentuk jaringan filamen untuk menguraikan NAD+ selama respons antiviral CRISPR-Cas tipe III”.

Asal Usul Alami CRISPR pada Bakteri

Sebagian besar bakteri berada di bawah ancaman konstan dari virus yang khusus menyerang mereka, disebut bakteriofag (secara harfiah bernama “pemakan bakteri”).

Karena alasan inilah bakteriofag ini saat ini sedang diteliti untuk potensi mereka dalam membentuk “antibiotik hidup” yang dapat mengatasi sebagian besar masalah resistansi antibiotik yang terus meningkat.

Setiap urutan genetik CRISPR yang ditemukan dalam CRISPR bakteri individu berasal dari fragmen DNA bakteriofag yang sebelumnya menginfeksi prokariota atau salah satu nenek moyangnya.

Urutan-urutan ini digunakan untuk mendeteksi dan menghancurkan DNA dari bakteriofag serupa selama infeksi berikutnya, membentuk semacam “imunitas yang diperoleh” terhadap fag. CRISPR ditemukan pada sekitar 50% genom bakteri yang telah diurutkan.

Mengingat betapa luasnya sistem CRISPR, dan betapa pentingnya mereka melawan infeksi virus atau bakteri, mungkin tidak mengherankan bahwa mereka memiliki sifat antiviral tambahan lainnya.

CRISPR Dapat Menghalangi Virus dengan Menghentikan Fungsi Sel

CRISPR Sebagai Sistem Imun Kolektif Bakteri

Fungsi sistem CRISPR selain sebagai “gunting genetik” kini semakin dipahami, terutama berkat upaya Laboratorium Bakteriologi yang dipimpin oleh  Pr. Luciano Marraffini.

Sumber: Amacad

Mereka terutama memfokuskan pada kelas molekul dalam sistem CRISPR-Cas10 yang disebut efekor CARF, yang merupakan protein yang diaktifkan saat bakteriofag menginfeksi bakteri.

Efektor CARF menggunakan beragam cara untuk mencapai tujuan yang sama: menghentikan aktivitas sel. Ketika replikasi DNA dan produksi protein berhenti di sel yang terinfeksi, produksi virus pun ikut terhenti.

“Pekerjaan kolektif laboratorium kami mengungkap betapa efektif—dan berbeda—efektor CARF ini. Rentang aktivitas molekuler mereka cukup menakjubkan.”

Pr. Luciano Marraffini – Laboratorium Bakteriologi Rockefeller

Efek ini secara tidak langsung melindungi semua bakteri lain di sekitarnya dan pada akhirnya cukup mirip dalam prinsipnya dengan limfosit NK (Natural Killer) sistem imun mamalia yang membunuh sel terinfeksi (dan sel kanker) untuk menghentikan penyebaran virus.

Protein Cat1: Kunci Trik Baru CRISPR

Seperti pada banyak penemuan bioteknologi terbaru, perangkat AI canggih membantu para peneliti menemukan sesuatu yang sangat sulit dicari. Dalam penelitian ini, mereka menggunakan alat bernama Foldseek, sebuah program pencarian yang berbasis pada alat milik Google, (GOOGL ) AlphaFold untuk memprediksi konfigurasi tiga dimensi protein.

Alih-alih membandingkan urutan protein, Foldseek membandingkan struktur 3D mereka, meningkatkan peluang menemukan protein yang secara fungsional serupa, meskipun menggunakan urutan asam amino yang berbeda. Foldseek mengurangi waktu komputasi hingga empat hingga lima orde magnitudo dibandingkan dengan metode sebelumnya.

Sumber: ResearchGate

Dengan Foldseek, para peneliti menemukan protein yang kemungkinan merupakan efekor CARF yang mereka beri nama Cat1, yang terbukti memiliki sistem aktivasi yang sangat tepat.

Protein ini diperingatkan akan keberadaan virus oleh molekul perantara sekunder yang disebut siklik tetra-adenilat, atau cA4. Kemudian protein ini membuat Cat1 memecah metabolit penting dalam sel yang disebut NAD+.

“Setelah sejumlah NAD+ yang cukup terpotong, sel memasuki keadaan penghentian pertumbuhan.

Dengan fungsi sel terhenti, fag tidak lagi dapat berkembang biak dan menyebar ke populasi bakteri lainnya.”

Christian Baca – mahasiswa pascasarjana TPCB.

Apa yang Diungkap Struktur Cat1

Seperti biasa, semakin banyak penemuan ilmiah yang dibuat, semakin banyak pertanyaan baru yang muncul.

Saat mempelajari struktur sebenarnya dari Cat1, para peneliti menemukan bahwa ia memiliki bentuk yang aneh.

Duplikat Cat1 direkatkan oleh molekul sinyal cA4, membentuk filamen panjang saat infeksi virus, dan menjebak metabolit NAD+ dalam kantong molekuler yang lengket. Bahkan terbentuk struktur yang lebih kompleks pada tingkat seluler.

“Filamen berinteraksi satu sama lain untuk membentuk bundel spiral segitiga, dan bundel ini kemudian dapat berkembang menjadi bundel spiral pentagonal,”

Puja Majumder – peneliti postdoctoral di Laboratorium Patel

Sumber: Laboratorium Bakteriologi Rockefeller

Apakah Trik Antiviral Ini Dapat Bekerja pada Manusia?

Rentang kapasitas antiviral CRISPR yang sangat kompleks dan luas pada bakteri menimbulkan pertanyaan: Apakah ini dapat bekerja pada manusia juga?

Tentu saja ini adalah ide yang sudah dibahas, terutama karena virus masih jauh lebih sulit untuk diatasi dibandingkan bakteri, yang antibiotiknya (masih kebanyakan) efektif.

Salah satu kemungkinannya adalah akan menjadi penyuntingan genom untuk mengobati infeksi virus kronis seperti HIV, SARS-CoV-2, dan virus hepatitis. Virus seperti cacar dan mpox mungkin juga dapat diobati dengan cara ini.

Pemahaman tingkat tinggi tentang sistem CRISPR ini juga dapat membantu menambahkan fungsionalitas atau mengurangi efek samping terapi gen berbasis CRISPR yang ada, menjadikannya alat terapeutik yang lebih baik.

Berinvestasi dalam Teknologi CRISPR

CRISPR Therapeutics

Hal yang membedakan CRISPR Therapeutics adalah tim pendirinya yang terdiri atas para ilmuwan terkemuka, termasuk Dr. Emmanuelle Charpentier, yang penelitian pentingnya mengungkap mekanisme utama teknologi CRISPR-Cas9.

Penelitian tersebut menjadi landasan penggunaan CRISPR-Cas9 sebagai alat penyuntingan gen yang serbaguna dan presisi. Karyanya telah memperoleh berbagai penghargaan, termasuk Penghargaan Nobel Kimia 2020 dan Breakthrough Prize in Life Science.

CRISPR Therapeutics sedang mengembangkan platform penyuntingan gen CRISPR/Cas9 yang efisien dan serbaguna untuk terapi hemoglobinopati, kanker, diabetes, dan penyakit lainnya.

Terapi pertama yang mereka kembangkan menargetkan penyakit darah β-thalassemia dan penyakit sel sabit.

Terapi tersebut kini telah disetujui dengan nama dagang Casgevy untuk kedua indikasi. Program CAR-T alogenik pertama perusahaan yang menargetkan keganasan sel B juga sedang menjalani uji klinis.

Meskipun penyakit sel sabit memiliki pasar yang relatif kecil, setelah teknologinya matang perusahaan dapat memperluasnya untuk menargetkan penyakit lain.

Sebagai perusahaan pertama dengan terapi CRISPR yang disetujui, CRISPR Therapeutics berada pada posisi yang baik untuk menjadi yang pertama menghasilkan arus kas positif dari teknologi ini dan memperluas penerapannya.

Rekam jejak yang sangat baik ini juga kemungkinan menjadikan perusahaan tersebut mitra pilihan bagi perusahaan farmasi lain yang ingin mengejar kemajuan dalam terapi CRISPR.

Berita Saham dan Perkembangan CRISPR Therapeutics (CRSP) Terbaru

Studi Dirujuk:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 membentuk jaringan filamen untuk menguraikan NAD+ selama respons antiviral CRISPR-Cas tipe III. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}