Hadiah Nobel

Berinvestasi dalam Pencapaian Hadiah Nobel – Evolusi Terarah untuk Alat Kimia & Medis Baru

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pengungkapan: Securities.io dapat menerima kompensasi saat Anda memakai tautan ke produk yang kami ulas. Hal ini tidak memengaruhi penilaian editorial kami. Kami bukan penasihat investasi terdaftar; ini bukan saran investasi. Baca pengungkapan afiliasi kami.

Sejarah Hadiah Nobel

Hadiah Nobel adalah penghargaan paling bergengsi di dunia ilmiah. Hadiah ini dibuat sesuai wasiat Tuan Alfred Nobel untuk memberikan penghargaan “kepada mereka yang, selama tahun sebelumnya, telah memberikan manfaat terbesar bagi umat manusia” dalam bidang fisika, kimia, fisiologi atau kedokteran, sastra, dan perdamaian. Hadiah keenam kemudian dibuat untuk ilmu ekonomi oleh bank sentral Swedia.

Keputusan tentang siapa yang akan menerima hadiah tersebut berada di tangan beberapa institusi akademik Swedia.

Kekhawatiran Warisan

Keputusan untuk menciptakan Hadiah Nobel datang kepada Alfred Nobel setelah ia membaca obituari dirinya sendiri, setelah sebuah kesalahan oleh surat kabar Prancis yang salah mengartikan berita kematian saudaranya. Berjudul “Pedagang Kematian Telah Meninggal”, artikel Prancis itu mengkritik Nobel atas penemuannya berupa bahan peledak tanpa asap, di mana dinamit adalah yang paling terkenal.

Penemuannya sangat berpengaruh dalam membentuk perang modern, dan Nobel membeli sebuah pabrik besi dan baja besar untuk menjadikannya produsen persenjataan utama. Karena ia pertama kali adalah seorang kimiawan, insinyur, dan penemu, Nobel menyadari bahwa ia tidak ingin warisannya menjadi seorang yang diingat karena menghasilkan kekayaan dari perang dan kematian orang lain.

Hadiah Nobel

Saat ini, Kekayaan Nobel disimpan dalam dana yang diinvestasikan untuk menghasilkan pendapatan guna membiayai Yayasan Nobel serta medali emas berlapis hijau, diploma, dan hadiah uang sebesar 11 juta SEK (sekitar $1 juta) yang diberikan kepada para pemenang.

Sumber: Britannica

Seringkali, uang Hadiah Nobel dibagi antara beberapa pemenang, terutama di bidang ilmiah di mana umum terdapat 2 atau 3 tokoh utama yang berkontribusi bersama atau paralel pada penemuan terobosan.

Selama bertahun‑tahun, Hadiah Nobel menjadi HADIAH ilmiah utama, berusaha menyeimbangkan antara penemuan teoretis dan sangat praktis. Ia telah menghargai pencapaian yang membangun fondasi dunia modern seperti radioaktivitas, antibiotik, sinar‑X, atau PCR, serta ilmu dasar seperti sumber energi matahari, muatan elektron, struktur atom, atau superfluiditas.

Evolusi Sebagai Alat

Sejak publikasi penting “On the Origin of Species” oleh Charles Darwin pada tahun 1859, evolusi berada di pusat ilmu biologi. Di dalamnya, Darwin mempublikasikan wawasan kunci bahwa kehidupan berevolusi seiring waktu ketika terpapar tekanan lingkungan.

Sejak Darwin, para ahli biologi menyadari bahwa evolusi dapat menjadi kekuatan yang sangat kompleks, tidak hanya kelangsungan hidup semata yang memengaruhi evolusi, tetapi juga banyak efek lain yang menambah nuansa pada gagasan tersebut, seperti:

Secara keseluruhan, evolusi bekerja dengan memilih mutasi paling menguntungkan di antara mutasi acak dalam situasi tertentu. Bagian pentingnya adalah bahwa ini merupakan fenomena “buta”, mengandalkan jutaan mutasi alih‑alih niat sadar.

Jauh dari sekadar konsep teoretis, evolusi telah menjadi bagian kunci peradaban manusia. Pertama, seleksi buatan terhadap sifat‑sifat berharga (bagi manusia) yang muncul secara acak adalah apa yang memungkinkan domestikasi tanaman dan hewan.

Tanpa sumber makanan yang lebih produktif ini, kita mungkin tidak pernah keluar dari zaman batu. Jauh sebelum kita mengetahui tentang evolusi atau evolusi terarah, kita memanfaatkannya melalui campuran tebakan dan perkiraan.

Sumber: Cell

Evolusi juga dapat menjadi ancaman mematikan. Patogen terus bermutasi, dan “pemenangnya” mampu menghindari sistem kekebalan kita dan menyebar lebih baik. Inilah juga mekanisme yang memungkinkan bakteri mengembangkan resistensi terhadap antibiotik, dengan setiap generasi perlahan menjadi lebih baik dalam menghindari obat.

Memahami evolusi adalah alat yang kuat bagi kebanyakan ilmuwan; beberapa di antaranya mendorong konsep ini lebih jauh, memenangkan Hadiah Nobel Kimia 2018.

Frances H. Arnold, yang memenangkan setengah Hadiah Nobel tahun itu, memanfaatkan kekuatan evolusi untuk mengembangkan proses yang lebih ramah lingkungan bagi industri kimia. Sementara itu, George P. Smith dan Sir Gregory P. Winter menggunakan evolusi pada virus untuk menciptakan terapi penyelamat hidup baru.

Sumber: Nobel Prize

Kekuatan Enzim

Sebagian besar proses biokimia yang menopang kehidupan digerakkan oleh protein khusus yang disebut enzim.

Berkat struktur 3D yang sangat kompleks, serta seringnya penggabungan unsur seperti logam langka dalam protein, mereka dapat mempercepat reaksi kimia yang sebaliknya tidak akan pernah terjadi. Percepatan reaksi kimia ini disebut katalisis.

Sumber: Ducksters

Inilah cara kehidupan dapat melakukan reaksi kimia seperti mengubah nitrogen atmosfer menjadi amonia (bakteri fiksasi nitrogen).

Meniru proses ini secara industri memerlukan suhu ekstrem ratusan derajat serta banyak energi dan mesin yang kompleks.

Karena kapasitas menakjubkan enzim untuk melakukan transformasi kimia dengan energi lebih sedikit, industri telah menggunakan mereka selama beberapa dekade.

Awalnya, hal ini dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme, seperti ragi, untuk fermentasi. Kemudian, industri mulai menggunakan enzim yang telah diisolasi secara langsung. Namun Frances Arnold memiliki ide lain: memodifikasi enzim alami agar lebih berguna bagi manusia.

Menggunakan Evolusi untuk Membuat Enzim Baru

Proyek pertamanya adalah memodifikasi enzim yang disebut subtilisin, yang digunakan dalam deterjen, pengolahan makanan, pengemasan, dan aplikasi pengelolaan limbah. Alih‑alih subtilisin alami bekerja di dalam air, ia ingin enzim tersebut berfungsi dalam pelarut organik, dimetilformamida (DMF). DMF biasanya merusak sebagian besar protein, menjadikan enzim tidak berfungsi.

Ia pertama kali menciptakan ribuan varian enzim dengan membuat mutasi pada gen yang bersangkutan. Ia kemudian menyisipkan gen pengkode enzim yang telah bermutasi ke dalam bakteri. Memeriksa aktivitas subtilisin yang bermutasi dalam larutan 35% DMF, ia memilih varian yang paling baik. Ia kemudian melakukan serangkaian mutasi pada urutan terpilih dan memeriksa kembali aktivitasnya.

Secara menakjubkan, setelah hanya 2 “generasi” evolusi buatan tersebut, ia sudah menemukan versi baru subtilisin yang bekerja lebih baik dalam DMF dibandingkan di air.

Ia mengulangi proses tersebut untuk ketiga kalinya dengan memutasi versi terbaru subtilisin lagi. Ia menemukan varian yang bekerja 256 kali lebih baik dalam DMF dibandingkan enzim asli.

Sumber: Nobel Prize

Penting untuk ditekankan bahwa tidak ada peneliti yang dapat memprediksi mutasi mana yang akan menghasilkan hasil tersebut. Memeriksanya secara manual satu per satu akan sangat mahal dan memakan waktu.

Sebaliknya, meniru mekanika evolusi dalam sebuah mikrokosmos memungkinkan solusi baru ditemukan dalam waktu singkat. Metode ini kemudian menjadi dasar seluruh bidang rekayasa biokimia, menciptakan enzim khusus untuk berbagai aplikasi dalam produksi farmasi, kimia, dan biologi.

Menciptakan Katalis Enzimatik Baru

Arnold tidak berhenti pada meningkatkan atau memodifikasi aktivitas enzim yang sudah ada. Ia juga mencari cara untuk menciptakan aktivitas kimia baru yang tidak ada di alam. Masalahnya, metode ini tidak akan berhasil, karena diperlukan setidaknya tingkat awal aktivitas yang diinginkan untuk dapat dipilih dan ditingkatkan melalui evolusi.

Untuk itu, ia dan timnya secara acak memodifikasi enzim dengan aktivitas katalitik yang secara teoritis dapat bekerja pada reaksi kimia lain yang tidak terjadi di alam, namun berguna bagi industri kimia.

Mereka akan menemukan “enzim promiscuous dengan setidaknya aktivitas rendah untuk reaksi yang dimaksud” di antara enzim‑enzim yang dimodifikasi, meskipun efisiensinya rendah. Setelah titik awal ini ditetapkan, evolusi terarah dapat mengambil alih untuk mencapai efisiensi tinggi setelah cukup banyak generasi seleksi.

Sumber: Nobel Prize

Biokimia Baru

Jika aktivitas katalitik baru saja tidak cukup, tim Arnold bahkan menciptakan seluruh kelas reaksi biokimia baru.

Dengan menggunakan metode yang sama, memulai dari enzim berefisiensi rendah, mereka menemukan bahwa enzim Siktochrome C, dari Rhodothermus marinus, dapat membentuk ikatan karbon‑silikon dengan efisiensi sangat rendah, pada dasarnya terjadi secara kebetulan bukan karena perancangan.

Ikatan karbon‑silikon, atau organosilikon, umum dalam kimia yang dikendalikan manusia tetapi tidak digunakan oleh organisme biologis mana pun. Ikatan ini berguna dalam farmasi serta banyak produk lain, termasuk bahan kimia pertanian, cat, semikonduktor, komputer, dan layar TV.

Beberapa putaran evolusi terarah menghasilkan Siktochrome C yang bermutasi dan mengkatalisis pembentukan ikatan silikon‑karbon 40 kali lebih baik daripada enzim awal. Enzim yang berevolusi juga memiliki angka turnover 15 kali lebih tinggi dibandingkan katalis non‑enzim terbaik yang diketahui untuk reaksi yang sama.

Hasil serupa juga diperoleh dalam produksi senyawa dengan hanya satu enantiomer (satu di antara banyak konfigurasi 3D yang mungkin dari molekul yang sama).

Keuntungan Enzim Evolusi Terarah

Ketika hanya satu enantiomer di antara semua konfigurasi yang berguna, enzim selektif‑enantio dapat secara drastis meningkatkan produktivitas dan mengurangi limbah.

Karena enzim‑enzim ini adalah katalis berbasis protein, mereka juga menghilangkan kebutuhan akan logam beracun yang mencemari serta, seringkali, sejumlah besar pelarut organik.

Meningkatkan Penelitian Genetika

Sementara itu, peneliti lain mempelajari genom pada tahun 1980‑an, ketika ilmu genetik masih muda.

Masalah utama yang mereka hadapi adalah mengidentifikasi gen spesifik yang akan menghasilkan protein yang diketahui, karena kami masih puluhan tahun sebelum genom manusia terurai pada awal 2000‑an.

Tim George P. Smith mulai bekerja dengan bakteriofag, virus yang khusus menginfeksi bakteri, dan memiliki bakat untuk mereplikasi urutan genetik dengan cepat.

Smith memulai dengan perpustakaan besar gen atau fragmen gen yang belum teridentifikasi. Ia kemudian menyisipkannya ke dalam DNA virus yang mengkode protein pada kapsul, sehingga protein asing ditampilkan di permukaan virus.

Sumber: Nobel Prize

Ia kemudian menggunakan antibodi untuk “memancing” protein yang diinginkan, memilih fage yang tepat di antara jutaan. Sebagai hasil sampingan, mereka juga memancing DNA yang terkandung dalam fage, memungkinkan mereka mencocokkan gen yang sebelumnya tidak diketahui dengan protein yang diinginkan.

Mereka menyebut teknik ini “phage display”.

Pada dasarnya, ini merupakan terobosan dalam biologi molekuler dan sangat berkontribusi pada pemahaman genom yang lebih baik. Namun, kontribusi paling penting dari phage display bagi umat manusia datang dari pemenang ketiga Hadiah Nobel ini.

Evolusi Antibodi

Kekuatan evolusi tidak hanya bermain pada seluruh spesies atau enzim tertentu, tetapi juga pada sistem kekebalan kita.

Berkat variasi acak pada urutan genetik mereka, sel‑sel kekebalan kita dapat menghasilkan ratusan ribu jenis antibodi yang berbeda. Untuk menghindari penyakit auto‑imun, proses seleksi menghilangkan antibodi yang akan bereaksi terhadap sel tubuh. Keanekaragaman besar yang tersisa memungkinkan, secara teoretis, setiap virus atau bakteri baru dapat dikenali oleh setidaknya satu tipe antibodi.

Dalam pola evolusi sejati, antibodi yang efektif akan dipilih dan diperbanyak, menciptakan kekebalan terhadap penyakit. Sifat antibodi untuk “berevolusi” agar cocok dengan protein spesifik yang terkait penyakit sudah dimanfaatkan dengan menyuntikkan tikus dengan protein tersebut dan mengumpulkan antibodi yang dihasilkan sebagai terapi.

Namun, masalahnya adalah antibodi tikus seringkali menimbulkan reaksi buruk pada tubuh manusia.

Menggabungkan Phage Display & Evolusi Terarah

Di sinilah Gregory Winter memiliki ide untuk menggunakan metode phage display milik Smith.

Pertama, ia menunjukkan metode baru sehingga fage menampilkan bagian aktif antibodi pada permukaan kapsul virus. Ia kemudian membangun perpustakaan fage dengan miliaran variasi antibodi pada permukaannya.

Dari perpustakaan ini, fage spesifik yang antibodinya setidaknya sebagian cocok dengan protein target dipilih. Ia kemudian menerapkan metode evolusi terarah dari Arnold untuk secara acak mengubah urutan antibodi dan menciptakan perpustakaan fragmen fage/antibodi baru.

Dari perpustakaan baru ini, hanya fragmen antibodi dengan kecocokan terkuat yang dipertahankan, dan proses diulang hingga afinitas sangat tinggi terhadap protein target tercapai.

Melalui metode ini, pada tahun 1994 ia mengembangkan antibodi yang menempel pada sel kanker dengan tingkat spesifisitas tinggi.

Opsi Terapi Baru

Winter kemudian mendirikan Cambridge Antibody Technology, mengubah teknologi ini menjadi terapi.

Pada tahun 2002, antibodi terapeutik manusia penuh pertama yang dibuat dengan menggunakan phage display dipasarkan, dengan nama Adalimumab dan merek dagang HUMIRA, dipasarkan oleh AbbVie (ABBV ). Obat ini mengikat TNF‑α, sitokin yang bertanggung jawab memicu peradangan. Adalimumab digunakan dalam pengobatan rheumatoid arthritis, psoriasis, penyakit radang usus, dan penyakit lain yang terkait peradangan.

Adalimumab kemudian menghasilkan $20,7 Miliar untuk AbbVie pada 2021 dan tampaknya tetap kuat meski munculnya biosimilar (obat generik untuk biologik). Pada tahun 2006, Cambridge Antibody Technology diakuisisi oleh AstraZeneca (AZN ) seharga £702 juta.

Phage display saat ini digunakan untuk menciptakan banyak terapi antibodi baru lainnya, termasuk sindrom inflamasi, netralisasi racun, penanggulangan penyakit auto‑imun, dan pengobatan kanker metastatik.

Berinvestasi dalam Evolusi Terarah

Saat ini, terapi antibodi yang dikembangkan dengan terapi fage merupakan pasar terbesar yang diciptakan oleh metode yang memanfaatkan evolusi terarah, diikuti erat oleh katalis berbasis enzim.

Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, pada securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan tertentu, Anda juga dapat melihat ETF biotek seperti WisdomTree BioRevolution UCITS ETF (WBIO) (WT ), VanEck Biotech ETF (BBH), atau First Trust NYSE Arca Biotechnology Index Fund (FBT), yang akan memberikan eksposur lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan pertumbuhan ekonomi biotek.

Perusahaan Enzim dan Antibodi

1. Codexis

CDXS Grafik Harga

Perusahaan ini berfokus pada enzim. Seperti dijelaskan di atas, protein ini dapat “mewujudkan” (katalisis) reaksi kimia yang sebaliknya tidak mungkin atau sangat lambat.

Tujuan Codexis adalah menggantikan proses kimia dengan proses biokimia yang digerakkan oleh enzim.

Mereka menggunakan pembelajaran mesin untuk menciptakan ribuan varian enzim guna mengoptimalkan kinerjanya, yang dapat berupa produktivitas, spesifisitas, stabilitas, atau konsentrasi dalam organisme inang.

Enzim‑enzim ini dipilih melalui evolusi terarah menggunakan platform CodeEvolver milik perusahaan.

Sumber: Nature

Mereka kemudian dapat menawarkan enzim khusus kepada perusahaan industri dan farmasi.

Itu berfokus pada 3 aplikasi:

  • Bioterapi untuk mengobati penyakit genetik, dengan 24 kandidat dalam jalur riset
  • Penelitian ilmu hayat, khususnya genomik serta sintesis DNA & RNA.
  • Manufaktur farmasi, misalnya mengoptimalkan fasilitas produksi yang ada.

Perusahaan ini juga berupaya tumbuh ke pasar produksi RNAi dan siRNA. Teknologi‑teknologi ini menjadi fokus industri biotek dan farmasi, dengan saat ini 6 terapi siRNA yang disetujui dan secara global lebih dari 450 aset RNAi dalam pengembangan, di antaranya 42 berada dalam uji klinis fase 2 & 3.

Sumber: Codexis

Untuk saat ini, 90 % pendapatan berasal dari enzim, bukan bioterapi. Fokusnya adalah tumbuh bersama perusahaan farmasi menengah sambil mempertahankan hubungan dengan perusahaan farmasi besar yang sudah ada.

2. Ginkgo Bioworks

DNA Grafik Harga

Perusahaan ini memproduksi organisme sesuai permintaan untuk aplikasi spesifik, termasuk aplikasi biomedis serta program ilmu material dan industri.

Ia juga memiliki segmen biosekuriti yang besar, yang berkembang pesat selama pandemi.

Dalam kebanyakan kasus, beberapa bentuk evolusi terarah digunakan dalam produksi dan seleksi produk Ginkgo.

Ginkgo Bioworks (DNA ) telah mendiversifikasi aplikasinya secara luas dengan banyak program riset dan kemitraan:

Ia menghasilkan uang dengan dibayar di muka untuk proses pengembangan dan kemudian melalui royalti pada produk akhir.

Kemitraan Ginkgo terus berkembang, dengan:

Ginkgo Bioworks juga bermitra dengan semua perusahaan pertanian besar, kebanyakan memiliki kepentingan dalam produksi biofuel dan mikrobiologi. Beberapa di antaranya meliputi Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta, dan lainnya.

Pengalaman Ginkgo dalam desain khusus urutan genetik, organisme, dan seleksi, serta dalam pemantauan biosekuriti, menjadikannya penyedia kunci bagi setiap industri yang ingin memanfaatkan enzim dan antibodi untuk aplikasi spesifik mereka. Sebagai penyedia layanan, Ginkgo berada pada posisi yang baik untuk memanfaatkan pertumbuhan industri secara keseluruhan.

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.