Protein adalah salah satu molekul terpenting yang menopang kehidupan organisme apa pun. Mereka memainkan peran penting dalam hampir semua proses biologis. Faktanya, kehidupan tidak akan mungkin terjadi tanpa protein.
Inilah sebabnya mengapa molekul besar dan kompleks ini telah menjadi subjek penelitian ilmiah selama beberapa dekade. Penelitian ini, selama bertahun-tahun, telah membawa kemajuan signifikan dalam pemahaman struktur dan fungsi protein ini, banyak di antaranya telah dianugerahi Hadiah Nobel.
Hadiah Nobel Kimia tahun ini juga diberikan untuk penelitian tentang protein. Namun penghargaan kali ini sedikit berbeda dengan penghargaan sebelumnya. Ilmuwan David Baker, Demis Hassabis, dan John Jumper mendapat penghargaan tidak hanya karena memberikan wawasan baru tentang protein, tetapi juga karena mengembangkan alat yang mempermudah dan mempercepat penguraian struktur protein dan membuat protein yang benar-benar baru.
Hassabis dan Jumper, yang akan berbagi setengah dari hadiahnya, adalah salah satu pencipta AlphaFold, alat berbasis kecerdasan buatan yang dapat memprediksi struktur protein dengan akurasi luar biasa. Baker, pemenang dari separuh lainnya, menggunakan alat komputasi serupa untuk merancang protein baru yang tidak tersedia di alam, namun dapat melakukan banyak fungsi yang berguna. Bersama-sama, ketiganya telah berhasil mencapai apa yang telah para ilmuwan coba capai selama beberapa dekade.
Sebuah aspek penting dalam kehidupan
Protein terbuat dari rantai panjang asam amino, yang merupakan molekul organik kecil yang mengandung karbon, hidrogen, nitrogen, dan oksigen, dan terkadang belerang. Ada 20 asam amino berbeda yang bertindak sebagai bahan penyusun protein. Kombinasi asam amino yang berbeda, disusun secara berurutan dan dilipat rapat menjadi bentuk tiga dimensi yang unik, membentuk protein yang sangat penting untuk hampir semua proses biologis.
Jenis protein tertentu, yang disebut enzim, dapat mempercepat reaksi biokimia dalam tubuh, sementara jenis protein lain memberikan dukungan struktural pada sel dan jaringan. Lalu ada beberapa protein yang membantu respon imun, sementara yang lain dapat menyimpan nutrisi atau energi.
Telah lama diketahui bahwa struktur protein menentukan fungsinya. Beberapa dekade yang lalu, urutan asam amino menentukan bagaimana mereka terlipat menjadi bentuk tiga dimensi, sehingga menentukan struktur akhir protein. Penemuan ini membuat ahli biokimia Christian Anfinsen mendapatkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1972, yang ia bagikan dengan Stanford Moore dan William H. Stein.
“Jadi, rangkaian asam amino menentukan struktur protein dan struktur menentukan fungsi protein. Namun ada banyak kemungkinan rangkaian asam amino. jumlah kalimatnya sangat banyak. Namun tidak semua kombinasi valid,” kata P Balaram, mantan direktur sains di Indian Institute, kepada The Indian Express. “Jadi seperti halnya bahasa, susunan asam amino dalam protein harus memiliki tata bahasa, dan tata bahasa ini sangat sulit untuk dipahami,” katanya.
Meskipun para ilmuwan telah mencoba mengungkap struktur protein selama bertahun-tahun untuk mendapatkan wawasan tentang proses biologis dalam tubuh, kemajuannya masih lambat.
“Metode konvensional untuk menguraikan struktur protein melalui kristalografi sinar-X adalah proses yang melelahkan dan memakan waktu. Diperlukan waktu berbulan-bulan, bahkan bertahun-tahun, untuk mengetahuinya,” kata Arun Shukla dari Departemen Ilmu Biologi dan Bioteknologi di IIT Kanpur kepada The Ekspres India.
Namun, selama bertahun-tahun, struktur ribuan protein telah dikatalogkan. Pada saat yang sama, database yang berisi semua rangkaian asam amino yang diketahui juga dibuat.
Hassabis dan Jumper mengembangkan pekerjaan ini untuk membuat AlphaFold. Alat AI memprediksi struktur protein menggunakan urutan asam amino yang diketahui dari database. Prediksi ini cocok dengan struktur protein yang tercantum dalam database lain. Dengan pelatihan, alat AI memperoleh akurasi yang cukup dalam memprediksi struktur protein, dengan mempertimbangkan urutan asam amino tertentu.
Meski dikembangkan beberapa tahun lalu, alat ini telah mengalami beberapa kali pembaruan. Saat ini digunakan oleh banyak peneliti.
“Metode ini merupakan terobosan luar biasa dari semua upaya sebelumnya untuk memecahkan kode struktur protein. Upaya sebelumnya melibatkan banyak ilmu kimia dan fisika. Metode ini menggunakan data dan komputasi. Ini sangat menarik dan menjanjikan,” kata Balaram.
Protein baru
Baker mengandalkan perhitungan yang sedikit berbeda untuk menciptakan protein sintetik yang benar-benar baru dan tidak ditemukan di alam. “Dia telah menghasilkan protein yang valid dan rangkaian asam amino baru yang menjalankan fungsi yang berguna dan diinginkan. Ini seperti membangun kalimat baru. Ini membuka kemungkinan baru yang sangat besar,” kata Balaram.
Protein baru dapat melakukan fungsi yang tidak dirancang untuk protein yang disintesis secara alami. Secara teori, misalnya, protein sintetik dapat dirancang untuk mendegradasi plastik yang tidak dapat terbiodegradasi.
Cara alternatif untuk menghasilkan protein sintetik adalah proses yang panjang. “Kita bisa mengambil pendekatan evolusi misalnya. Molekul protein dibiarkan mengalami mutasi hingga memperoleh sifat yang diinginkan. Namun hal ini melibatkan ratusan mutasi dan bisa memakan waktu bertahun-tahun. Proses Baker dalam memproduksi protein sintetik lebih efisien dan efektif,” ahli biologi Alok Bhattacharya dari Universitas Ashoka mengatakan kepada The Indian Express.
Karya ketiga ilmuwan tersebut mempunyai implikasi yang sangat besar terhadap penemuan obat dan mengatasi penyakit membandel akibat kelainan protein.
Menariknya, hadiah Nobel bidang fisika dan kimia tahun ini diberikan kepada penelitian terkait kecerdasan buatan. Faktanya, sebagai pengakuan terhadap karya dasar AI yang menghasilkan Hadiah Nobel Fisika tahun ini, Komite Nobel mencantumkan AlphaFold sebagai contoh dampak yang sudah nyata. Hadiah kimia kini telah memilih rekan pencipta Alphafold untuk mendapatkan penghargaan tersebut.
“Terobosan bertenaga AI dalam memprediksi struktur protein ini menimbulkan banyak perhatian di komunitas riset dan pengakuan Nobel sudah menjadi perbincangan. Jadi, ini tidak mengejutkan,” kata Shukla.
Setelah pengumuman hadiah fisika pada hari Senin, Balaram mengatakan dia bertanya-tanya apakah Alphafold juga akan segera diakui. “Itu terjadi beberapa hari yang lalu,” katanya.
