Membuat virus polio dari bahan kimia

Anda percaya kalau virus bisa dibuat dari bahan kimia? Jawabannya bisa anda temukan di jurnal Science volume 297 edisi 9 Agustus 2002. Baru-baru ini Prof. Eckard Wimmer dari State University of New York, Stony Brook dan koleganya berhasil membuat virus polio dari bahan kimia, yaitu dari DNA (deoxyribo nucleic acid). Barisan DNA disintesa dengan meniru barisan DNA virus polio yang alami, dimana dalam penelitian ini digunakan virus polio strain Mahoney. Virus yang disintesa kemudian dibandingkan dengan virus Mahoney baik karakteristiknya maupun tingkat patogennya.

Senjata biologi

Penelitian ini dilatar-belakangi oleh kondisi dunia saat ini, dimana mikroorgansime banyak digunakan sebagai senjata biologi. Baru-baru ini Amerika Serikat dihebohkan oleh Anthrax yang disebabkan oleh bakteri Bacillus anthracis yang disebarkan oleh orang atau kelompok yang sampai saat ini belum diketahui pelakunya. Sekarang, virus penyakit cacar (Smallpox) juga ditakuti akan digunakan sebagai senjata biologi.

Penyakit cacar ini, sebenarnya sudah punah pada tahun 1977. Sejak itu Badan Kesehatan Dunia (WHO) telah menginstruksikan kepada semua laboratorium untuk memusnahkan virus Smallpox ini, baik stok virus yang diisolasi dari pasien maupun yang digunakan untuk keperluan penelitian, atau menyerahkannya kepada salah satu laboratorium referensi yang ditunjuk WHO yaitu, the Institute for Virus Preparation di Moskow atau CDC (the Centers for Disease Control and Prevention) di Atlanta. Walaupun demikian, Amerika Serikat dan beberapa negara sekutunya mendeklarasikan masih adanya virus Smallpox yang belum diserahkan dan dimusnahkan, dan virus ini sampai ke tangan orang atau kelompok tertentu yang dapat digunakan sebagai senjata biologi.

Untuk menghindari ketakutan ini ada beberapa usaha yang dilakukan oleh Amerika. Pertama adalah melakukan imunisasi cacar terhadap warga negaranya. Untuk keperluan ini, seperti yang diberitakan di jurnal Nature Medicine edisi November 2001, Amerika Serikat telah menandatangani kontrak sebesar US $343 juta dengan Acambis, sebuah perusahaan bioteknologi Inggeris untuk produksi vaksin Smallpox sebanyak 40 juta dosis.

Usaha lain yang dilakukan Amerika adalah melakukan penelitian terhadap mikroorganisme yang berkemungkinan bisa digunakan sebagai senjata biologi. Pemerintah Amerika telah mengeluarkan dana yang banyak untuk biaya penelitian ini. Apa yang dilakukan oleh Prof. Wimmer ini adalah salah satu wujud dari usaha yang kedua ini.

Prof. Wimmer dan koleganya menguji kemungkinan apakah virus bisa dibuat secara artifisial tanpa menggunakan DNA atau RNA (ribo nucleic acid) dari virus murni sebagai bahan dasarnya (template). Kalau virus ini berhasil disintesa, itu menunjukan bahwa ada kemungkinan untuk bisa membuat senjata biologi walaupun mereka tidak memiliki virus itu sendiri. Hal ini lebih dimungkinkan lagi karena seseorang bisa mendapatkan informasi tentang barisan DNA atau RNA dari suatu virus dengan mudah melalui internet.

Kenapa virus polio?

Kenapa sintesa ini dicoba pada virus polio? Salah satu alasannya adalah karena virus polio adalah virus yang paling kecil dibandingkan dengan virus lainnya. Virus polio termasuk ke dalam famili Picornaviridae (Pico adalah bahasa Yunani yang artinya kecil). Kekecilan virus ini tidak hanya dari ukuran partikelnya saja, tetapi juga dari ukuran panjang genomnya. Virus ini memiliki diameter sekitar 30 nm dan memiliki RNA benang positif (positive strand RNA) sebagai genomnya dengan panjang sekitar 7.5 kilobasa. Setelah terinfeksi ke dalam sel, RNA keluar dari sarangnya dan di dalam sel RNA ini memiliki dua fungsi. Yang pertama adalah sebagai mRNA yang ditranslasikan menjadi protein-protein yang berfungsi untuk pembentukan tubuh dan enzim-enzim yang berfungsi untuk perkembang-biakan (replikasi) virus itu sendiri.

Fungsi yang kedua dari RNA ini adalah sebagai bahan dasar (template) untuk pembentukan RNA benang negatif (negative strand RNA). RNA benang negatif ini kemudian digunakan lagi sebagai template untuk membentuk RNA benang positif. Begitu seterusnya sehingga benang positif RNA yang menjadi genom virus ini terus bertambah banyak. RNA yang terbentuk kemudian dibungkus oleh protein-protein pembentuk tubuh dan keluar dari sel sebagai virus baru. Rentetan proses ini dijalankan oleh enzim-enzim dari sel dan dari virus itu sendiri.

Dari proses ini jelas kalau RNA merupakan unsur yang esensial dalam perkembang-biakan virus. Begitu juga untuk mendapatkan virus. Artinya, kalau kita punya RNA dan RNA ini bisa ditransfer ke dalam sel, niscaya virus akan berkembang biak dan dengan mudah akan bisa didapatkan. Biasanya kita bisa mendapatkan virus polio sekitar 24 jam setelah RNA ditransfer dalam sel.

Sesuai dengan namanya, infeksi virus polio menyebabkan gejala polio (poliomyelitis) atau lumpuh. Vaksin yang efektif terhadap polio sudah dikembangkan pada tahun enam puluhan dan digunakan untuk program eradikasi/ pemusnahan polio. Dengan program imunisasi yang menggunakan vaksin tersebut, sekarang virus polio liar sudah hampir musnah. Oleh karena itu virus ini tidak lagi dianggap sebagai virus yang berbahaya dan ditakuti karena bisa dikontrol. Ini juga merupakan salah satu kenapa virus ini dipilih sebagai objek. Selain itu alasan lain juga barangkalai karena Prof. Wimmer adalah ahli virus polio.

Sintesa virus polio

Oleh karena virus polio adalah virus RNA, untuk membuat virus ini dari bahan kimia sebenarnya lebih tepat kalau dimulai dari sintesa RNA. Akan tetapi sintesa RNA, apalagi RNA yang panjang, sangat sulit karena RNA tidak stabil dan mudah terdegradasi. Karena DNA jauh lebih stabil dari pada RNA, dalam penelitian virus RNA, biasanya RNA ditranskripsi balik (reverse transcription) dulu ke DNA. Begitu juga dengan tim ini, mereka juga mengsintesa DNA berdasarkan barisan RNA dari virus polio Mahoney.

Fragmen-fragmen pasangan benang positif dan benang negatif DNA dengan panjang rata-rata 69 basa disintesa, dan kemudian disambung baik dengan menggunakan teknik PCR (Polymerase Chain Reaction) maupun menggunakan enzim T4 DNA ligase. Fragmen pasangan DNA yang tersambung kemudian dikloning ke plasmid (sejenis mikroorganisme) yang bisa berkembangbiak pada bakteri Escherichia coli. Dengan perkembangbiakan plasmid yang membawa DNA virus polio ini, akan memperbanyak jumlah DNA, yang pada mulanya hanya ada dalam jumlah yang sangat sedikit.

Setelah DNA ini diperbanyak, kemudian ditranskirpsikan menjadi RNA. RNA ini kemudian dimasukan (transfection) ke dalam sel. Di dalam sel, RNA ini akan berfungsi sebagai RNA genome sebagaimana halnya RNA dari virus yang alami. Dengan demikian diharapkan virus akan hidup dan berkembang-biak didalam sel. Seperti yang diharapankan, tim ini berhasil mengembang-biakan virus polio di dalam sel. Virus ini kemudian dianalisa dan dibandingkan dengan virus polio Mahoney yang alami.

Dari hasil perbandingan, virus yang disintesa memproduksi protein-protein yang sama dengan virus yang alami. Bentuk dan ukuran kedua virus ini juga mirip. Virus sintesis juga dinetralisasi oleh antobodi yang spesifik menetralisir virus polio tipe 1, sama halnya dengan virus alami. Dari hasil percobaan binatang (tikus), lebih jauh lagi, virus polio sintesis juga mengakibatkan gejala polio dan menyebabkan kematian, walaupun tingkat patogennya lebih rendah dibandingkan dengan virus alami.

Dengan metoda ini, tim peneliti dari State University of New York ini telah berhasil membuat virus polio dari bahan kimia. Ini adalah pembuktian yang pertama kali dimana virus bisa dibuat dari bahan kimia.

Sebenarnya, metoda yang dipakai oleh tim ini bukanlah metoda yang baru. Metoda ini telah banyak digunakan untuk mengkloning DNA dari protein-protein. Sama seperti yang dilakukan tim ini, DNA dari protein disintesa, kemudian disambung dan dikloning. Akan tetapi, kebanyakan DNA yang dikloning sangat pendek, sehingga mudah untuk menyambung dan mengkloningnya. Dalam penelitian ini, Prof. Wimmer dan koleganya mampu mengkloning DNA sepanjang 7.5 kilobasa. Inilah kehebatan dari tim ini sehingga hasilnya bisa dimuat di jurnal Science.

Implikasinya

Keberhasilan Prof. Eckard Wimmer dan koleganya ini telah membuktikan bahwa manusia mampu membuat virus yang barangkali akan digunakan sebagai senjata biologi. Biasanya kita mendapatkan virus dengan cara isolasi dari sampel tertentu dan kemudian mengkulturkannya. Kita juga bisa membuat virus (baru), namun biasanya menggunakan virus alami sebagai template. Akan tetapi dengan teknologi ini, walaupun kita tidak memiliki suatu virus sama sekali, kita bisa membuat virus dengan mencontoh barisan RNA atau DNA virus bersangkutan.

Walaupun demikian tentu saja tidak semua orang bisa membuat suatu virus. Hal ini disebabkan selain teknologi dan skil, pembuatan virus ini juga memerlukan banyak dana baik untuk sintesa DNA-nya maupun untuk proses selanjutnya.

Pertama dalam masalah teknologi dan skil, tentu saja hanya orang-orang yang terbukti mempunyai pengetahuan dan keahlian tentang virus yang bisa melakukannya. Siapa yang ahli tentang suatu virus, biasanya dapat dilihat dari hasil publikasi tentang virus. Begitu juga masalah dana. Untuk sintesa 7.5 kilobasa DNA saja diperlukan dana kira-kira sebesar US $7,500 (US $ 1 untuk 1 basa). Karena tim ini mengsintesa pasangan ganda DNA, biaya sintesa DNA diperlukan sebesar US $ 15,000.

Selain itu penelitian ini dilakukan berkali-kali untuk sampai kepada keberhasilan. Hal ini disebabkan karena walaupun secara teori metoda ini bisa digunakan untuk sintesa virus, keberhasilannya sangat ditentukan oleh banyak faktor. Dalam penelitian ini penulis tidak tahu berapa lama waktu yang dihabiskan oleh tim ini. Tapi dari pengalaman pembuatan virus dengan menggunakan virus asli sebagai bahan dasar, dapat diperkirakan setidak-tidaknya memerlukan waktu sekitar 1 tahun. Lamanya penelitian ini mengakibatkan banyaknya uang yang dihabiskan untuk pembelian enzim-enzim, kit serta bahan-bahan kimia lain yang diperlukan untuk penelitian. Namun, setelah metoda dan teknik untuk pembuatan virus ditemukan, untuk produksi virus selanjutnya tentu saja akan mudah dilakukan.

Oleh karena itu, secara total bisa jadi biaya untuk sintesa virus yang akan digunakan sebagai senjata biologi akan lebih murah dari pada produksi senjata kimia atau senjata nuklir. Tetapi juga tidak menutup kemungkinan akan lebih mahal. Hal ini sangat tergantung kepada virus apa yang akan disintesa. Terlepas dari semua ini, tentu saja kita sangat berharap jangan sampai orang-orang yang mampu (mampu karena memiliki teknologi, skil dan dana) membuat virus untuk digunakan sebagai senjata biologi (NTR)

(Oleh Dr. Andi Utama , Posdoct JSPS di Dept. Virology II, National Institute of Infectious Diseases )

Kata Pencarian Artikel ini: