Rantai DNA — Cetak-biru Kehidupan
www.socineer.com


DNA, sebagian besar dari pembaca pasti sudah mengenalnya, karena saat ini kata itu sudah menjadi kosa kata sehari-hari dalam percakapan. DNA itu adalah singkatan dari nama kimiawi sejenis asam, yaitu asam deoksi-ribo-nukleat (deoxyribonucleic acid). Jangan khawatir, tulisan ini tidak akan membahas dari segi kimiawi DNA, tetapi bagaimana bentuk rantai DNA bisa menjadi bahasa yang membentuk setiap makhluk hidup di bumi ini. Untuk lebih memudahkan, tulisan ini akan menggunakan analogi dengan bahasa yang dipergunakan dalam komputer, karena analogi ini akan sangat membantu dalam pengertian cara kerja DNA ini.

Pertama kali saya tertarik pada DNA itu belasan tahun lalu. Ketika saya sedang bepergian untuk berlibur panjang tanpa tujuan jelas dari satu kota ke kota lain. Tujuan berikutnya ditentukan dari kota sebelumnya. Di Singapore — seperti biasa — saya ke toko buku, untuk mencari buku-buku travel, peta-peta, dan macam-macam buku lain. Kebetulan waktu itu, film Jurassic Park sedang diputar dan menarik cukup besar minat publik, dan saya sendiri juga sudah nonton film tersebut. Di depan toko buku yang saya kunjungi, novel sumber film tersebut yang dikarang Michael Chricton dipajang pada posisi persis di depan pintu masuk, sudah tentu menarik perhatian saya. Saya membeli novel tersebut untuk dibaca disela-sela perjalanan (sejak itu, saya mencari semua buku karangan Michael Chricton untuk dikoleksi dan dibaca, beberapa di antaranya saya baca beberapa kali). Nah, novel itu mendorong rasa ingin tahu yang besar terhadap enjinering genetik. Tetapi kemudian, minat itu terlupakan ditelan kesibukan. Belakangan, minat itu muncul kembali, dan mulailah saya membaca textbook dan tulisan-tulisan yang penting dalam bidang ini.

Salah satu hal yang menarik dalam mempelajari bioengineering adalah, ketersediaan informasi. Selama ini, bidang yang paling informatif yang bisa diakses dari internet adalah bidang komputer. Pada dasarnya, seseorang bisa menjadi pakar komputer hanya dengan membaca tulisan-tulisan yang ada di internet. Seluruh standard internet yang kita kenal dengan RFC bisa dibaca dari Internet. Saya menemukan bidang rekayasa genetik ini juga demikian. Hal ini terutama disebabkan besarnya pendanaan publik untuk bidang ini, sehingga banyak informasi tersedia untuk publik. Yang masih mahal sekarang adalah peralatan yang digunakan dalam rekayasa genetik. Tetapi saya yakin tidak begitu lama lagi, setiap orang akan bisa melakukan sendiri di rumahnya sendiri dengan biaya murah. Saat inipun tersedia banyak untuk peralatan non-perangkat-keras, sehingga setiap orang bisa melakukan experiment in-silico1 jika dia berminat.

Kemiripan Antara Kode Genetik dan Kode Komputer

Proses pemrograman komputer saat ini didasarkan atas satu konsep sederhana yang diusulkan oleh Alan Turing, yang kemudian dinamakan Mesin Turing. Dalam Mesin Turing, tiga komponent utama. (1) kode data, yang ditulis dalam pita yang panjang; (2) Peralatan IO (Input/Output), untuk membaca data dari pita dan menulis ke pita; dan (3) pusat pengolahan untuk mengolah data. Secara sederhana begitu, misalnya seorang mau menyuruh komputer menghitung 2+3. Dia menulis data di pita yang artinya: operasi penjumlahan, angka pertama (yaitu 2), angka kedua (yaitu 3). Lalu mesin komputer sederhana itu membaca dari pita, menghitung hasilnya, dan menulis hasil penjumlahan (yaitu 5) ke pita lagi. Sederhana sekali bukan?

Demikian juga sebuah sel makluk hidup, komponen-komponennya mirip dengan Turing Machine, yaitu: (1) kode data, ditulis dalam rantai DNA yang panjang; (2) Alat penyalin (transcription), yaitu molekul RNA2, untuk "membaca" kode dan membawanya ke tempat lain untuk digunakan; dan (3) Mesin Pembuat Protein, proses dimana kode rumusan dari DNA digunakan untuk membuat protein, proses ini dilakukan oleh ribosome. Kita lihat, kode dalam DNA itu seperti buku resep untuk semua jenis protein yang dibutuhkan untuk membangun tubuh makluk hidup. Kode itu akan disalin ulang lagi untuk memproduksi protein setiap kali dibutuhkan.

Setiap sel tubuh merupakan unit mandiri

Sesudah dibahas di atas tentang kemiripan kode DNA dan komputer, mari kita lihat perbedaan prosesnya dengan komputer tradisional. Komputer tradisional, yaitu komputer yang dipakai oleh saya maupun Anda, adalah komputer yang mendasarkan diri pada pengolahan secara total. Pada komputer ada pengolan pusat, yaitu CPU (central processing unit). Sebagian besar proses yang terjadi pada mesin komputer diatur langsung dari CPU ini. Supaya CPU tidak terlalu berat kerjanya, sebagian processing juga didelegasikankan ke tempat lain, misalnya, untuk graphics diserahkan ke kontroller kecil di video card, untuk suara di sound card, dan lainnya. Walaupun demikian, kita masih bisa melihat berkumpulnya tempak pengolahan dilakukan, dengan bagian inti dan terbesar masih di CPU. Setiap kali mouse kita bergerak, sinyal dikirimkan ke CPU, dan dari sana baru dipikirkan apa yang harus dilakukan setiap posisi mouse tertentu. CPU itu seksi paling repot dari komputer kita.

Makhluk hidup tidak demikian. Seluruh pengolahan terdistribusi ke semua sel yang jumlahnya besar sekali. Masing-masing sel berinteraksi dengan sel lain menciptakan perilaku sendiri. Pengolahan data pada makhluk hidup adalah contoh ekstrim dari jaringan pengolahan terdistribusi. Sering kali muncul kesalahan persepsi bahwa otak manusia adalah pusat pengolahan informasi untuk seluruh kegiatan tubuh manusia. Itu tidak benar. Otak manusia adalah pusat kesadaran manusia, tetapi tidak berarti otak mengatur semua kegiatan dalam tubuh manusia. Otak kita tidak mengatur kapan rambut harus tumbuh cepat, atau bagaimana kulit kita memperbaiki diri ketika terluka, bagaimana cara mencerna makanan untuk digunakan, atau bagaimana cara darah putih bertempur melawan serangan organisma dari luar tubuh. Setiap bagian dari tubuh kita umumnya punya cara untuk memutuskan apa yang akan dilakukan pada setiap kasus yang dikenalnya.

Bahasa Rantai DNA

Sebagian besar dari kita sedikit-sedikit mengerti tentang program komputer, karena kita adalah pengguna komputer. Sebuah program komputer adalah kode komputer yang bisa dijalankan. Dalam sistem operasi DOS/Windows, kemungkinan besar program itu adalah file dengan extension '.exe'. Pertanyaan yang sering muncul adalah, apakah dengan demikian kode dalam rantai DNA itu bisa dianalogikan dengan program komputer tersebut? Jawabnya singkat: tidak. Seperti yang ditulis diatas, setiap sel tubuh adalah unit mandiri, sedangkan program komputer yang kita pakai saat ini adalah benar-benar tersentralisasi. Dalam program komputer, semua prosedur kerja komputer dijabarkan dengan secara rinci. Kode genetik tidak mendeskripsikan cara kerja sama sekali. Misalnya, gerakan burung waktu terbang, itu tidak disimpan secara eksplisit dalam kode genetik. Kode genetik hanya memuat resep-resep protein apa saja yang diperlukan untuk membangun tulang sayap, otot, bulu, dan anggota tubuh lain dari burung tersebut, tidak untuk bagaimana cara burung itu terbang, makan, dan sebagainya.

Jika kita melihat kode komputer bukan hanya sebagai program yang bisa dijalankan, tetapi semua jenis kode komputer, ada satu jenis bahasa pemrograman yang bisa kita analogikan dengan bahasa dalam rantai DNA, yaitu bahasa deskripsi data (DDL - data description language ). Dari segi perlakuan terhadap data, ada dua kategori besar bahasa atau bagian dari bahasa pemrograman komputer, pertama adalah DDL yang sudah disebutkan, dan kedua adalah DML (data manipulation language, bahasa manipulasi data). Dalam DDL yang dituliskan adalah bagaimana bentuk sebuah objek atau data, sedangkan dalam DML, yang dituliskan adalah bagaimana perilaku data tersebut, atau proses yang dilakukan atas data tersebut. Misalnya, jIka seseorang harus memprogram seorang penari Bali dalam komputer, maka ada dua tahapan yang harus diprogram. Tahapan pertama adalah, bagaimana bentuk dari penari tersebut, bagaimana bentuk rambutnya, pakaian apa yang dipergunakan, dekorasi apa yang dipakai, dan sejenisnya. Ini adalah menyangkut deskripsi dari objek, yang menjadi pokok perhatian DDL. Sesudah penari itu dideskripsikan dengan baik, baru ditulis bagaimana penari itu harus bergerak sesuai dengan alunan musik, bagaimana caranya berjalan, caranya melirik, itu adalah sudah merupakan bagian dari bagaimana objek tersebut harus berperilaku, yang merupakan bagian dari DML yang berfokus pada manipulasi objek.

Program komputer yang kita pergunakan umumnya merupakan gabungan dari dua jenis kode tersebut, bagian pertama mendekripsikan jenis-jenis data, dan bagian kedua, bagaimana data tersebut di manipulasi. Tidak demikian dengan kode rantai DNA. Kode DNA tidak memerinci perilaku. Kode DNA itu cuma bahasa deskripsi data. dimana dia mendeskripsikan jenis protein yang harus diproduksi. Itu saja. DNA tidak mendescripsikan bagaimana cara orang tertawa, cara singa berlari, dan sebagainya. DNA cuma mendescripsikan dari bahan protein apa kulit harimau dibentuk, atau dari bahan apa buah mangga dibentuk. Sederhana sekali bukan?

Dari hal-hal sederhana ini jestru melahirkan komplikasi yang luas. Kompleksitas lahir dari kesederhanaan. Semua bentuk, cara kerja organ-organ tubuh adalah sifat dan perilaku yang muncul dari bahan yang digunakan, dinamakan emergent behavior, sesuatu yang terjadi setelah sekelompok protein bertemu, sel-sel bertemu dan bekerja sama. Rumit sekali untuk menerka apa yang bakal terjadi dari sekelompok sel yang terdiri dari oknum-oknum independen. Dari rantai DNA, kita tahu protein apa yang akan diproduksi, tetapi kita sukar sekali bisa menebak apa yang akan terbentuk setelah jadi, apalagi tingkah apa yang akan terbentuk setelah itu. Tetapi kita bisa berusaha untuk mengertinya, dan mensimulasikannya, baik secara in-vitro maupun in-silico. Disinilah peran komputer sebagai alat bantu untuk ilmu biologi berkembang. Karena untuk mengerti kode DNA, itu tidak mungkin bisa dilakukan tanpa komputer, apalagi untuk mengerti lebih jauh perilaku dari hasil yang terbentuk dari resep DNA itu.

Struktur Data Rantai DNA

Makhluk hidup begitu berjenis-jenis, dan begitu kompleks. Apakah struktur data rantai DNA dengan demikian juga sangat kompleks? Ternyata tidak. Francis Crick yang pertama kali menduga struktur data yang sangat sederhana ini, dan setelah ditest ternyata benar. Struktur data rantai DNA untuk membuat makhluk hidup ternyata sangat sederhana. Basis untuk kode DNA itu ada empat, yaitu A (adenine), T (thymine), C (cytosine) dan G (guanine).

Makhkluk hidup di bumi ini terbuat dari protein. Ada banyak sekali jenis protein, kita lihat saja badan kita sendiri, ada banyak sekali jenisnya organ tubuh pembentuk badan. Dalam tumbuhan juga ada banyak sekali jenis sel, dari sel daun, sel batang, yang untuk setiap jenis tanaman kita lihat berbeda-beda bentuknya. Protein itu dibangun dari asam-asam amino. Dengan banyaknya protein, apakah asam amino pembentuk protein itu juga banyak dan kompleks? Jawabannya kembali, tidak. Ternyata cuma ada 20 puluh jenis asam amino yang berkontribusi dalam membentuk protein makluk hidup di seluruh muka bumi. Semua jenis asam amino tersebut diberi nama dan kode oleh IUPAC, bisa dilihat di: IUPAC code table.

Bagaimana ke-20 asam amino tersebut dikodekan oleh alam dalam rantai DNA? Kita tahu ada 4 basis untuk kode DNA. Dengan memakai 2 basis untuk satu asam amino, maka jumlah kombinasi yang bisa terjadi adalah 4×6=16 kombinasi. Jumlah ini tidak cukup untuk mengkode asam amino berjumlah 20 buah. JIka dipakai 3 buah basis untuk setiap kode, maka jumlah kombinasi mencapai 4×4×4=64. Jumlah ini dipikir kebanyakan, 64 kombinasi hanya untuk mengkode 20 jenis asam amino. Karena itu, untuk waktu tertentu, para pioneer dalam bidang ini mencoba menemukan rumusan yang lebih kompleks dari kode alam ini. Tetapi ternyata akhirnya ditemukan, oleh Francis Crick, bahwa benar alam menggunakan 3 basis untuk setiap asam amino. Jadi kode DNA adalah untaian triplet, 3 basis untuk setiap kode, misalnya ATG GAA, dll. Setiap triplet mewakili satu jenis asam amino. Tabel gimana triplet itu dan asam amino yang dihasilkan oleh triplet yang bersangkutan bisa dilihat di: Table of Standard Genetic Code.

Sebagai penutup tulisan ini, mari kita lihat bagaimana bentuk dari kode mentah komputer dan DNA. Kode komputer ditampilkan dalam bentuk bilangan binary, yang terdiri dari angka 0 dan 1, sedangkan kode DNA menggunakan 4 basis, ATCG, dan dalam bentuk mentah (tidak dikelompokkan dalam triplet).

Kode Binary Komputer:
11001100 10101011 00111001 01101011
11100101 01101100 10010101 00001001
00101011 01000101 10111010 10101011
10110111 01010010 01101010 01011110

Kode Rantai DNA:
tccttggcca attattactc gacgagatcg tgacccgtta
aagattctgg acccgcgcgt tgggaaggaa tttccgctcc
tctgccggac ttgacctgcg tgcctgtctc aacgacgccg
actacgctgg ttccgaccgg gctggcgatt catattgccg

Untuk yang mau melongok bagaimana bentuk kode rantai DNA lengkap, coba mulai dengan salah satu bagian dari bakteri yang paling banyak dipelajari oleh manusia, yaitu E-coli. Coba lihat di: Escherichia coli



  1. Pada jaman dulu, pengamatan tumbuhan dan hewan dilakukan in-vivo—'dalam yang hidup'—, yaitu dalam kondisi natural dari hewan atau tumbuhan yang diteliti (para pakar biologi jaman dulu sering menyebut diri sebagai naturalist). Ketika biologi sebagai disiplin ilmu modern berkembang, laboratorium-laboratorium didirikan, sehingga peneliti bisa menciptakan kondisi buatan untuk memudahkan penelitian. Pengamatan dalam kondisi artificial ini dinamakan pengamatan in-vitro—'dalam (tabung) gelas'—. Saat ini, sebagian penelitian biologi bukan hanya dilakukan dilakukan dalam kondisi artificial, tetapi juga dengan specimen artificial di dalam memori komputer, karena itu dinamakan in-silico, karena komponen-komponent utama chip komputer terbuat dari bahan silikon. Istilah ini terdengar bagus, setidaknya lebih bagus daripada istilah in-computaro.

  2. RNA adalah asam ribonukleat (ribonucleic acid) Struktur RNA mirip DNA, sehingga rantai RNA bisa menyalin informasi pada rantai. RNA lebih mudah dibentuk, sehingga memudahkannya untuk digunakan sebagai salian dari DNA. Tetapi RNA karena mudah dibentuk dan mudah berubah, lebih tidak stabil, dan tidak bisa diharapkan untuk menyimpan informasi genetik untuk jangka waktu lebih panjang sengan baik.



Last Revised:Jan 12, 2006
Copyright © 2006 socineer.com
Lihat: Salin Ulang & Redistribusi