Mengenal Reverse Genetics: Ujung Tombak Riset Virologi Molekuler
sumber foto : freepik.com
Seiring dengan pandemi COVID-19 yang telah berlangsung sejak tahun 2020, berbagai jenis riset dan pengembangan di bidang virologi secara beriringan dilaksanakan dalam upaya menanggulangi penyakit ini baik di tahap diagnosis, terapeutik, maupun pencegahan. Salah satu terobosan yang berdampak signifikan adalah pengembangan dari sejumlah vaksin terhadap virus SARS-Cov-2 penyebab COVID-19. Sebelum menjalankan pengembangan vaksin, peneliti tentunya perlu memahami biologi dari virus secara komprehensif. Secara konseptual, ada 2 metode pendekatan yang dapat dilakukan oleh seorang peneliti untuk mempelajari biologi virus, yaitu melalui genetika maju (forward genetics) atau genetika arah-balik (reverse genetics). Dalam forward genetics, virus dipelajari dengan cara mengidentifikasi gen yang mengalami perubahan ekspresi terhadap suatu fenotipe tertentu sedangkan dalam reverse genetics, gen tersebut dialterasi melalui mutasi buatan dan fenotipe spesifik yang muncul kemudian diidentifikasi (Sibille dan Edgar, 2010).
Di bidang virologi, reverse genetics mengacu pada suatu teknik untuk menghasilkan virus infeksius dari cloned-cDNA (Li et al., 2021). Dalam sejarahnya, teknik ini pertama kali dilaporkan di tahun 1978 oleh Taniguchi et al. yang mampu menghasilkan Bacteriophage Qb serta kemudian diikuti oleh Racaniello dan Baltimore di tahun 1981 yang menghasilkan poliovirus dari cloned-cDNA. Melalui reverse genetics, peneliti dapat menginduksi mutasi spesifik pada gen virus tertentu untuk mempelajari patogenisitas, merancang target terapeutik potensial, dan mendesain baik vaksin hidup maupun mati. Teknik reverse genetics juga menyediakan kesempatan bagi peneliti untuk menghasilkan suatu virus rekombinan yang mengekspresikan gen fungsional dari dua atau lebih spesies yang berbeda. Akibat hal tersebut, peneliti mampu mempelajari agen dengan patogenisitas tinggi tanpa memerlukan laboratorium dengan biosafety-level (BSL) yang tinggi (Martinez-Sobrido et al., 2016).
Salah satu contoh kebermanfaatan dari reverse genetics dapat dilihat pada riset dari salah satu kelompok virus emerging, yaitu famili Arenaviridae atau Arenavirus. Virus Lassa (LASV), salah satu Arenavirus dengan angka prevalensi infeksi tertinggi, memiliki patogenisitas yang sangat tinggi dan tergolong ke dalam agen terseleksi kelas A oleh National Institutes of Health (NIH). Akibat alasan tersebut, seluruh penelitian yang melibatkan virion infektif dari LASV wajib dilakukan di dalam kontainmen laboratorium biosafety level-4 (BSL-4). Meskipun demikian, penelitian menunjukkan bahwa arenavirus lain, yakni lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), memiliki karakteristik biokimia yang serupa dengan LASV, khususnya pada pemrosesan glikoprotein (GP) dalam mekanisme cell entry serta protein Z dalam penyusunan matriks dan mekanisme viral budding. Apabila peneliti mampu menghasilkan suatu virion LCMV yang mengekspresikan GP atau Z dari LASV, maka penelitian dari LASV tetap dapat dijalankan di standar laboratorium BSL yang lebih rendah (BSL-2). Penelitian yang dilakukan oleh Sommerstein et al. (2014) mampu mewujudkan virus rekombinan LCMV yang mengekspresikan GP dari LASV (LCMV/LASV GP). Berkat kemampuan dari reverse genetics, penelitian tersebut mampu membuktikan bahwa mutasi yang ada pada GP dari LASV berperan penting dalam memperpanjang durasi viremia secara in vivo, mengindikasikan peran penting GP dalam tingginya patogenisitas dari LASV. Penelitian lebih lanjut juga dapat dilakukan mengembangkan obat yang menghambat cell entry dari LASV dengan menargetkan GP spesifik dari LASV (Beitzel et al., 2019). Selain itu, pengembangan vaksin hidup yang dilemahkan atau live-attenuated vaccine berbasis reverse genetics juga dapat dilakukan dengan menginduksi sejumlah mutasi yang menekan patogenisitasnya pada tubuh manusia (Martino-Sobrido et al., 2017).
Melihat tingginya keuntungan yang diberikan oleh reverse genetics, tidak heran jika sebagian besar penelitian virologi molekuler saat ini telah mengembangkan dan menginkorporasikan sistem tersebut secara rutin. Dengan kemampuan yang besar ini, peneliti dapat secara lebih efektif melakukan eksperimen pada berbagai penyakit virus yang ada dan secara tidak langsung memberikan manfaat terbaik untuk pasien di seluruh dunia.
Referensi :
Beitzel, B., Hulseberg, C.E. and Palacios, G., 2019. Reverse genetics systems as tools to overcome the genetic diversity of Lassa virus. Current Opinion in Virology, 37, pp.91-96.
Li, Z., Zhong, L., He, J., Huang, Y. dan Zhao, Y., 2021. Development and application of reverse genetic technology for the influenza virus. Virus Genes, 57(2), pp.151-163.
Martínez-Sobrido, L., Cheng, B.Y.H. and Torre, J.C.D.L., 2016. Reverse genetics approaches to control arenavirus. Methods in Molecular Biology, 1403.
Martínez-Sobrido, L., Paessler, S. and Torre, J.C.D.L., 2017. Lassa virus reverse genetics. Methods in Molecular Biology, 1605.
Racaniello, V.R. and Baltimore, D., 1981. Cloned poliovirus complementary DNA is infectious in mammalian cells. Science, 214(4523), pp.916-919.
Sibille, E., Edgar, N. (2010). Forward Genetics/Reverse Genetics. Dalam: Stolerman, I.P. (eds) Encyclopedia of Psychopharmacology. Springer: Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68706-1_635.
Sommerstein, R., Ramos da Palma, J., Ölschläger, S., Bergthaler, A., Barba, L., Lee, B.P.L., Pasquato, A. and Flatz, L., 2014. Evolution of recombinant lymphocytic choriomeningitis virus/Lassa virus in vivo highlights the importance of the GPC cytosolic tail in viral fitness. Journal of Virology, 88(15), pp.8340-8348.
Taniguchi, T., Palmieri, M. and Weissmann, C., 1978. Qβ DNA-containing hybrid plasmids giving rise to Qβ phage formation in the bacterial host. Nature, 274(5668), pp.223-228.
Penulis
Putu Bagus Dharma Permana, Roy Novri Ramadhan Tasrif (Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga; artikel ini ditulis saat kedua penulis mengikuti program magang riset di Laboratory of Emerging Viral Diseases, Research Institute for Microbial Diseases, Osaka University, Japan)
