Bagaimana Dunia Kedokteran di Masa Depan? Fisika Menjawab "Bioinformatika dan Bioteknologi"

Bagaimana Dunia Kedokteran di Masa Depan?  Nantinya, dunia kedokteran menjanjikan sangat banyak impian. Namun ada saat di mana dunia kedokteran merupakan dunia yang kejam dan tak kenal ampun, di mana  orang-orang terdahulu harus memotong kulit untuk mencari masalah di organ dalam. Lambat laun teknik endoskopi memungkinkan kita untuk mengerjakan operasi hanya dengan satu sayatan kecil. Bahkan sekarang kita mampu menangani kasus tertentu tanpa dengan melakukan sayatan sedikit pun. Di masa depan, dokter bahkan mampu memeriksa organ dalam tubuh kita hanya melalui aplikasi pemindaian jarak jauh, dan dilakukan secara rutin. Bagaimana dunia kedokteran ini mampu diwujudkan? Fisika menjawab melalui sebuah disiplin ilmu tertentu, yakni Bioinformatika.

Gambar 1. Masa depan dunia kedokteran dipengaruhi dengan perkembangan teknik bioteknologi dan bioinformatika

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

Dalam mitologi Yunani dan Romawi, ada kisah tentang Eos, dewi fajar yang cantik. Suatu hari, dia sangat mencintai seorang manusia yang tampan, Tithonus. Dia memiliki tubuh yang sempurna dan abadi, tetapi Tithonus pada akhirnya akan menua, layu, dan binasa. Bertekad untuk menyelamatkan kekasihnya dari nasib suram ini, dia memohon kepada Zeus, ayah para dewa, untuk memberikan Tithonus hadiah keabadian sehingga mereka dapat menghabiskan kekekalan bersama. Mengasihani kekasih ini, dia mengabulkan keinginan Eos.

Tapi Eos, karena tergesa-gesa, lupa meminta pemuda abadi untuknya. Jadi Tithonus menjadi abadi, tetapi tubuhnya menua. Karena tidak dapat mati, ia menjadi semakin tua dan membusuk, menjalani keabadian dengan rasa sakit dan penderitaan.

Jadi itulah tantangan yang dihadapi sains abad kedua puluh satu. Para ilmuwan sekarang membaca buku kehidupan, yang mencakup genom manusia yang lengkap, dan yang menjanjikan kemajuan ajaib dalam memahami penuaan. Tetapi perpanjangan hidup tanpa kesehatan dan kekuatan dapat menjadi hukuman kekal, seperti yang ditemukan secara tragis oleh Tithonus.

Pada akhir abad ini, kita juga akan memiliki banyak kekuatan mitos atas hidup dan mati. Dan kekuatan ini tidak hanya terbatas untuk menyembuhkan orang sakit tetapi akan digunakan untuk meningkatkan tubuh manusia dan bahkan menciptakan bentuk kehidupan baru. Namun, itu tidak akan melalui doa dan mantra, tetapi melalui keajaiban bioteknologi.

Salah satu ilmuwan yang menguak rahasia kehidupan adalah Robert Lanza, pria yang terburu-buru. Dia adalah generasi baru ahli biologi, muda, energik, dan penuh ide-ide segar — begitu banyak terobosan yang harus dibuat dan waktu yang sangat sedikit. Lanza sedang mengendarai puncak revolusi bioteknologi. Seperti anak kecil di toko permen, dia senang menjelajahi wilayah yang belum dipetakan, membuat terobosan dalam berbagai topik hangat.

Satu atau dua generasi lalu, kecepatannya jauh berbeda. Anda mungkin menemukan ahli biologi dengan santai memeriksa cacing dan serangga yang tidak jelas, dengan sabar mempelajari anatomi rinci mereka dan menderita atas nama Latin yang diberikan kepada mereka.

Baca Juga: Akankah anda memprediksi masa depan? Fisika menjawab "determinisme"

Seorang ilmuwan Fisika teori terkenal, Michio Kaku, bertemu dengannya suatu hari di studio radio untuk wawancara dan langsung terkesan dengan masa mudanya dan kreativitasnya yang tak terbatas. Dia, seperti biasa, terburu-buru di antara eksperimen. Dia mengatakan kepada Michio Kaku bahwa dia memulai kariernya di bidang yang bergerak cepat ini dengan cara yang paling tidak biasa. Dia berasal dari keluarga kelas pekerja sederhana di selatan Boston, di mana hanya sedikit yang kuliah. Tapi saat di sekolah menengah, dia mendengar berita menakjubkan tentang terurainya DNA. Dia terpikat. Dia memutuskan proyek sains: mengkloning ayam di kamarnya. Orang tuanya yang bingung tidak tahu apa yang dia lakukan, tetapi mereka memberinya restu.

Bertekad untuk menyelesaikan proyeknya, dia pergi ke Harvard untuk mendapatkan nasihat. Tidak mengenal siapa pun, dia bertanya kepada seorang pria yang dia pikir adalah petugas kebersihan untuk beberapa arah. Penasaran, petugas kebersihan membawanya ke kantornya. Lanza kemudian mengetahui bahwa petugas kebersihan itu sebenarnya adalah salah satu peneliti senior di lab. Terkesan oleh keberanian dari siswa sekolah menengah yang kurang ajar ini, dia memperkenalkan Lanza kepada ilmuwan lain di sana, termasuk banyak peneliti kaliber Nobel, yang akan mengubah hidupnya. Lanza membandingkan dirinya dengan karakter Matt Damon dalam film Good Will Hunting, di mana seorang anak kelas pekerja yang ceroboh dan cerdas membuat kagum para profesor di MIT, membuat mereka terpesona dengan kejeniusan matematikanya.

Saat ini, Lanza adalah kepala ilmuwan di Advanced Cell Technology, dengan ratusan makalah dan penemuannya. Pada tahun 2003, ia menjadi berita utama ketika Kebun Binatang San Diego memintanya untuk mengkloning banteng, spesies sapi liar yang terancam punah, dari tubuh salah satu yang telah mati dua puluh lima tahun sebelumnya. Lanza berhasil mengekstraksi sel yang dapat digunakan dari bangkai, memprosesnya, dan mengirimnya ke sebuah peternakan di Utah. Di sana, sel yang telah dibuahi ditanamkan pada sapi betina. Sepuluh bulan kemudian dia mendapat kabar bahwa kreasi terbarunya baru saja lahir. Di hari lain, dia mungkin sedang mengerjakan “rekayasa jaringan,” yang pada akhirnya dapat menciptakan toko tubuh manusia tempat kita dapat memesan organ baru, tumbuh dari sel kita sendiri, untuk menggantikan organ yang sakit atau sudah usang. Di lain hari, dia bisa mengerjakan kloning sel embrio manusia. Dia adalah bagian dari tim bersejarah yang mengkloning embrio manusia pertama di dunia dengan tujuan menghasilkan sel induk embrio.
TIGA TAHAP PENGOBATAN

Lanza sedang menunggangi gelombang penemuan yang besar, yang diciptakan dengan melepaskan pengetahuan yang tersembunyi di dalam DNA kita. Secara historis, kedokteran telah melalui setidaknya tiga tahap utama. Yang pertama, yang berlangsung selama puluhan ribu tahun, pengobatan didominasi oleh takhayul, sihir, dan desas-desus. Dengan sebagian besar bayi meninggal saat lahir, harapan hidup rata-rata berkisar antara delapan belas hingga dua puluh tahun. Beberapa tanaman obat dan bahan kimia yang berguna ditemukan selama periode ini, seperti aspirin, tetapi sebagian besar tidak ada cara sistematis untuk menemukan terapi baru. Sayangnya, solusi apa pun yang benar-benar berhasil adalah rahasia yang dijaga ketat. "Dokter" mendapatkan penghasilannya dengan menyenangkan pasien kaya dan memiliki kepentingan untuk merahasiakan ramuan dan mantranya.

Selama periode ini, salah satu pendiri Mayo Clinic menyimpan catatan harian pribadi saat dia berkeliling pasiennya. Dia dengan jujur ​​menulis di buku hariannya bahwa hanya ada dua bahan aktif di tas hitamnya yang benar-benar berfungsi: gergaji besi dan morfin. Gergaji besi digunakan untuk memotong anggota tubuh yang sakit, dan morfin digunakan untuk menghilangkan rasa sakit akibat amputasi. Mereka bekerja setiap saat. Segala sesuatu yang lain di dalam tas hitamnya adalah minyak ular dan palsu, keluhnya sedih.

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

Tahap kedua pengobatan dimulai pada abad kesembilan belas, dengan datangnya teori kuman dan sanitasi yang lebih baik. Harapan hidup di Amerika Serikat pada tahun 1900 naik menjadi empat puluh sembilan tahun. Ketika puluhan ribu tentara sekarat di medan perang Eropa pada Perang Dunia I, ada kebutuhan mendesak bagi dokter untuk melakukan eksperimen nyata, dengan hasil yang dapat direproduksi, yang kemudian diterbitkan dalam jurnal medis. Raja-raja Eropa, ngeri bahwa mereka yang terbaik dan terpintar dibantai, menuntut hasil nyata, bukan tipu muslihat. Dokter, alih-alih mencoba menyenangkan pelanggan kaya, sekarang berjuang untuk legitimasi dan ketenaran dengan menerbitkan makalah di jurnal yang ditinjau oleh rekan sejawat. Ini mengatur panggung untuk kemajuan dalam antibiotik dan vaksin yang meningkatkan harapan hidup hingga tujuh puluh tahun dan seterusnya.

Tahap ketiga pengobatan adalah pengobatan molekuler. Kami melihat penggabungan fisika dan kedokteran, mereduksi kedokteran menjadi atom, molekul, dan gen. Transformasi bersejarah ini dimulai pada 1940-an, ketika fisikawan Austria Erwin Schrödinger, salah satu pendiri teori kuantum, menulis sebuah buku berpengaruh berjudul What Is Life? Dia menolak anggapan bahwa ada roh misterius, atau kekuatan hidup, yang menghidupkan makhluk hidup. Sebaliknya, dia berspekulasi bahwa semua kehidupan didasarkan pada semacam kode, dan ini dikodekan pada sebuah molekul. Dengan menemukan molekul itu, dia menduga, seseorang dapat mengungkap rahasia kehidupan. Fisikawan Francis Crick, terinspirasi oleh buku Schrödinger, bekerja sama dengan ahli genetika James Watson untuk membuktikan bahwa DNA adalah molekul dongeng ini. Pada tahun 1953, dalam salah satu penemuan terpenting sepanjang masa, Watson dan Crick membuka kunci struktur DNA, heliks ganda. Ketika terurai, satu untai DNA membentang sekitar enam kaki panjangnya. Di atasnya terkandung urutan 3 miliar asam nukleat, disebut A, T, C, G (adenin, timin, sitosin, dan guanin), yang membawa kode tersebut. Dengan membaca urutan yang tepat dari asam nukleat yang ditempatkan di sepanjang molekul DNA, seseorang dapat membaca buku kehidupan.

Kemajuan pesat dalam genetika molekuler akhirnya mengarah pada penciptaan Proyek Genom Manusia, yang benar-benar merupakan tonggak penting dalam sejarah kedokteran. Sebuah program crash besar-besaran untuk mengurutkan semua gen tubuh manusia, menghabiskan biaya sekitar $ 3 miliar dan melibatkan kerja ratusan ilmuwan di seluruh dunia. Ketika akhirnya selesai pada tahun 2003, itu menandai era baru dalam sains. Akhirnya, setiap orang akan memiliki genom yang dipersonalisasi tersedia di CD-ROM. Ini akan mendaftar semua sekitar 25.000 gen Anda; itu akan menjadi "manual pemilik" Anda.
Peraih Nobel David Baltimore menyimpulkannya ketika dia berkata, "Biologi hari ini adalah ilmu informasi."

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"
 

Masa depan dalam waktu dekat (sekitar 2030)

OBAT GENOMIK
Apa yang mendorong ledakan luar biasa dalam kedokteran ini adalah, sebagian, adalah teori kuantum dan revolusi komputer. Teori kuantum telah memberi kita model yang sangat rinci tentang bagaimana atom-atom tersusun di setiap protein dan molekul DNA. Atom demi atom, kita tahu bagaimana membangun molekul kehidupan dari awal. Dan pengurutan gen — yang dulunya merupakan proses yang panjang, membosankan, dan mahal — semuanya diotomatiskan dengan robot sekarang. Awalnya, dibutuhkan biaya beberapa juta dolar untuk mengurutkan semua gen dalam satu tubuh manusia. Ini sangat mahal dan memakan waktu sehingga hanya segelintir orang (termasuk ilmuwan yang menyempurnakan teknologi ini) yang telah membaca genom mereka. Tetapi dalam beberapa tahun lagi, teknologi eksotis ini mungkin datang ke orang kebanyakan.

(Michio Kaku ingat dengan jelas saat menjadi pembicara utama sebuah konferensi pada akhir 1990-an di Frankfurt, Jerman, tentang masa depan kedokteran. Michio Kaku memperkirakan bahwa pada tahun 2020, genom pribadi akan menjadi kemungkinan nyata, dan bahwa setiap orang mungkin memiliki CD atau chip dengan gennya. dijelaskan di atasnya. Tapi satu peserta menjadi sangat marah. Dia bangkit dan berkata bahwa mimpi ini tidak mungkin. Ada terlalu banyak gen, dan itu akan memakan biaya terlalu banyak untuk menawarkan genom pribadi kepada orang kebanyakan. Proyek Genom Manusia menelan biaya $ 3 miliar; biaya untuk mengurutkan gen seseorang tidak mungkin turun sebanyak itu. Membahas masalah dengannya nanti, secara bertahap menjadi jelas apa masalahnya. Dia berpikir secara linier. Tetapi hukum Moore menurunkan biaya, sehingga memungkinkan untuk urutan DNA menggunakan robot, komputer, dan mesin otomatis. Dia gagal memahami dampak mendalam dari hukum Moore pada biologi. Melihat kembali kejadian itu, sekarang Michio Kaku menyadari bahwa jika ada kesalahan dalam prediksi itu, maka dalam melebih-lebihkan waktu yang dibutuhkan untuk menawarkan genomik pribadi.)

Misalnya, insinyur Stanford Stephen R. Quake telah menyempurnakan pengembangan terbaru dalam pengurutan gen. Dia sekarang telah menurunkan biaya menjadi $ 50.000 dan memperkirakan harga akan turun menjadi $ 1.000 dalam beberapa tahun ke depan. Para ilmuwan telah lama berspekulasi bahwa ketika harga sekuensing gen manusia turun menjadi $ 1.000, ini dapat membuka pintu air bagi sekuensing gen massal, sehingga sebagian besar ras manusia dapat memperoleh manfaat dari teknologi ini. Dalam beberapa dekade, harga pengurutan semua gen Anda mungkin berharga kurang dari $ 100, tidak lebih mahal dari tes darah standar.

(Kunci dari terobosan terbaru ini adalah mengambil jalan pintas. Gempa membandingkan DNA seseorang dengan urutan DNA yang telah dilakukan orang lain. Dia memecah genom manusia menjadi unit-unit DNA yang berisi 32 bit informasi. Lalu dia memiliki komputer program yang membandingkan fragmen 32-bit ini dengan genom lengkap orang lain. Karena dua manusia mana pun hampir identik dalam DNA mereka, berbeda rata-rata kurang dari 0,1 persen, ini berarti bahwa komputer dapat dengan cepat mendapatkan kecocokan di antara 32 ini fragmen -bit.)

Baca Juga: Akankah anda memprediksi masa depan? Fisika menjawab "determinisme"

Quake menjadi orang kedelapan di dunia yang genomnya diurutkan sepenuhnya. Dia juga memiliki minat pribadi dalam proyek ini, karena dia memindai genom pribadinya untuk mencari bukti penyakit jantung. Sayangnya, genomnya menunjukkan bahwa ia mewarisi satu versi gen yang terkait dengan penyakit jantung. "Anda harus memiliki perut yang kuat saat melihat genom Anda sendiri," keluhnya.
Michio Kaku tahu perasaan menakutkan itu. Michio Kaku telah memindai sebagian genom Michio Kaku dan ditempatkan pada CD-ROM untuk acara khusus BBC-TV / Discovery yang Michio Kaku host. Seorang dokter mengambil darah dari lenganku; mengirimkannya ke laboratorium di Universitas Vanderbilt; dan kemudian, dua minggu kemudian, sebuah CD-ROM kembali dikirimkan, mendaftar ribuan gen saya. Memegang disk ini di tangan Michio Kaku memberi Michio Kaku perasaan lucu, mengetahui bahwa itu berisi sebagian cetak biru tubuh saya. Pada prinsipnya, disk ini dapat digunakan untuk membuat salinan diri Michio Kaku yang wajar.

Tapi itu juga bikin penasaran, karena rahasia tubuh Michio Kaku ada di CD-ROM itu. Misalnya, Michio Kaku dapat mengetahui apakah Michio Kaku memiliki gen tertentu yang meningkatkan peluang Michio Kaku terkena penyakit Alzheimer. Michio Kaku khawatir, karena ibu Michio Kaku meninggal karena Alzheimer. (Untungnya, Michio Kaku tidak memiliki gen tersebut.)
 
Selain itu, empat gen Michio Kaku dicocokkan dengan genom ribuan orang di seluruh dunia, yang juga telah dianalisis gennya. Kemudian, lokasi individu yang memiliki kecocokan sempurna dengan keempat gen Michio Kaku ditempatkan pada peta bumi. Dengan menganalisis titik-titik di peta bumi, Michio Kaku dapat melihat jejak titik-titik yang panjang, yang berasal dari dekat Tibet dan kemudian membentang melalui Tiongkok dan Jepang. Sungguh menakjubkan bahwa jejak titik ini melacak pola migrasi kuno nenek moyang ibu saya, ribuan tahun yang lalu. Nenek moyang Michio Kaku tidak meninggalkan catatan tertulis tentang migrasi kuno mereka, tetapi peta perjalanan mereka terukir di darah dan DNA saya. (Anda juga dapat melacak nenek moyang ayah Anda. Gen mitokondria diturunkan tanpa perubahan dari ibu ke anak perempuan, sedangkan kromosom Y diturunkan dari ayah ke anak laki-laki. Oleh karena itu, dengan menganalisis gen ini, seseorang dapat melacak nenek moyang ibu Anda atau garis ayahmu.)

Michio Kaku membayangkan dalam waktu dekat, banyak orang akan memiliki perasaan aneh yang sama seperti yang Michio Kaku lakukan, memegang cetak biru tubuh mereka di tangan mereka dan membaca rahasia intim, termasuk penyakit berbahaya, bersembunyi di genom dan pola migrasi kuno nenek moyang mereka.

Tetapi bagi para ilmuwan, ini membuka cabang ilmu yang sama sekali baru, yang disebut bioinformatika, atau menggunakan komputer untuk memindai dan menganalisis genom ribuan organisme dengan cepat. Misalnya, dengan memasukkan genom dari beberapa ratus orang yang menderita penyakit tertentu ke dalam komputer, seseorang mungkin dapat menghitung dengan tepat lokasi DNA yang rusak. Faktanya, beberapa komputer paling kuat di dunia terlibat dalam bioinformatika, menganalisis jutaan gen yang ditemukan pada tumbuhan dan hewan untuk mencari gen kunci tertentu.

Ini bahkan bisa merevolusi acara detektif TV seperti CSI. Dengan adanya potongan kecil DNA (ditemukan di folikel rambut, air liur, atau noda darah), seseorang mungkin dapat menentukan tidak hanya warna rambut, warna mata, etnis, tinggi badan, dan riwayat medis orang tersebut, tetapi mungkin juga wajahnya. Saat ini, seniman polisi dapat membuat patung perkiraan wajah korban hanya dengan menggunakan tengkorak. Di masa mendatang, komputer mungkin dapat merekonstruksi fitur wajah seseorang yang hanya terkena ketombe atau darah dari orang tersebut. (Fakta bahwa anak kembar identik memiliki wajah yang sangat mirip berarti bahwa genetika saja, bahkan dengan adanya faktor lingkungan, dapat menentukan sebagian besar wajah seseorang.)

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

KUNJUNGAN KE DOKTER
Seperti yang telah kami sebutkan di bab sebelumnya, kunjungan Anda ke kantor dokter akan berubah drastis. Ketika Anda berbicara dengan dokter di layar dinding Anda, Anda mungkin akan berbicara dengan program perangkat lunak. Kamar mandi Anda akan memiliki lebih banyak sensor daripada rumah sakit modern, yang secara diam-diam mendeteksi sel kanker bertahun-tahun sebelum tumor terbentuk. Misalnya, sekitar 50 persen dari semua kanker yang umum melibatkan mutasi pada gen p53 yang dapat dengan mudah dideteksi menggunakan sensor ini.

Jika ada bukti adanya kanker, nanopartikel akan disuntikkan langsung ke aliran darah Anda, yang akan, seperti bom pintar, mengirimkan obat pelawan kanker langsung ke sel kanker. Kita akan melihat kemoterapi hari ini seperti kita melihat lintah di abad yang lalu. (Kami akan membahas detail nanoteknologi, chip DNA, nanopartikel, dan nanobot secara lebih rinci di bab berikutnya.)

Dan jika "dokter" di layar dinding Anda tidak dapat menyembuhkan penyakit atau cedera pada suatu organ, Anda akan tumbuh dengan mudah. Di Amerika Serikat saja, ada 91.000 orang menunggu transplantasi organ. Delapan belas orang mati setiap hari, menunggu organ yang tidak pernah datang.
Di masa depan, kita akan memiliki tricorders — seperti ini di Star Trek — yang dapat mendiagnosis hampir semua penyakit; detektor MRI portabel dan chip DNA akan memungkinkan hal ini. (kredit foto 3.1)

Jika dokter virtual Anda menemukan sesuatu yang salah, seperti organ yang sakit, maka dia mungkin memesan yang baru untuk ditanam langsung dari sel Anda sendiri. "Rekayasa jaringan" adalah salah satu bidang kedokteran terpanas, yang memungkinkan adanya "toko tubuh manusia". Sejauh ini, para ilmuwan dapat menumbuhkan kulit, darah, pembuluh darah, katup jantung, tulang rawan, tulang, hidung, dan telinga di laboratorium dari sel Anda sendiri. Organ utama pertama, kandung kemih, tumbuh tahun 2007, batang tenggorokan pertama tahun 2009. Sejauh ini, organ yang telah dibesarkan relatif sederhana, hanya melibatkan beberapa jenis jaringan dan sedikit struktur. Dalam lima tahun, hati dan pankreas pertama mungkin tumbuh, dengan implikasi yang sangat besar bagi kesehatan masyarakat. Peraih Nobel Walter Gilbert mengatakan kepada Michio Kaku bahwa dia meramalkan suatu waktu, hanya beberapa dekade ke depan, ketika hampir setiap organ tubuh akan tumbuh dari sel Anda sendiri.

Rekayasa jaringan menumbuhkan organ baru dengan terlebih dahulu mengekstraksi beberapa sel dari tubuh Anda. Sel tersebut kemudian disuntikkan ke dalam cetakan plastik yang bentuknya mirip spons berbentuk organ yang dimaksud. Cetakan plastik terbuat dari asam poliglikolat biodegradable. Sel-sel tersebut diberi perlakuan dengan faktor pertumbuhan tertentu untuk merangsang pertumbuhan sel, menyebabkannya tumbuh menjadi jamur. Akhirnya, jamur itu hancur, meninggalkan organ yang sempurna.

Michio Kaku berkesempatan mengunjungi laboratorium Anthony Atala di Wake Forest University di North Carolina dan menyaksikan teknologi ajaib ini secara langsung. Saat Michio Kaku berjalan melewati laboratoriumnya, Michio Kaku melihat botol berisi organ manusia hidup. Michio Kaku bisa melihat pembuluh darah dan kandung kemih; Michio Kaku melihat katup jantung yang terus-menerus membuka dan menutup karena cairan dipompa melalui katup tersebut. Melihat semua organ manusia yang hidup di dalam botol, Michio Kaku hampir merasa seolah-olah sedang berjalan di laboratorium Dr. Frankenstein, tetapi ada beberapa perbedaan penting. Kembali ke abad kesembilan belas, dokter tidak mengetahui mekanisme penolakan tubuh, yang membuatnya tidak mungkin untuk mencangkok organ baru. Ditambah, dokter tidak tahu bagaimana menghentikan infeksi yang pasti akan mencemari organ apapun setelah operasi. Jadi Atala, alih-alih menciptakan monster, malah membuka teknologi medis yang benar-benar baru untuk menyelamatkan nyawa yang mungkin suatu saat akan mengubah wajah kedokteran.

Satu target masa depan untuk laboratoriumnya adalah menumbuhkan hati manusia, mungkin dalam lima tahun. Hati tidaklah rumit dan hanya terdiri dari beberapa jenis jaringan. Hati yang ditanam di laboratorium dapat menyelamatkan ribuan nyawa, terutama mereka yang sangat membutuhkan transplantasi hati. Itu juga bisa menyelamatkan nyawa pecandu alkohol yang menderita sirosis. (Sayangnya, hal itu juga dapat mendorong orang untuk menjaga kebiasaan buruk, mengetahui bahwa mereka bisa mendapatkan organ pengganti untuk organ mereka yang rusak.)

Jika organ-organ tubuh, seperti batang tenggorokan dan kandung kemih, dapat tumbuh sekarang, apa yang dapat mencegah para ilmuwan untuk menumbuhkan setiap organ tubuh? Satu masalah mendasar adalah bagaimana menumbuhkan kapiler kecil yang menyediakan darah untuk sel. Setiap sel dalam tubuh harus bersentuhan dengan suplai darah. Selain itu, ada masalah pertumbuhan struktur kompleks. Ginjal, yang memurnikan darah dari racun, terdiri dari jutaan filter kecil, jadi cetakan untuk filter ini cukup sulit dibuat.

Namun organ yang paling sulit berkembang adalah otak manusia. Meskipun menciptakan kembali atau menumbuhkan otak manusia tampaknya tidak mungkin untuk beberapa dekade mendatang, mungkin saja sel-sel muda dapat disuntikkan langsung ke otak, yang akan memasukkannya ke dalam jaringan saraf otak. Namun, suntikan sel otak baru ini dilakukan secara acak, sehingga pasien harus mempelajari kembali banyak fungsi dasar. Tetapi karena otak itu "plastik" —yaitu, terus-menerus mengubah dirinya sendiri setelah mempelajari tugas baru — otak mungkin dapat mengintegrasikan neuron baru ini sehingga mereka bekerja dengan benar.

SEL BATANG
Satu langkah di luar ini adalah dengan menerapkan teknologi sel punca. Sejauh ini, organ manusia tumbuh dengan menggunakan sel yang bukan sel induk tetapi merupakan sel yang secara khusus diperlakukan untuk berkembang biak di dalam kapang. Dalam waktu dekat, sel punca harus dapat digunakan secara langsung.

Sel induk adalah "induk dari semua sel", dan memiliki kemampuan untuk berubah menjadi semua jenis sel tubuh. Setiap sel di tubuh kita memiliki kode genetik lengkap yang diperlukan untuk membuat seluruh tubuh kita. Tetapi saat sel kita dewasa, mereka menjadi spesialis, begitu banyak gen yang tidak aktif. Misalnya, meskipun sel kulit mungkin memiliki gen untuk berubah menjadi darah, gen ini dimatikan ketika sel embrio menjadi sel kulit dewasa.

Tetapi sel induk embrionik mempertahankan kemampuan ini untuk menumbuhkan kembali semua jenis sel sepanjang hidupnya. Meskipun sel induk embrio lebih dihargai oleh para ilmuwan, mereka juga lebih kontroversial, karena embrio harus dikorbankan untuk mengekstraksi sel-sel ini, sehingga menimbulkan masalah etika. (Namun, Lanza dan rekan-rekannya telah mempelopori cara-cara untuk mengambil sel induk dewasa, yang telah berubah menjadi satu jenis sel, dan kemudian mengubahnya menjadi sel induk embrionik.)

Sel induk berpotensi menyembuhkan sejumlah penyakit, seperti diabetes, jantung, Alzheimer, Parkinson, bahkan kanker. Faktanya, sulit untuk membayangkan penyakit di mana sel punca tidak akan berdampak besar. Salah satu bidang penelitian khusus adalah cedera tulang belakang, yang pernah dianggap tidak dapat disembuhkan sama sekali. Pada tahun 1995, ketika aktor tampan Christopher Reeve mengalami cedera tulang belakang yang membuatnya lumpuh total, tidak ada obatnya. Namun, dalam penelitian hewan, langkah besar telah dibuat dalam memperbaiki sumsum tulang belakang dengan sel induk.

Misalnya, Stephen Davies dari University of Colorado telah sukses besar dalam mengobati cedera tulang belakang pada tikus. Dia berkata, “Michio Kaku melakukan beberapa eksperimen di mana kami mentransplantasikan neuron dewasa langsung ke sistem saraf pusat orang dewasa. Eksperimen Frankenstein nyata. Yang sangat mengejutkan kami, neuron dewasa mampu mengirim serabut saraf baru dari satu sisi otak ke sisi lain hanya dalam satu minggu. ” Dalam mengobati cedera sumsum tulang belakang, secara luas dianggap bahwa setiap upaya untuk memperbaiki saraf akan menimbulkan rasa sakit dan tekanan yang hebat juga. Davies menemukan bahwa jenis kunci sel saraf, yang disebut astrosit, terjadi dalam dua jenis, dengan hasil yang berbeda.

Davies berkata, "Dengan menggunakan astrosit yang tepat untuk memperbaiki cedera tulang belakang, kita mendapatkan semua keuntungan tanpa rasa sakit, sementara jenis lain ini tampaknya memberikan yang sebaliknya — rasa sakit tetapi tidak ada keuntungan." Selain itu, teknik yang sama yang dia rintis dengan sel punca juga akan bekerja pada korban stroke dan penyakit Alzheimer dan Parkinson, dia yakin.

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

Karena hampir setiap sel tubuh dapat dibuat dengan mengubah sel induk embrionik, kemungkinannya tidak terbatas. Namun, Doris Taylor, direktur Pusat Perbaikan Kardiovaskular di Universitas Minnesota, memperingatkan bahwa masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. “Sel induk embrio mewakili yang baik, yang buruk, dan yang jelek. Jika sudah bagus, mereka dapat ditanam dalam jumlah besar di laboratorium dan digunakan untuk membentuk jaringan, organ, atau bagian tubuh. Ketika mereka buruk, mereka tidak tahu kapan harus berhenti tumbuh dan menimbulkan tumor. Yang jelek — yah, kami tidak memahami semua petunjuknya, jadi kami tidak dapat mengontrol hasilnya, dan kami tidak siap menggunakannya tanpa penelitian lebih lanjut di lab, ”catatnya.

Ini adalah salah satu masalah utama yang dihadapi penelitian sel punca: fakta bahwa sel punca ini, tanpa isyarat kimiawi dari lingkungan, dapat terus berkembang biak secara liar hingga menjadi kanker. Para ilmuwan sekarang menyadari bahwa pesan kimiawi halus yang berjalan di antara sel, memberi tahu mereka kapan dan di mana harus tumbuh dan berhenti tumbuh, sama pentingnya dengan sel itu sendiri.

Meskipun demikian, kemajuan yang lambat tapi nyata sedang dibuat, terutama dalam penelitian hewan. Taylor menjadi berita utama pada tahun 2008 ketika timnya, untuk pertama kalinya dalam sejarah, menumbuhkan jantung tikus yang berdetak hampir dari awal. Timnya memulai dengan jantung tikus dan melarutkan sel-sel di dalam jantung itu, hanya menyisakan perancah, matriks protein berbentuk hati. Kemudian mereka menanam campuran sel punca jantung ke dalam matriks itu, dan mengamati sel punca mulai berkembang biak di dalam perancah. Sebelumnya, para ilmuwan mampu menumbuhkan sel jantung individu dalam cawan petri. Tapi ini adalah pertama kalinya jantung yang berdetak benar-benar tumbuh di laboratorium.

Menumbuhkan hati juga merupakan acara pribadi yang menarik baginya. Dia berkata, "Cantik sekali. Anda dapat melihat seluruh pohon vaskular, dari arteri hingga vena kecil yang memasok darah ke setiap sel jantung. "
Ada juga satu bagian dari pemerintah A.S. yang sangat tertarik untuk membuat terobosan di bidang teknik jaringan: Angkatan Darat A.S. Dalam perang masa lalu, tingkat kematian di medan perang sangat mengerikan, dengan seluruh resimen dan batalyon hancur dan banyak yang meninggal karena luka. Sekarang tim evakuasi medis tanggap cepat menerbangkan korban luka dari Irak dan Afghanistan ke Eropa atau Amerika Serikat, di mana mereka menerima perawatan medis terbaik. Tingkat kelangsungan hidup GI telah meroket. Begitu juga dengan jumlah tentara yang kehilangan lengan dan anggota tubuhnya. Akibatnya, Angkatan Darat A.S. telah memprioritaskan untuk menemukan cara menumbuhkan anggota tubuh belakang.

Salah satu terobosan yang dibuat oleh Institut Pengobatan Regeneratif Angkatan Bersenjata adalah menggunakan metode baru untuk menumbuhkan organ. Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa salamander memiliki kekuatan regenerasi yang luar biasa, menumbuhkan kembali seluruh anggota tubuh setelah hilang. Anggota badan ini tumbuh kembali karena sel induk salamander dirangsang untuk membuat anggota badan baru. Satu teori yang telah membuahkan hasil sedang dieksplorasi oleh Stephen Badylak dari University of Pittsburgh, yang berhasil menumbuhkan kembali ujung jari. Timnya telah menciptakan "debu peri" dengan kekuatan ajaib untuk menumbuhkan kembali jaringan. Debu ini dibuat bukan dari sel tetapi dari matriks ekstraseluler yang ada di antara sel. Matriks ini penting karena mengandung sinyal yang memberi tahu sel induk untuk tumbuh dengan cara tertentu. Saat debu peri ini diaplikasikan pada ujung jari yang telah dipotong, itu akan merangsang tidak hanya ujung jari tetapi juga kuku, meninggalkan salinan yang hampir sempurna dari jari aslinya. Hingga sepertiga inci jaringan dan kuku telah tumbuh dengan cara ini. Tujuan selanjutnya adalah memperluas proses ini untuk melihat apakah seluruh anggota tubuh manusia dapat tumbuh kembali, seperti salamander.

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

CLONING
Jika kita dapat menumbuhkan berbagai organ tubuh manusia, lalu dapatkah kita menumbuhkan kembali seluruh manusia, menciptakan salinan genetik yang tepat, klon? Pada prinsipnya, jawabannya adalah ya, tetapi hal itu belum dilakukan, meskipun banyak laporan yang menyatakan sebaliknya.

Klon adalah tema favorit di film-film Hollywood, tetapi biasanya mereka membuat sains terbelakang. Dalam film The 6th Day, karakter Arnold Schwarzenegger bertempur melawan orang-orang jahat yang telah menguasai seni mengkloning manusia. Lebih penting lagi, mereka telah menguasai seni menyalin seluruh memori seseorang dan kemudian memasukkannya ke dalam klon. Ketika Schwarzenegger berhasil melenyapkan satu orang jahat, yang baru muncul dengan kepribadian dan ingatan yang sama. Segalanya menjadi berantakan ketika dia mengetahui bahwa klon dibuat darinya tanpa sepengetahuannya. (Pada kenyataannya, saat hewan dikloning, ingatannya tidak.)

Konsep kloning menjadi berita utama dunia pada tahun 1997, ketika Ian Wilmut dari Roslin Institute dari Universitas Edinburgh mampu mengkloning domba Dolly. Dengan mengambil sel dari domba dewasa, mengekstraksi DNA di dalam nukleusnya, dan kemudian memasukkan nukleus ini ke dalam sel telur, Wilmut mampu mencapai prestasi mengembalikan salinan genetik aslinya. Michio Kaku pernah bertanya kepadanya apakah dia tahu tentang badai api media yang akan dipicu oleh penemuan bersejarahnya. Dia bilang tidak. Dia jelas memahami pentingnya medis dari karyanya, tetapi meremehkan ketertarikan publik dengan penemuannya.

Satu kelompok ternak menarik perhatian saya. Ada sekitar delapan kembar identik, semuanya berbaris. Mereka berjalan, berlari, makan, dan tidur tepat dalam barisan. Meskipun anak sapi tidak memiliki konsepsi bahwa mereka adalah klon dari satu sama lain, mereka secara naluriah bersatu dan menirukan gerakan satu sama lain.

Marquess memberi tahu Michio Kaku bahwa kloning sapi berpotensi menjadi bisnis yang menguntungkan. Jika Anda memiliki seekor sapi jantan dengan ciri fisik yang unggul, maka bisa mendapatkan harga yang bagus jika digunakan untuk dikembangbiakkan. Tetapi jika banteng mati, maka garis genetiknya akan hilang bersamanya kecuali spermanya telah dikumpulkan dan didinginkan. Dengan kloning, seseorang dapat menjaga garis genetik dari sapi jantan berharga tetap hidup selamanya.

Meskipun kloning memiliki aplikasi komersial untuk hewan dan peternakan, implikasinya bagi manusia kurang jelas. Meskipun ada sejumlah klaim sensasional bahwa kloning manusia telah tercapai, semuanya mungkin palsu. Sejauh ini, belum ada yang berhasil mengkloning primata, apalagi manusia. Bahkan mengkloning hewan terbukti sulit, mengingat ratusan embrio yang rusak dibuat untuk setiap embrio yang mencapai masa penuh.

Dan bahkan jika kloning manusia dimungkinkan, ada hambatan sosial. Pertama-tama, banyak agama akan menentang kloning manusia, mirip dengan cara Gereja Katolik menentang bayi tabung pada tahun 1978, ketika Louise Brown menjadi bayi pertama dalam sejarah yang dikandung dalam tabung reaksi. Ini berarti bahwa undang-undang mungkin akan disahkan yang melarang teknologi tersebut, atau setidaknya mengaturnya dengan ketat. Kedua, permintaan komersial untuk kloning manusia akan kecil. Paling-paling, mungkin hanya sebagian kecil dari ras manusia yang akan menjadi klon, meskipun itu legal. Bagaimanapun, kita sudah memiliki klon, dalam bentuk kembar identik (dan kembar tiga), jadi kebaruan kloning manusia secara bertahap akan luntur.

Awalnya, permintaan bayi tabung sangat besar, mengingat banyaknya pasangan yang tidak subur. Tapi siapa yang akan mengkloning manusia? Mungkin orang tua berduka atas kematian seorang anak. Atau, lebih mungkin, seorang pria tua yang kaya di ranjang kematiannya yang tidak memiliki ahli waris — atau tidak ada ahli waris yang sangat dia sayangi — dan ingin menyerahkan semua uangnya untuk dirinya sendiri sebagai seorang anak, untuk memulai dari awal lagi.
Jadi di masa depan, meskipun mungkin ada undang-undang yang mencegahnya, klon manusia mungkin akan ada. Namun, mereka hanya mewakili sebagian kecil dari ras manusia dan konsekuensi sosialnya akan sangat kecil.

TERAPI GEN
Francis Collins, direktur National Institutes of Health saat ini dan orang yang memimpin Proyek Genom Manusia bersejarah pemerintah, memberi tahu Michio Kaku bahwa "kita semua memiliki sekitar setengah lusin gen yang cukup kacau." Di masa lalu, kita hanya harus menderita karena cacat genetik yang seringkali mematikan ini. Di masa depan, katanya, kami akan menyembuhkan banyak dari mereka melalui terapi gen.

Penyakit genetik telah menghantui umat manusia sejak awal sejarah, dan pada saat-saat penting mungkin sebenarnya telah memengaruhi jalannya sejarah. Misalnya, karena perkawinan sedarah di antara keluarga kerajaan Eropa, penyakit genetik telah menjangkiti generasi bangsawan. George III dari Inggris, misalnya, kemungkinan besar menderita porfiria akut intermiten, yang menyebabkan penyakit gila sementara. Beberapa sejarawan berspekulasi bahwa hal ini memperburuk hubungannya dengan koloni, mendorong mereka untuk menyatakan kemerdekaan dari Inggris pada tahun 1776.

Ratu Victoria adalah pembawa gen hemofilia, yang menyebabkan perdarahan yang tidak terkontrol. Karena dia memiliki sembilan anak, banyak di antaranya menikah dengan keluarga kerajaan lain di Eropa, ini menyebarkan “penyakit kerajaan” ke seluruh benua. Di Rusia, cicit Ratu Victoria Alexis, putra Nikolay II, menderita hemofilia, yang tampaknya dapat dikendalikan sementara oleh Rasputin yang mistik. "Biksu gila" ini memperoleh kekuatan yang cukup untuk melumpuhkan bangsawan Rusia, menunda reformasi yang sangat dibutuhkan, dan, seperti yang berspekulasi beberapa sejarawan, membantu mewujudkan Revolusi Bolshevik tahun 1917.

Tapi di masa depan, terapi gen mungkin dapat menyembuhkan banyak dari 5.000 penyakit genetik yang diketahui, seperti fibrosis kistik (yang menyerang orang Eropa utara), penyakit Tay-Sachs (yang menyerang orang Yahudi Eropa Timur), dan anemia sel sabit (yang menimpa Afrika Amerika). Dalam waktu dekat, banyak penyakit genetik yang disebabkan oleh mutasi gen tunggal harus dapat disembuhkan.

Baca Juga: Akankah anda memprediksi masa depan? Fisika menjawab "determinisme"

Terapi gen terdiri dari dua jenis: garis somatik dan kuman.
Terapi gen somatik melibatkan perbaikan gen yang rusak dari satu individu. Nilai terapeutik menghilang saat individu meninggal. Yang lebih kontroversial adalah terapi gen garis kuman, di mana seseorang memperbaiki gen dari sel kelamin, sehingga gen yang diperbaiki dapat diteruskan ke generasi berikutnya, hampir selamanya.

Penyembuhan penyakit genetik mengikuti rute yang panjang namun mapan. Pertama, seseorang harus menemukan korban penyakit genetik tertentu dan kemudian dengan susah payah menelusuri silsilah keluarga mereka, turun-temurun. Dengan menganalisis gen dari individu-individu ini, seseorang kemudian mencoba untuk menentukan lokasi yang tepat dari gen yang mungkin rusak.

Kemudian seseorang mengambil versi yang sehat dari gen itu, memasukkannya ke dalam "vektor" (biasanya virus yang tidak berbahaya), dan kemudian menyuntikkannya ke pasien. Virus dengan cepat memasukkan “gen baik” ke dalam sel pasien, berpotensi menyembuhkan pasien dari penyakit ini. Pada 2001, ada lebih dari 500 percobaan terapi gen yang sedang atau sedang ditinjau di seluruh dunia.

Namun, kemajuannya lambat dan hasilnya beragam. Satu masalah adalah tubuh sering mengacaukan virus yang tidak berbahaya ini, yang mengandung "gen baik", dengan virus berbahaya dan mulai menyerangnya. Hal ini menyebabkan efek samping yang dapat meniadakan efek gen baik. Masalah lainnya adalah tidak cukupnya virus yang memasukkan gen yang baik ke dalam sel targetnya dengan benar, sehingga tubuh tidak dapat menghasilkan cukup protein yang tepat.

Terlepas dari komplikasi ini, para ilmuwan di Prancis mengumumkan pada tahun 2000 bahwa mereka dapat menyembuhkan anak-anak dengan imunodefisiensi gabungan parah (SCID), yang lahir tanpa sistem kekebalan yang berfungsi. Beberapa pasien SCID, seperti "David the bubble boy", harus hidup di dalam gelembung plastik steril selama sisa hidup mereka. Tanpa sistem kekebalan, penyakit apa pun bisa berakibat fatal. Analisis genetik pasien ini menunjukkan bahwa sel kekebalan mereka memang memasukkan gen baru, seperti yang direncanakan, sehingga mengaktifkan sistem kekebalan mereka.

Tapi ada kemunduran. Pada tahun 1999, di Universitas Pennsylvania, satu pasien meninggal dalam percobaan terapi gen, menyebabkan pencarian jiwa dalam komunitas medis. Itu adalah kematian pertama di antara 1.100 pasien yang menjalani terapi gen jenis ini. Dan pada tahun 2007, empat dari sepuluh pasien yang telah disembuhkan dari salah satu bentuk SCID mengembangkan efek samping yang parah, leukemia. Penelitian dalam terapi gen untuk SCID sekarang difokuskan pada penyembuhan penyakit tanpa secara tidak sengaja memicu gen yang dapat menyebabkan kanker. Hingga saat ini, tujuh belas pasien yang menderita berbagai jenis SCID bebas dari SCID dan kanker, menjadikannya salah satu dari sedikit keberhasilan di bidang ini.

Salah satu target terapi gen sebenarnya adalah kanker. Hampir 50 persen dari semua kanker umum terkait dengan gen yang rusak, p53. Gen p53 panjang dan kompleks; ini membuatnya lebih besar kemungkinannya untuk dirusak oleh faktor lingkungan dan kimia. Begitu banyak eksperimen terapi gen yang dilakukan untuk memasukkan gen p53 yang sehat ke dalam pasien. Misalnya, asap rokok sering menyebabkan mutasi karakteristik di tiga situs terkenal dalam gen p53. Jadi terapi gen, dengan mengganti gen p53 yang rusak, suatu saat mungkin dapat menyembuhkan beberapa jenis kanker paru-paru.

Kemajuan lambat tapi stabil. Pada tahun 2006, para ilmuwan di National Institutes of Health di Maryland berhasil mengobati melanoma metastatik, suatu bentuk kanker kulit, dengan mengubah sel T pembunuh sehingga mereka secara khusus menargetkan sel kanker. Ini adalah studi pertama yang menunjukkan bahwa terapi gen dapat berhasil digunakan melawan beberapa bentuk kanker. Dan pada tahun 2007, para dokter di University College dan Rumah Sakit Mata Moorfields di London dapat menggunakan terapi gen untuk mengobati bentuk tertentu dari penyakit retina yang diturunkan (disebabkan oleh mutasi pada gen RPE65).

Sementara itu, beberapa pasangan tidak menunggu terapi gen, tetapi mereka telah mengambil alih warisan genetik mereka sendiri. Sepasang kekasih dapat membuat beberapa embrio yang telah dibuahi menggunakan fertilisasi in vitro. Setiap embrio dapat diuji untuk penyakit genetik tertentu, dan pasangan dapat memilih embrio bebas dari penyakit genetik untuk ditanamkan pada ibu. Dengan cara ini, penyakit genetik dapat dihilangkan secara bertahap tanpa menggunakan teknik terapi gen yang mahal. Proses ini sekarang sedang dilakukan pada beberapa orang Yahudi Ortodoks di Brooklyn yang memiliki resiko tinggi penyakit Tay-Sachs.
Namun, satu penyakit mungkin akan tetap mematikan sepanjang abad ini — kanker.

DAMPAK KANKER
Kembali pada tahun 1971, Presiden Richard Nixon, di tengah kemeriahan dan publisitas yang besar, dengan sungguh-sungguh mengumumkan perang melawan kanker. Dengan membuang uang untuk kanker, dia yakin kesembuhan akan segera terjadi. Tapi empat puluh tahun (dan $ 200 miliar) kemudian, kanker adalah penyebab kematian nomor dua di Amerika Serikat, bertanggung jawab atas 25 persen dari semua kematian. Tingkat kematian akibat kanker turun hanya 5 persen dari tahun 1950 hingga 2005 (menyesuaikan dengan usia dan faktor lainnya). Diperkirakan kanker akan merenggut nyawa 562.000 orang Amerika tahun ini saja, atau lebih dari 1.000 orang per hari. Tingkat kanker telah turun untuk beberapa jenis penyakit tetapi tetap datar pada orang lain. Dan pengobatan untuk kanker, yang melibatkan keracunan, mengiris, dan menyengat jaringan manusia, meninggalkan jejak air mata bagi para pasien, yang sering bertanya-tanya mana yang lebih buruk, penyakit atau pengobatannya.
Kalau dipikir-pikir, kita bisa melihat apa yang salah. Pada tahun 1971, sebelum revolusi dalam rekayasa genetika, penyebab kanker masih menjadi misteri.

Sekarang para ilmuwan menyadari bahwa kanker pada dasarnya adalah penyakit gen kita. Entah disebabkan oleh virus, paparan bahan kimia, radiasi, atau kebetulan, kanker pada dasarnya melibatkan mutasi pada empat atau lebih gen kita, di mana sel normal "lupa bagaimana cara mati". Sel kehilangan kendali atas reproduksinya dan bereproduksi tanpa batas, akhirnya membunuh pasien. Fakta bahwa dibutuhkan urutan empat atau lebih gen yang rusak untuk menyebabkan kanker mungkin menjelaskan mengapa sering membunuh beberapa dekade setelah insiden awal. Misalnya, Anda mungkin mengalami sengatan matahari yang parah saat kecil. Beberapa dekade kemudian, Anda mungkin mengembangkan kanker kulit di situs yang sama. Ini berarti mungkin butuh waktu lama untuk mutasi lain terjadi dan akhirnya mengubah sel ke mode kanker.

Setidaknya ada dua jenis utama gen kanker ini, onkogen dan penekan tumor, yang berfungsi seperti akselerator dan rem mobil. Onkogen bertindak seperti akselerator yang tertahan di posisi bawah, sehingga mobil melaju di luar kendali, memungkinkan sel berkembang biak tanpa batas. Penekan tumor biasanya bertindak seperti rem, jadi bila rusak, selnya seperti mobil yang tidak bisa berhenti.

Proyek Genom Kanker berencana mengurutkan gen dari sebagian besar kanker. Karena setiap kanker memerlukan pengurutan genom manusia, Proyek Genom Kanker ratusan kali lebih ambisius daripada Proyek Genom Manusia yang asli.

Beberapa hasil pertama dari Proyek Genom Kanker yang telah lama ditunggu-tunggu ini diumumkan pada tahun 2009 tentang kanker kulit dan paru-paru. Hasilnya mengejutkan. Mike Stratton dari Wellcome Trust Sanger Institute berkata, “Apa yang kita lihat hari ini akan mengubah cara kita memandang kanker. Kami belum pernah melihat kanker terungkap dalam bentuk ini sebelumnya. "
Sel-sel dari sel kanker paru-paru memiliki 23.000 mutasi individu yang mencengangkan, sedangkan sel kanker melanoma memiliki 33.000 mutasi. Ini berarti bahwa seorang perokok biasa mengembangkan satu mutasi untuk setiap lima belas batang rokok yang dia hisap. (Kanker paru-paru membunuh 1 juta orang setiap tahun di seluruh dunia, kebanyakan karena merokok.)

Tujuannya adalah untuk menganalisis secara genetik semua jenis kanker, yang jumlahnya lebih dari 100. Ada banyak jaringan di dalam tubuh, yang semuanya bisa menjadi kanker; banyak jenis kanker untuk setiap jaringan; dan puluhan ribu mutasi dalam setiap jenis kanker. Karena setiap kanker melibatkan puluhan ribu mutasi, dibutuhkan waktu puluhan tahun untuk mengisolasi dengan tepat mutasi mana yang menyebabkan mekanisme sel rusak. Ilmuwan akan mengembangkan obat untuk berbagai macam kanker tetapi tidak ada obat untuk semuanya, karena kanker itu sendiri seperti kumpulan penyakit.

Perawatan dan terapi baru juga akan terus memasuki pasar, semuanya dirancang untuk menyerang kanker pada akar molekuler dan genetiknya. Beberapa yang menjanjikan antara lain:
• antiangiogenesis, atau mencekik suplai darah tumor sehingga tumor tidak pernah tumbuh
• nanopartikel, yang seperti "bom pintar" yang diarahkan ke sel kanker
• terapi gen, terutama untuk gen p53
• obat baru yang hanya menargetkan sel kanker
• vaksinasi baru terhadap virus yang dapat menyebabkan kanker, seperti human papillomavirus (HPV), yang dapat menyebabkan kanker serviks
Sayangnya, kecil kemungkinan kita akan menemukan obat mujarab untuk kanker. Sebaliknya, kami akan menyembuhkan kanker selangkah demi selangkah. Kemungkinan besar, penurunan besar dalam tingkat kematian akan datang ketika kita memiliki chip DNA yang tersebar di seluruh lingkungan kita, terus-menerus memantau kita untuk sel kanker bertahun-tahun sebelum tumor terbentuk.
Seperti yang dicatat oleh pemenang Nobel David Baltimore, "Kanker adalah sekumpulan sel yang melawan terapi kita dengan cara yang Michio Kaku yakin akan membuat kita terus berjuang."
 

Masa depan sekitar 2030 hingga 2070

TERAPI GEN
Terlepas dari kemunduran dalam terapi gen, para peneliti percaya bahwa peningkatan yang stabil akan dibuat dalam beberapa dekade mendatang. Pada pertengahan abad, banyak yang mengira, terapi gen akan menjadi metode standar untuk mengobati berbagai penyakit genetik. Banyak dari keberhasilan para ilmuwan dalam penelitian hewan pada akhirnya akan diterjemahkan ke dalam penelitian manusia.
Sejauh ini, terapi gen telah menargetkan penyakit yang disebabkan oleh mutasi pada satu gen. Mereka akan menjadi yang pertama disembuhkan. Tetapi banyak penyakit disebabkan oleh mutasi pada banyak gen, bersama dengan pemicu dari lingkungan. Ini jauh lebih sulit untuk diobati, tetapi termasuk penyakit penting seperti diabetes, skizofrenia, Alzheimer, Parkinson, dan penyakit jantung. Semuanya menunjukkan pola genetik yang pasti, tetapi tidak ada gen tunggal yang bertanggung jawab. Misalnya, mungkin saja penderita skizofrenia yang kembar identiknya normal.

Selama bertahun-tahun, ada sejumlah pengumuman bahwa para ilmuwan telah mampu mengisolasi beberapa gen yang terlibat dalam skizofrenia dengan mengikuti riwayat genetik keluarga tertentu. Namun, sangat memalukan bahwa hasil ini seringkali tidak dapat diverifikasi oleh penelitian independen lainnya. Jadi hasil ini cacat, atau mungkin banyak gen yang terlibat dalam skizofrenia. Ditambah, faktor lingkungan tertentu tampaknya terlibat.

Pada pertengahan abad, terapi gen harus menjadi terapi yang mapan, setidaknya untuk penyakit yang disebabkan oleh gen tunggal. Tetapi pasien mungkin tidak puas hanya dengan memperbaiki gen. Mereka mungkin juga ingin memperbaikinya.
 

DESAIN ANAK
Pada pertengahan abad, para ilmuwan akan lebih dari sekadar memperbaiki gen yang rusak untuk benar-benar meningkatkan dan memperbaikinya.

Keinginan untuk memiliki kemampuan manusia super adalah keinginan kuno, berakar dalam pada mitologi Yunani dan Romawi dan impian kita. Pahlawan hebat Hercules, salah satu yang paling populer dari semua dewa Yunani dan Romawi, mendapatkan kekuatan besarnya bukan dari olahraga dan makanan tetapi dengan suntikan gen ilahi. Ibunya adalah seorang manusia yang cantik, Alcmene, yang suatu hari menarik perhatian Zeus, yang menyamar sebagai suaminya untuk bercinta dengannya. Ketika dia mengandung anaknya, Zeus mengumumkan bahwa bayi itu suatu hari akan menjadi seorang pejuang yang hebat. Namun istri Zeus, Hera, menjadi cemburu dan diam-diam merencanakan untuk membunuh bayi tersebut dengan cara menunda kelahirannya. Alcmene hampir mati kesakitan selama persalinan lama, tetapi rencana Hera terungkap pada menit terakhir dan Alcmene melahirkan bayi yang luar biasa besar. Setengah manusia dan setengah dewa, Hercules mewarisi kekuatan seperti dewa dari ayahnya untuk mencapai prestasi heroik dan legendaris.

Di masa depan, kita mungkin tidak bisa menciptakan gen dewa, tapi kita pasti bisa menciptakan gen yang memberi kita kemampuan super. Dan seperti pengiriman Hercules yang sulit, akan ada banyak kesulitan dalam mewujudkan teknologi ini.

Pada pertengahan abad, "anak desainer" bisa menjadi kenyataan. Seperti yang dikatakan ahli biologi Harvard E. O. Wilson, “Homo sapiens, spesies pertama yang benar-benar bebas, akan segera mematikan seleksi alam, kekuatan yang membuat kita…. Segera kita harus melihat jauh ke dalam diri kita sendiri dan memutuskan akan menjadi apa kita. ”

Para ilmuwan telah membongkar gen yang mengontrol fungsi dasar. Misalnya, gen "tikus pintar", yang meningkatkan memori dan kinerja tikus, diisolasi pada tahun 1999. Tikus yang memiliki gen cerdas lebih mampu menavigasi labirin dan mengingat berbagai hal.

Ilmuwan di Universitas Princeton seperti Joseph Tsien telah menciptakan strain tikus yang diubah secara genetik dengan gen tambahan yang disebut NR2B yang membantu memicu produksi neurotransmitter N-methyl-D-aspartate (NMDA) di otak depan tikus. Pencipta tikus pintar menamai mereka tikus Doogie (setelah karakter TV Doogie Howser, MD).

Tikus pintar ini mengungguli tikus normal dalam berbagai pengujian. Jika tikus ditempatkan dalam tong berisi air susu, ia harus menemukan platform tersembunyi tepat di bawah permukaan tempat ia dapat beristirahat. Tikus normal lupa di mana platform ini berada dan berenang secara acak di sekitar tong, sementara tikus pintar langsung menuju ke sana pada percobaan pertama. Jika tikus diperlihatkan dua objek, satu objek lama dan satu objek baru, mouse normal tidak memperhatikan objek baru. Namun tikus pintar segera mengenali keberadaan objek baru ini.

Yang paling penting adalah para ilmuwan memahami cara kerja gen tikus pintar ini: mereka mengatur sinapsis otak. Jika Anda menganggap otak sebagai kumpulan jalan raya yang sangat banyak, sinapsisnya akan setara dengan gerbang tol. Jika tol terlalu tinggi, maka mobil tidak dapat melewati gerbang: sebuah pesan berhenti di dalam otak. Tapi jika tolnya rendah, maka mobil bisa lewat dan pesan itu diteruskan melalui otak. Neurotransmiter seperti NMDA menurunkan beban di sinaps, sehingga memungkinkan pesan lewat dengan bebas. Tikus pintar memiliki dua salinan gen NR2B, yang pada gilirannya membantu menghasilkan neurotransmitter NMDA.

Tikus pintar ini memverifikasi aturan Hebb: pembelajaran terjadi ketika jalur saraf tertentu diperkuat. Secara khusus, jalur ini dapat diperkuat dengan mengatur sinapsis yang menghubungkan dua serabut saraf, sehingga lebih mudah bagi sinyal untuk melintasi sinaps.

Hasil ini dapat membantu menjelaskan keanehan tertentu tentang pembelajaran. Diketahui bahwa hewan yang menua memiliki penurunan kemampuan untuk belajar. Ilmuwan melihat ini di seluruh dunia hewan. Ini mungkin dijelaskan karena gen NR2B menjadi kurang aktif seiring bertambahnya usia.
Juga, seperti yang kita lihat sebelumnya dengan aturan Hebb, ingatan mungkin dibuat ketika neuron membentuk koneksi yang kuat. Ini mungkin benar, karena mengaktifkan reseptor NMDA menciptakan hubungan yang kuat.

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

MIGHTY MOUSE GENE
Selain itu, “gen tikus perkasa” telah diisolasi, yang meningkatkan massa otot sehingga tikus tampak seperti terikat otot. Ini pertama kali ditemukan pada tikus dengan otot yang luar biasa besar. Para ilmuwan sekarang menyadari bahwa kuncinya terletak pada gen myostatin, yang membantu menjaga pertumbuhan otot tetap terkendali. Tetapi pada tahun 1997, para ilmuwan menemukan bahwa ketika gen myostatin dibungkam pada tikus, pertumbuhan otot berkembang pesat.

Terobosan lain dibuat tidak lama kemudian di Jerman, ketika para ilmuwan memeriksa seorang anak laki-laki yang baru lahir yang memiliki otot yang tidak biasa di kaki dan lengan atasnya. Analisis ultrasound menunjukkan bahwa otot anak laki-laki ini dua kali lebih besar dari biasanya. Dengan mengurutkan gen bayi ini dan gen ibunya (yang merupakan pelari cepat profesional), mereka menemukan pola genetik yang serupa. Faktanya, analisis darah anak laki-laki tersebut tidak menunjukkan adanya myostatin sama sekali.

Para ilmuwan di Johns Hopkins Medical School pada awalnya sangat ingin melakukan kontak dengan pasien yang menderita gangguan otot degeneratif yang mungkin mendapat manfaat dari hasil ini, tetapi mereka kecewa menemukan bahwa setengah panggilan telepon ke kantor mereka berasal dari binaragawan yang menginginkan gen tersebut. meningkatkan diri, apa pun konsekuensinya. Mungkin para binaragawan ini mengingat kesuksesan fenomenal Arnold Schwarzenegger, yang telah mengaku menggunakan steroid untuk memulai kariernya yang meroket. Karena minat yang kuat pada gen myostatin dan cara-cara untuk menekannya, bahkan Komite Olimpiade terpaksa membentuk komisi khusus untuk memeriksanya. Tidak seperti steroid, yang relatif mudah dideteksi melalui uji kimia, metode baru ini, karena melibatkan gen dan protein yang dibuatnya, jauh lebih sulit dideteksi.

Penelitian yang dilakukan pada anak kembar identik yang dipisahkan saat lahir menunjukkan bahwa ada banyak variasi sifat perilaku yang dipengaruhi oleh genetika. Faktanya, penelitian ini menunjukkan bahwa sekitar 50 persen perilaku anak kembar dipengaruhi oleh gen, 50 persen lainnya oleh lingkungan. Ciri-ciri ini termasuk memori, penalaran verbal, penalaran spasial, kecepatan pemrosesan, ekstroversi, dan pencarian sensasi.

Bahkan perilaku yang dulunya dianggap kompleks sekarang mengungkapkan akar genetiknya. Misalnya, tikus padang rumput bersifat monogami. Tikus laboratorium bersifat promiscuous. Larry Young dari Emory University mengejutkan dunia bioteknologi dengan menunjukkan bahwa transfer satu gen dari tikus padang rumput dapat menciptakan tikus yang menunjukkan karakteristik monogami. Setiap hewan memiliki versi berbeda dari reseptor tertentu untuk peptida otak yang terkait dengan perilaku sosial dan perkawinan. Young memasukkan gen tikus untuk reseptor ini ke dalam tikus dan menemukan bahwa tikus tersebut kemudian menunjukkan perilaku yang lebih mirip tikus monogami.
Young berkata, "Meskipun banyak gen yang cenderung terlibat dalam evolusi perilaku sosial yang kompleks seperti monogami ... perubahan ekspresi gen tunggal dapat berdampak pada ekspresi komponen perilaku ini, seperti afiliasi."

Baca Juga: Akankah anda memprediksi masa depan? Fisika menjawab "determinisme"

Depresi dan kebahagiaan mungkin juga memiliki akar genetik. Sudah lama diketahui bahwa ada orang yang berbahagia meski sempat mengalami kecelakaan tragis. Mereka selalu melihat sisi yang lebih cerah dari berbagai hal, bahkan saat menghadapi kemunduran yang dapat menghancurkan individu lain. Orang-orang ini juga cenderung lebih sehat dari biasanya. Psikolog Harvard Daniel Gilbert memberi tahu Michio Kaku bahwa ada teori yang mungkin bisa menjelaskan hal ini. Mungkin kita dilahirkan dengan "titik set kebahagiaan". Hari demi hari kita mungkin terombang-ambing di sekitar titik setel ini, tetapi levelnya ditetapkan saat lahir. Di masa depan, melalui obat-obatan atau terapi gen, seseorang mungkin dapat mengubah titik setel ini, terutama bagi mereka yang mengalami depresi kronis.

 
EFEK SAMPING DARI REVOLUSI BIOTEKNOLOGI 
Pada pertengahan abad, para ilmuwan akan dapat mengisolasi dan mengubah banyak gen tunggal yang mengontrol berbagai karakteristik manusia. Tapi ini tidak berarti umat manusia akan langsung mendapatkan keuntungan darinya. Ada juga kerja keras yang panjang untuk mengatasi efek samping dan konsekuensi yang tidak diinginkan, yang akan memakan waktu puluhan tahun.

Misalnya, Achilles tidak terkalahkan dalam pertempuran, memimpin orang-orang Yunani yang menang dalam pertempuran epik mereka dengan Trojans. Namun, kekuatannya memiliki cacat yang fatal. Ketika dia masih bayi, ibunya mencelupkannya ke sungai ajaib Styx untuk membuatnya tak terkalahkan. Sayangnya, dia harus menahannya dengan tumit ketika dia menempatkannya ke sungai, meninggalkan satu titik kerentanan yang penting. Kemudian, dia akan mati selama Perang Troya setelah terkena panah di bagian tumitnya.

Saat ini, para ilmuwan bertanya-tanya apakah jenis baru makhluk yang muncul dari laboratorium mereka juga memiliki kelemahan tersembunyi. Misalnya, saat ini ada sekitar tiga puluh tiga jenis "mouse pintar" yang memiliki memori dan kinerja yang ditingkatkan. Namun, ada efek samping yang tidak terduga dari peningkatan memori; tikus pintar terkadang dilumpuhkan oleh rasa takut. Jika mereka terkena sengatan listrik yang sangat ringan, misalnya, mereka akan menggigil ketakutan. “Seolah-olah mereka mengingat terlalu banyak,” kata Alcino Silva dari UCLA, yang mengembangkan jenis tikus pintar miliknya sendiri. Para ilmuwan sekarang menyadari bahwa melupakan mungkin sama pentingnya dengan mengingat dalam memahami dunia ini dan mengatur pengetahuan kita. Mungkin kita harus membuang banyak file untuk mengatur pengetahuan kita.

Ini mengingatkan pada kasus tahun 1920-an, yang didokumentasikan oleh ahli saraf Rusia A. R. Luria, tentang seorang pria yang memiliki ingatan fotografis. Setelah hanya satu kali membaca Divine Comedy Dante, dia telah menghafal setiap kata. Ini sangat membantu dalam pekerjaannya sebagai reporter surat kabar, tetapi dia tidak mampu memahami kiasan. Luria mengamati, “Hambatan untuk pemahamannya sangat besar: setiap ekspresi memunculkan gambaran; ini, pada gilirannya, akan bertentangan dengan gambar lain yang telah muncul. "

Faktanya, para ilmuwan percaya bahwa harus ada keseimbangan antara melupakan dan mengingat. Jika Anda terlalu banyak lupa, Anda mungkin bisa melupakan rasa sakit dari kesalahan sebelumnya, tetapi Anda juga melupakan fakta dan keterampilan kunci. Jika Anda mengingat terlalu banyak, Anda mungkin dapat mengingat detail penting, tetapi Anda mungkin dilumpuhkan oleh ingatan akan setiap luka dan kemunduran. Hanya pertukaran antara keduanya yang dapat menghasilkan pemahaman yang optimal.

Binaragawan sudah berbondong-bondong ke berbagai obat dan terapi yang menjanjikan ketenaran dan kemuliaan bagi mereka. Hormon eritropoietin (EPO) bekerja dengan membuat lebih banyak sel darah merah yang mengandung oksigen, yang berarti daya tahan tubuh meningkat. Karena EPO mengental darah, itu juga dikaitkan dengan stroke dan serangan jantung. Faktor pertumbuhan mirip insulin (IGF) berguna karena membantu protein untuk membentuk otot, tetapi mereka telah dikaitkan dengan pertumbuhan tumor.

Bahkan jika undang-undang yang melarang peningkatan genetik disahkan, mereka akan sulit dihentikan. Misalnya, orang tua secara genetik terprogram oleh evolusi untuk ingin memberikan setiap keuntungan kepada anak-anak mereka. Di satu sisi, ini mungkin berarti memberi mereka pelajaran biola, balet, dan olahraga. Tetapi di sisi lain, ini mungkin berarti memberi mereka peningkatan genetik untuk meningkatkan daya ingat, rentang perhatian, kemampuan atletik, dan bahkan mungkin penampilan mereka. Jika orang tua mengetahui bahwa anaknya bersaing dengan anak tetangga yang dikabarkan telah mengalami peningkatan genetik, akan ada tekanan yang sangat besar untuk memberikan manfaat yang sama kepada anaknya.

Seperti yang pernah dikatakan oleh Gregory Benford, “Kita semua tahu bahwa orang yang tampan berhasil dengan baik. Orang tua mana yang dapat menolak argumen bahwa mereka memberikan anak itu kekuatan (mungkin secara harfiah) dalam dunia persaingan baru yang berani? "
Pada pertengahan abad, peningkatan genetik mungkin menjadi hal yang biasa. Faktanya, peningkatan genetik bahkan mungkin sangat diperlukan jika kita ingin menjelajahi tata surya dan hidup di planet yang tidak ramah.

Beberapa orang mengatakan bahwa kita harus menggunakan gen perancang untuk membuat kita lebih sehat dan bahagia. Yang lain mengatakan bahwa kita harus mengizinkan peningkatan kosmetik. Pertanyaan besarnya adalah sejauh mana ini akan berjalan. Bagaimanapun, mungkin menjadi semakin sulit untuk mengontrol penyebaran "gen desainer" yang meningkatkan penampilan dan kinerja. Kami tidak ingin umat manusia terpecah menjadi faksi-faksi genetik yang berbeda, yang disempurnakan dan yang tidak, tetapi masyarakat harus secara demokratis memutuskan seberapa jauh untuk mendorong teknologi ini.

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

Secara pribadi, Michio Kaku percaya bahwa hukum akan disahkan untuk mengatur teknologi yang kuat ini, mungkin untuk memungkinkan terapi gen ketika menyembuhkan penyakit dan memungkinkan kita untuk menjalani kehidupan yang produktif, tetapi untuk membatasi terapi gen hanya untuk alasan kosmetik. Ini berarti bahwa pasar gelap pada akhirnya akan berkembang untuk menghindari undang-undang ini, jadi kita mungkin harus menyesuaikan diri dengan masyarakat di mana sebagian kecil populasinya berkembang secara genetik.

Untuk sebagian besar, ini mungkin bukan bencana. Operasi plastik sudah dapat dilakukan untuk memperbaiki penampilan, jadi menggunakan rekayasa genetika untuk melakukan hal ini mungkin tidak diperlukan. Tetapi bahaya mungkin muncul ketika seseorang mencoba untuk mengubah kepribadiannya secara genetik. Mungkin ada banyak gen yang memengaruhi perilaku, dan mereka berinteraksi dengan cara yang kompleks, sehingga merusak gen perilaku dapat menimbulkan efek samping yang tidak diinginkan. Mungkin diperlukan beberapa dekade untuk memilah-milah semua efek samping ini.
Tapi bagaimana dengan peningkatan gen terbesar dari semuanya, memperpanjang rentang hidup manusia?

Masa depan yang sangat jauh (sekitar 2070 sampai 2100)

REVERSING AGING
Sepanjang sejarah, raja dan panglima perang memiliki kekuatan untuk memerintah seluruh kerajaan, tetapi ada satu hal yang selamanya berada di luar kendali mereka: penuaan. Karenanya, pencarian keabadian telah menjadi salah satu pencarian tertua dalam sejarah manusia.

Di dalam Alkitab, Tuhan mengusir Adam dan Bahkan dari Taman Eden karena tidak menaati perintahnya tentang apel pengetahuan. Ketakutan Tuhan adalah bahwa Adam dan Hawa mungkin menggunakan pengetahuan ini untuk membuka rahasia keabadian dan menjadi dewa itu sendiri. Dalam Kejadian 3:22, Alkitab berbunyi, “Lihatlah, manusia menjadi seperti salah satu dari kita, mengetahui yang baik dan yang jahat: dan sekarang, jangan sampai ia mengulurkan tangannya, dan mengambil juga dari pohon kehidupan, dan makan, dan hidup selamanya. "

Selain Alkitab, salah satu kisah tertua dan terbesar dalam peradaban manusia, yang berasal dari abad dua puluh tujuh SM, adalah The Epic of Gilgamesh, tentang pejuang besar Mesopotamia. Ketika rekannya yang setia dan seumur hidupnya tiba-tiba meninggal, Gilgames memutuskan untuk memulai perjalanan untuk menemukan rahasia keabadian. Dia mendengar desas-desus bahwa orang bijak dan istrinya telah diberikan hadiah keabadian oleh para dewa, dan pada kenyataannya, satu-satunya di tanah mereka yang selamat dari Air Bah. Setelah pencarian epik, Gilgamesh akhirnya menemukan rahasia keabadian, hanya untuk melihat seekor ular merenggutnya pada menit terakhir.

Karena The Epic of Gilgamesh adalah salah satu literatur tertua, sejarawan percaya bahwa pencarian keabadian ini adalah inspirasi penulis Yunani Homer untuk menulis Odyssey, dan juga untuk banjir Nuh yang disebutkan dalam Alkitab.

Banyak raja awal — seperti Kaisar Qin, yang menyatukan Tiongkok sekitar 200 SM — mengirim armada besar kapal untuk menemukan Mata Air Awet Muda, tetapi semuanya gagal. (Menurut mitologi, Kaisar Qin memberi instruksi kepada armadanya untuk tidak kembali jika mereka gagal menemukan Air Mancur Pemuda. Tidak dapat menemukan air mancur, tetapi terlalu takut untuk kembali, mereka mendirikan Jepang sebagai gantinya.)

Selama beberapa dekade, kebanyakan ilmuwan percaya bahwa rentang hidup itu tetap dan tidak berubah, di luar jangkauan sains. Dalam beberapa tahun terakhir, pandangan ini telah runtuh di bawah serangan serangkaian hasil eksperimental yang menakjubkan yang telah merevolusi bidang ini. Gerontologi, yang dulunya merupakan bidang sains yang sepi dan terpencil, kini telah menjadi salah satu bidang terpanas, menarik ratusan juta dolar dalam dana penelitian dan bahkan meningkatkan kemungkinan pengembangan komersial.

Rahasia proses penuaan kini sedang diungkap, dan genetika akan memainkan peran penting dalam proses ini. Melihat kerajaan hewan, kita melihat berbagai macam rentang hidup. Misalnya, DNA kita berbeda dengan DNA kerabat terdekat kita, simpanse, hanya 1,5 persen, namun kita hidup 50 persen lebih lama. Dengan menganalisis segelintir gen yang memisahkan kita dari simpanse, kita mungkin dapat menentukan mengapa kita hidup jauh lebih lama daripada kerabat genetik kita.

Hal ini, pada gilirannya, telah memberi kita “teori terpadu tentang penuaan” yang membawa berbagai rangkaian penelitian menjadi satu permadani yang koheren. Ilmuwan sekarang tahu apa itu penuaan. Ini adalah akumulasi kesalahan pada tingkat genetik dan sel. Kesalahan ini dapat berkembang dalam berbagai cara. Misalnya, metabolisme menciptakan radikal bebas dan oksidasi, yang merusak mesin molekuler halus sel kita, menyebabkan mereka menua; kesalahan dapat terbentuk dalam bentuk puing-puing molekul "sampah" yang terakumulasi di dalam dan di luar sel.

Penumpukan kesalahan genetik ini adalah produk sampingan dari hukum kedua termodinamika: entropi total (yaitu, chaos) selalu meningkat. Inilah sebabnya mengapa berkarat, membusuk, membusuk, dll., Adalah ciri-ciri kehidupan universal. Hukum kedua tidak bisa dihindari. Segala sesuatu, dari bunga di ladang hingga tubuh kita dan bahkan alam semesta itu sendiri, akan layu dan mati.

Tetapi ada celah kecil tapi penting dalam hukum kedua yang menyatakan bahwa total entropi selalu meningkat. Ini berarti bahwa Anda sebenarnya dapat mengurangi entropi di satu tempat dan membalikkan penuaan, selama Anda meningkatkan entropi di tempat lain. Jadi mungkin saja menjadi lebih muda, dengan mengorbankan membuat kekacauan di tempat lain. (Ini disinggung dalam novel terkenal Oscar Wilde The Picture of Dorian Grey. Mr. Grey secara misterius masih muda. Tapi rahasianya adalah lukisan dirinya yang sangat tua. Jadi jumlah total penuaan masih meningkat.) Prinsip entropi bisa juga dilihat dengan melihat ke belakang lemari es. Di dalam lemari es, entropi menurun saat suhu turun. Tetapi untuk menurunkan entropi, Anda harus memiliki motor, yang meningkatkan panas yang dihasilkan di belakang lemari es, meningkatkan entropi di luar mesin. Itulah mengapa lemari es selalu panas di bagian belakang.

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

Peraih Nobel Richard Feynman pernah berkata, “Belum ada satu pun ilmu biologi yang ditemukan yang menunjukkan kematian yang tak terhindarkan. Ini menunjukkan kepada Michio Kaku bahwa itu sama sekali tidak bisa dihindari dan hanya masalah waktu sebelum ahli biologi menemukan apa yang menyebabkan kita bermasalah dan bahwa penyakit universal yang mengerikan ini atau kesementaraan tubuh manusia akan disembuhkan. ”

Hukum kedua juga dapat dilihat dari aksi hormon seks wanita estrogen, yang membuat wanita tetap muda dan bersemangat sampai mereka mencapai menopause, ketika penuaan dipercepat dan tingkat kematian meningkat. Estrogen seperti memasukkan bahan bakar oktan tinggi ke dalam mobil sport. Mobil itu bekerja dengan indah tetapi dengan harga yang menyebabkan lebih banyak keausan pada mesin. Bagi wanita, kerusakan sel ini mungkin bermanifestasi pada kanker payudara. Padahal, suntikan estrogen diketahui bisa mempercepat pertumbuhan kanker payudara. Jadi harga yang dibayar wanita untuk masa muda dan kekuatan sebelum menopause kemungkinan adalah peningkatan entropi total, dalam hal ini, kanker payudara. (Ada sejumlah teori yang diajukan untuk menjelaskan kenaikan tingkat kanker payudara baru-baru ini, yang masih cukup kontroversial. Satu teori mengatakan bahwa ini sebagian terkait dengan jumlah total siklus menstruasi yang dimiliki seorang wanita. Sepanjang sejarah kuno, setelah pubertas wanita kurang lebih terus-menerus hamil sampai mereka mencapai menopause, dan kemudian mereka meninggal segera setelah itu. Ini berarti mereka memiliki sedikit siklus menstruasi, tingkat estrogen yang rendah, dan karenanya, kemungkinan, tingkat kanker payudara yang relatif rendah. Saat ini, gadis-gadis muda mencapai pubertas lebih awal, memiliki banyak siklus menstruasi, melahirkan rata-rata hanya 1,5 anak, hidup setelah menopause, dan karenanya memiliki lebih banyak paparan estrogen, yang mengarah pada kemungkinan peningkatan terjadinya kanker payudara.)

Baru-baru ini, serangkaian petunjuk menggoda telah ditemukan tentang gen dan penuaan. Pertama, para peneliti telah menunjukkan bahwa memungkinkan untuk membiakkan beberapa generasi hewan yang hidup lebih lama dari biasanya. Secara khusus, sel ragi, cacing nematoda, dan lalat buah dapat dibiakkan di laboratorium untuk hidup lebih lama dari biasanya. Dunia ilmiah tercengang ketika Michael Rose dari University of California di Irvine mengumumkan bahwa ia mampu meningkatkan masa hidup lalat buah hingga 70 persen dengan pembiakan selektif. Lalat "superflies" -nya, atau Methuselah, ditemukan memiliki jumlah antioxidant superoxide dismutase (SOD) yang lebih tinggi, yang dapat memperlambat kerusakan yang disebabkan oleh radikal bebas. Pada tahun 1991, Thomas Johnson dari University of Colorado di Boulder mengisolasi gen, yang dia namakan age-1, yang tampaknya bertanggung jawab atas penuaan pada nematoda dan meningkatkan masa hidup mereka sebesar 110 persen. "Jika sesuatu seperti usia-1 ada pada manusia, kita mungkin benar-benar dapat melakukan sesuatu yang spektakuler," katanya.

Para ilmuwan sekarang telah mengisolasi sejumlah gen (usia-1, usia-2, daf-2) yang mengontrol dan mengatur proses penuaan pada organisme yang lebih rendah, tetapi gen ini memiliki kesamaan pada manusia juga. Bahkan, seorang ilmuwan berkomentar bahwa mengubah masa hidup sel ragi hampir seperti menjentikkan tombol lampu. Ketika seseorang mengaktifkan gen tertentu, selnya hidup lebih lama. Jika Anda menonaktifkannya, umur mereka lebih pendek.

Membiakkan sel ragi untuk hidup lebih lama adalah sederhana dibandingkan dengan tugas berat membiakkan manusia, yang hidup sangat lama sehingga pengujian hampir mustahil. Tetapi mengisolasi gen yang bertanggung jawab atas penuaan dapat dipercepat di masa depan, terutama ketika kita semua memiliki genom dalam CD-ROM. Pada saat itu, para ilmuwan akan memiliki basis data yang luar biasa dari milyaran gen yang dapat dianalisis oleh komputer. Ilmuwan akan dapat memindai jutaan genom dari dua kelompok orang, tua dan muda. Dengan membandingkan kedua set tersebut, seseorang kemudian dapat mengidentifikasi di mana penuaan terjadi pada tingkat genetik. Pemindaian awal dari gen-gen ini telah mengisolasi sekitar enam puluh gen tempat penuaan tampaknya terkonsentrasi.

Misalnya, para ilmuwan tahu bahwa umur panjang cenderung menurun dalam keluarga. Orang yang berumur panjang cenderung memiliki orang tua yang juga berumur panjang. Efeknya tidak dramatis, tapi bisa diukur. Ilmuwan yang menganalisis kembar identik yang dipisahkan saat lahir juga dapat melihat hal ini pada tingkat genetik. Tapi harapan hidup kita tidak 100 persen ditentukan oleh gen kita. Ilmuwan yang telah mempelajari ini percaya bahwa harapan hidup kita hanya 35 persen ditentukan oleh gen kita. Jadi di masa depan, ketika setiap orang memiliki 100 genom pribadi mereka sendiri, seseorang mungkin dapat memindai genom jutaan orang dengan komputer untuk mengisolasi gen yang sebagian mengontrol rentang hidup kita.

Selain itu, studi komputer ini mungkin dapat menemukan dengan tepat di mana penuaan terutama terjadi. Di dalam mobil, kita tahu bahwa penuaan terjadi terutama di mesin, di mana bensin dioksidasi dan dibakar. Demikian pula, analisis genetika menunjukkan bahwa penuaan terkonsentrasi di "mesin" sel, mitokondria, atau pembangkit listrik sel. Hal ini memungkinkan para ilmuwan mempersempit pencarian "gen usia" dan mencari cara untuk mempercepat perbaikan gen di dalam mitokondria untuk membalikkan efek penuaan.

Pada tahun 2050, dimungkinkan untuk memperlambat proses penuaan melalui berbagai terapi, misalnya, sel punca, toko tubuh manusia, dan terapi gen untuk memperbaiki gen penuaan. Kami bisa hidup sampai 150 tahun atau lebih. Pada tahun 2100, dimungkinkan untuk membalikkan efek penuaan dengan mempercepat mekanisme perbaikan sel untuk hidup lebih dari itu.

Penutup

Semua uraian di atas hanya sebatas hipotesis, namun didasari dengan laju perkembangan ilmu kedokteran di masa sekarang. Perkembangan dunia kedokteran sangat dipengaruhi oleh situasi urjensi penelitian di suatu masa. Sebagai contoh, perkembangan di atas sama sekali tidak memprediksi bahwa dalam rentang dekade ini kita dihantui oleh pandemi virus, jauh di atas kekhawatiran kita terhadap kanker. Namun ini sangat cukup bagaimana fisika (dan juga biologi) dalam memprediksi dunia kedokteran di masa depan. Kali ini fisika menjawab dengan "Bioinformatika dan Bioteknologi"

Baca Juga: Akankah anda memprediksi masa depan? Fisika menjawab "determinisme"

Baca Juga: Akankah robot mengambil alih dunia di masa depan? Fisika menjawab "Artifial Intellligence"

Referensi dan bacaan lebih lanjut

Kaku, Michio. (2011). Physcis of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Lives by the Year 2100. New York: Anchor.

Deidre Valeska | Cermin Dunia Kedokteran

Anon Synergy between medical informatics and bioinformatics: facilitating genomic medicine for future health care - ScienceDirect

Anon Pharmacogenomics and bioinformatics: PharmGKB | Pharmacogenomics

Bayat A 2002 Bioinformatics BMJ 324 1018–22

Galaev I Y and Mattiasson B 1999 ‘Smart’ polymers and what they could do in biotechnology and medicine Trends Biotechnol. 17 335–40

Ohno H, Akamine S and Saito H 2019 RNA nanostructures and scaffolds for biotechnology applications Curr. Opin. Biotechnol. 58 53–61

Orive G, Hernández R M, Gascón A R, Domı́nguez-Gil A and Pedraz J L 2003 Drug delivery in biotechnology: present and future Curr. Opin. Biotechnol. 14 659–64