Komputer DNA Meniru dari Makhluk Hidup

Komputer DNA

Meniru dari Makhluk Hidup

Komputer dan DNA… dua istilah yang biasanya dipergunakan dalam

konteks yang sangat berbeda. DNA merupakan istilah favorit di dunia biologi dan

genetik, sedangkan komputer justru populer dalam dunia informatika dan

teknologi modern. Lalu apa hubungan antara keduanya? Siapa pula yang punya

ide gila untuk membuat komputer DNA?

Alkisah ada seorang ilmuwan komputer yang bekerja di University of

Southern California, bernama Leonard M. Adleman. Suatu malam Adleman

sedang asyik membaca buku biologi, Molecular Biology of the Gene, yang ditulis

oleh James Watson, ahli biologi yang pernah memenangkan Nobel pada tahun

1962 atas penemuan struktur DNA Double-Helix pada tahun 1953. Ia sangat

terpesona dengan isi buku tersebut, sampai-sampai ia tidak bisa tidur malam itu.

Bayangan rantai DNA yang berpilin terus saja mengusik pikirannya. Tiba-tiba

Adleman lompat dari tempat tidurnya. Terjadi pencerahan! Ia menyadari sesuatu

yang sangat menarik: Sel hidup manusia mengolah dan menyimpan informasi

dengan cara yang sangat mirip dengan program komputer!

Gambar 1 Deoxyribosenucleic Acid (DNA) dengan struktur Double-Helix

Malam itu juga Adleman langsung membuat sketsa penting tentang DNA

Computer (Komputer DNA). Komputer yang kita kenal sehari-hari menggunakan

data biner (binary data) untuk menyimpan dan mengolah informasi/perhitungan.

Data biner ini merupakan sistem angka berbasis dua, yaitu 0 dan 1. DNA,

singkatan dari Deoxyribosenucleic Acid, menyimpan dan mengolah informasi

genetika manusia dalam molekul-molekul yang diberi kode huruf A, C, T, dan G.

A merupakan inisial untuk Adenine, C untuk Cytosine, T untuk Thymine, dan G

untuk Guanine. Adenine hanya bisa berpasangan dengan Thymine, Guanine hanya

bisa berpasangan dengan Cytosine. Ini berarti bahwa jika ada satu rantai DNA

yang memiliki kode AACTAGGTC maka pasangannya pasti TTGATCCAG.

Kedua rantai itu akan berpasangan dan membentuk struktur berpilin yang kita

kenal sebagai Double-Helix. Enzim dalam sel hidup membaca data-data genetik

yang tersimpan dalam DNA (dalam bentuk kode A, C, T, G tadi) menggunakan

cara yang sangat mirip dengan cara komputer membaca data biner. Analogi antara

keduanya inilah yang dimanfaatkan dalam komputer DNA. Pada tahun 1994

untuk pertama kalinya Adleman mempublikasikan perhitungan dasar komputer

DNA dalam jurnal ilmiah Science. Sejak itu ilmuwan-ilmuwan seluruh dunia

berbondong-bondong melakukan penelitian untuk mengembangkan komputer

canggih yang sistemnya meniru dari sel makhluk hidup ini. NASA, Pentagon, dan

banyak lagi lembaga dan agen federal berlomba-lomba mengucurkan dana untuk

penelitian yang bisa menghasilkan DNA sintetik yang kemudian digunakan untuk

penelitian yang berusaha mengembangkan sistem komputer masa depan ini.

Adleman berhasil membuktikan pemikirannya bahwa DNA bisa

‘berhitung’. Ia menggunakan masalah perhitungan matematika yang dikenal

sebagai Travelling Salesman Problem (TSP), yaitu masalah klasik yang mencoba

mencari rute terpendek yang bisa dilalui seorang salesman yang ingin

mengunjungi beberapa kota tanpa harus mendatangi kota yang sama lebih dari

satu kali. Jika jumlah kota yang harus didatangi hanya sedikit, misalnya hanya ada

5 kota, maka permasalahan ini dapat dipecahkan dengan sangat mudah. Kita

bahkan tidak memerlukan komputer untuk menghitungnya. Tetapi masalahnya

jadi rumit jika ada lebih dari 20 kota yang harus didatangi. Ada begitu banyak

kemungkinan yang harus dicoba dan diuji untuk menemukan jawabannya.

Komputer DNA yang dibuat oleh Adleman berhasil memecahkan perhitungan ini

dengan menggunakan 7 kota sebagai percobaan awal. Masing-masing kota dan

semua kemungkinan rute dilambangkan oleh satu rantai DNA yang masingmasing

memiliki kode yang spesifik. Semua rantai DNA ini kemudian direaksikan

dan membentuk rantai double-helix secara alamiah. Rantai-rantai yang sudah

berpasangan ini melambangkan semua kemungkinan rute. Untuk mencari rute

yang benar, Adleman menambahkan enzim yang secara alamiah menghancurkan

molekul yang melambangkan rute yang salah. Satu-satunya rantai yang tersisa

adalah rantai yang melambangkan jawaban yang dicari, yaitu rute terpendek yang

menghubungkan ketujuh kota tersebut tanpa harus melewati masing-masing kota

lebih dari satu kali. Komputer DNA ciptaan Adleman berhasil menyelesaikan

perhitungan TSP untuk 7 kota ini dalam waktu beberapa hari. Padahal komputer

biasa yang kita gunakan sehari-hari bisa menyelesaikannya hanya dalam hitungan

menit. Lho? Komputer masa depan tetapi justru kalah dengan komputer klasik?

Jadi untuk apa para ilmuwan di seluruh dunia berlomba-lomba mengembangkan

komputer DNA ini?

Ada satu rahasia yang merupakan keunggulan utama komputer DNA.

Enzim-enzim yang terlibat bekerja secara paralel. Komputer klasik membaca dan

mengolah data secara linier (berurutan). Melibatkan data dalam jumlah besar,

komputer klasik akan sangat kerepotan mengolah data-data yang luar biasa

banyaknya. Proses perhitungan membutuhkan waktu sangat lama karena

dilakukan satu per satu. Di sinilah keunggulan komputer DNA! Untuk jumlah data

yang sangat banyak, komputer DNA dapat melakukan perhitungan jauh lebih

cepat karena semua prosesnya dilakukan secara paralel (bersamaan). Ukuran

molekul DNA yang sangat kecil juga merupakan keunggulan komputer masa

depan ini. 1 gram DNA yang sudah dikeringkan memiliki kapasitas menyimpan

informasi dalam jumlah yang sama dengan 1 trilyun CD (Compact Disc). Padahal

1 gram DNA kering itu ukurannya hanya sebesar butiran gula pasir! Dengan

semakin majunya perkembangan teknologi, jumlah data dan informasi pun

semakin bertambah. Lama-kelamaan, data yang berlimpah ini tidak dapat lagi

disimpan dalam memory chip komputer yang terbuat dari silikon seperti yang

selama ini kita gunakan. DNA merupakan alternatif yang sangat menjanjikan.

Lagipula, microprocessor yang kita gunakan dalam komputer klasik biasanya

terbuat dari bahan-bahan yang bersifat racun sehingga mengotori udara dan

lingkungan. Biochip (chip biologis) yang terbuat dari DNA merupakan teknologi

yang ‘bersih’. Kita juga tidak akan pernah kehabisan DNA selama masih ada selsel

makhluk hidup. Ini menjadikannya sumber daya yang sangat murah.

Dalam beberapa tahun terakhir teknologi komputer DNA menunjukkan

perkembangan yang sangat menggembirakan. Komputer DNA buatan Adleman

mereaksikan cairan DNA dalam tabung-tabung reaksi. Pada bulan Januari 2000

jurnal ilmiah Nature mempublikasikan keberhasilan para ilmuwan di University of

Wisconsin di Madison yang melekatkan DNA pada permukaan padat gelas dan

emas. Ini berarti komputer DNA dapat dibuat dalam bentuk chip padatan yang

mirip dengan chip komputer konvensional. Pada tahun 2001, seorang ilmuwan

dari Weizmann Institute of Science di Israel, Ehud Shapiro, mendapatkan paten

atas komputer DNA yang dibuatnya. Komputer DNA buatan Shapiro ini hanya

terdiri dari satu tetes air saja. Komputer terkecil di dunia ini menggunakan

molekul-molekul DNA dan enzim-enzimnya dalam satu tetes air tersebut sebagai

sarana input (masukan data), output (keluaran data), software (perangkat lunak),

dan hardware (perangkat keras). Pada bulan Februari 2003, penemuan ini

akhirnya tercatat dalam Guinness World Records sebagai ‘The Smallest Biological

Computing Device’ atau Komputer Biologis Terkecil di Dunia. Hebatnya lagi,

komputer super mini ini memiliki kecepatan 100.000 kali lebih cepat dari

komputer konvensional tercanggih yang ada saat ini! (Yohanes Surya