Tiga individu ahli dianugerahi Hadiah Nobel untuk kategori Kimia  – Joachim Frank, Richard Henderson dan Jacques Dubochet – pada Hadiah Nobel tahun ini. Penghargaan bergengsi ini berhasil diraih karena keberhasilan para peneliti ini dalam menemukan teknik yang disebut mikroskop cryo-elektron, yang bisa digunakan untuk memvisualisasikan molekul biologi. Penemuan ini disebut dengan istilah "revolusi dalam biokimia" oleh Komite Hadiah Nobel.

Mikroskop cryo-elektron menjadi bukti adanya perbaikan teknik pengambilan gambar konvensional, mengingat kemampuannya dalam menunjukkan bentuk molekul dengan detail yang sangat baik. Sampel dibekukan dengan suhu rendah seperti -180o Celcius, sehingga diperoleh ilmunasi struktur atomik yang mendetail. Metode ini berguna untuk perkembangan terapi farmasetika, meningat struktur molekular dan protein sekarang bisa diperiksa dan ditargetkan secara lebih spesifik. Claudio Ciferri, seorang peneliti untuk biologi struktural di Genentech, mengomentari bahwa teknik ini "mempercepat cara Anda memulai penelitian dan menemukan cara menyembuhkan penyakit."

Mikroskop cryo-elektron: Sampel biologis tidak perlu didehidrasi

Pada mikroksop elektron standar, sampel dipreparasi dengan agen pendehidrasi, yang mengubah kualitas dan detail sampel. Pada mikroskop cryo-elektron, sampel dibekukan dengan medium cair di sekitarnya menggunakan es vitreous. Es vistreous berfungsi sevafai pengawet dan membekukan molekul cair dalam bentuk aslinya, tanpa mengubah bentuk yang seringkali terjadi pada kristalisasi standar.

Karena molekul sekarang sudah bisa dilihat dalam detail yang lebih baik, obat yang menargetkan situs pengikatan spesifik pada protein bisa didesain. Hal ini akan sangat berguna pada terapi kanker dan menargetkan ekspresi protein virus.

The development of cryo-electron microscopy: The final technical hurdle was overcome in 2013, when a new type of electron detector came into use. Photo credit: NobelPrize.org/The Guardian
The development of cryo-electron microscopy: The final technical hurdle was overcome in 2013, when a new type of electron detector came into use. Photo credit: NobelPrize.org/The Guardian


Teknik pengambilan gambar sebelumnya memiliki berbagai kekurangan yang berhasil diatasi oleh mikroskop cryo-elektron

Kristalografi merupakan teknik lain yang membutuhkan proses kristalisasi protein. Karena hanya ditujukan untuk protein kecil dengan struktur sederhana, maka pada protein besar akan dibutuhkan waktu hingga bertahun-tahun sebelum akhirnya bisa dikristalisasi dan divisualisasi. Hal ini merupakan kekurangan yang berhasil diatasi oleh mikroskop cryo-elektron, yang memfasilitasi pandangan efisien dari struktur protein yang lebih besar. Protein dalam teknik kristalografi hanya bisa dipelajari dalam bentuk keras, yang membatasi pemeriksaan interaksi dan gerakan protein.

Mikroskop elektron konvensional juga hanya bisa memeriksa sampel yang tidak hidup, karena spesimen pada akhirnya akan terbunuh akibat terpapar elektron. Pemeriksaan spesimen mati tidak merefleksikan apa yang sebenarnya terjadi pada spesimen hidup, dan dengan demikian membatasi aplikasi informasi yang bisa diperoleh dalam skenario sebenarnya.

Manfaatnya dalam sektor farmasetikal, kesehatan dan biologi

Profesor Magdalena Zernicka-Goetz, seorang profesor biologi sel punca pada Universitas Cambrige mengomentari teknik ini, dan menyatakan bahwa "gambar visual merupakan komponen penting untuk memahami lebih jauh, dan menjadi salah satu cara untuk membuka mata kita, dan juga otak kami, kepada terobosan saintifik."

Laboratorium Konsil Penelitian Medis di Cambrige juga mengimplementasikan teknik ini untuk penelitian kanker untuk mempelajari struktur protein abnormal dalam kondisi ganas dan pembentukan sel baru. Pfizer, perusahaan farmasetik, menggunakan mikroskop cryo-elektron untuk perkembangan vaksin baru. Perusahaan ini juga menggunakan teknik yang ada untuk memfasilitasi desain obat yang lebih spesifik, yang dengan demikian membuat obat bisa disetujui lebih cepat untuk memasuki penelitian klinis.

Mikroskop cryo-elektron memiliki potensi untuk berbagai penggunaan klinis. Misalnya, teknik ini bisa digunakan untuk membuka struktur virus Zika dalam epidemik virus yang menyerang beberapa negara tahun lalu. Potensi teknik ini dalam mendesain terapi yang lebih spesifik mungkin akan berguna untuk menjadi salah satu cara kita mengobati infeksi virus, kanker, dan penyakit lainnya. MIMS

Bacaan lain:
Tikus tidak sama dengan manusia: Evaluasi penggunaan hewan uji dalam penelitian klinis
Cryotherapy: Membekukan kanker payudara
Apakah obat biosimilar benar-benar lebih murah?

Sumber:
http://theconversation.com/trio-behind-method-to-visualise-the-molecules-of-life-wins-2017-nobel-prize-in-chemistry-85209 
https://www.icr.ac.uk/blogs/science-talk-the-icr-blog/page-details/nobel-prize-for-chemistry-2017-how-revolutionary-cryo-electron-microscopy-underpins-vital-cancer-research 
https://www.theguardian.com/science/2017/oct/04/nobel-prize-in-chemistry-awarded-for-method-to-visualise-biomolecules 
https://www.statnews.com/2017/10/06/cryo-electron-microscopy-pharma/