DNA Merpati Nicobar dan 2.300 Target AI Bawa Proyek Menghidupkan Kembali Dodo ke Tahap Pengujian Baru

Merpati hidup menjadi kunci usulan menghidupkan kembali burung yang telah punah

Colossal Biosciences menyatakan platform kecerdasan buatan barunya telah mengidentifikasi sekitar 2.300 target DNA yang mungkin membantu menjelaskan bentuk paruh dan struktur wajah khas dodo. Jalur yang diusulkan perusahaan bioteknologi asal Dallas itu untuk menghasilkan burung hidup bermula dari spesies yang ditemukan di Kepulauan Andaman dan Nicobar serta wilayah lain di Asia Tenggara: merpati Nicobar.

Saat ini, perusahaan memiliki 36 merpati Nicobar dalam koloni penangkaran di Texas. Sel-sel burung itu akan digunakan sebagai bahan awal untuk menghasilkan burung dengan sifat-sifat dodo tertentu, melalui kombinasi DNA purba, rekayasa genetika, dan teknik reproduksi yang melibatkan ayam sebagai induk pengganti.

Dalam pengumuman GenoMorph, Colossal menjelaskan bahwa alat tersebut dilatih menggunakan data perkembangan dari burung puyuh, bebek, ayam, dan merpati. Tujuannya adalah menyaring daftar besar perbedaan genetik menjadi kandidat yang dapat diuji para ilmuwan di laboratorium.

Proyek ini menghadapi tiga tugas yang saling terkait: mencari perubahan DNA yang menghasilkan ciri-ciri yang diinginkan, membuat perubahan itu pada sel yang dapat mewariskannya kepada keturunan, serta menyiapkan habitat yang sesuai di Mauritius, satu-satunya tempat asal dodo. Kemajuan di setiap bidang diperlukan sebelum burung hasil rekayasa dapat menjadi bagian dari populasi penangkaran di sana.

Perusahaan menyebut hewan yang ingin dihasilkannya sebagai dodo fungsional yang membawa ciri-ciri utama spesies yang telah punah itu. Natural History Museum menyebut hasil yang diusulkan sebagai merpati mirip dodo. Perbedaan istilah ini mencerminkan perdebatan ilmiah utama tentang seberapa mirip burung hasil rekayasa dapat menyerupai hewan yang penampilan dan perilakunya masih belum sepenuhnya dipahami.

Mengapa satu genom yang masih ada menjadi teka-teki sulit

Colossal telah menyusun satu genom dodo berkualitas tinggi, dibandingkan dengan 104 genom mamut berbulu yang disebutkan dalam pengumuman GenoMorph. Genom adalah kumpulan instruksi genetik suatu organisme. Memiliki banyak sampel membantu peneliti mengenali perbedaan mana yang umum dalam suatu spesies dan mana yang berkaitan dengan ciri tertentu.

Kondisi di Mauritius menyulitkan pelestarian instruksi genetik tersebut. Panas dan kelembapan memecah DNA menjadi fragmen, sementara kondisi dingin yang terkait dengan sisa-sisa mamut telah mengawetkan jauh lebih banyak materi genetik. Dengan hanya satu genom dodo berkualitas tinggi, ilmuwan memiliki lebih sedikit kesempatan untuk memastikan apakah suatu ciri genetik lazim dimiliki dodo.

Beth Shapiro, kepala petugas ilmiah Colossal, bekerja sama dengan Tom Gilbert dan John Fjeldså dari Universitas Kopenhagen untuk memimpin tim pengurutan dan penyusunan genom. Menurut rencana proyek dodo perusahaan, mereka menggunakan DNA yang diekstrak dari tengkorak yang disimpan di Natural History Museum of Denmark.

Colossal menyatakan genom tersebut diurutkan dengan cakupan sekitar 50X. Artinya, posisi-posisi DNA dibaca rata-rata sekitar 50 kali sehingga peneliti dapat memeriksa urutannya. Perusahaan juga menyebut genom itu telah terisi sekitar 95% dan analisisnya hampir selesai. Cakupan mengukur seberapa sering DNA dibaca ulang; kelengkapan berkaitan dengan seberapa banyak urutan yang berhasil diperoleh.

Bagaimana GenoMorph mencari tahu bentuk paruh dodo

GenoMorph menggabungkan informasi tentang burung yang masih hidup dengan urutan DNA dodo purba. Colossal menyatakan bahan pelatihannya mencakup DNA regulator yang diambil pada enam tahap perkembangan embrio dan tiga wilayah yang terlibat dalam perkembangan wajah, serta informasi genetik dan pengukuran tengkorak dari lebih dari 70 spesies burung.

DNA regulator bekerja seperti rangkaian sakelar dan peredup. DNA ini membantu mengatur kapan gen menjadi aktif, di mana gen bekerja, dan seberapa kuat pengaruhnya. Perubahan pada pengaturan ini dapat memengaruhi bentuk paruh atau tengkorak yang sedang berkembang.

Rincian yang disampaikan perusahaan mencantumkan 653 kandidat elemen regulator yang terkait dengan ukuran paruh dan 1.698 kandidat yang berkaitan dengan ketebalan dan lebarnya. Jika digabungkan, kategori tersebut berjumlah 2.351 kandidat, sesuai dengan angka perkiraan sekitar 2.300 target dalam pengumuman utama.

Shapiro menjelaskan bagaimana perusahaan beralih dari prediksi komputer ke eksperimen:

Jadi, GenoMorph mempelajari perkembangan tengkorak dan paruh pada lebih dari 70 spesies burung yang masih hidup, lalu mempelajari sakelar genetik yang mengendalikan bentuknya. Sistem ini memberi kami daftar pendek sekitar 2.300 kandidat yang terkait dengan ukuran dan bentuk paruh. Target-target ini kini sedang divalidasi di laboratorium.

Validasi laboratorium berarti mengubah atau menguji wilayah DNA kandidat dan mengamati hasilnya. Sebelum memilih perubahan untuk sel merpati Nicobar, peneliti harus mencari tahu kandidat mana yang memengaruhi perkembangan, seberapa besar dampaknya, dan bagaimana kandidat-kandidat itu berinteraksi.

Apa yang membuat merpati Nicobar berguna?

Merpati Nicobar adalah kerabat terdekat dodo yang masih hidup. Bulu hijaunya yang berkilau dengan semburat tembaga dan kemampuannya terbang membuat penampilannya sangat berbeda dari burung yang telah punah itu. Namun, hubungan genetiknya menjadikannya dasar rencana rekayasa Colossal.

Solitaire Rodrigues yang telah punah juga menjadi pembanding penting. Colossal menyebutnya sebagai kerabat genetik terdekat dodo dan menggunakan genomnya untuk membantu memahami ciri-ciri yang dimiliki bersama oleh kedua burung yang telah punah itu. Perbedaannya jelas: solitaire menyediakan informasi genetik purba, sedangkan merpati Nicobar yang masih hidup dapat menyediakan sel untuk eksperimen dan reproduksi.

Colossal menyatakan keberhasilan penangkaran telah memperbesar koloninya di Texas menjadi 36 ekor. Koloni itu memungkinkan peneliti mempelajari perkembangan, reproduksi, dan genetika, sekaligus menyediakan sel khusus yang dibutuhkan untuk pendekatan reproduksi yang diusulkan.

Sel tersebut disebut sel germinal primordial, atau PGC. Sel ini merupakan sel awal yang pada akhirnya berkembang menjadi sel telur atau sperma. Penyuntingan sel-sel tersebut memungkinkan perubahan genetik diwariskan kepada keturunan, alih-alih hanya mengubah tubuh seekor burung.

Pengembangan sel reproduksi menjadi titik balik sebelumnya

Colossal sebelumnya mengumumkan bahwa mereka telah mengembangkan sel germinal primordial dari merpati batu, jenis merpati yang umum ditemukan di perkotaan, selama 60 hari. Para peneliti menguji lebih dari 300 kombinasi nutrisi, faktor pertumbuhan, dan bahan lainnya sebelum menemukan kondisi yang membuat sel-sel itu terus tumbuh.

Anna Keyte, direktur spesies burung Colossal, mengatakan formula yang sudah mapan untuk sel germinal ayam tidak berhasil pada burung lain yang diuji, termasuk burung puyuh. Setiap spesies mungkin membutuhkan kondisi yang berbeda, sehingga hasil pada merpati menjadi langkah praktis menuju penelitian dengan sel merpati Nicobar.

Saat diumumkan, penelitian terhadap merpati batu itu belum menjalani tinjauan sejawat. Tinjauan sejawat adalah penilaian oleh peneliti lain sebelum penelitian diterbitkan di jurnal ilmiah. Colossal kemudian menyatakan telah menciptakan sel-sel penting yang berkembang menjadi sel telur dan sperma dalam penelitiannya terhadap merpati Nicobar.

Uji reproduksi berikutnya yang dijelaskan setelah pengumuman penelitian merpati batu adalah menggunakan sel merpati yang dikultur untuk menghasilkan merpati hidup melalui ayam sebagai induk pengganti. Rencana Colossal juga mencakup pengujian berbagai kondisi untuk meningkatkan pertumbuhan sel germinal primordial merpati Nicobar, lalu memasukkan sifat dodo tertentu ke dalam sel-sel tersebut.

Mengapa ayam menjadi bagian dari rencana

Reproduksi burung memerlukan pendekatan berbeda dari metode kloning yang digunakan pada mamalia. Strategi Colossal mengandalkan ayam yang membawa sel reproduksi turunan merpati, dengan sel germinal milik ayam itu sendiri dihilangkan melalui rekayasa genetika.

Peneliti akan memindahkan sel germinal primordial merpati yang telah disunting ke dalam embrio ayam yang sedang berkembang. Hasil yang diharapkan adalah burung pengganti dewasa yang menghasilkan sel telur atau sperma turunan dari sel yang dipindahkan. Perkawinan melalui sistem ini kemudian akan menghasilkan keturunan yang membawa perubahan genetik pilihan.

Ayam berguna karena para ilmuwan telah memiliki banyak pengalaman dalam genetika dan reproduksinya. Colossal juga menyatakan bahwa kemampuan terbang ayam yang terbatas membuatnya lebih mudah dikelola daripada merpati.

Shapiro menjelaskan bahwa pembentukan garis induk betina dan jantan menambah waktu. Peneliti harus memperoleh burung yang menghasilkan sel reproduksi yang diperlukan, lalu mengawinkannya agar keturunannya mewarisi perubahan yang diinginkan dari kedua induk. Rencana proyek perusahaan juga menyebut terbatasnya efisiensi penyuntingan banyak gen sekaligus sebagai kendala teknis.

Cara lebih cepat menguji perubahan di dalam telur

Colossal menyatakan telah mengembangkan nanopartikel lipid yang dapat mengantarkan perangkat genetik langsung ke embrio burung yang sedang berkembang. Partikel kecil berbahan lemak ini membawa DNA, RNA, atau komponen CRISPR ke dalam sel. CRISPR adalah alat yang digunakan untuk membuat perubahan terarah pada DNA.

Keunggulan yang diusulkan adalah kecepatan. Ilmuwan dapat mengamati dampak suatu penyuntingan terhadap perkembangan embrio tanpa menunggu burung dewasa dan menyelesaikan siklus perkembangbiakan. Hal ini dapat membantu mereka menyaring kandidat dari GenoMorph sebelum menjalani proses reproduksi yang lebih panjang.

Eksperimen awal menargetkan Runx2, gen yang terlibat dalam perkembangan tulang, pada beberapa jenis burung, termasuk embrio merpati batu dan bebek. Colossal melaporkan perubahan yang terlihat pada tengkorak dan ciri-ciri wajah setelah penyuntingan tersebut.

Perusahaan menyatakan temuan awal telah dipresentasikan di konferensi tentang perkembangan kraniofasial dan biologi molekuler, dengan makalah yang direncanakan untuk server pracetak bioRxiv. Pracetak memungkinkan penelitian diakses publik sebelum menjalani tinjauan sejawat oleh jurnal. Tugas eksperimen berikutnya adalah menguji kandidat elemen regulator dan memilih perubahan yang menjanjikan untuk sel germinal merpati Nicobar.

Seberapa mirip burung hasil rekayasa dengan dodo?

Panduan fakta tentang dodo dari Natural History Museum menjelaskan satu kendala mendasar: bukti tentang penampilan dan perilaku dodo masih terbatas. Tidak ada spesimen awetan utuh yang tersisa, dan hanya dua kerangka yang nyaris lengkap memiliki tulang yang diketahui berasal dari satu individu. Keduanya disimpan di Mauritius.

Museum memperkirakan tinggi dodo sekitar 70 sentimeter dan beratnya sekitar 12 kilogram. Halaman proyek Colossal menyebut rentang yang lebih besar, yakni tinggi 81 hingga 97 sentimeter dan berat 13 hingga 23 kilogram. Museum menyatakan beratnya kemungkinan berubah mengikuti musim, dan penelitian menggambarkan dodo sebagai burung yang lebih ramping dan lincah daripada yang ditampilkan dalam banyak ilustrasi populer.

Scott MacDougall-Shackleton, salah satu pendiri sekaligus direktur Advanced Facility for Avian Research di Western University, mengatakan perkembangan melibatkan interaksi antara gen, biologi induk, hormon, dan lingkungan. Ia menjelaskan alasan dirinya menentang cara perusahaan menggambarkan tujuannya:

Selama perkembangan, genom kita berinteraksi dengan genom induk, hormon, dan lingkungan sehingga gen diaktifkan atau dinonaktifkan melalui proses kompleks yang tidak dapat kita ketahui dan tidak dapat kita ulangi pada spesies yang telah punah.

Leonardo Campagna, ahli biologi evolusi di Cornell Lab of Ornithology, juga mempertanyakan sejauh mana ilmuwan dapat merekonstruksi arsitektur genetik dodo dan interaksinya dengan lingkungan. Colossal menyatakan tujuannya adalah menciptakan kembali ciri-ciri utama dan fungsi ekologis, bukan menghasilkan salinan genetik yang sepenuhnya identik.

Mauritius membutuhkan lebih dari sekadar burung yang siap menetas

Dodo punah setelah perburuan, perubahan habitat, dan hewan pendatang mengubah Mauritius. Tikus, babi, dan hewan lain yang dibawa ke pulau itu mengancam burung dan sarangnya. Program pelepasliaran apa pun harus mengatasi tekanan tersebut sekaligus menyediakan habitat yang cukup sesuai bagi populasi yang berkembang.

Urutan peristiwa sejarah juga menunjukkan mengapa penampakan terakhir dan perkiraan tanggal kepunahan tidak sama:

• 1598: Pelaut Belanda tiba di Mauritius, tempat dodo berevolusi tanpa predator pendatang yang muncul setelah manusia bermukim di sana.
• 1662: Penampakan paling dikenal dan dapat dipercaya tercatat. Natural History Museum juga membahas kemungkinan adanya penampakan hingga 1680.
• Sekitar 1690: Peneliti David Roberts dan Andrew Solow memperkirakan tanggal kepunahan dalam analisis yang diterbitkan pada 2003 dan dikutip Colossal.
• 1865: Penemuan endapan rawa Mare aux Songes menyediakan banyak sisa-sisa yang membantu ilmuwan merekonstruksi lingkungan dodo.

Colossal menyatakan bekerja sama dengan ilmuwan Mauritius, kelompok konservasi, dan pemerintah, termasuk melalui kemitraan dengan Mauritian Wildlife Foundation. Perusahaan juga mencari lokasi yang bebas tikus. CEO sekaligus salah satu pendiri Ben Lamm mengatakan lokasi pelepasliaran akan dipilih setelah kajian ekologi dan konsultasi dengan masyarakat.

Lamm pernah menyampaikan ambisi untuk menghasilkan ribuan burung dengan keragaman genetik hasil rekayasa. Shapiro mengatakan setiap upaya pengenalan akan dilakukan secara bertahap. Pengumuman AI terbaru tidak menyebut tanggal penetasan; perkiraan Lamm sebelumnya, setidaknya lima hingga tujuh tahun, merupakan proyeksi yang disampaikan saat pengumuman tentang sel reproduksi, bukan jadwal baru yang telah dikonfirmasi.

Manfaat konservasi dan perdebatan tentang prioritas

Teknik-teknik ini juga dapat digunakan pada burung yang masih hidup. Pengembangan dan penyimpanan sel reproduksi serta pemindahan varian genetik yang bermanfaat dapat membantu populasi dengan keragaman genetik rendah atau yang menghadapi ancaman penyakit serius.

Colossal menyoroti merpati merah muda Mauritius. Menurut perkiraan di halaman proyek perusahaan, populasinya berjumlah 375 hingga 490 ekor, dibandingkan dengan 77 ekor di alam liar pada 1994. Angka-angka tersebut menunjukkan pemulihan yang berlangsung bersamaan dengan masalah perkawinan sekerabat dan penyakit, termasuk infeksi parasit Trichomonas gallinae.

Cock van Oosterhout, profesor genetika evolusi di University of East Anglia, melihat potensi dalam mengidentifikasi ketahanan terhadap penyakit pada sampel sejarah atau spesies terkait, lalu memasukkannya ke populasi yang rentan. Ia telah menerima donasi dari Colossal untuk penelitiannya tentang merpati merah muda. Menurutnya, teknologi semacam ini dapat membantu pemulihan, tetapi hilangnya habitat dan penyebab lain krisis keanekaragaman hayati tetap memerlukan tindakan langsung.

Ahli biologi Oxford Rich Grenyer memperingatkan bahwa janji menghidupkan kembali spesies dapat melemahkan urgensi mencegah kepunahan. Kekhawatirannya adalah timbulnya bahaya moral: orang mungkin lebih bersedia menerima kerusakan jika mereka percaya spesies yang punah dapat digantikan kemudian.

Pendanaan Colossal membuat argumen-argumen tersebut memiliki bobot praktis. Bersamaan dengan pengumuman sebelumnya tentang sel, perusahaan mengungkap tambahan pendanaan sebesar $120 juta, sehingga total dana yang dihimpun mencapai $555 juta dan valuasinya menjadi $10,2 miliar. Investor sekaligus pendiri XPRIZE Peter Diamandis juga mengumumkan NeoGenesis Capital untuk mendukung bisnis yang menggunakan platform biologi terprogram Colossal di bidang kesehatan, pertanian, dan konservasi.

Proyek dodo kini menghubungkan pendanaan swasta yang besar dengan pengujian laboratorium dan perencanaan konservasi yang spesifik. Tahapan berikutnya jelas: memvalidasi kandidat DNA, menghasilkan keturunan sehat yang membawa penyuntingan genetik yang bermanfaat, dan menyiapkan kondisi di Mauritius agar suatu populasi dapat bertahan hidup.

Poin Utama

• Colossal menyatakan GenoMorph mengidentifikasi sekitar 2.300 kandidat target DNA yang berkaitan dengan paruh dan struktur wajah dodo.
• Perusahaan memiliki satu genom dodo berkualitas tinggi dan koloni berisi 36 merpati Nicobar di Texas.
• Rute reproduksi yang diusulkan menggunakan sel germinal merpati yang telah disunting dan ayam sebagai induk pengganti.
• Eksperimen pada embrio dan validasi laboratorium ditujukan untuk mencari tahu perubahan genetik mana yang menghasilkan ciri-ciri yang berguna.
• Burung yang ingin dihasilkan akan membawa ciri-ciri dodo tertentu; para ilmuwan masih memperdebatkan seberapa mirip burung itu dapat menyerupai spesies yang telah punah.
• Pengumuman AI tersebut tidak menyertakan tanggal penetasan, sementara rencana pelepasliaran memerlukan kajian habitat dan konsultasi di Mauritius.