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!
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/perhitung an. 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 masing masing 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 sel-sel 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!
Sumber:
http://wahyuwidya01 .wordpress. com/2012/ 04/27/komputer- dna-meniru- dari-makhluk- hidup-11/
No comments:
Post a Comment