Komputer DNA
Meniru dari Makhluk Hidup
Ahmad Fuad
1055201004
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/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 banyakkemungkinan 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 : artikel Prof. Yohanes Surya
0 comments:
Post a Comment