KOMPUTER DAN DNA

Komputer DNA Meniru dari Makhluk Hidup Komputer dan DNA… dua istilah yang biasanya dipergunakan dalamkonteks yang sangat berbeda. DNA merupakan istilah favorit di dunia biologi dangenetik, sedangkan komputer justru populer dalam dunia informatika danteknologi modern. Lalu apa hubungan antara keduanya? Siapa pula yang punyaide gila untuk membuat komputer DNA?Alkisah ada seorang ilmuwan komputer yang bekerja di University ofSouthern California, bernama Leonard M. Adleman. Suatu malam Adlemansedang asyik membaca buku biologi, Molecular Biology of the Gene, yang ditulisoleh James Watson, ahli biologi yang pernah memenangkan Nobel pada tahun1962 atas penemuan struktur DNA Double-Helix pada tahun 1953. Ia sangatterpesona dengan isi buku tersebut, sampai-sampai ia tidak bisa tidur malam itu.Bayangan rantai DNA yang berpilin terus saja mengusik pikirannya. Tiba-tibaAdleman lompat dari tempat tidurnya. Terjadi pencerahan! Ia menyadari sesuatuyang sangat menarik: Sel hidup manusia mengolah dan menyimpan informasidengan cara yang sangat mirip dengan program komputer! Gambar 1Deoxyribosenucleic Acid (DNA) dengan struktur Double-Helix

Malam itu juga Adleman langsung membuat sketsa penting tentang DNAComputer (Komputer DNA). Komputer yang kita kenal sehari-hari menggunakandata 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 informasigenetika 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 Guntuk Guanine. Adenine hanya bisa berpasangan dengan Thymine, Guanine hanyabisa berpasangan dengan Cytosine. Ini berarti bahwa jika ada satu rantai DNAyang memiliki kode AACTAGGTC maka pasangannya pasti TTGATCCAG.Kedua rantai itu akan berpasangan dan membentuk struktur berpilin yang kitakenal sebagai Double-Helix. Enzim dalam sel hidup membaca data-data genetikyang tersimpan dalam DNA (dalam bentuk kode A, C, T, G tadi) menggunakancara yang sangat mirip dengan cara komputer membaca data biner. Analogi antarakeduanya inilah yang dimanfaatkan dalam komputer DNA. Pada tahun 1994untuk pertama kalinya Adleman mempublikasikan perhitungan dasar komputerDNA dalam jurnal ilmiah Science. Sejak itu ilmuwan-ilmuwan seluruh duniaberbondong-bondong melakukan penelitian untuk mengembangkan komputercanggih yang sistemnya meniru dari sel makhluk hidup ini. NASA, Pentagon, danbanyak lagi lembaga dan agen federal berlomba-lomba mengucurkan dana untukpenelitian yang bisa menghasilkan DNA sintetik yang kemudian digunakan untukpenelitian yang berusaha mengembangkan sistem komputer masa depan ini.Adleman berhasil membuktikan pemikirannya bahwa DNA bisa‘berhitung’. Ia menggunakan masalah perhitungan matematika yang dikenalsebagai Travelling Salesman Problem (TSP), yaitu masalah klasik yang mencobamencari rute terpendek yang bisa dilalui seorang salesman yang inginmengunjungi beberapa kota tanpa harus mendatangi kota yang sama lebih darisatu kali. Jika jumlah kota yang harus didatangi hanya sedikit, misalnya hanya ada5 kota, maka permasalahan ini dapat dipecahkan dengan sangat mudah. Kitabahkan tidak memerlukan komputer untuk menghitungnya. Tetapi masalahnyajadi 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 inidengan menggunakan 7 kota sebagai percobaan awal. Masing-masing kota dansemua kemungkinan rute dilambangkan oleh satu rantai DNA yang masing-masing memiliki kode yang spesifik. Semua rantai DNA ini kemudian direaksikandan membentuk rantai double-helix secara alamiah. Rantai-rantai yang sudahberpasangan ini melambangkan semua kemungkinan rute. Untuk mencari ruteyang benar, Adleman menambahkan enzim yang secara alamiah menghancurkanmolekul yang melambangkan rute yang salah. Satu-satunya rantai yang tersisaadalah rantai yang melambangkan jawaban yang dicari, yaitu rute terpendek yangmenghubungkan ketujuh kota tersebut tanpa harus melewati masing-masing kotalebih dari satu kali. Komputer DNA ciptaan Adleman berhasil menyelesaikanperhitungan TSP untuk 7 kota ini dalam waktu beberapa hari. Padahal komputerbiasa yang kita gunakan sehari-hari bisa menyelesaikannya hanya dalam hitunganmenit. Lho? Komputer masa depan tetapi justru kalah dengan komputer klasik?Jadi untuk apa para ilmuwan di seluruh dunia berlomba-lomba mengembangkankomputer DNA ini?Ada satu rahasia yang merupakan keunggulan utama komputer DNA.Enzim-enzim yang terlibat bekerja secara paralel. Komputer klasik membaca danmengolah data secara linier (berurutan). Melibatkan data dalam jumlah besar,komputer klasik akan sangat kerepotan mengolah data-data yang luar biasabanyaknya. Proses perhitungan membutuhkan waktu sangat lama karenadilakukan satu per satu. Di sinilah keunggulan komputer DNA! Untuk jumlah datayang sangat banyak, komputer DNA dapat melakukan perhitungan jauh lebihcepat karena semua prosesnya dilakukan secara paralel (bersamaan). Ukuranmolekul DNA yang sangat kecil juga merupakan keunggulan komputer masadepan ini. 1 gram DNA yang sudah dikeringkan memiliki kapasitas menyimpaninformasi dalam jumlah yang sama dengan 1 trilyun CD (Compact Disc). Padahal1 gram DNA kering itu ukurannya hanya sebesar butiran gula pasir! Dengansemakin majunya perkembangan teknologi, jumlah data dan informasi punsemakin bertambah. Lama-kelamaan, data yang berlimpah ini tidak dapat lagi
Page 4
disimpan dalam memory chip komputer yang terbuat dari silikon seperti yangselama ini kita gunakan. DNA merupakan alternatif yang sangat menjanjikan.Lagipula, microprocessor yang kita gunakan dalam komputer klasik biasanyaterbuat dari bahan-bahan yang bersifat racun sehingga mengotori udara danlingkungan. Biochip (chip biologis) yang terbuat dari DNA merupakan teknologiyang ‘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 menunjukkanperkembangan yang sangat menggembirakan. Komputer DNA buatan Adlemanmereaksikan cairan DNA dalam tabung-tabung reaksi. Pada bulan Januari 2000jurnal ilmiah Nature mempublikasikan keberhasilan para ilmuwan di University ofWisconsin di Madison yang melekatkan DNA pada permukaan padat gelas danemas. Ini berarti komputer DNA dapat dibuat dalam bentuk chip padatan yangmirip dengan chip komputer konvensional. Pada tahun 2001, seorang ilmuwandari Weizmann Institute of Science di Israel, Ehud Shapiro, mendapatkan patenatas komputer DNA yang dibuatnya. Komputer DNA buatan Shapiro ini hanyaterdiri dari satu tetes air saja. Komputer terkecil di dunia ini menggunakanmolekul-molekul DNA dan enzim-enzimnya dalam satu tetes air tersebut sebagaisarana input (masukan data), output (keluaran data), software (perangkat lunak),dan hardware (perangkat keras). Pada bulan Februari 2003, penemuan iniakhirnya tercatat dalam Guinness World Records sebagai ‘The Smallest BiologicalComputing Device’ atau Komputer Biologis Terkecil di Dunia. Hebatnya lagi,komputer super mini ini memiliki kecepatan 100.000 kali lebih cepat darikomputer konvensional tercanggih yang ada saat ini! (Yohanes Surya)