Peneliti virus corona Cameron Myhrvold menggunakan teknologi baru yang ‘spektakuler’ untuk mencari dan menghancurkan patogen virus

Pada April 2020, ketika ahli mikrobiologi Cameron Myhrvold baru saja menyelesaikan wawancara keduanya untuk bergabung dengan fakultas Princeton, makalahnya diterbitkan di Nature memperkenalkan sistem CARMEN revolusioner yang secara bersamaan menguji 170 virus yang menginfeksi manusia paling umum — termasuk virus corona baru. Pada saat itu, hanya 39 dari virus tersebut yang memiliki tes diagnostik yang disetujui FDA.

Myhrvold, seorang alumnus 2011, bekerja sebagai peneliti postdoctoral di Broad Institute of MIT dan Harvard, di mana dia mendalami penelitian virus corona selama bertahun-tahun sebelum pandemi membawa karyanya menjadi signifikansi global.

Ketertarikannya pada virus mulai muda, katanya. Ayahnya, Nathan Myhrvold, Ph.D. alumnus dari Princeton, telah memberitahunya tentang Ebola. “Saya benar-benar terpesona oleh virus – bagaimana mereka bisa membuat kita begitu sakit, tetapi mereka sangat sederhana, dengan begitu sedikit gen,” katanya. “Dan saya selalu tertarik pada teknologi, jadi saya pikir tidak dapat dihindari bahwa akan ada komponen teknologi dalam pekerjaan yang saya lakukan.”

Pada Januari 2021, Myhrvold bergabung dengan departemen biologi molekuler sebagai salah satu pakar COVID-19 terbaru di Princeton dan bagian dari kelompok peneliti yang berkembang yang melintasi batas antara penelitian mendasar dan perkembangan teknologi yang inovatif.

“Cameron menggunakan teknologi pengeditan genom untuk mempelajari, memantau, mendiagnosis, dan menghancurkan patogen virus dengan potensi pandemi,” kata Bonnie Bassler, Profesor Squibb dalam Biologi Molekuler dan ketua departemen. “Teknologi barunya yang spektakuler memungkinkan dia dan kolaboratornya untuk memecahkan masalah mendasar yang penting dari urgensi biomedis saat ini.”

Senjata utama di gudang senjatanya adalah CRISPR-Cas13. Jika kedengarannya familiar, itu mungkin karena pada tahun 2020, Hadiah Nobel dalam bidang kimia diberikan kepada para ilmuwan di belakang CRISPR-Cas9, alat pengeditan gen yang memungkinkan pemotongan DNA secara presisi. Tidak banyak perhatian yang diberikan pada CRISPR-Cas13, alat yang digunakan Myhrvold untuk mendeteksi dan membelah RNA (sepupu heliks tunggal DNA yang kurang dikenal).

Myhrvold dan lainnya di lapangan telah mengidentifikasi empat teknologi berdasarkan Cas13 yang bekerja dengan cara yang sedikit berbeda. Satu bekerja seperti pisau bedah, dengan hati-hati memotong untaian RNA tunggal seperti halnya Cas9 memotong DNA. Varian lain menandai untaian RNA dengan protein lain, termasuk protein fluoresen yang dapat melacak RNA. Yang ketiga menggunakan protein yang disebut ADAR untuk mengedit satu “huruf” pada satu waktu dalam RNA – perkembangan biomedis yang sangat menarik, karena begitu banyak penyakit muncul dari satu huruf “salah eja” dalam kode genetik.

Varian keempat lebih mirip bintang ninja daripada gunting; ia memiliki mode “overdrive” yang dapat menghancurkan semua untaian RNA berbahaya di dekatnya. “Saya sering menggunakan analogi penghancur kertas, karena Anda memasukkan hal-hal tertentu yang ingin Anda hancurkan, dan kemudian meledak, mereka dihancurkan,” kata Myhrvold.

Beberapa organisme sederhana, termasuk banyak virus, mengkodekan cetak biru mereka dalam RNA. Ini berarti bahwa aplikasi Cas13 pencacah kertas Myhrvold dapat menjadi pengobatan antivirus untuk penyakit termasuk HIV, flu biasa, influenza, dan COVID-19.

“Pengobatan antivirus berbasis Cas13 masih bertahun-tahun lagi, tapi itu pasti area yang membuat kami bersemangat,” kata Myhrvold. “Ini adalah pendekatan yang menarik karena, selama kami dapat mengirimkannya ke bagian tubuh Anda yang tepat agar efektif, pada akhirnya kami dapat mengobati virus apa pun yang menginfeksi bagian tubuh Anda itu. Mungkin wabah berikutnya adalah flu lagi, seperti pada tahun 1918, atau mungkin Ebola atau hal lain yang sama sekali berbeda. Kami ingin memiliki alat serbaguna yang kami miliki.”

Memanfaatkan keserbagunaan RNA

Rahasia keserbagunaannya adalah RNA itu sendiri. Tidak seperti DNA, yang mempertahankan ukuran dan bentuk yang konstan, RNA terjadi dalam berbagai panjang dan bentuk, untuk melakukan banyak perannya untuk membangun dan memelihara berbagai sistem tubuh Anda.

DNA, untaian heliks ganda yang memegang cetak biru untuk setiap komponen kecil tubuh dan otak Anda, telah memikat para ahli genetika selama bertahun-tahun. Tetapi semakin banyak ahli biologi yang mengalihkan fokus mereka ke RNA untai tunggal. Jika DNA adalah cetak biru tubuh Anda, protein adalah kontraktor dan tukang batu dan tukang ledeng yang menghidupkan cetak biru. Selama beberapa dekade, RNA dipandang sebagai penerjemah sederhana, menyampaikan instruksi DNA dalam bentuk yang dapat dibaca oleh protein. Sekarang, para ilmuwan menemukan sejumlah pekerjaan lain yang dapat dilakukan RNA, termasuk melakukan pekerjaan beberapa protein.

“Jika Anda melihat sekitar satu dekade terakhir, kami memiliki semua alat hebat ini untuk mempelajari DNA yang benar-benar transformatif, termasuk Cas9. Saya ingin melihat kami berkata, ‘Mari kita lakukan semua itu lagi, tetapi pada tingkat RNA,’” kata Myhrvold. “Dan kemudian mungkin dalam beberapa dekade, kita akan berbicara tentang melakukan ini untuk protein.”

Teknologi itu belum ada untuk protein, tetapi Myhrvold mengisyaratkan bahwa itu mungkin berubah. Karirnya ditandai dengan penolakannya untuk dihalangi oleh keterbatasan teknologi; dia memegang tujuh paten dan memiliki tiga lagi yang tertunda.

Laboratorium Myhrvold sudah memiliki orang-orang yang bekerja pada pengembangan teknologi, dan dia mencari mahasiswa dan peneliti dengan keahlian luas untuk mengembangkannya.

“Banyak ilmu terbaik yang kami lakukan di Princeton adalah interdisipliner,” katanya. “Ketika saya belajar di sini, saya adalah bagian dari Kurikulum Sains Terpadu, dan itu sangat membentuk cara saya bekerja sebagai ilmuwan. Saya suka proyek kolaboratif interdisipliner ini.”

Selain penempatan utamanya di Departemen Biologi Molekuler, Myhrvold berafiliasi dengan Departemen Teknik Kimia dan Biologi serta Departemen Kimia. Saat dia membangun labnya, Myhrvold mencari mahasiswa dan peneliti dari salah satu — atau semua — departemen tersebut, serta biologi kuantitatif dan komputasi, Institut Lewis-Sigler untuk Genomics Integratif, bahkan fisika, katanya.

Myhrvold menggambarkan dirinya sebagai “sangat bersemangat” untuk mengembangkan kolaborasi dengan mantan mentornya serta fakultas baru di dalam dan di luar departemennya. Dia telah memulai kolaborasi dengan dua profesor biologi molekuler lainnya — Zemer Gitai, Profesor Biologi Edwin Grant Conklin, dan Elizabeth gavis, Profesor Damon B. Pfeiffer dalam Ilmu Kehidupan — dan dia sedang berdiskusi dengan beberapa calon mitra penelitian dari departemen dan program di seluruh Universitas. Dia adalah co-advising mahasiswa pascasarjana Shruti Sharma dengan Antoine Kahn, wakil dekan Fakultas Teknik dan Sains Terapan dan Profesor Stephen C. Macaleer ’63 di bidang Teknik dan Sains Terapan.

“Cameron adalah mentor yang hebat, dan Anda merasa percaya diri dengan bimbingannya untuk mencapai kesuksesan,” kata Sharma. “Saya menghargai bahwa Cameron fasih dalam ilmu fisika selain ilmu biologi. Proyek-proyeknya sangat luas, mulai dari memahami sains baru hingga merancang teknologi yang melayani tujuan yang lebih besar. Dan aku sedang mencari itu. Saya berpikir, ‘Saya telah belajar fisika, dan saya ingin menerapkan pengetahuan saya untuk sesuatu yang lebih kemanusiaan.’”

Selama tahun-tahunnya sendiri sebagai mahasiswa Princeton, Myhrvold berkonsentrasi dalam biologi molekuler dan menyelesaikan sertifikat dalam biologi kuantitatif dan komputasi sebelum memenangkan gelar $250.000, persekutuan tanpa ikatan dari Fannie and John Hertz Foundation yang membiayai kuliahnya di Harvard. Dia kemudian melakukan pekerjaan postdoctoral di Broad Institute di bawah kepemimpinan sesama alumnus Princeton Eric Lander dari Kelas 1978, sebelum kembali ke Princeton untuk mendirikan laboratorium penelitiannya.

‘Ini cukup lintasan’

“Saya sangat bangga — dan sedikit sentimental — bahwa seorang sarjana dari departemen kami sekarang menjadi rekan saya,” kata Bassler, ketua departemen dan mantan penasihat tesis senior Myhrvold. “Tidak ada anggota fakultas kami yang sarjana di sini. Ini benar-benar lintasan sejak dia belajar pipet di lab saya.”

Dia ingat bahwa ketika Myhrvold sedang mengerjakan makalah junior dan tesis seniornya dengannya, “dia selalu sangat berjiwa wirausaha dan kreatif. Dan sekarang, satu dekade kemudian, portofolionya merupakan perpaduan yang sangat menarik antara pengembangan teknologi dan ilmu dasar.”

Dalam banyak hal, perjalanan penelitian Myhrvold adalah contoh buku teks tentang bagaimana sains murni yang didorong oleh rasa ingin tahu dapat berkembang menjadi sesuatu dengan aplikasi biomedis yang sangat spesifik. “Saya pikir itu akan selalu menjadi bagian dari apa yang saya lakukan,” katanya. “Saya menyukai kenyataan bahwa saya dapat mengerjakan begitu banyak pertanyaan sains dasar yang berbeda di sini, bekerja sama dengan begitu banyak orang luar biasa, dan saya juga akan melanjutkan pekerjaan ancaman virus ini, dengan aplikasi konkretnya, karena virus RNA adalah ancaman bagi kesehatan manusia.”

Bahkan setelah 18 bulan, dia masih kurang tidur karena pandemi, katanya. “Di banyak negara, vaksinasi hampir tidak ada, dan saya khawatir itu akan kembali menyerang kita dalam beberapa bulan mendatang. Begitu banyak orang Amerika yang bertindak seperti COVID ada di kaca spion, tetapi sebenarnya tidak. Mentalitas itulah yang akan memungkinkannya untuk kembali. Bukan hanya varian Delta atau Lambda — ini adalah alfabet Yunani lainnya yang saya khawatirkan. Saya pikir kita akan kehabisan huruf Yunani. Lalu apa? Ini akan menjadi perlombaan senjata, dan mudah-mudahan dunia akan mencapai titik di mana kita dapat membuat dan mendistribusikan cukup vaksin dengan cukup cepat sehingga ini akan baik-baik saja, tetapi saya khawatir.”

Saat ia membangun tim yang akan melanjutkan pekerjaan ini, Myhrvold berkomitmen untuk menjaga siswa di garis depan penelitian labnya. “Jelas saya sedikit bias, tapi saya suka mahasiswa di sini,” kata Myhrvold. “Saya suka melakukan penelitian sebagai sarjana, dan penting bagi saya untuk selalu memiliki sarjana sebagai anggota lab di masa depan. Tahun pertama agak sulit, terutama karena logistik COVID, tetapi sudah sangat menyenangkan.”

Christopher Guan dari Kelas 2022 adalah sarjana pertama yang bergabung dengan lab Myhrvold.

“Saya pertama kali menghubungi Cameron karena menurut saya penelitiannya sangat menarik dan unik,” kata Guan. “Dia memberi saya kebebasan kreatif yang luar biasa dalam menangani desain baru, dan dia akan selalu memilih untuk membimbing pemikiran saya daripada mendikte pendekatan yang benar. Saya benar-benar merasa seperti peneliti independen yang selalu belajar di labnya.”

“Saya memberi Chris proyek yang sangat ambisius,” kata Myhrvold. “Saya pikir, ‘Jika tidak berhasil, ini bukan akhir dunia, tetapi jika berhasil, saya sangat bersemangat untuk melihat ke mana ia pergi.’”

Koneksi Princeton Myhrvold menjangkau beberapa arah. Orang tuanya bertemu ketika mereka mahasiswa pascasarjana di Universitas – ayahnya sedang mengejar matematika terapan dan ibunya sedang belajar bahasa dan sastra roman – dan sebagai sarjana, dia bergabung dengan saudara kembarnya Conor di Kelas 2011.

“Senang bisa kembali,” katanya.

Ditulis oleh Liz Fuller-Wright

Sumber: Universitas Princeton