Para ilmuwan di EPFL telah mengembangkan teknik bernama optovolution, menggunakan cahaya untuk mengembangkan protein yang beralih keadaan, merasakan lingkungan, dan melakukan komputasi. Dengan merekayasa sel ragi agar hanya bertahan hidup jika protein berperilaku secara dinamis, metode ini memilih varian optimal dengan cepat. Pendekatan ini, yang diterbitkan di Cell, memajukan biologi sintetik dan optogenetika.
Evolusi di alam membentuk sistem biologis melalui seleksi variasi efektif pada DNA, RNA, dan protein. Manusia telah lama memengaruhi proses ini, dari pemuliaan selektif di pertanian hingga evolusi terarah modern di laboratorium, yang meningkatkan protein seperti enzim dan antibodi untuk kedokteran dan industri. Tradisional evolusi terarah menerapkan tekanan konstan, menguntungkan protein yang aktif sepanjang waktu. Ini mengabaikan kebutuhan dinamis banyak protein, yang bertindak sebagai saklar atau gerbang logika merespons kondisi yang berubah. Metode semacam itu sering merusak kemampuan beralih, mempersulit penciptaan protein multi-keadaan. Untuk mengatasi hal ini, Sahand Jamal Rahi dan rekan-rekannya di Laboratorium Fisika Sistem Biologis EPFL memperkenalkan optovolution. Diterbitkan di Cell pada 9 Maret 2026, studi ini merinci bagaimana cahaya mengarahkan evolusi protein untuk fungsi dinamis. Menggunakan ragi pembelahan tunas Saccharomyces cerevisiae, para peneliti merancang ulang siklus sel sehingga pembelahan bergantung pada kemampuan protein untuk beralih antara keadaan aktif dan tidak aktif. Sebuah pengatur yang terkait dengan protein mengendalikan siklus: esensial pada satu fase tetapi toksik pada fase lain. Protein yang gagal beralih dengan benar akan terhenti atau membunuh sel. Optogenetika menyampaikan pulsa cahaya berwaktu untuk mengganti keadaan, dengan setiap siklus 90 menit menguji kinerja. Protein yang sukses memungkinkan kelangsungan hidup dan reproduksi, mengotomatisasi seleksi tanpa intervensi manual. Optovolution menghasilkan 19 varian faktor transkripsi yang dikendalikan cahaya, menunjukkan sensitivitas cahaya yang ditingkatkan, aktivitas gelap yang lebih rendah, atau respons cahaya hijau—menantang untuk warna yang lebih hangat. Ia juga mengembangkan sistem cahaya merah independen dari kofaktor kimia, melalui mutasi yang menonaktifkan protein transpor ragi untuk memanfaatkan molekul internal. Lebih lanjut, tim menciptakan faktor transkripsi yang bertindak sebagai gerbang logika, mengaktifkan gen hanya dengan sinyal cahaya dan kimia secara simultan. Ini memungkinkan protein merasakan perubahan, membuat keputusan seluler, dan mengendalikan pembelahan, membuka peluang di biologi sintetik, bioteknologi, dan penelitian evolusi. Penyumbang mencakup Laboratorium Rekayasa Protein dan Sel EPFL, Universitas Bayreuth, dan Rumah Sakit Universitas Lausanne. Referensi jurnal adalah Vojislav Gligorovski dkk., 'Light-directed evolution of dynamic, multi-state, and computational protein functionalities,' Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.002.
