Sains modern hingga abad 20 menerapkan strategi reduksionis, menganggap segala sesuatu bisa direduksi menjadi unsur-unsur pembangun terkecilnya. Hal yang kompleks direduksi menjadi bagian-bagian kecil, lalu dipelajari bagian-bagian kecilnya secara mendalam. Namun kemudian disadari bahwa ada sifat dan fenomena yang muncul dari interaksi bagian-bagian tersebut, yang baru dan berbeda dari sifat setiap bagiannya. Frasa “the whole is greater than the sum of the parts” mewakili fenomena ini, dan menjadi mantra dalam bidang ilmu sistem dan complexity. Biologi sistem muncul sebagai salah satu bidang ilmu baru berdasarkan prinsip ini.

James Valcourt, seorang ilmuwan muda dengan fokus riset di bidang biologi sistem, mencoba menjelaskan bidang ilmu ini dalam bahasa sederhana melalui buku Systematic. Ketertarikannya akan komunikasi sains membawanya menulis buku ini saat ia masih berusia 26 tahun(!) dan masih berstatus PhD student di Harvard. Buku ini adalah buku sains populer pertama yang mengangkat topik biologi sistem untuk pembaca awam.

Systematic: How Systems Biology is Transforming Modern Medicine

James R. Valcourt
Bloomsbury Sigma (2017)
276 hal

Biologi sistem adalah bidang ilmu sains yang relatif masih baru, di mana makhluk hidup dipahami dan dipelajari bukan dari bagian-bagian kecilnya yang terpisah-pisah, melainkan dari sudut pandang sistem dan bagaimana bagian-bagian terpisah itu bekerja sama. Dalam ilmu biologi tradisional yang bersifat bottom-up, seorang ilmuwan biologi bisa jadi menghabiskan waktu bertahun-tahun mempelajari kerja satu protein tertentu. Namun di bidang biologi sistem, seorang ilmuwan akan mempelajari bagaimana berbagai protein bekerja sama secara sistem, apa yang dihasilkan oleh kerjasama itu, dan bagaimana setiap bagiannya saling mempengaruhi kerja sistem secara keseluruhan.

Neuron atau sel syaraf, misalnya, adalah sel-sel yang bekerja paling keras di otak, tapi kata Valcourt “the most exciting thing a single neuron can do is fire an electrical pulse. Big deal. So can my toaster”. Tapi ketika 86 miliar sel syaraf ini terkoneksi satu sama lain dalam susunan tertentu dan membentuk otak, secara bersama-sama mereka jadi mampu berpikir, merasa, dan berimajinasi. Luar biasa kan? Biologi sistem berbicara tentang ‘keajaiban’ ini, yang terjadi ketika bagian-bagian biologis terangkai dalam suatu sistem. Melalui buku ini Valcourt ingin menjelaskan bagaimana dengan memahami sistem dapat membantu manusia mengurai misteri-misteri besar dalam ilmu biologi.

Buku ini dibagi menjadi 13 bab yang dikelompokkan ke dalam 3 bagian besar:

1. The Basics

Di sini Valcourt menjelaskan tentang bagaimana kemajuan teknologi, terutama komputer, memungkinkan mempelajari sistem-sistem besar dalam biologi. Dengan kemampuan komputasi yang semakin lama semakin meningkat sampai lever superkomputer, ilmuwan biologi dapat melihat pola-pola yang muncul dari interaksi yang terjadi antar bagian-bagian sistem. Data set yang besar jadi jauh lebih mudah dan cepat dianalisa.

Mempelajari sistem dengan data set besar dalam biologi menuntut kecakapan bidang matematika dan ilmu komputer. Umumnya mahasiswa biologi tidak mendapatkan ilmu-ilmu ini secara memadai, karena itu laboratorium biologi modern melibatkan ilmuwan-ilmuwan interdisiplin selain dari bidang biologi juga fisika, kimia, matematika, dan ilmu komputer. Bahkan universitas-universitas tertentu mulai menyediakan program “Integrated Science” yang mengajarkan berbagai kecakapan yang dibutuhkan untuk bidang biologi sistem.

Di bagian ini juga Valcourt menjelaskan contoh-contoh proses biologi yang dipelajari dalam biologi sistem. Beberapa di antaranya misalnya pola-pola yang sering muncul dalam jaringan gen dan protein dalam sel, pola sirkadian, dan pola kooperatif yang muncul ketika banyak bagian bekerjasama agar kerja sistem menjadi efisien. Efisiensi energi adalah faktor yang sangat penting dalam sistem biologi.

2. Cells, Organisms, and Ecosystems

Di bagian ini Valcourt antara lain menceritakan bagaimana teknologi gene sequencing telah membantu ilmuwan mempelajari semua gen dalam sel secara sekaligus. Meskipun mempelajari satu gen secara mendalam bukan tanpa manfaat, Valcourt memberi analogi yang menarik: mempelajari satu gen itu seperti fokus menonton hidung Tom Hanks di film Sleepless in Seattle dan berharap bisa memahami keseluruhan film. Mana bisa? Dengan mempelajarinya secara sistem, ilmuwan bisa melihat pola-pola interaksi yang terjadi jika bagian A atau B diganti atau dihilangkan. Dengan mempelajari gen secara sistem, banyak sifat dan fenomena yang ditemukan, dan ini banyak membawa kemajuan dalam ilmu kedokteran.
Di bab-bab lain Valcourt membahas contoh-contoh studi biologi sistem di level organisme (bagaimana sel dan jaringan tubuh bekerjasama dalam proses tumbuh kembang individu) juga di level ekosistem.

Saya ingin menyoroti bab “No Organism is an Island”, di mana Valcourt membahas bagaimana interaksi antar individu dan antar spesies membentuk dan mempengaruhi eksosistem secara menyeluruh. Jangan dikira hal yang kita anggap kecil dan tidak berarti itu tidak memberi efek pada sekitar. Di bab ini diceritakan bagaimana hormon estrogen yang terkandung dalam air limbah mempengaruhi perkembangan ikan-ikan yang hidup di sekitar instalasi pengolahan air limbah: ikan jantan mulai berubah jadi betina, dan populasinya menjadi kacau.
Berkaitan dengan ini saya jadi ingat yang dibahas di buku “What Has Nature Ever Done For Us” dari Tony Juniper. Sedikit saja satu bagian alam berubah, akan ada konsekuensinya di bagian alam yang lain. Itulah kenapa pemerintah Norwegia membayar Indonesia dan Brazil milyaran dolar untuk menjaga hutannya, karena hutan-hutan ini penting untuk keseimbangan alam seluruh dunia, tidak cuma untuk daerahnya sendiri.

Jadi jangan dikira emisi karbon di Indonesia tidak berpengaruh pada melelehnya es di Kutub Utara ya. Everything is interconnected.

3. Applications

Di bagian ini Valcourt membahas aplikasi dari penemuan-penemuan di bidang biologi sistem untuk menghasilkan inovasi-inovasi baru. Ilmuwan biologi sintetis menggunakan prinsip-prinsip biologi sistem untuk misalnya ‘membangun’ bakteri yang dapat menghasilkan bahan bakar diesel (non-fosil), memprogram sel untuk melakukan sesuatu yang baru, dan mengintegrasikan genom artifisial pada DNA sel.
Biologi sistem juga membantu ilmuwan neurosains mempelajari otak, suatu sistem jaringan tubuh yang terdiri dari miliaran sel. Dengan memahami interaksi antar bagiannya, banyak inovasi baru yang dapat ditemukan untuk meringankan penyakit. Misalnya yang dicontohkan di salah satu bab, bagaimana mesin kecil yang mengaktifkan deep brain simulation dapat menghilangkan gejala Parkinson pada pasien, dan meringankan penderitaan mereka. Tapi teknologi ini juga bisa digunakan untuk membajak otak lho, jadi masalah etika deep brain simulation ini mesti dipertimbangkan dengan seksama.

Soal mikrobioma di dalam usus juga dibahas di bagian ini. Dengan mempelajari mikrobioma usus secara sistem, memahami interaksinya, dan bagaimana pengaruhnya bagi bagian-bagian tubuh lain, akan sangat membantu di bidang kedokteran dan kesehatan. Oya, hal ini dibahas mendalam di buku Gut, yang sudah diterjemahkan ke bahasa Indonesia oleh penerbit Bentang Pustaka dengan judul “Usus Yang Menakjubkan”.

Bagaimana, menarik bukan ilmu biologi sistem ini? Memang semakin ke sini semakin disadari bahwa bidang ilmu pengetahuan sebaiknya tidak terpisah-pisah. Seperti yang tadi diceritakan di awal, ternyata di alam sifat kooperatif yang muncul antar berbagai bagian sistem menghasilkan efisiensi. Saling bekerjasama dan berkolaborasi akan membawa manusia menemukan hal-hal yang baru.

-dydy-