Teknologi “Quantum AI + Nanoteknologi” untuk Deteksi Mutasi Genetik Dini: Terobosan dari IIT Indore

Sebuah tim ilmuwan di Indian Institute of Technology Indore (IIT Indore) melaporkan pengembangan teknologi baru yang menggabungkan fisika kuantum, nanoteknologi, dan kecerdasan buatan (AI) untuk mendeteksi mutasi genetik sejak tahap paling awal. Platform ini memanfaatkan perangkat nanopore atau nanogap skala atom serta algoritma AI berkecepatan tinggi untuk membaca sinyal listrik DNA dan mengidentifikasi variasi genetik dengan akurasi tinggi, termasuk mutasi yang terkait dengan kanker.

Latar Belakang: Batasan Teknologi Sekuensing Saat Ini

Teknologi sekuensing yang telah mapan seperti metode Sanger dan next-generation sequencing (NGS) berbasis short-read memiliki sejumlah keterbatasan. Di antaranya: panjang bacaan yang terbatas, sensitivitas rendah terhadap modifikasi epigenetik, serta biaya dan waktu analisis yang masih relatif tinggi. Dalam konteks inilah tim IIT Indore yang dipimpin Biswarup Pathak mengusulkan pendekatan baru berbasis quantum transport dan AI.

Platform ini mengintegrasikan tiga komponen: Perangkat nanopore/nanogap, untuk merekam sinyal listrik dari DNA; Prinsip quantum transverse tunnelling, yang memberi sensitivitas tinggi pada perubahan atomik; Algoritma AI, yang menginterpretasi sinyal mentah menjadi informasi genetik yang dapat digunakan.

Cara Teknologi Ini Bekerja

DNA diarahkan melewati lubang nano (nanopore) atau ditempatkan di antara dua elektroda nano (nanogap). Pergerakan setiap nukleotida menghasilkan perubahan arus tunnelling atau impedansi listrik dengan pola unik. Perubahan‐perubahan kecil ini dianalisis sebagai “sidik elektronik” dari masing-masing basa atau mutasi.

Skala nanometer memungkinkan elektron melakukan tunnelling secara kuantum. Fenomena ini memberikan resolusi sangat tinggi sehingga mutasi kecil seperti substitusi basa tunggal, methylasi DNA, atau struktur abnormal dapat terdeteksi. IIT Indore menyebut pendekatan ini sebagai “unified sequencing” yang dapat membaca DNA biasa, DNA epigenetik, dan bahkan DNA sintetis.

Sinyal listrik mentah yang kompleks diproses menggunakan model pembelajaran mesin dan deep learning untuk mengklasifikasi nukleotida dan memprediksi mutasi. Tim menekankan pentingnya explainable AI untuk memastikan keputusan algoritma dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah.

Skema nanogap yang digunakan untuk deteksi mutasi genetik dini (Sumber : Royal Society of Chemistry, 2024)

Potensi Aplikasi

Dengan sensitivitas tinggi terhadap perubahan atomik, teknologi ini berpotensi mendeteksi mutasi kanker bahkan sebelum sel menunjukkan karakteristik keganasan. Hal ini dapat mendorong diagnosis dan intervensi yang jauh lebih awal. 

Sekuensing cepat dan akurat memungkinkan dokter menyesuaikan terapi kanker atau kondisi genetik berdasarkan profil mutasi masing-masing individu, termasuk pemantauan mutasi tumor residu dan dinamika evolusi genetik sel kanker. Karena membaca sinyal listrik secara langsung tidak membutuhkan reaksi biokimia kompleks seperti NGS, prosesnya dinilai berpotensi lebih cepat dan lebih murah. Kemampuan mendeteksi methylasi atau modifikasi kimia lain memberi nilai tambah bagi riset epigenetik, pengembangan obat, serta desain DNA sintetis.

Keterkaitan dengan SDGs: Mendorong Inovasi untuk Kesehatan Global Berkelanjutan

Terobosan “Quantum AI + Nanoteknologi” yang dikembangkan IIT Indore memiliki relevansi langsung dengan beberapa tujuan dalam Sustainable Development Goals (SDGs) Perserikatan Bangsa-Bangsa, khususnya SDG 3 (Good Health and Well-Being) dan SDG 9 (Industry, Innovation, and Infrastructure). Pada SDG 3, teknologi ini berpotensi mempercepat deteksi dini mutasi yang terkait kanker dan penyakit genetik, sehingga memungkinkan intervensi medis lebih cepat, lebih tepat sasaran, dan pada akhirnya mengurangi angka kematian akibat penyakit tidak menular. Sementara pada SDG 9, inovasi nanoteknologi dan integrasi AI kuantum mencerminkan upaya membangun infrastruktur penelitian maju di negara berkembang — menunjukkan bahwa inovasi berkelas dunia tidak hanya lahir dari pusat-pusat penelitian negara maju, tetapi juga dari institusi seperti IIT Indore yang mendorong kemandirian teknologi dan ekonomi berbasis ilmu pengetahuan.

Kesimpulan

Platform “Quantum AI + Nanoteknologi” dari IIT Indore menandai langkah maju yang menarik dalam teknologi sekuensing DNA. Dengan memanfaatkan efek kuantum, perangkat nano, dan AI, sistem ini berpotensi mendeteksi mutasi genetik secara cepat, sensitif, dan berbiaya lebih rendah dibandingkan metode konvensional. Meski demikian, validasi ilmiah dan klinis yang lebih kuat masih sangat diperlukan sebelum teknologi ini siap diterapkan dalam diagnosa kanker atau personalised medicine.

Bagi institusi, peneliti, atau mitra industri yang ingin menjajaki pengembangan teknologi deteksi genetik berbasis Quantum AI dan nanoteknologi, berbagai informasi mengenai program, layanan riset, serta peluang kolaborasi dapat diakses melalui laman FiNDer U-CoE di finder.ac.id. Melalui platform ini, inisiatif riset frontier dan percepatan hilirisasi teknologi terus dibangun untuk memastikan bahwa inovasi genetik berpresisi tinggi dapat diterjemahkan menjadi solusi kesehatan nyata yang bermanfaat bagi masyarakat.

Sumber

Referensi artikel ini disusun berdasarkan sejumlah publikasi terkait perkembangan teknologi Quantum-AI untuk analisis genetika dan sekuensing DNA. Informasi mengenai penerapan nanoteknologi berbasis kecerdasan kuantum dalam deteksi dini mutasi genetik merujuk pada laporan Times of India tanggal 7 Mei 2025. Data teknis mengenai pengembangan perangkat Quantum-AI untuk sekuensing DNA berkecepatan tinggi diperoleh dari publikasi resmi IIT Indore melalui dSpace IITI. Kajian ilmiah tambahan mengenai pemanfaatan machine learning dalam teknologi sekuensing generasi berikutnya diambil dari artikel yang diterbitkan dalam Chemical Science oleh Royal Society of Chemistry (2024).