APLIKASI TEKNOLOGI DNA PADA BIDANG PERTANIAN, LINGKUNGAN, KESEHATAN DAN KRIMINALOleh : Faustina Prima Martha (1306404802) Teknologi Bioproses

ABSTRAK

Tubuh manusia tersusun dari beberapa unsur dasar yaitu, protein, lipid, asam nukleat, dll. Asam nukleat terdiri atas DNA maupun RNA yang memiliki kode – kode protein sehingga berperan sebagai materi genetik.

Seiring dengan perkembangan zaman, Aplikasi dari asam nukleat bukan hanya terdapat di dalam sistem tubuh manusia melainkan juga pada bidang kesehatan, teknologi, pertanian, farmasi, maupun pangan. Lembar Tugas Mandiri ini akan membahas tentang prinsip kerja maupun aplikasi dari DNA maupun RNA dengan memanfaatkan teknologi terkini yang sangat berguna bagi kehidupan manusia

Kata kunci :Asam nukleat, DNA, RNA, Biosensor, DNA Fingerprint, GMO, Simple selection, Microprojecting Bombardment, Transposons, Elektroporasi, terapi gen, reverse transcription, terapi gen.

PENDAHULUAN

DNA ditemukan pertama kali pada tahun 1868 oleh Friedrich Miescher yang menemukan bahwa pada inti sel leukosit yang ia peroleh dari perban bekas bedah terdapat sebuah substansi berfosfor yang ia sebut ‘nuclein’. Penelitian berlanjut oleh Oswald T. Avery, Colin Macleod, dan Maclyn McCarthy yang menemukan bahwa segmen DNA virulen yang diekstraksi dari bakteri apabila diinjeksi ke dalam suatu wadah yang berisi segmen DNA non-virulen akan mengubah segmen tersebut menjadi virulen.

Prinsip dasar dalam rekayasa genetika adalah suatu proses penyematan segmen DNA dari organisme apapun ke dalam genom plasmid atau replikon virus untuk membentuk rekombinan DNA baru. Rekombinasi DNA pada awalnya dilakukan saat Watson dan Crick menduga bahwa susnan ini dapat diputus dengan beberapa cara. Penemuan terkait kemampuan manusia memutus dan mereplikasi DNA ini mengawali berbagai macam inovasi dalam pengaplikasian DNA untuk meningkatkan kesejahteraan manusia.

I. Aplikasi DNA dalam Sistem Tubuh Manusia

Pada tubuh manusia, aplikasi DNA akan terbagi – bagi menurut tipe DNA masing – masing. Hal tersebut disebabkan setiap DNA memiliki karakteristik serta perannya masing – masing dalam tubuh manusia. Pembagian DNA tersebut adalah sebagai berikut

DNA mitokondriaDNA mitokondria akan mengkode enzim dan protein - protein yang diperlukan untuk respirasi sel sebagai aktivitas mitokondria, selain pada mitokondria prinsip kerja pengkodean ini sama halnya terjadi untuk proses transkripsi dan translasi pada DNA nukleus serta untuk reaksi terang pada proses anabolisme pada DNA Kloroplas.

DNA PlasmidpDNA adalah lingkaran DNA kecil yang dapat bereplikasi sendiri yang terdapat pada kromosom bakteri dan eukariotik uniseluler. Proses replikasi ini

diperuntukan untuk memelihara sejumlah ciri – ciri yang stabil dari generasi ke generasi.

DNA polimeraseDNA polimerase akan membaca untaian DNA yang utuh sebagai cetakan yang kemudian digunakan untuk menyintesis untaian DNA baru

DNA ligaseDNA ini akan menggabungkan fragmen Okazaki saat proses replikasi, serta menyambung potongan – potongan DNA yang baru disintesis yang berperan dalam proses reparasi DNA

II. Aplikasi DNA pada Bidang PertanianTeknik bioteknologi tanaman di bidang pertanian telah dimanfaatkan terutama

untuk memberikan karakter atau sifat baru pada berbagai jenis tanaman. Teknologi rekayasa genetika tanaman memungkinkan pengintegrasian gen-gen yang berasal dari organisme lain untuk perbaikan sifat tanaman. Beberapa contoh aplikasi rekayasa genetika di bidang pertanian adalah mengembangkan tanaman transgenik yang memiliki sifat: 1) toleran terhadap zat kimia tertentu (tahan herbisida); 2) tahan terhadap hama dan penyakit tertentu; 3) mempunyai sifat-sifat khusus (misalnya tomat yang matangnya lama, padi yang memproduksi beta-karoten dan vitamin A, kedelai dengan lemak tak jenuh rendah, kentang dan pisang yang berkhasiat obat, dll.); 4) dapat mengambil nitrogen sendiri dari udara (gen dari bakteri pemfiksasi nitrogen disisipkan ke tanaman sehingga tanaman dapat memfiksasi nitrogen udara sendiri); dan 5) dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan buruk (kekeringan, cuaca dingin, dan tanah dengan kandungan garam tinggi)

Genetically Modified Organism adalah organisme yang telah diubah secara genetik. Banyak organisme yang dapat dimodifikasi secara genetik, contohnya jamur, insekta, tumbuhan, ikan, serta mamalia. Setiap makhluk hidup yang akan dimodifikasi menggunakan teknik ini harus mematuhi peraturan – peraturan hasil dari kesepakatan internasional yang terdapat dalam Cartagena Protocol on Biosafety.

Teknologi pemindahan gen atau transformasi gen untuk mendapatkan tanaman transgenik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu langsung dan tidak langsung. Contoh transfer gen secara langsung adalah perlakuan pada protoplas tanaman dengan eletroporasi atau dengan polyethyleneglycol (PEG), penembakan eksplan gen dengan gene gun atau di vortex dengan karbit silikon. Teknik pemindahan gen secara tak langsung dilakukan dengan bantuan bakteri Agrobacterium tumefaciens.

a) Metode Simple Selecton

Metode ini diawali dengan mncari individu yang paling superior diantara populasi genetik yang superior. Setelah mendapatkan indivdu yang paling baik selanjutkanya akan dilakukan propagasi. Benih dari tumbuhan yang paling unggul akan ditaburkan untuk menghasilkan generasi baru tanaman yang unggul. Selanjutnya biji – biji dari tanaman tersebut akan disimpan dan ditanam kembali untuk meningkatkan populasi dengan genotif yang unggul.

Sayangnya, sifat – sifat unggul yang dianggap menguntungkan bagi manusia maupun hewan pengkonsumsi lain tidak selalu menguntungkan tanaman tersebut dalam konteks ekologi dan evolusi. Ciri – ciri tanaman yang sering dianggap bermanfaat bagi peternak merugikan tanaman dalam aspek lingkungan. Contohnya adalah peningkatan zat kimia yang membuat buah terasa lebih enak membuatnya tidak hanya menarik di mata manusia, namun juga untuk serangga

dan hama lainnya. Hal ini membuat tanaman lebih rentan terserang hama dan akhirnya mati sehingga justru mengurangi populasinya sendiri.

b) Mutation Breeding

Mutasi pembiakan melibatkan tanaman atau benih untuk mutagenik agen (misalnya, radiasi pengion) atau kimia mutagen (misalnya, etil methanesulfonate) untuk menginduksi perubahan dalam urutan DNA. Peternak dapat menyesuaikan dosis irrevocably sehingga itu sudah cukup untuk menyebabkan mutasi beberapa, tetapi tidak cukup untuk dapat mematikan. Biasanya sejumlah besar tanaman atau benih yang mutagenized, tumbuh menjadi dewasa reproduksi, dan keturunan berasal. Keturunan dinilai untuk ekspresi fenotipik sifat-sifat baru yang berpotensi berharga. Seperti dengan variasi somaclonal, mayoritas mutasi-mutasi yang dihasilkan dari teknik ini merugikan, dan kesempatan hanya menentukan jika perubahan genetik yang berguna bagi manusia akan muncul. Selain melalui berbagai dosis, ada cara untuk mengontrol efek dari irrevocably atau untuk menargetkan gen tertentu atau ciri-ciri. Efek mutagenik tampaknya acak seluruh genom dan, bahkan jika berguna mutasi terjadi pada tanaman tertentu, mutasi-mutasi yang merugikan

c) Microprojectile Bombardment

Klein dan rekan-rekan (1987) menemukan bahwa DNA bisa dikirim ke sel tanaman dengan ‘menembakkan’ mereka dengan pelet mikroskopis sehingga DNA akan melekat. Ini adalah metode yang kasar secara fisik tapi efektif untuk pengiriman DNA, terutama pada spesies seperti jagung, beras, dan lain biji-bijian sereal, yang tidak memiliki Agrobacterium secara alami. Banyak tanaman hasil modifikasi genetika di produksi diproduksi secara komersil menggunakan teknik ini.

d) ElektroporasiDalam elektroporasi, tanaman protoplasts mengambil makromolekul dari

cairan disekitar mereka yang difasilitasi oleh impuls listrik. Sel-sel yang tumbuh di medium kultur dengan kehilangan dinding pelindung mereka dan menyisakan protoplas. DNA yang dikenal akan diproduksi didalam medium kultur protoplast, kemudian kanan listrik akan diberikan sehingga membuat membran tidak stabil dan memungkinkan DNA untuk memasuki sel. Transformasi sel akan meregenerasi dinding sel secara keselurahan sehingga terbentuklah tanaman yang fertil. Elektroporasi dibatasi oleh minimnya tingkat efisiensi kebanyakan spesies tumbuhan dalam meregenerasi diri mereka dari protoplas

e) Transposons/Transposable Elements

Gen dari mayoritas tumbuhan dan beberapa spesies hewan misalnya serangga dan ikan, membawa transposon, yaitu suatu yang membawa DNA didalamnya yang memiliki kemampuan untuk berpindah dari satu genom ke genom lain. Barbara McClintock adalah yang pertama kali dapat mendeskripsikan transposable element tersebut yang terdapat pada tanaman jagung. Hal ini dapat membuat gen – gen unggul dapa berpindah dan disatukan menjadi tanamn atau hewan yang unggul. Akan tetapi, metode ini masih dalam tahap penelitian sehingga belum ada aplikasi yang telah dilakukan.

f)  Metode transformasi yang dilakukan atau diperantara oleh Agrobacterium tumefaciens.

Dari banyak teknik transfer gen yang berkembang, teknik melalui media vekto rAgrobacterium tumefaciens paling sering digunakan untuk melakukan transformasi tanaman, terutama tanaman kelompok dikotil. Bakteri ini mampu mentransfer gen kedalam genom tanaman melalui eksplan baik yang berupa potongan daun (leaf disc) atau bagian lain dari jaringan tanaman yang mempunyai potensi beregenerasi tinggi.

Gen yang ditransfer terletak pada plasmid Ti (tumor inducing). Segmen spesifik DNA plasmid Ti disebut T-DNA (transfer DNA ) yang berpindah dari bakteri ke inti sel tanaman dan berintegrasi kedalam genom tanaman. Karena Agrobacterium tumefaciens merupakan patogen tanaman maka A. tumefaciens yang digunakan sebagai vektor untuk transformasi tanaman adalah jenis bakteri yang plasmid Ti telah dilucuti virulensinya (disarmed), sehingga sel tanaman yang ditransformasi oleh Agrobacterium dan yang mampu beregenerasi akan membentuk suatu tanaman sehat hasil rekayasa genetik. Teknik transformasi melalui media vektor Agrobacterium pada tanaman dikotil telah berhasil dengan baik tetapi sebaliknya tidak umum digunakan pada tanaman monokotil. Namun beberapa peneliti telah melaporkan bahwa beberapa strain Agrobacterium berhasil metransformasi tanaman monokotil seperti jagung dan padi

Pada tahun 1996 luas areal untuk tanaman transgenik di seluruh dunia telah mencapai 1,7 ha, dan tiga tahun kemudian meningkat menjadi hampir 40 juta ha. Negara- negara yang melakukan penanaman tersebut antara lain Amerika Serikat (28,7 juta ha), Argentina (6,7 juta ha), Kanada (4 juta ha), Cina (0,3 juta ha), Australia (0,1 juta ha), dan Afrika Selatan (0,1 juta ha). Indonesia sendiri pada tahun 1999 telah mengimpor produk pertanian tanaman pangan transgenik berupa kedelai sebanyak 1,09 juta ton, bungkil kedelai 780.000 ton, dan jagung 687.000 ton. Pengembangan tanaman transgenik di Indonesia meliputi jagung (Jawa Tengah), kapas (Jawa Tengah dan Sulawesi Selatan), kedelai, kentang, dan padi (Jawa Tengah). Sementara itu, tanaman transgenik lainnya yang masih dalam tahap penelitian di Indonesia adalah kacang tanah, kakao, tebu, tembakau, dan ubi jalar (Krisno, 2012).

Pada dasarnya rekayasa genetika di bidang pertanian bertujuan untuk menciptakan ketahanan pangan suatu negara dengan cara meningkatkan produksi, kualitas, dan upaya penanganan pascapanen serta prosesing hasil pertanian. Peningkatkan produksi pangan melalui revolusi gen ini ternyata memperlihatkan hasil yang jauh melampaui produksi pangan yang dicapai dalam era revolusi hijau. Di samping itu, kualitas gizi serta daya simpan produk pertanian juga dapat ditingkatkan sehingga secara ekonomi memberikan keuntungan yang cukup nyata. Adapun dampak positif yang sebenarnya diharapkan akan menyertai penemuan produk pangan hasil rekayasa genetika adalah terciptanya keanekaragaman hayati yang lebih tinggi.

Di bidang peternakan hampir seluruh faktor produksi telah tersentuh oleh teknologi DNA rekombinan, misalnya penurunan morbiditas penyakit ternak serta perbaikan kualitas pakan dan bibit. Vaksin-vaksin untuk penyakit mulut dan kuku pada sapi, rabies pada anjing, blue tongue pada domba, white-diarrhea pada babi, dan fish-fibrosis pada ikan telah diproduksi menggunakan teknologi DNA rekombinan. Di samping itu, juga telah dihasilkan hormon pertumbuhan untuk sapi (recombinant bovine somatotropine atau rBST), babi (recombinant porcine somatotropine atau rPST), dan ayam (chicken growth hormone). Penemuan ternak transgenik yang paling menggegerkan dunia adalah ketika keberhasilan kloning domba Dolly diumumkan pada tanggal 23 Februari 1997.

III. Aplikasi DNA pada Bidang Perkebunan, Kehutanan & HoltikulturaTeknologi DNA banyak dimanfaatkan pada bidang perkebunan seperti pada kelapa

sawi untuk mendapatkan hasil yang optimal. Perkebunan kelapa sawit transgenik dengan minyak sawit yang kadar karotennya lebih tinggi saat ini mulai dirintis pengembangannya. Begitu pula, telah dikembangkan perkebunan karet transgenik dengan kadar protein lateks yang lebih tinggi dan perkebunan kapas transgenik yang mampu menghasilkan serat kapas berwarna yang lebih kuat dan jugaketahanan tanaman terhadap hama, dengan mengintroduksi gen Bt yang berhubungan dengan ketahanan serangga hama hasil isolasi bakteri tanah Bacillus thuringiensis yang dapat memproduksi protein kristal yang bekerja seperti insektisida (insecticidal crystal protein) yang dapat mematikan serangga hama (Macintosh et al., 1990). Bacillus thuringiensis (Bt) adalah bakteri gram positif yang berbentuk batang, aerobik dan membentuk spora. Banyak strain dari bakteri ini yang menghasilkan protein yang beracun bagi serangga. Sejak diketahui potensi dari protein kristal atau cry Bt sebagai agen pengendali serangga, semakin banyak dikembangkan isolasi Bt yang mengandung berbagai jenis protein kristal. Dan sampai saat ini telah diidentifikasi protein kristal yang beracun terhadap larva dari berbagai ordo serangga yang menjadi hama pada tanaman pangan dan hortikultura. Kebanyakan dari protein kristal tersebut lebih ramah lingkungan karena mempunyai target yang spesifik yaitu mematikan serangga dan mudah terurai sehingga tidak menumpuk dan mencemari lingkungan (Agus Krisno,, 2011).

Di bidang kehutanan telah dikembangkan tanaman jati transgenik, yang memiliki struktur kayu lebih baik. Selain itu Fasilitas Uji Terbatas Pusat Penelitian Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) menghasilkan tanaman sengon (Albazia falcataria) transgenik pertama di dunia pada tahun 2010 lalu. Kayu sengon bernilai ekonomis yang digunakan untuk tiang bangunan rumah, papan peti kemas, perabotan rumah tangga, pagar, hingga pulp dan kertas. Akar tunggangnya yang kuat, sehingga baik ditanam di tepi kawasan yang mudah terkena erosi dan menjadi salah satu kebijakan pemerintah (Sengonisasi) di sekitar daerah aliran sungai (DAS). Tanaman sengon transgenik yang mengandung genxyloglucanase terbukti tumbuh lebih cepat dan mengandung selulosa lebih tinggi daripada tanaman kontrol. Tanaman ini berpotensi tumbuh lebih cepat saat dipindah ke lapangan.

Florikultur merupakan ilmu  yang mempelajari bagaimana cara budidaya bunga. Florikultur merupakan praktek budidaya Hortikultura dan tumbuhan atau tanaman untuk kebun, bunga segar untuk industri potong-Bunga dan dalam pot untuk digunakan dalam ruangan. Hortikultura melibatkan ilmu bunga dan budidaya tanaman dan di Floristry  dengan menggunakan teknik biokimia, fisiologi, pemuliaan tanaman serta berbagai produksi  hasil tanaman, Florikultur selalu mencari hal-hal baru  bagaimana cara menghasilkan tanaman dengan kualitas yang lebih baik dan meningkatkan kemampuan mereka untuk melawan dampak lingkungan. Di bidang florikultur antara lain telah diperoleh tanaman anggrek transgenik dengan masa kesegaran bunga yang lama serta lebih tahan terhadap serangan hama. Demikian pula, telah dapat dihasilkan beberapa jenis tanaman bunga transgenik lainnya dengan warna bunga yang diinginkan dan masa kesegaran bunga yang lebih panjang.

IV. Aplikasi DNA pada Bidang Forensik/Kriminologi (DNA Finger Print)

            Seperti halnya sidik jari (fingerprint) yang telah lama digunakan oleh detektif dan laboratorium kepolisian sejak tahun 1930. pada tahun 1989 telah ditemukan mengenai sidk DNA yang terdapat pada setiap individu/orang yang lazim disebut DNA Fingerprint yang unik dan selalu berbeda untuk setiap orang atau individu. Tidak seperti sidik jari biasa atau fingerprint konvensional yang terdapat pada ujung jari seseorang dan dapat dirubah dengan operasi, DNA fingerprint mempunyai kesamaan  pada setiap sel, jaringan dan organ pada setiap individu.  DNA Fingerprint tidak dapat dirubah oleh siapapun dan dengan alat apapun. Oleh karena itu DNA Fingerprint adalah metoda yang sangat akurat untuk mengidentifikasi perbedaan diantara satu orang dengan orang lainnya.

            Aplikasi teknologi DNA fingerprint merupakan diagnosis yang kuat untuk penyakit keturunan pada orang dewasa, anak dan bayi yang belum dilahirkan. Teknologi tersebut sangat bagus sekali dan dapat dilakukan pada sampel sekecil apapun dan dalam selang waktu yang lama, misalnya pada pewarnaan darah beku presiden Amerika Serikat Abraham Lincoln dapat dianalisis adanya kelainan genetik yang disebut “Marfan’s disesease”.

a) Mekanisme DNA Finger Print

            Ciri khas dari makhluk hidup termasuk manusia adalah terdapat informasi biologik yang terdapat didalam DNAnya, yang diturunkan dari kedua orang tuanya. Struktur molekul dari DNA dapat digambarkan seperti resliting yang gigi-giginya saling bertaut disimbulkan sebagai huruf dari 4 huruf yaitu C,G,A dan T, dimana gigi yang berlawanan terbentuk satu atau dua pasang, baik A-T atau G-C.  Huruf A,C,G dan T adalah singkatan dari asam amino Adenin, Cytosin, Guanin dan Thymin, yang terbentuk merupakan bangunan dasar dari DNA. Dimana  Adenin dan Guanin adalah kelompok purine, sedangkan Thymin dan Cytosin adalah kelompok pyrimidin                 

            Informasi yang ada dalam DNA dideterminasi primer oleh sequens dari huruf sepanjang untaian tersebut. Misalnya sequen ACGCT menunjukkan informasi yang berbeda dengan sequen AGTCC. Seperti pada kata “POST” artinya berbeda dengan “STOP” atau “POTS” walaupun kata-kata tersebut menggunakan huruf yang sama. Ciri khas pada DNA orang adalah informasi yang mengandung kode DNA. Bangunan dasar dari DNA adalah nukleotida, yang komposisinya terdiri dari : gula desoksiribosa, kelompok fosfat dan 4 nitrogen dasar (Adenin, Cytosin, Guanin dan Thymin/ ACGT). Komposisi dasar tersebut berkombinasi pada jalur yang sangat spesifik. Pasangan Adenin (A) hanya berkombinasi dengan Thymim (T) yaitu A-T. Sedangkan Guanin (G) hanya berpasangan dengan Cytosin (C) yaitu G-C. Informasi dalam DNA dapat dideterminasi oleh sequen pasangan dasar sepanjang kerangka gula fosfat tersebut. Perbedaan sequen DNA akan membedakan diantara makhluk hidup atau karakter mereka, karena mereka menyediakan perbedaan bangunan asam amino yang membentuk protein.

            Makhluk hidup yang tampak berbeda atau berbeda karakternya juga akan berbeda pula sequen DNA nya. Makin bervariasi suatu organisme maka makin bervariasi pula sequen DNAnya. DNA Fingerprint adalah suatu cara untuk membedakan sequen DNA tersebut

Prosedur pemeriksaan DNA Fingerprint adalah sebagai berikut

 Uji DNA Fingerprint adalah menunjukkan pekerjaan laboratorium yang mengikuti beberapa prosedur yang dilakukan melelui 6 tahapan.

Tahap 1: Isolasi DNA

            DNA harus diperoleh dari sel atau jaringan tubuh. Hanya dalam jumlah sedikit jaringan seperti darah, rambut atau kulit yang bila perlu dapat dilakukan penggandaan dengan “Polimerase Chain Reaction” (PCR). Tetapi biasanya satu helai rambut sudah cukup untuk uji DNA fingerprint ini.

Tahap 2: Memotong, mengukur dan mensortir

            Enzim yang khusus disebut enzim restriksi digunakan untuk memotong bagian-bagian tertentu. Misalnya enzim Eco Ri, yang ditemukan dalam bakteri akan memotong DNA yang mempunysi sequen GAATT. Potongan DNA disortir menurut ukuran dengan teknik penyaringan disebut “elektrophoresis”. Potongan DNA dilewatkan gel yang dibuat dari agarose (diproduksi dari rumput laut). Teknik ini adalah setara dengan bioteknologi untuk screening memisahkan pita-pita menurut berat molekulnya

Tahap 3: Transfer DNA ke nylon

            Distribusi potongan DNA ditransfer pada sehelai nylon dengan menempatkan nylon diatas gel dan direndam selama 1 malam.

Tahap 4 dan 5: Probing

            Dengan menambahkan radioaktiv atau pewarna probe pada sehelai nylon menghasilkan DNA fingerprint, Setiap probe seperti batang pendek (pita) hanya 1 atau 2 tempat yang khas pada helaian nylon tersebut.

Tahap 6:  DNA Fingerprint

            Tahapan akhir DNA fingerprint dibuat dengan menggunakan beberapa probe (5-10 atau lebih) Biasanya menyerupai pita-pita DNA.                                  

b) Aplikasi DNA Fingerprint

            DNA Fingerprint banyak digunakan dalam berbagai bidang ilmu baik untuk kesehatan manusia, penelitian biologi, dunia medis dan untuk pembuktian peristiwa kriminal/ forensik.

1. Untuk mendiagnosis kelainan keturunan

Suatu program penelitian kelainan genetik yang diturunkan dapat dilakukan pada janin yang belum dilahirkan maupun bayi yang baru dilahirkan, telah dikembangan pada berbagai rumah sakit didunia. Kelainan tersebut meliputi kejadian cystik fibrosis, haemophilia, Huntington’s disease, famili alzhemers, sickle cell anemia, thalasemia dan lain-lainnya.

Pendeteksian kelainan tersebut lebih awal akan memudahkan dokter atau ahli medis untuk melakukan pengobatan padak anak yang menderita kelainan tersebut. Suatu program pengobatan kelainan genetik menggunakan DNA fingerprint sebagai informasi untuk orang tuanya mengenai resiko dari kelainan tersebut pada anaknya. Pada program lain informasi pada orang tuanya mengenai DNA fingerprint pada bayi yang masih dalam kandungan mengalami kelainan genetik dan tindakan apa yang akan dilakukan.

2. Pengembangan penelitian mengenai kelainan genetik

Program penelitian difokuskan pada gangguan kelainan yang diturunkan pada kromosom, hal ini perlu diinformasikan apa yang terdapat pada DNA fingerprint. Dengan mempelajari DNA fingerprint pada orang yang menderita kelainan tertentu atau membandingkan dengan kelompok orang noraml atau penderita kelainan akan dapat diidentifikasi bentuk DNA yang berhubungan dengan kelainan tersebut.

3. Bukti biologik

Barang bukti DNA Fingerprint telah sering digunakan pada laboratorium kriminal kepolisian yaitu darah, rambut, semen dan sebagainya. Seperti peristiwa teror bom Bali banyak bukti bahan biologik telah diuji DNA fingerprintnya untuk menentukan korban dan identifikassi korban. DNA fingerprint juga dapat untuk identifikasi korban pembunuhan maupun pelaku pembunuhan ataupun perkosaan.     

V. Aplikasi DNA pada Bidang Farmasi

Di bidang farmasi, rekayasa genetika terbukti mampu menghasilkan berbagai jenis obat dengan kualitas yang lebih baik sehingga memberikan harapan dalam upaya penyembuhan sejumlah penyakit di masa mendatang. Bahan-bahan untuk mendiagnosis berbagai macam penyakit dengan lebih akurat juga telah dapat dihasilkan.

Teknik rekayasa genetika memungkinkan diperolehnya berbagai produk industri farmasi penting seperti insulin, interferon, dan beberapa hormon pertumbuhan dengan cara yang lebih efisien. Hal ini karena gen yang bertanggung jawab atas sintesis produk-produk tersebut diklon ke dalam sel inang bakteri tertentu yang sangat cepat pertumbuhannya dan hanya memerlukan cara kultivasi biasa. Dengan mentransfer gen untuk produk protein yang dikehendaki ke dalam bakteri, ragi, dan jenis sel lainnya yang mudah tumbuh di dalam kultur seseorang dapat memproduksi protein dalam jumlah besar, yang secara alami hanya terdapat dalam jumlah sangat sedikit (Chambell et all, 2000)

1)      Pembuatan insulin melalui proses rekayasa genetikaInsulin adalah suatu hormon polipetida yang diproduksi dalam sel-sel β kelenjar Langerhaens pankreas. Insulin berperan penting dalam regulasi kadar gula darah (kadar gula darah dijaga 3,5-8,0 mmol/liter). Hormon insulin yang diproduksi oleh tubuh kita dikenal juga sebagai sebutan insulin endogen. Namun, ketika kalenjar pankreas mengalami gangguan sekresi guna memproduksi hormon insulin, disaat inilah tubuh membutuhkan hormon insulin dari luar tubuh, dapat berupa obat buatan manusia atau dikenal juga sebagai sebutan insulin eksogen. Kekurangan insulin dapat menyebabkan penyakit seperti diabetes mellitus tergantung insulin (diabetes tipe I). Insulin terdiri dari 51 asam amino. Molekul insulin disusun oleh 2 rantai polipeptida A dan B yang dihubungkan dengan ikatan disulfida. Rantai A terdiri dari 21 asam amino dan rantai B terdiri dari 30 asam amino.

Proses pembuatan insulin dengan menggunakan plasmid pada bakteri sebagai vektor pengklon (pembawa DNA) sebagai berikut:

1.  Pengisolasian vector dan DNA sumber gen

          Rangkaian DNA yang mengkode insulin dapat diisolasi dari gen manusia yang sebelumnya telah ditumbuhkan dalam kultur di laboratorium          Vektor yang digunakan berupa plasmid dari bakteri Escherichia coli. Plasmid merupakan molekul DNA kecil, sirkuler, dapat bereplikasi sendiri dan terpisah dari kromosom bakteri. Adapun plasmid yang digunakan mengandung gen:·         Amp-R yang terbukti memberikan resistensi pada sel inang terhadap antibiotik amphisilin

·         LacZ yang mengkode enzim β-galaktosidase yang menghidrolisis gula laktosaPlasmid ini memiliki pengenalan tunggal untuk enzim restriksi endonuklease yang digunakan dan urutan ini terletak dalam gen lacZ

2. Penyelipan DNA ke dalam vector-          Plasmid maupun DNA manusia dipotong dengan menggunakan enzim restriksi yang sama dimana enzim ini memotong DNA plasmid pada tempat restriksi tunggalnya dan mengganggu gen lacZ.-          Mencampurkan fragmen DNA manusia dengan plasmid yang telah dipotong-          Penambahan enzim ligase untuk membentuk ikatan kovalen antara keduanya

3. Pemasukan plasmid ke dalam sel bakteri-          Plasmid yang telah termodifikasi dicampurkan dalam kultur bakteri-          Bakteri akan mengambil plasmid rekombinan secara spontan melalui proses transformasi namun tidak semua bakteri yang akan mengambil plasmid rekombinan yang diinginkan

4. Pengklonaan sel dan gen asing          Bakteri hasil transformasi ditempatkan pada medium nutrient padat yang mengandung amphisilin dan gula yang disebut X-gal. Amphisilin dalam medium yang akan memastikan bahwa hanya bakteri yang mengandung plasmid yang dapat tumbuh karena adanya resistensi dari amp-R. Sedangkan X-gal akan memudahkan identifikasi koloni bakteri yang mengandung gen asing yang disisipkan. X-gal ini akan dihidrolisis oleh β-galaktosidase menghasilkan produk berwarna biru, sehingga koloni bakteri yang mengandung plasmid dengan gen β-galaktosidase utuh akan berwarna biru. Tetapi jika suatu plasmid memiliki DNA asing yang diselipkan ke dalam gen lacZ-nya maka koloni sel yang mengandung DNA asing ini akan berwarna putih karena sel tersebut tidak bisa menghasilkan β-galaktosidase untuk menghidrolisis X-gal.

5. Identifikasi klon sel yang membawa gen yang diinginkan-          Setelah tumbuh membentuk koloni, bakteri yang mengandung DNA rekombinan diidentifikasi menggunakan probe asam nukleat. Probe adalah rantai RNA atau rantai tunggal DNA yang diberi label isotop radioaktif atau bahan fluorescent dan dapat berpasangan dengan basa nitrogen tertentu dari DNA rekombinan. Pada langkah pembuatan insulin ini probe yang digunakan adalah RNAd dari gen pengkode insulin pankreas manusia. Untuk memilih koloni bakteri mana yang mengandung DNA rekombinan, caranya adalah menempatkan bakteri pada kertas filter lalu disinari dengan ultraviolet. Bakteri yang memiliki DNA rekombinan dan telah diberi probe akan tampak bersinar.Setelah mengidentifikasi klon sel yang diinginkan, kemudian ditumbuhkan dalam kultur cair dalam tangki besar dan selanjutnya dengan mudah mengisolasi gen tersebut dalam jumlah

besar. Selain itu juga dapat digunakan sebagai probe untuk mengidentifikasi gen yang serupa atau identik di dalam DNA dari sumber lain.

VI. Aplikasi DNA pada Bidang IndustriPenggunaan teknologi DNA dalam bidang industri meliputi rekayasa bakteri untuk

memecah limbah berbahaya, penggunaan selulosa oleh yeast untuk menghasilkan glukosa dan alcohol untuk bahan baker, penggunaan algae laut untuk bahan makanan dan substansi lain yang bermanfaat. Saccharomyces cerevisiae yang telah dimodifikasi dengan plasmid yang berisi dua gen selulase, yaitu endoglucanase dan exogluconase, dapat mengubah selulosa menjadi glukosa. Glukosa kemudian diubah menjadi ethyl alcohol oleh yeast. Yeast ini sekarang mampu mencerna kayu (selulosa) dan mengubah secara langsung menjadi alkohol.

Pada industri pengolahan pangan, misalnya pada pembuatan keju, enzim renet yang digunakan juga merupakan produk organisme transgenik. Hampir 40% keju keras (hard cheese) yang diproduksi di Amerika Serikat menggunakan enzim yang berasal dari organisme transgenik. Demikian pula, bahan-bahan food additive seperti penambah cita rasa makanan, pengawet makanan, pewarna pangan, pengental pangan, dan sebagainya saat ini banyak menggunakan produk organisme transgenik

VII. Aplikasi DNA pada LingkunganRekayasa genetika ternyata sangat berpotensi untuk diaplikasikan dalam upaya

penyelamatan keanekaragaman hayati, bahkan dalam bioremidiasi lingkungan yang sudah terlanjur rusak. Dewasa ini berbagai strain bakteri yang dapat digunakan untuk membersihkan lingkungan dari bermacam-macam faktor pencemaran telah ditemukan dan diproduksi dalam skala industri. Sebagai contoh, sejumlah pantai di salah satu negara industri dilaporkan telah tercemari oleh metilmerkuri yang bersifat racun keras baik bagi hewan maupun manusia meskipun dalam konsentrasi yang kecil sekali. Detoksifikasi logam air raksa (merkuri) organik ini dilakukan menggunakan tanaman Arabidopsis thaliana transgenik yang membawa gen bakteri tertentu yang dapat menghasilkan produk untuk mendetoksifikasi air raksa organik.

Keragaman metabolisme mikroba juga digunakan dalam menangani limbah dari sumber-sumber lain. Pabrik pengolahan air kotor mengandalkan kemampuan mikroba untuk mendegradasi berbagai senyawa organik menjadi bentuk nontoksik. Akan tetapi, peningkatan jumlah senyawa yang secara potensial berbahaya yang dilepas ke lingkungan tidak lagi bisa didegradasi oleh mikroba yang tersedia secara alamiah, hidrokarbon klorinasi merupakan contoh utamanya. Para ahli bioteknologi sedang mencoba merekayasa mikroba untuk mendegradasi senyawa-senyawa ini. Mikroba ini dapat digunakan dalam pabrik pengolahan air limbah atau digunakan oleh para manufaktur sebelum senyawa-senyawa itu dilepas ke lingkungannya

Kemajuan industri dan bergesernya pola hidup manusia telah melahirkan bencana sampah plastik yang tidak dapat diuraikan oleh mikrobia. Hal ini menimbulkan masalah karena akan mencemari lingkungan dan menurunkan ualitas lingungan hidup. Salah satu upaya yang dilakukan dalam bioteknologi adalah menghasilkan biodegradable plastic yang dibuat dari bahan dasar polyhydroxy butirate (PHB) yang dihasikan oleh mikrobia. Plastik tersebut jika dibuang akan mengalami biodegradasi oleh mikrobia karena bahannya merupakan produk alami yang dapat terurai secara alami pula. Perkembangan penelitian dalam bidang ini telah mengupayakan pemindahan gen yang bertanggung jawab terhadap

biosintesis PHB bakteri Alcaligenes eitrophus kedalam tanaman Arabidopsis thaliana. Tanaman transgenik tersebut akan menghasilkan PHB yang banyak sehingga dapat diproduksi dalam skala besar untuk menghasilkan bahan dasar plastik yang dapat terurai dan tidak akan mencemari lingkungan.

VIII. Aplikasi DNA pada Bidang Kesehatan

Penerapan bioteknologi di bidang kesehatan banyak jumlahnya beberapa contoh diantaranya enzim recombinase hasil rekayasa genetik menghilangkan dna hiv dari sel induk, terapi gen, mengatasi sel tumor, produksi interveron, produksi vitamin dan asam amino, produksi protein darah

1. Enzim recombinase hasil rekayasa genetik menghilangkan DNA HIV dari sel induk

        Dalam upaya meningkatkan terapi anti-HIV (ART), para peneliti meneliti penggunaan obat yang manjur dengan mekanisme baru. Sebagai bagian dari penggandaannya, HIV harus memasukan unsur genetiknya ke dalam kromosom sel induk. Hal ini dilakukan oleh enzim HIV yang disebut integrase. Pada 27 Juni 2007, Merck & Company mengumumkan bahwa Badan Pengawas Makanan dan Obat AS (FDA) memprioritaskan penilaian integrase inhibitor HIV yang pertama, raltegravir (Isentress, dahulu disebut MK-0518).

      Baru-baru ini, sebagaimana dilaporkan dalam jurnal Science edisi 29 Juni 2007, para peneliti Jerman menemukan bahawa enzim hasil rekayasa genetik yang disebut Tre recombinase dapat menghilangkan unsur genetik HIV yang sudah masuk ke dalam genom sel induk. Sebagai latar belakang, para penulis mencatat bahwa DNA HIV masuk ke dalam kromosom induk dan bertahan sebagai provirus dengan long terminal repeat (LTR). Dalam penelitian laboratorium, para peneliti membentuk enzim recombinase yang disesuaikan dengan susunan asimetrik dalam LTR HIV. Karena recombinase yang terjadi secara alami tidak mengenal susunan genetik virus, para peneliti mengambil enzim Cre recombinase yang dimutasi berturut-turut dari bakteriofag yang mengenal bentuk DNA yang lebih mirip dengan HIV. Kemudian mereka menunjukkan bahwa recombinase hasil rekayasa ini – bertindak sebagai “gunting molekul” – secara efisien mampu menghilangkan DNA proviral HIV dari genom sel yang terinfeksi.Dalam kesimpulannya, para peneliti menulis, “Walaupun masih lama sebelum dapat digunakan di klinik, kami memikirkan bahwa teknologi jenis ini dapat disesauikan dalam ART yang akan datang, di antara kemungkinann penggunaan lainnya.”

2. Terapi Gen

     Terapi gen adalah suatu teknik terapi yang digunakan untuk memperbaiki gen-genmutan (abnormal/cacat) yang bertanggung jawab terhadap terjadinya suatu penyakit. Pada awalnya, terapi gen diciptakan untuk mengobatipenyakit keturunan (genetik) yang terjadi karena mutasi pada satu gen, seperti penyakit fibrosis sistik. Penggunaan terapi gen pada penyakit tersebut dilakukan dengan memasukkan gen normal yang spesifik ke dalamselyang memiliki gen mutan. Terapi gen kemudian berkembang untuk mengobati penyakit yang terjadi karena mutasi di banyak gen, seperti kanker. Selain memasukkan gen normal ke dalam sel mutan, mekanisme terapigen lain yang dapat digunakan adalah melakukanrekombinasi homolog untuk melenyapkan gen abnormal dengan gen normal,

mencegah ekspresi gen abnormal melalui teknik peredaman gen, dan melakukan mutasi balik selektif sehingga gen abnormal dapat berfungsi normal kembali.

Cara Kerja Terapi Gen

Saat ini para ilmuwan sedang mencoba beberapa cara kerja terapi gen untuk pengobatan kanker:

a. Menambahkan gen sehat pada sel yang memiliki gen cacat atau tidak lengkap. Contohnya, sel sehat memiliki “gen penekan tumor” seperti p53 yang mencegah terjadinya kanker. Setelah diteliti, ternyata pada kebanyakan sel kanker gen p53 rusak atau bahkan tidak ada. Dengan memasukkan gen p53 yang normal ke dalam sel kanker, diharapkan sel tersebut akan normal dan sehat kembali.

b. Menghentikan aktivitas “gen kanker” (oncogenes). “Gen kanker” merupakan hasil mutasi dari sel normal, yang menyebabkan sel tersebut membelah secara liar menjadi kanker. Ada juga gen yang menyebabkan sel kanker bermetastase (menjalar) ke bagian tubuh lain. Menghentikan aktivitas gen ini atau protein yang dibentuknya, dapat mencegah kanker membesar maupun menyebar.

c. Menambahkan gen tertentu pada sel kanker sehingga lebih peka terhadap kemoterapi maupun radiasi, atau menghalangi kerja gen yang dapat membuat sel kanker kebal terhadap obat-obat kemoterapi. Juga dicoba cara lain, membuat sel sehat lebih kebal terhadap kemoterapi dosis tinggi, sehingga tidak menimbulkan efek samping.

d. Menambahkan gen tertentu sehingga sel-sel tumor/kanker lebih mudah dikenali dan dihancurkan oleh sistem kekebalan tubuh. Atau sebaliknya, menambahkan gen pada sel-sel kekebalan tubuh sehingga lebih mudah mendeteksi dan menghancurkan sel-sel kanker.

e. Menghentikan gen yang berperan dalam pembentukan jaringan pembuluh darah baru (angiogenesis) atau menambahkan gen yang bisa mencegah angiogenesis. Jika suplai darah dan makanannya terhenti, kanker akan berhenti tumbuh, atau bahkan mengecil lalu mati.

f. Memberikan gen yang mengaktifkan protein toksik tertentu pada sel kanker, sehingga sel tersebut melakukan aksi “bunuh diri” (apoptosis).

3. Mengatasi Sel Tumor

Menggunakan gen virus herpes simplex-timidin kinase (HSV-tk) sebagai “gen pembunuh”. Gen tersebut diisolasi dari virus herpes simplex, suatu virus penyebab penyakit herpes.Tahap-tahap medis dalam terapi gen menggunakan gen HSV-tk untuk mematikan sel-sel glioblastoma multiform (suatu tumor otak), secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. Operasi pembuangan bagian tumor yang dapat dibuang dari otak.

b. Pemasukan sel penghasil vektor yang membawa gen pembunuh (gen HSV-tk) secara injeksi atau implantasi sisa tumor yang tidak dapat dibuang dari otak.

c. Pemulihan setelah operasi serta pemeriksaan hasil menggunakan Magnetik Resonance Imaging-Scan (MRI-Scan)

d. Pemberian ganciclovir (GCV) secara intra-venous sesuai dosis. GCV merupakan turunan Acyclovir yang dikembangkan pada tahun 1970 untuk pengobatan infeksi virus herpes

simplex. Obat ini merupakan analog nukleosida yang dapat difosforilasi oleh kinase timidin virus menjadi bentuk GCV-monofosfat.kemudian enzim seluler dapat mengubah bentuk monofosfat itu menjadi bentuk GCV-di dan trifosfat yang bersifat toksik, dengan fungsi sebagai terminator sintesis DNA yang berarti menghambat polimerasi DNA virus.enzim HSV-tk bekerja seribu kali lebih efisien pada fofsforilisasi GCV menjadi GCV-monofosfat daripada kinase timidin seluler. Oleh karena itu GCV tidak toksik pada sel tanpa HCV-tk pada konsentrasi terapi 1-10µM. Akan tetapi, pada penggunaan yang lama muncul neuropenia. GCV-trifosfat yang toksik ini menunjukan kemampuan melewati membran sel ditunjukan dengan waktu paruhnya dalam sel 6 kali lebih lama ( 18-24 jam) daripada GCV. Salah satu keuntungan dari mekanisme aksi ini bahwa sel tumor yang resisten terhadap obat tumor,seperti sel kanker overian SKOV-3, peka terhadap GCV jika sel itu diberi gen HCV-tk.

e. Perlakuan dengan penyinaran berenergi tinggi.

Penyinaran dilakukan ke bagian yang telah pulih, dua atau tiga minggu setelah pembedahan. Kemudian setiap dua bulan, tumor otak pasien dipantau dengan MRI-Scan dan setelah satu tahun diharapkan terapi gen tersebut memberikan hasil yang positif.

4. Produksi Interferon

         , bakteri, parasit, atau antigen lain. Sel yang terserang akan mengeluarkan Interferon (IFN) adalah protein yang diproduksi oleh tubuh sebagai respon terhadap antigen termasuk diantaranya virus IFN yang kemudian (dengan menggunakan reseptor yang sangat spesifik) akan melekat pada sel disekitarnya untuk mensintesa protein antiantigen. Hal ini akan membuat pertumbuhan antigen (virus, bakteri, parasit) terhambat. IFN terdeteksi beberapa saat setelah proses infeksi secara lokal dan sistemik untuk mencegah penyebaran virus. 

         Terdapat 3 jenis IFN, yaitu: IFN alfa, beta, dan gamma. Pada penelitian Adi santoso, dia tertarik untuk mengekspresikan dan memproduksi recombinant hIFN α 2a pada yeast Pichia pastoris. IFN alfa dapat digunakan sebagai obat untuk hepatitis B dan C, human papillomavirus, hairy-cell leukemia, and Kaposi's sarcoma (a cancer associated with AIDS). P. pastoris mempunyai beberapa keuntungan untuk produksi protein rekombinan diantaranya adalah ekspresi yang efisien dengan menggunakan methanol inducible alcohol oxidase gene (AOX1) promoter, tingkat ekspresi protein rekombinan yang sangat tinggi, sekresi yang efisien, dan proses fermentasi pada densitas sel yang sangat tinggi. Hal ini akan membuat downstream processing akan menjadi sangat efisien. 

     Teknik RT-PCR dengan menggunakan sepasang primer yaitu forward primer 5’- gcagcatctgcaacatctaca-3’ dan reverse primer 5’-gtgagctggcatacgaatca-3’ digunakan untuk mengisolasi gen IFN α 2a. Total RNA dari darah digunakan sebagai template untuk mensintesis first strand cDNA. Hasil analisa sekuens DNA dan alignment dengan data dari NCBI (GENBank) menunjukkan bahwa gen IFN α 2a telah didapatkan. Pada saat ini gen IFN α 2a telah berhasil diinsersikan pada plasmid pPICZαB. Langkah ini selanjutnya akan diikuti dengan proses transformasi pada P. pastoris genome. Diharapkan protein IFN α 2a sudah dapat dihasilkan dalam waktu dekat.

5. Produksi Vitamin dan Asam amino

      Vitamin dan asam amino merupakan faktor pertumbuhan yang sering digunakan dalam farmasi atau ditambahkan kepada makanan. Beberapa vitamin dan asam amino yang penting, dihasilkan secara komersial melalui proses mikrobiologi.

a. Vitamin

         Vitamin digunakan sebagai tambahan pada makanan manusia dan pakan ternak. Produksi vitamin, berada kedua setelah antibiotika dalam hal penjualan total produk farmasi dengan nilai lebih dari $ 700 juta per tahun. Sebagian besar vitamin dibuat secara komersial melalui sintesis bahan kimia. Sejumlah vitamin terlalu sulit disintesis dengan biaya murah tapi keuntungannya vitamin dapat dibuat dengan fermentasi mikrobial. Vitamin B12 dan riboflavin yang terpenting dalam kelompok vitamin.         Vitamin B12 , disintesis secara khusus di alam oleh mikroorganisme Kebutuhan vitamin ini pada hewan dipenuhi melalui ambilan makanan atau melalui absorpsi vitamin yang dihasilkan mikroorganisme dalam usus hewan. Tetapi pada manusia vitamin B12 diperoleh melalui makanan atau sebagai tambahan vitamin, karena seandainya vitamin ini disintesis oleh mikroorganisme dalam jumlah yang besar di dalam usus besar, tetapi tidak masuk ke dalam saluran darah. Strain mikroorganisme dipilih dan digunakan untuk menghasilkan banyak vitamin. Anggota bakteri dari genus Propionibacterium menghasilkan vitamin mulai dari 19-23 mg/liter pada proses dua-tahap, sedangkan bakteri lain, Pseudomonas denitrificans menghasilkan 60 mg/liter pada proses satu-tahap yang menggunakan molase gula-bit sebagai sumber karbon. Vitamin B12 mngandung kobalt sebagai bagian esensial strukturnya, dan untuk meningkatkan produksi vitamin, dilakukan dengan menambahkan kobalt pada medium biakan.        Riboflavin disintesis oleh beberapa mikroorganisme, termasuk bakteri, fungi, dan ragi. Fungi Ashbya gossypii menghasilkan sejumlah besar riboflavin (> 7 gram/liter) dan oleh karena itu sering digunakan dalam proses produksi mikrobiologi. Hasil perolehan yang sangat banyak ini menyebabkan persaingan ekonomi tinggi di antara proses mikrobiologi dengan proses sintesis secara kimia.

b. Asam amino

          Asam amino digunakan secara luas dalam industri makanan, tambahan pakan, dalam obat, dan sebagai bahan pemula pada industri kimia (Tabel 13-4). Sebagian besar asam amino yang penting secara komersial adalah asam glutamat, yang digunakan untuk meningkatkan rasa. Dua asam amino yang juga penting, asam aspartat dan fenilalanin, yang menyusun bahan pemanis buatan, aspartat, merupakan unsur penting dalam minuman ringan diet dan makanan lain yang dijual sebagai produk bebas-gula. Lisin, merupakan asam amino esensial untuk manusia, dihasilkan oleh Brevibacterium flavum, juga digunakan sebagai tambahan makanan.         Meskipun sebagian besar asam amino dapat dibuat secara kimia, sintesis bahan kimia menyebabkan pembentukan bentuk DL inaktif. Jika secara biokimia bentuk L dibutuhkan, maka diperlukan metode enzimatik atau metode mikrobiologi pada pembuatannya. Produksi asam amino secara mikrobiologi juga dapat melalui fermentasi langsung, dimana mikroorganisme menghasilkan asam amino dalam suatu proses fermentasi standar, atau melalui proses enzimatik, dimana mikroorganisme sebagai sumber enzim dan enzim tersebut digunakan dalam proses produksi.

6. Produksi Protein Darah.

       Sejumlah protein yang dilibatkan dalam pembekuan darah dan proses darah lainnya, sudah dikembangkan untuk digunakan dalam bidang kesehatan. Terutama aktivator plasminogen jaringan dan faktor pembekuan VII, VIII, dan IX. Aktivator plasminogen jaringan (TPA/ tissue plasminogen activator) merupakan protein yang ditemukan dalam darah yang berperan dalam mencari dan melarutkan darah yang tua dan beku pada tahap akhir proses penyembuhan. Pemakaian TPA terutama untuk pasien jantung atau seseorang yang menderita tekanan darah rendah karena memiliki kecenderungan pembekuan. TPA digunakan setelah operasi bypass jantung, transplantasi, atau bedah jantung lainnya untuk

mencegah perkembangan embolisme pulmonari yang mengancam kehidupan. Pada sejumlah negara berkembang, penyakit jantung yang menyebabkan kematian, adanya produk TPA melalui proses mikrobiologik menjadi sangat menjanjikan. 

           Kebalikan dari TPA, faktor pembekuan VII, VIII, dan IX, sangat diperlukan untuk pembentukan pembekuan darah. Penderita hemofilia karena defisiensi satu atau banyak faktor pembekuan dapat segera diobato dengan produk yang dihasilkan melalui proses mikrobiologik ini.Protein darah lainnya yang sangat menarik dalam bioteknologi adalah eritopoietin, suatu protein yang menstimulasi pembentukkan sel darah merah, penggunaannya sangat menjanjikan untuk pengobatan anemia.

7. Terapi Gen Untuk Penyakit Jantung Bawaan 

          Sebuah penelitian baru membuktikan bahwa KCNQ1 adalah gen utama yang menyandi fungsi jantung. Mutasi yang terjadi pada gen tersebut akan menyebabkan penyakit jantung bawaan pada ratusan ribu anak dan akan menimbulkan gangguan rhytm atau irama jantung dengan penderitaan seumur hidup. Kondisi ini pada akhir nya bisa menyebabkan gagal jantung atau Cardiac suddent dan kematian. Kami bersama Tim peneliti lainnya di Car diac Resear ch Center, Niigata University Hospital, Jepang telah melakukan uji gene screening pada lebih dari seratus keluarga dengan penderita penyakit jantung bawaan. Penemuan ini dipublikasikan di journal international of BBRC Sciences.

            Dalam penelitan tersebut, pasien yang menderita kelainan jantung bawaan, ditemukan adanya mutasi genetik pada semua pender ita. Tepatnya pada gen KCNQ1 dengan lokasi mutant-nya pada r esidue 313, dan ternyata residue I313K ini merupakan pusat dari kanal Potassium yang tentunya merupakan molekul utama yang sangat dibutuhkan untuk kontraksi otot-otot jantung. Jadi dengan terjadinya mutasi tersebut penderita penyakit ini akan mengalami gangguan kontraksi otot jantung. Pengujian selanjutnya, pada sel-sel otot jantung secara invitro dengan menggunakan metode Patch Clamping Electrophysiology, Confocal imaging, dan analisa sequencing DNA pada pasien-pasien penderita penyakit herediter ini, membuktikan bahwa terdapat perbedaan bermakna penurunan fungsi sel-sel mutant KCNQ1-I313K bila dibandingkan dengan sel-sel normal. 

Jenis Terapi Gen 

Terapi gen dibedakan atas 2 jenis yaitu : 

1) Terapi gen sel somatik (somatic-cell gene therapy) atau gene therapy non hereditable. 

Pada terapi gen sel somatik, gen yang normal atau telah dimodifikasi ditransfer ke dalam sel-sel somatik pasien. Terapi gen ini hanya dapat mengatasi penyakit atau kelainan pada pasien yang bersangkutan. Gen yang telah diperbaiki atau dimodifikasi ini tidak dapat diturunkan kepada generasi selanjutnya, karena gen yang telah diperbaiki ini hanya ada pada sel-sel somatik saja dan tidak ada pada sel-sel ger minal. Terapi gen somatik (somatic cell gene therapy) mirp dengan transplantasi sel, jaringan atau organ. 

Pada transplantasi organ ke tubuh resipien, organ yang ditransplantasikan itu mengandung gen-gen yang berbeda dengan pasien. Pada terapi gen ini beberapa sel pasien diambil, diperbaiki diperbaiki gennya dan kemudian dikembalikan ke pasiennya. Hal ini menyebabkan terapi gen sel somatik tidak serumit dan tidak seberbahaya transplantasi organ. 

2) Terapi gen sel germinal (Germ line /hereditable gene therapy) 

Pada terapi gen sel germinal, gen yang mengalami defek pada sel-sel germinal akan diperbaiki dengan cara menginsersikan dan mengintegrasikan gen yang normal atau gen yang telah dimodifikasi kedalam genom sel-sel ger minal. Gen yang telah diinsersikan ini kemudian akan diturunkan ke generasi berikutnya. Terapi gen sel germinal sangat bermanfaat untuk mengatasi penyakit-penyakit genetik dan penyakit-penyakit yang bersifat herediter. Akan tetapi terapi gen sel germinal hingga kini masih sulit dilakukan karena alasan teknis dan etik. Bila gen yang mengalami defek pada sel-sel germinal ini diperbaiki dan diturunkan berarti kita telah mengubah genetik seseorang. Hal inilah yang menjadi kendala untuk melakukan terapi gen sel germinal 

Transfer gen menggunakan vektor biologis 

        Vektor biologi yang digunakan untuk membawa gen yang telah diperbaiki adalah virus yang susunan genetiknya telah diubah sehingga dapat membawa gen manusia yang nor mal. Virus-virus ini akan membawa gen yang telah diperbaiki kedalam sel-sel sasaran pada tubuh manusia dengan cara tertentu dan kemudian berintegrasi pada genom tertentu. Untuk mencapai tujuan ini gen-gen pada virus yang dapat menyebabkan penyakit harus dihilangkan dan diganti dengan gen-gen yang telah diperbaiki. Sebagai contoh virus A diketahui dapat berreplikasi atau memperbanyak dir i dengan cara menginsersikan gen-gen nya kedalam genom sel-sel host. Virus ini mempunyai 2 jenis gene yaitu gen A dan gene B. 

          Gen A adalah gen yang mengkode protein yang berguna untuk menginsersikan gen-gen nya kedalam genom sel host (inang). Sebaliknya gen B adalah gen yang menyebabkan timbulnya penyakit pada host. Gen C adalah gen yang telah diperbaiki dan akan menggantikan gen B. Dengan dilakukannya reengineering sedemikian rupa sehingga gen C dapat menggantiksn gen B. Dengan demikian gen A tetap dipertahankan untuk menjalankan fungsinya. Adenovir us merupakan virus generasi pertama yang digunakan dalam terapi gen dan sangat efektif sebagai vektor pembawa transgen. Virus lain yang dapat digunakan dalam terapi gen adalah retrovirus, adeno-associated viruses, virus herpes simplex dan lain-lainnya ter masuk virus penyebab HIV. 

            Materi genetik pada virus Retrovirus adalah dalam bentuk RNA, sebaliknya materi genetik pada sel-sel tubuh sasaran adalah dalam bentuk DNA. Ketika retrovirus menginfeksi sel sasaran (host), selain memasukkan RNA-nya, ia juga akan memasukkan ensim rever se transcriptase dan integrase kedalam sel sasaran tersebut. RNA ini kemudian akan diubah menjadi DNA melalui proses reverse transcription menggunakan ensim reverse transcriptase. DNA kemudian akan ditransfer kedalam inti sel sasaran dan kemudian akan berintegrasi pada tempat tertentu di genom sel sasaran dengan bantuan ensim integrase. Setelah DNA yang telah diperbaiki ini terintegrasi pada tempat tertentu di genom sel sasaran maka dikatakan bahwa genom sel-sel sasaran (host) ini telah dimodifikasi (Gb-1) Salah satu masalah yang dapat terjadi pada terapi gen menggunakan retrovirus adalah ensim integrase dapat menginsersikan materi genetik virus pada tempat yang kurang sesuai misalnya pada bagian tengah gen-gen endogen pada host, sehingga gen endogen ini tidak dapat ber fungsi, dikenal sebagai insertional mutagenesis. Bila gen-gen virus ini berinsersi pada gen pengatur fungsi gen lainnya, maka proses pembelahan sel dapat tidak terkendali dan berubah menjadi sel kanker. Hal ini sekarang dapat diatasi dengan menggunakan ensim Zinc finger nucleases.5 Keuntungan menggunakan retrovirus adalah transgen yang dimasukkan bisa di transmisikan kesemua sel yang terinfeksi dan turunanannya, tetapi kerugiannya dapat menyebabkan ter jadinya mutasi genetik yang berbahaya selama tahap pengintegrasian.

IX. Biosensor

Biosensor adalah suatu metode analitik yang digunakan untuk mendeteksi analit. Metode ini mengkombinasikan komponen biologis dan detektor kimiafisik. DNA sendiri digunakan untuk menjadi sensor deteksi suatu bioreseptor tertentu

Dalam pengaplikasiannya untuk mendeteksi Elektroda karbon yang melapisi rantai ganda DNA bekerja sebagai biosensor sangat sensitif untuk mendeteksi hydrazine senyawa. Sensor bergantung pada pemantauan perubahan dalam respon anodik intrinsik DNA yang terbatas pada permukaan yang dihasilkan dari interaksinya dengan hidrazin senyawa dan tidak meemrlukan label atau indikator. Satu kali reaksi singkaat cukup untuk memantau tingkat bagian per miliar hydrazine berbeda.

X. Aplikasi Asam Nukleat Menggunakan Enzim Reverse Transcription

Enzim reverse transkriptase berperan pada infeksi sel normal menjadi sel

tumor bahkan sel kanker, ketika RNA virus masuk ke dalam sel, RNA memberikan

enzim transkriptasenya. Enzim ini mensintesis DNA-RNA yang dobel heliks yang

kemudian secara enzimatis diubah menjadi DNA-DNA yang dobel heliks yang dapat

menggabungkannya ke dalam kromosom sel inangnya. Setelah penggabungan,

DNA di transkripsikan menjadi RNA yang sama-sama ditranslasikan dan dikemas

dalam partikel virus yang baru yang kemudian dilepaskan dari sel untuk menginfeksi

sel inang lainnya dan mengulang proses transkripsi balik ini kembali.

Enzim reverse transcriptase umumnya digunakan dalam riset untuk

menerapkan teknikpolymerase chain reaction untuk RNA dalam teknik yang

disebut reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Teknik PCR

klasik dapat diterapkan hanya pada untai DNA, tetapi dengan bantuan enzim reverse

transcriptase, RNA dapat ditranskripsi menjadi DNA  sehingga membuat analisis

PCR molekul RNA dapat dilakukan. Misalnya dalam bidang kessehatan, yakni

analisa suatu penyakit yang disebabkan oleh virus atau protein tertentu (alergen)

yang dapat diketahui dari susunan mRNA yang dihasilkan. Selain itu, RT-PCR juga

digunakan dalam mempelajari genom genom virus yang terdiri dari RNA  seperti

Influenzavirus A dan retrovirus seperti HIV.

Reverse transcriptase juga digunakan untuk membuat perpustakaan cDNA

dari mRNA. Ketersediaan komersial enzim reverse transcriptase, dapat menyokong

penemuan ilmu pengetahuan dalam bidang biologi molekular seperti

kloning, sequencing DNA, dan hibridisasi DNA.Dari proses tersebut dapat dilihat

bahwa RNA dapat menjadi cetakan untuk membuat kopi DNA untai ganda. Adanya

enzim transcriptase ini menguntungkan dalam rekayasa gen. Semula, untuk mencari

gen dimulai dengan mengisolasi seluruh DNA genomnya baru kemudian dipotong-

potong menjadi ratusan potong kemudian mempelajarinya satu-persatu. Hal ini tentu

membutuhkan waktu yang cukup lama. Dengan adanya enzim transcriptase ini, yang

diperlukan adalah mengisolasi mRNA yang kemudian menjadi cetakan untuk

membuat DNA yang dobel heliks.

Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) adalah varian

dariPolymerase Chain Reaction (PCR), teknik laboratorium yang biasa digunakan

dalam molekuler biologi untuk menghasilkan banyak salinan sekuen DNA, suatu

proses yang disebut “amplifikasi”. Pada RT-PCR, untai RNA ditranskripsi balik ke

dalam DNA komplemen (DNA komplementer, atau cDNA) menggunakan enzim

reverse transkriptase, dan cDNA yang dihasilkan diperkuat menggunakan input

atau real-time PCR.

RT-PCR menggunakan sepasang primer, yang melengkapi urutan yang

ditetapkan pada masing-masing dari kedua untai cDNA. Primer ini kemudian

diperpanjang oleh enzim DNA polimerase dan salinan dari rantai tersebut dibuat

setelah setiap siklus, menuju logaritmik amplifikasi. RT-PCR mencakup tiga langkah

utama, dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Transkripsi balik (RT), di mana RNA ditranskripsi balik untuk cDNA

menggunakan enzim reverse transcriptase dan primer. Langkah ini sangat penting dalam

rangka untuk melakukan polimerisasi DNA. Langkah RT dapat dilakukan baik dalam tabung

yang sama dengan PCR (one step PCR) atau dengan memisahkan satu (two step PCR)

menggunakan suhu antara 40 ° C dan 50 ° C, tergantung pada sifat-sifat reverse

transcriptase digunakan. One Step PCR yaitu enzim reverse transcriptasedigabung dalam

satu tube bersama reagen-reagen PCR, sedangkan untuk two stepPCR , proses transkipsi

balik dan amplifikasi dilakukan secara terpisah.

2. Langkah selanjutnya melibatkan denaturasi dari dsDNA pada 95 ° C,

sehingga kedua untai primer terpisah dan dapat mengikat lagi pada suhu yang lebih rendah

dan memulai reaksi berantai baru. Kemudian, suhu menurun hingga mencapai temperatur

anil yang dapat bervariasi tergantung pada set primer yang digunakan, konsentrasi sampel,

dan konsentrasi kation. Pertimbangan utama, tentu saja, ketika memilih temperatur anil

optimal adalah temperatur leleh (Tm) dari primer dan probe (jika digunakan). Anil suhu yang

dipilih untuk PCR langsung tergantung pada panjang dan komposisi primer. Ini adalah hasil

dari perbedaan ikatan hidrogen antara AT (2 obligasi) dan GC (3 obligasi). Anil temperatur

sekitar 5 derajat di bawah temperatur terendah dari sepasang primer biasanya digunakan.

3. Langkah akhir amplifikasi PCR DNA perpanjangan dari primer. Hal ini

dilakukan dengan DNA polimerase Taq tahan panas, biasanya pada suhu 72 ° C, suhu di

mana enzim bekerja secara optimal. Panjang inkubasi pada setiap suhu, perubahan suhu,

dan jumlah siklus dikendalikan oleh pengendara sepeda diprogram termal. Analisis produk

PCR tergantung pada jenis PCR diterapkan. Jika PCR konvensional digunakan, produk

PCR dideteksi dengan menggunakan elektroforesis gel agarosa dan ethidium bromida (atau

lainnya menodai asam nukleat).

RT-PCR konvensional adalah teknik PCR yang memakan waktu dengan

keterbatasan tertentu jika dibandingkan dengan teknikReal-Time PCR. Hal ini,

dikombinasikan dengan fakta bahwa bromida ethidium memiliki sensitivitas rendah,

hasil tidak selalu dapat diandalkan. Selain itu, terdapat peningkatan resiko

kontaminasi silang dari sampel sejak deteksi dari produk PCR memerlukan

pengolahan pasca-amplifikasi sampel. Selanjutnya, spesifisitas dari assay ditentukan

oleh primer, yang dapat memberikan hasil positif palsu. Namun, yang paling penting

mengenai kelemahan RT-PCR konvensional adalah fakta bahwa ia adalah semi-atau

bahkan merupakan teknik kuantitatif rendah sehingga memerlukan teknik Real-Time

PCR sebagai pendukung.

XI. Kesimpulan

Asam nukleat yang terdiri dari DNA maupun RNA mempunyai beragam aplikasi

baik di tubuh manusia maupun untuk perkembangan rumpun kesehatan dengan terapi

gen, keteknikan, maupun pertanian dengan memodifikasi hasil panen agar memiliki nilai

mutu yang lebih baik. Hal ini tidak lepas dari ciri asam nukleat dengan terdapatnya kode

– kode protein di dalamnya. Pengembangan teknik pembacaan maupun modifikasi dari

pengkodean yang dimiliki oleh asam nukleat kemungkinan besar akan memperbanyak

aplikasi yang yang dimiliki oleh asam nukleat untuk masa yang akan datang

XII. Daftar Pustaka

ACS Publication, 1996. DNA biosensors for the detection of hydrazines. [online] Available at: <http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ac9600619> [Accessed 17 Februari 2014].

IPK Gatersleben, 2014. DNA biosensors for the detection of arbuscular mychorrizae. [online] Available at: <http://www.ipk-gatersleben.de/en/dept-physiology-and-cell-biology/yeast-genetics/dna-biosensors/> [Accessed 17 Februari 2014].

Mingkar, Irma, Krisno, Agus. 2012. Pendekatan Baru dalam Terapi Gen dengan RNA Theurapic untuk Pengobatan Penyakit Kanker Gen. Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang.

Nelson, David L., Cox, Michael M., 2010. Principles Of Biochemistry fourth edition. London: Perseus.

The National Academies, 2004. Safety of Genetically Engineered Foods to Assessing Unintended Health Effects. [online] Available at: < http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=10977&page=30> [Accessed 17 Februari 2014].