materi rekayasa genetika
Post on 21-Oct-2015
70 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Rekayasa Genetika
1. Pengertian Rekayasa Genetika
Pada rekayasa genetika dilakukan manipulasi atas materi genetic dengan
cara menambah atau menghilangkan gen-gen tertentu. Pada teknologi ini juga
digunakan vector atau sarana lain untuk memindahkan gen atau fragmen DNA
antara lain injkesi mikro, fusi protoplas, elektroporasi, kopresipitasi fosfat dan
endositosis, serta proyektil mikro. Setelah klon rekombinan hasil rekayasa
dipertahankan, klon diseleksi dan diberdayakan dengan analisis genetic,
diagnosis molekuler, terapi gen, sidik jari DNA, serta bioteknologi.
Ada beberapa pengertian rekayasa genetika (genetic engineering), yaitu:
1. Rekayasa genetika adalah manipulasi sifat genetic suatu organisme dengan
cara mengintroduksi atau mengeliminasi gen-gen tertentu (Micklos, dkk,
1990)
2. Rekayasa genetika adalah manipulasi genetic dalam sel untuk menghasilkan
sesuatu sifat yang dikehendaki, kadang-kadang disebut teknologi
rekombinan DNA (Rasmussen, dkk, 1990).
3. Rekayasa genetika adalah teknik mengubah konstitusi genetic sel atau
individu dengan cara pemindahan selektif, insersi, atau dengan cara
modifikasi gen baik yang individual maupun yang berupa perangkat gen.
(Klug, dkk, 1994).
Dari beberapa pengertian tersebut dapat dirangkum bahwa rekayasa
genetika adalah manipulasi atas materi genetic dengan cara menambah atau
menghilangkan gen-gen tertentu. Berbagai fenomena genetic alami sebenarnya
menjadi model alami dari teknologi rekayasa genetika, antara lain crossing over,
gene pick up, transduksi, insersi, delesi, translokasi, fusi dan fisi, yang dapat
berakibat terjadinya penambahan atau peniadaan sesuatu atau beberapa gen.
2. Sejarah Rekayasa Genetika
Sejarah perkembangan genetika sebagai ilmu pengetahuan dimulai
menjelang akhir abad ke-19 ketika seorang biarawan Austria bernama Gregor
1
Johann Mendel berhasil melakukan analisis yang cermat dengan interpretasi
yang tepat atas hasil-hasil percobaan persilangannya pada tanaman kacang ercis
(Pisum sativum). Sebenarnya, Mendel bukanlah orang pertama yang melakukan
percobaan-percobaan persilangan. Akan tetapi, berbeda dengan para
pendahulunya yang melihat setiap individu dengan keseluruhan sifatnya yang
kompleks, Mendel mengamati pola pewarisan sifat demi sifat sehingga menjadi
lebih mudah untuk diikuti. Deduksinya mengenai pola pewarisan sifat ini
kemudian menjadi landasan utama bagi perkembangan genetika sebagai suatu
cabang ilmu pengetahuan, dan Mendel pun diakui sebagai Bapak Genetika.
Karya Mendel tentang pola pewarisan sifat tersebut dipublikasikan pada
tahun 1866 di Proceedings of the Brunn Society for Natural History. Namun,
selama lebih dari 30 tahun tidak pernah ada peneliti lain yang
memperhatikannya. Baru pada tahun 1900 tiga orang ahli botani secara terpisah,
yakni Hugo de Vries di Belanda, Carl Correns di Jerman, dan Eric von
Tschermak-Seysenegg di Austria, melihat bukti kebenaran prinsip-prinsip
Mendel pada penelitian mereka masing-masing. Semenjak saat itu hingga lebih
kurang pertengahan abad ke-20 berbagai percobaan persilangan atas dasar
prinsip-prinsip Mendel sangat mendominasi penelitian di bidang genetika. Hal
ini menandai berlangsungnya suatu era yang dinamakan genetika klasik.
Selanjutnya, pada awal abad ke-20 ketika biokimia mulai berkembang
sebagai cabang ilmu pengetahuan baru, para ahli genetika tertarik untuk
mengetahui lebih dalam tentang hakekat materi genetik, khususnya mengenai
sifat biokimianya. Pada tahun 1920-an, dan kemudian tahun 1940-an, terungkap
bahwa senyawa kimia materi genetik adalah asam deoksiribonukleat (DNA).
Dengan ditemukannya model struktur molekul DNA pada tahun 1953 oleh J.D.
Watson dan F.H.C. Crick dimulailah era genetika yang baru, yaitu genetika
molekuler.
Perkembangan penelitian genetika molekuler terjadi demikian pesatnya. Jika
ilmu pengetahuan pada umumnya mengalami perkembangan dua kali lipat dalam
satu dasawarsa, maka waktu yang dibutuhkan untuk itu (doubling time) pada
genetika molekuler hanyalah dua tahun! Bahkan, perkembangan yang lebih
2
revolusioner dapat disaksikan semenjak tahun 1970-an, yaitu pada saat
dikenalnya teknologi manipulasi molekul DNA atau teknologi DNA rekombinan
atau dengan istilah yang lebih populer disebut sebagai rekayasa genetika.
3. Prinsip dan Metode Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika adalah semua proses yang ditujukan untuk menghasilkan
organisme transgenik. Organisme transgenik merupakan organisme yang urutan
informasi genetik dalam kromosomnya telah diubah sehingga mempunyai sifat
menguntungkan yang dikehendaki. Ada beberapa prinsip dasar dalam rekayasa
genetika antara lain Rekombinasi DNA, fusi protoplasma, dan kultur jaringan.
Beberapa metode yang sering digunakan dalam teknik rekayasa genetika
meliputi pengunaan vektor, kloning, PCR (Polymerase Chain Reaction), dan
seleksi, screening, serta analisis rekombinan.
a. Rekombinasi DNA
Proses mengidentifikasi dan mengisolasi DNA dari suatu sel hidup atau
mati dan memasukkannya dalam sel hidup lainnya, itulah rekombinsi DNA.
Rekayasa genetika ini merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk
menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan atau disebut
juga pencangkokan gen. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk
menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap
makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat
direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat
makhluk hidup secara turun-temurun.
Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah melakukan perubahan
susunan asam nukleat dari DNA (gen) dan menyelipkan gen baru ke dalam
struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan dan organisme
penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Pada proses rekayasa
genetika organisme yang sering digunakan adalah bakteri Escherichia coli.
Bakteri Escherichia coli dipilih karena paling mudah dipelajari pada taraf
molekuler.
3
Pada proses penyisipan gen diperlukan tiga faktor utama yaitu
1) Vektor, yaitu pembawa gen asing yang akan disisipkan, biasanya berupa
plasmid atau virus. Plasmid yaitu lingkaran kecil DNA yang terdapat
pada bakteri yang diambil dari bakteri dan disisipi dengan gen asing.
Pemasukannya melalui pemanasan dalam larutan NaCl atau melalui
elektroporasi.
2) Bakteri atau virus berperan dalam memperbanyak plasmid atau DNA
virus. Plasmid di dalam tubuh bakteri akan mengalami replikasi atau
memperbanyak diri, makin banyak plasmid yang direplikasi makin
banyak pula gen asing yang dicopy sehingga terjadi cloning gen.
3) Enzim, berperan untuk memotong dan menyambung plasmid. Enzim ini
disebut enzim endonuklease retriksi, enzim endonuklease retriksi yaitu
enzim endonuklease yang dapat memotong ADN pada posisi dengan
urutan basa nitrogen tertentu.
b. Fusi Sel
Fusi Sel adalah suatu cara untuk menyatukan dua sel dari jaringan-
jaringan berbeda suatu organisme yang sama atau bahkan organisme yang
berbeda, sehingga diperoleh satu sel tunggal (sel hibrid). Selanjutnya, sel
hibrid dapat dikembangbiakkan,sehingga diperoleh bertriliun-triliun sel, yang
masing-masing mengandung satu set gen komplit dari dua sel aslinya.
Sebagai contoh, salah satu dari dua sel yang asli mungkin berupa sel manusia.
Sel tersebut khusus mensekresikan produk yang berguna seperti antibodi atau
hormon. Hormon atau antibodi disekresikan dalam jumlah sangat sedikit,
karena hasil produksi dikendalikan mekanisme pengaturan sel yang normal.
Jika sel tersebut dilebur dengan sel kanker (sel yang tidak memiliki
pengendalian normal terhadap pertumbuhan dan sintesis protein), maka
produksi hormone atau antibodi secara dramatis meningkat.
Peristiwa peleburan dua sel seperti tersebut, menghasilkan sel hibrid dan
dikenal sebagai hibridoma (hibrid = sel asli yang dicampur, oma = kanker).
Tujuan teknik hibridoma adalah untuk menghasilkan antibodi dalam jumlah
yang besar, sehingga dapat digunakan untuk diagnostic dan terapeutik. Selain
4
itu, teknik ini merupakan jalan untuk menyilang atau memotong dalam
spesies secara genetik pada sel eukariotik yang tidak dapat diselesaikan
dengan cara peleburan gamet secara seksual. Secara umum sel-sel tidak
melebur secara otomatis, sehingga ilmuwan berusaha merancang teknik
laboratorium untuk menstimulir sel-sel tersebut berfusi atau bergabung.
c. Kultur Jaringan
Teori yang melandasi teknik kultur jaringan ini adalah teori Totipotensi.
Setiap sel tumbuhan memiliki kemampuan untuk tumbuh menjadi individu
baru bila ditempatkan pada lingkungan yang sesuai. Individu-individu yang
dihasilkan akan mempunyai sifat yang sama persis dengan induknya.
Tahap-tahap kultur jaringan dalam membentuk embrio dari sel somatik
serupa pada tahap perkembangan zigot menjadi embrio. Kultur jaringan
sering disebut sebagai perbanyakan secara in vitro karena jaringan ditanam
(dikultur) pada suatu media buatan (bukan alami). Materi yang akan
dikulturkan dalam kultur jaringan disebut eksplan. Eksplan dapat diambil dari
yang dewasa ataupun pembenihan (seeding). Pada media yang sesuai, eksplan
akan tumbuh menjadi kalus. Selanjutnya, kalus akan berkembang menjadi
tanaman kecil yang disebut plantlet. Kultur jaringan merupakan salah satu
rangkaian teknik rekayasa genetika karena dapat menumbuhkan sel-sel
transgenik. Oleh karena itu, dapat pula dikatakan bahwa kultur jaringan
sebagai alat (tool) dalam pelaksanaan rekayasa genetika.
d. Kloning
Kloning DNA adalah memasukkan DNA asing ke dalam plasmid suatu sel
bakteri, DNA yang dimasukkan ini akan bereplikasi (memperbanyak diri) dan
diturunkan pada sel anak pada waktu sel tersebut membelah. Jadi gen asing
ini tetap melakukan fungsi seperti sel asalnya, walaupun berada dalam sel
bakteri. Pembentukan DNA rekombinan ini disebut juga rekayasa genetika.
Pereka-yasaan genetika terhadap satu sel dapat dilakukan dengan hanya
menghi-langkan, menyisipkan atau menularkan satu atau beberapa pasang
basa nukleotida penyusun molekul DNA tersebut. Untuk kloning ini
5
diperlukan plasmid dan enzim untuk memotong DNA, serta enzim untuk
menyam-bungkan gen yang disisipkan itu ke plasmid.
e. Teknologi plasmid
Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di dalam sel bakteri atau
ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid, antara lain:
merupakan molekul DNA yang mengandung gen tertentu;
dapat beraplikasi diri;
dapat berpindah ke sel bakteri lain;
sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan plasmid induk.
Karena sifat-sifat tersebut di atas plasmid digunakan sebagai vektor atau
pemindah gen ke dalam sel target.
f. Transfer Vektor
Transfer vector merupakan cara memasukkan suatu gen ke dalam sel
baru dengan menggunakan pembawa (carrier) khusus. Transfer semacam ini
memanfaatkan prose salami seperti pada transfer DNA oleh bakteri dan virus.
Vektor yang digunakan dalam teknik ini dapat berupa plasmid, bakteriofag,
dan kosmid atau cosmid. Selain itu juga tedapat Shuttle vector atau vector
ulang-alik yang berupa molekul DNA.
Sifat yang harus dimiliki molekul DNA sebagai vector:
1. Mampu melakukan replikasi sendiri maupun replikasi segmen DNA yang
diinsersikan bebas dari replikasi kromosom sel inang dengan cara
membawahi suatu ori.
2. Mengandung sejumlah tapak pemutusan enzim restriksi khusus yang
bermanfaat untuk insersi segmen-segmen DNA.
3. Membawahi suatu penanda yang dapat dimanfaatkan untuk identifikasi sel-
sel inang yang mengandungnya,
4. Mudah terbebas kembali dari sel inang.
6
Selain sifat-sifat diatas, molekul DNA yang digunakan untuk vector
sebaiknya memiliki berat molekul rendah dan mampu member sifat fenotip
yang dipilih dengan segera pada sel inang.
g. PCR
Polymerase Chain Reaction (PCR) adalah metode untuk amplifikasi
(perbanyakan) primer oligonukleotida diarahkan secara enzimatik urutan
DNA spesifik. Teknik ini mampu memperbanyak sebuah urutan 105-106-kali
lipat dari jumlah nanogram DNA template dalam latar belakang besar pada
sequence yang tidak relevan (misalnya dari total DNA genomik). Sebuah
prasyarat untuk memperbanyak urutan menggunakan PCR adalah memiliki
pengetahuan, urutan segmen unik yang mengapit DNA yang akan
diamplifikasi, sehingga oligonucleotides tertentu dapat diperoleh. Hal ini
tidak perlu tahu apa-apa tentang urutan intervening antara primer. Produk
PCR diamplifikasi dari template DNA menggunakan DNA polimerase stabil-
panas dari Thermus aquaticus (Taq DNA polimerase) dan menggunakan
pengatur siklus termal otomatis (Perkin-Elmer/Cetus) untuk menempatkan
reaksi sampai 30 atau lebih siklus denaturasi, anil primer, dan polimerisasi.
Setelah amplifikasi dengan PCR, produk ini dipisahkan dengan elektroforesis
gel poliakrilamida dan secara langsung divisualisasikan setelah pewarnaan
dengan bromida etidium.
PCR (Polymerase Chain Reaction) merupakan suatu teknik
perbanyakan (amplifikasi) potongan DNA secara in vitro pada daerah spesifik
yang dibatasi oleh dua buah primer oligonukleotida. Primer yang digunakan
sebagai pembatas daerah yang diperbanyak adalah DNA untai tunggal yang
urutannya komplemen dengan DNA templatnya. Proses tersebut mirip
dengan proses replikasi DNA secara in vivo yang bersifat semi konservatif.
PCR memungkinkan adanya perbanyakan DNA antara dua primer,
hanya di dalam tabung reaksi, tanpa perlu memasukkannya ke dalam sel (in
vivo). Pada proses PCR dibutuhkan DNA untai ganda yang berfungsi sebagai
cetakan (templat) yang mengandung DNA-target (yang akan diamplifikasi)
untuk pembentukan molekul DNA baru, enzim DNA polimerase,
7
deoksinukleosida trifosfat (dNTP), dan sepasang primer oligonukleotida.
Pada kondisi tertentu, kedua primer akan mengenali dan berikatan dengan
untaian DNA komplemennya yang terletak pada awal dan akhir fragmen
DNA target, sehingga kedua primer tersebut akan menyediakan gugus
hidroksil bebas pada karbon 3’. Setelah kedua primer menempel pada DNA
templat, DNA polimerase mengkatalisis proses pemanjangan kedua primer
dengan menambahkan nukleotida yang komplemen dengan urutan nukleotida
templat. DNA polimerase mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester
antara OH pada karbon 3’ dengan gugus 5’ fosfat dNTP yang ditambahkan.
Sehingga proses penambahan dNTP yang dikatalisis oleh enzim DNA
polimerase ini berlangsung dengan arah 5’→3’ dan disebut reaksi
polimerisasi. Enzim DNA polimerase hanya akan menambahkan dNTP yang
komplemen dengan nukleotida yang terdapat pada rantai DNA templat.
PCR melibatkan banyak siklus yang masing-masing terdiri dari tiga
tahap berurutan, yaitu pemisahan (denaturasi) rantai DNA templat,
penempelan (annealing) pasangan primer pada DNA target dan pemanjangan
(extension) primer atau reaksi polimerisasi yang dikaalisis oleh DNA
polimerase.
4. Dampak Rekayasa Genetika
Dengan perkembangan bioteknologi, akan memberikan dampak positif
maupun dampak negatif bagi makhluk hidup, yang mencakup semua bidang.
Adapun dampak negatif rekayasa genetika antara lain:
a. Dampak Di Bidang Sosial Ekonomi
Dampak ekonomi yang tampak adalah paten hasil rekayasa, swastanisasi
dan kosentrasi bioteknologi pada kelompok tertentu, memberikan pengaruh
yang sangat luas pada masyarakat. Produk bioteknologi dapat merugikan
petani kecil. Penggunakan hormon pertumbuhan sapi dapat meningkatkan
produksi susu sapi sampai 20%, niscaya akan menggusur peternak kecil.
b. Dampak Di Bidang Kesehatan
8
Produk rekayasa di bidang kesehatan ini memang sudah ada yang
menimbulkan masalah yang serius. Contohnya adalah penggunaan insulin
hasil rekayasa menyebabkan 31 orang meninggal di inggris. Tomat Flavr
Savr diketahui mengandung gen resisten terhaap antibiotik. Susu sapi yang
disuntik dengan hormone BGH disinyalir mengandung bahan kimia baru
yang punya potensi berbahaya bagi kesehatan manusia.
c. Dampak Di Bidang Etika Dan Moral
Menyisipkan gen makhluk hidup kepada makhluk hidup lain memiliki
dampak etika yag serius. Menyisipkan gen makhluk hidup lain yang tidak
berkerabat dianggap sebagai pelanggaran terhadap hukum alam dan sulit
diterima manusia. Bahan pangan transgenik yang tidak berlabel juga
membawa konsekuensi bagi penganut agama tertentu. Penerapan hak paten
pada organism hasil rekayasa merupakan pemberian hak pribadi atas
organism. Hal ini bertentangan dengan banyak nilai-nilai budaya yang
mengghargai nilai intrinsic makhluk hidup.
Domba Dolly yang lahir pada 5 Juli 1996 diumumkan pada 23 Februari
1997 oleh majalah Nature. Pada 4 Januari 2002 di hadapan para wartawan
dinyatakan domba itu menderita radang sendi di kaki belakang kiri di dekat
pinggul dan lutut atau menderita arthritis. Kelahiran domba Dolly berkat
kemajuan teknologi rekayasa genetika yang disebut kloning dengan
mentransplantasikan gen dari sel kambing susu domba ke ovum (sel telur
domba) dari induknya sendiri. Sejak lahir si domba Dolly tumbuh dan
berkembang dalam keadaan sehat tetapi sesudah hampir enam tahun mulai
muncul penyakit arthritis yang dijelaskan di hadapan wartawan.
d. Gangguan Terhadap Lingkungan
Pola tanam produk pertanian di Indonesia areal kecil dikelilingi oleh
berbagai gulma, dengan adanya sifat cross-polination dari GMO maka
dikhawatirkan akan bermunculan gulma baru yang lebih resisten. Tanpa
membakar sisa tanaman GMO akan memusnahkan jasad renik dalam tanah
bekas penanaman tanaman GMO akibat sifat dari sisa GMO yang bersifat
toksis. Jangka panjang akan merubah struktur dan tekstur tanah. Sifat
9
tanaman GMO yang dapat membunuh larva kupu-kupu, akan memberikan
kekhawatiran punahnya kupu-kupu di Sulawesi Selatan. Seperti diketahui
Sulawesi Selatan termasyhur dengan kupu-kupunya.
e. Gangguan terhadap kesehatan
Satu-satunya gangguan kesehatan akibat penggunaan hasil rekayasa
genetika ialah reaksi alergis yang sudah dapat dibuktikan. Kebiasaan
mengonsumsi daging, di Indonesia memiliki kekhususan tersendiri dalam
pola konsumsi daging, tidak ada bagian tubuh sapi yang tidak dikonsumsi.
Apabila sapi disuntik dengan bovinesomatotropin, mengakibatkan kadar
IGF I meningkat sangat tinggi dalam darah dan hati. Bagi daerah yang
menggunakan darah sebagai bahan pangan demikian pula mengonsumsi hati
(Indonesia mengimpor hati sejumlah lima juta kg dari negara-negara yang
menggunakan GMO) memberikan kekhawatiran munculnya dampak negatif
penggunaan GMO.
f. Gangguan Terhadap Religi Dan Etika
Penggunaan obat insulin yang diproduksi dari transplantasi sel pancreas babi
ke sel bakteri, serta xenotransplatation yang menggunakan katup jantung
babi ditransplantasikan ke jantung manusia memberikan kekhawatiran
terhadap mereka yang beragama Islam.
Adapun dampak positif rekayasa genetika antara lain:
a. Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai
hormone manusia seperti insulin dan hormone pertumbuhan.
b. Tersedianya bahan makanan yang lebih melimpah.
c. Tersedianya sumber energy yang terbaharui.Proses industry yang lebih
murah.
d. Berkurangnya polusi.
10
top related