APLIKASI ASAM NUKLEAT DI BERBAGAI BIDANGDALAM KEHIDUPAN

Ferdi Fajrian Adicandra1306370695

Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia

ABSTRAKAsam nukleat adalah senyawa kimia yang terdapat di dalam inti sel (Nukleus). Asam nukleat merupakan suatu polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik yang berhubungan dengan pewarisan sifat turunan. Sebagai pembawa informasi genetik yang mengatur pemunculan sifat suatu makhluk hidup.  Asam nukleat ditemukan di segala jenis sel makhluk hidup. Pengaplikasian asam nukleat dalam kehidupan dapat digunakan untuk merekaya gen pada suatu organisme agar tercipta organisme dengan sifat yang diinginkan dan dapat digunakan juga untuk merubah fungsi biologis suatu organisme. Pengakpikasian asam nukleat di berbagai bidang dalam kehidupan meliputi bidang; bidang pertanian dan peternakan; bidang perkebunan, kehutanan, dan florikultur; bidang farmasi dan industri; serta bidang hukum dan forensik.

KATA KUNCI : Asam Nukleat, DNA, RNA, Bioteknologi, Rekayasa Genetika, Teknologi DNA Rekombinan, Tanaman Transgenik, Kloning, Fingerprints.

A. Rekayasa GenetikaSecara ilmiah, rekayasa genetika adalah manipulasi genetik atau perubahan dalam susunan genetik dari suatu organisme. Rekayasa genetika merupakan proses buatan/sintetis dengan menggunakan Teknologi DNA rekombinan. Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi atau melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Hasil dari rekayasa genetika adalah sebuah organisme yang memiliki sifat yang diingingkan atau organisme dengan sifat unggul, organisme tersebut sering disebut sebagai organisme transgenik.

B. Bidang Pertanian dan PeternakanTeknik 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).

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.

B.1. Metode elektroporasi.Metode transfer DNA yang umum digunakan pada tanaman monokotil adalah elektroporasi dari protoplas, perlakuan polythyleneglycol (PEG) pada protoplas dan kombinasi antara dua perlakuan

tersebut diatas. Pada proses elektroporasi ini, dimana enzim khusus pendenaturasi dinding sel melepaskan dinding sel dari selnya. Kemudian sel-sel akan menjadi protoplas, yaitu sel-sel tumbuhan yang dilucut dinding selnya tetapi masih dilapisi membran selular. Tahap elektroporasi berikutnya, yaitu dikejutkan dengan listrik tegangan tinggi melalui larutan yang mengandung protoplas. Kejutan listrik ini menyebabkan membran untuk sementara tidak stabil dengan membentuk pori-pori kecil. Melalui pori-pori sementara ini, DNA gen donor dapat disuntikkan. DNA diinjeksikan dalam bentuk transfer plasmid yang dipindahkan ke kromosom dan menjadi satu dalam DNA tanaman. Tidak lama setelah pemberian kejutan listrik dan injeksi, sel membran terbentuk kembali. Dinding sel juga terbentuk kembali melalui proses pembalikan. Salah satu kelemahan penggunaan protoplas sebagai eksplan untuk transformasi adalah sulitnya regenerasi dari protoplas, dan variasi somaklonal akibat panjang periode kultur.

B.2. Silikon Karbida, whiskers (duri halus karbid silikon)Karbid silikon yaitu teknologi transfer gen di mana sampel dicelup ke larutan ber-DNA yang akan ditransfer, tambahkan beberapa mikroliter whisker, lalu divortex. Pemindahan plasmid DNA secara langsung dengan menggunakan silikon karbida (whiskers) menawarkan opsi yang benar-benar mudah dan murah untuk menghasilkan tanaman transgenik yang fertil.  Suspensi budidaya sel embriogenik dicampurkan dengan plasmid DNA dan whiskers: menghasilkan tabrakan antara sekelompok sel dengan whiskers yang menyerupai jarum menghasilkan penetrasi sel dan DNA pun bisa berpindah. Sampai saat ini, metode ini diaplikasikan pada tanaman jagung tapi tetapi ada juga yang menggunakan metode serupa untuk transformasi pada tanaman bunga matahari (sunflower).

Gambar 1. Proses transfer gen dengan medium silikon karbida Sumber: http://4.bp.blogspot.com/_wBKVsVlXexg/TEKQL0ZQbTI/AAAAAAAAADM/-qO-c3wa-

OA/s1600/whiskers+1.jpg

B.3. Penembakan partikel (Particle bombardment)Penembakan partikel yaitu teknologi yang menggunakan metode penembakan partikel atau gen gun. DNA yang melapisi partikel ditembakkan secara langsung ke dalam sel atau jaringan tanaman (Klein et al.1988). Partikel yang mengandung DNA tersebut menembus dinding sel dan membran, kemudian DNA berdifusi dan menyebar di dalam sel secara independen. Metode transformasi dengan penembakan partikel pertama kali diaplikasikan pada jagung oleh Gordon Kamm et al. (1990) dan berhasil mendapatkan jagung transgenik yang fertil.

Dikejutkan dengan listrik tegangan tinggi

Membran membentuk pori-pori

DNA gen donor (plasmid) disuntikan melalui pori-pori

Sel membran tertutup kembali

B.4. Metode transformasi yang dilakukan atau diperantara oleh Agrobacterium tumefaciens.Bakteri  Agrobacterium tumefaciens dapat menginfeksi tanaman secara alami karena memiliki plasmid Ti, suatu vektor (pembawa DNA) untuk menyisipkan gen asing.Di dalam plasmid Ti terdapat gen yang menyandikan sifat virulensi untuk menyebabkan penyakit tanaman tertentu. Gen asing yang ingin dimasukkan ke dalam tanaman dapat disisipkan di dalam plasmid Ti. Selanjutnya, A. tumefaciens secara langsung dapat memindahkan gen pada plasmid tersebut ke dalam genom (DNA) tanaman. Setelah DNA asing menyatu dengan DNA tanaman maka sifat-sifat yang diinginkan dapat diekspresikan tumbuhan.

Gambar 2. Tahapan proses trnasfer gen melalui perantaraAgrobacterium tumefaciens dan proses penembakan partikel.Sumber : Mirkov (2003)

B.5. Klona embrioTahapan teknik klona embrio pada hewan ternak misalnya sapi, adalah sebagai berikut. Pertama, sel telur yang diambil dari sapi betina dibuahi dengan sperma dari sapi jantan terbaik. Pembuahan dilakukan di dalam cawan petri. Pembuahan ini disebut sebagai fertilisasi in-vitro. Sel telur yang telah dibuahi akan membentuk kumpulan sel-sel. Pada tahapan ini embrio muda tersebut dipisahkan menjadi beberapa bagian. Setiap bagian embrio merupakan klon yang secara genetic identik. Embrio-embrio tersebut kemudian ditanamkan pada rahim sapi-sapi betina dewasa lainnya. Embrio-embrio akan tumbuh menjadi anak-anak sapi yang siap dilahirkan dengan sifat yang sama seperti induknya.

Gambar 3. Tahapan Klona EmbrioB.6. Klona dengan transfer intiTeknik klona dengan transfer inti adalah klon-klon dihasilkan dari suatu individu. Prinsip klona dengan transfer inti adalah dengan memasukkan donor DNA dari hewan yang karakternya diinginkan ke dalam sel telur hewan yang intinya (DNA-nya) telah dihilangkan. Setelah terbentuk embrio lalu embrio ditanamkan ke rahim induk hewan yang akan membesarkannya. Contoh klona dengan transfer inti adalah domb Dolly. Dolly merupakan domba hasil klon yang dilakukan oleh ilmuwan dari SKotlandia yang dipimpin oleh Ian Wilmot. Wilmot dan timnya merusak nukelus satu sel telur, kemudian dimasuki nucleus donor yang diambil dari sel-sel kelenjar susu seekor domba dewasa. Sel telur dengan nukelus dari donor memiliki materi genetic yang sama persis dengan induk yang mendonorkan nukelusnya. Kemudian sel tersebut distimulasi agar membelah menjadi kumpulan sel-sel (blastomer) yang ditanam ke dalam rahim seekor domba betina dewasa sebagai induk pengganti.

Gambar 4. Proses Klona dengan Transfer Inti

C. Bidang Perkebunan, Kehutanan, dan Florikultur

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).

Domba Dolly

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.

D. Bidang Farmasi dan Industri

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).

D.1. Pembuatan insulin melalui proses rekayasa genetika

Insulin 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.

Adapun 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 laktosa

Plasmid 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 asingBakteri 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 diinginkanSetelah 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.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.

Gambar 5. Proses Pembuatan Insulin denganMenggunakan Plasmid Bakteri

Sumber : http://www.biotechonweb.com/

D.2. Terapi gen 

Terapi gen merupakan salah satu aplikasi bioteknologi modern yang berperan sebagai metode pencegahan, penyembuhan, atau penanggulangan suatu penyakit yang berbasis pada gen. Metode terapi gen berbeda dengan terapi konvensional. Pada terapi konvensional, yang menjadi fokus pengobatan adalah protein. Sedangkan pada terapi gen, fokusnya bukan lagi pada protein, tetapi menarget kepada gen nya. Dalam terapi gen diusahakan gen yang menyebabkan penyakit direkayasa agar kembali normal dengan cara memodifikasi, menambahkan, atau melengkapi gen tersebut sesuai dengan kebutuhan. Pada pasien yang memiliki kelainan berupa mutasi pada gennya, maka diperlukan modifikiasi gen. Jika pasien tidak memiliki bagian gen tertentu, maka dilakukan pelengkapan gen. Sedangkan penambahan gen terkadang dilakukan agar menimbulkan efek tertentu. Metode penambahan, modifikasi, peyisipan, maupun pengurangan gen disebut metode gen transfer. Metode gen transfer ini sangat berguna dalam aplikasi terapi gen, karena dapat mentreatment atau menyembuhkan penyakit dengan memasukkan materi genetik tertentu.

Ada dua jenis cara dalam praktek terapi gen. Terapi gen dapat dilakukan secara ex-vivo (luar tubuh) maupun in-vivo(dalam tubuh).

Gambar 6. Proses Terapi Gen Ex vivo dan In vivo

 Ex-vivo. Pada terapi gen ex-vivo, rekayasa/transfeksi genetika dilakukan di luar tubuh. Mula-mula sel didalam tubuh manusia (yang bermasalah) di ekstrak dulu keluar, setelah itu diinjeksikan kembali ke dalam tubuh. Metode ini merupakan metode tak langsung, karena prosesnya dilakukan di luar tubuh (ex-vivo).

In-vivo. Pada terapi gen in-vivo, rekayasa/transfeksi genetika dilakukan di dalam tubuh. Terapi gen in-vivo biasanya dilakukan dengan memasukkan gen tertentu yang melibatkan virus sebagai media transfer ke dalam tubuh pasien. Metode ini merupakan metode langsung, karena prosesnya dilakukan di dalam tubuh (in-vivo).

Kemungkinan keberhasilan metode terapi gen in-vivo lebih kecil, karena gen yang kembali dimasukkan dapat dianggap sebagai benda asing oleh tubuh.

Percobaan terapi gen yang pertama kali dilakukan pada pasien balita penderita SCID (Severe Combined Immnue Defficiency). Penyakit ini disebabkan karena sel darah putih tidak dapat menghasilkan ADA (Adenosine Deaminase).  

Gambar 7. Penerapan Proses Terapi Gen Ex vivoSumber : http://www.mun.ca/biology/scarr/Somatic_Therapy_for_SCID.htm

Metode penyembuhan penyakit SCID dilakukan dengan terapi gen ex-vivo atau diluar tubuh. Mula-mula, bagian T-cell dari sel darah putih pasien diekstrak keluar tubuh, kemudian diisolasi. Sementara itu disiapkan gen ADA normal yang disisipkan pada plasmid bakteri. Selain itu juga diperlukan media transfer berupa retrovirus yang telah dilemahkan sehingga tidak berbahaya. Virus tersebut berfungsi sebagai media transfer gen ADA agar dapat dimasukkan kedalam tubuh. Setelah tiga komponen tersebut lengkap (T-cell pasien, retrovirus, dan gen ADA dalam plasmid bakteri), ketiganya digabungkan sehingga terbentuklah sel darah putih yang menghasilkan gen pengkode ADA. Sel tersebut kemudian dikultur dalam laboratorium, setelah itu diinjeksikan kembali ke tubuh pasien.

Suksesnya penemuan metode terapi gen adalah berkat dari adanya central dogma dalam biologi molekuler. Dulu orang menganggap protein sebagai molekul pembawa sifat, kemudian pada tahun 1940 baru orang menganggap bahwa DNA adalah pembawa sifat. Central dogma dalam biologi molekuler menjelaskan bahwa DNA double helix yang awalnya ditranskripsi menjadi mRNA (untai tunggal) kemudian baru membuat protein. Protein tertentu dapat menimbulkan suatu penyakit. Pada metode konvensional, diusahakan supaya protein tidak menjadi penyakit. Namun setelah adanya pemahaman central dogma, timbul gagasan terapi gen dengan mem-blok proses transkripsi dari DNA ke mRNA maupun translasi dari RNA ke protein. Metode terapi gen tentu saja jauh lebih efektif daripada metode konvensional.

Terapi gen telah banyak berkembang dari waktu ke waktu. Perkembangan ini menghasilkan banyak

metode dan variasi terapi gen. Beberapa variasi dari terapi gen adalah strategi antisense dan strategi antigene. Kedua variasi tersebut lebih berfokus pada ekspresi gen.

Gambar 8. Tahapan Proses Antisense Strategi

1. Strategi antisense.Disebut  juga anti RNA karena bertujuan menghambat mRNA untuk membetuk protein. Untuk dapat membentuk protein, single strain mRNA harus melalui proses translasi. Strategi antisense ditujukan untuk menghambat proses translasi mRNA sehingga tidak dapat menghasilkan protein penyebab penyakit. Proses penghambatan atau inhibisi mRNA menggunakan strain oligonucleotide pendek. Jadi, mRNA yang mula-mula single strain berubah menjadi double strain karena diblok oleh single strain nucleotide. Proses ini dilakukan dengan dua kali injeksi (multiple injection) pada masing-masing mRNA yang awalnya terbentuk dari satu molekul DNA.

2. Strategi antigene.Pada strategi antigene, penghambatan ekspresi gen dilakukan pada tahapan yang lebih dini, yaitu transkripsi DNA. Seperti strategi antisense, strategi antigene juga menggunakan single strain oligonucleotide pendek sebagai penghambat. Bedanya, pada strategi antigene yang diblok/dihambat adalah DNA sehingga tidak dapat ditranskripsikan menjadi mRNA. DNA yang mulanya double strain berubah menjadi triple strain setelah dihambat oleh single strain oligonucleotide. Strategi antigene hanya memerlukan sekali injeksi pada DNA yang bermasalah.

Strategi antigene sebenarnya lebih efisien karena langsung mentarget akar permasalahan yaitu DNA dan pengobatannya hanya perlu dilakukan sekali seumur hidup, tetapi banyak terdapat kesulitan dalam perkembangan strategi ini, antara lain dalam hal memasukkan obat untuk menembus inti sel dimana DNA berada, masalah lain terdapat pada triple helix yang tidak cukup stabil seperti double helix dan juga triple helix kurang poten. Disamping itu, belum lama ini antisense lebih dikembangkan. Perkembangan antisense yang pesat disebabkan oleh beberapa hal, antara lain karena sifat double helix yang mudah terbentuk dan lebih stabil, juga karena mRNA lebih mudah dijadikan target karena berada di luar inti sel.

D.4. Antibodi Monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi buatan identifik karena diproduksi oleh salah satu jenis sel imun saja dan semua klonnya merupakan sel single parent. Antibodi monoklonal mempunyai sifat khusus yang unik yaitu dapat mengenal suatu molekul, memberikan informasi tentang molekul spesifik dan sebagai terapi target tanpa merusak sel sehat sekitarnya. Antibodi monoklonal murni dapat diproduksi dalam jumlah besar dan bebas kontaminasi. Antibodi monoklonal dapat diperoleh dari sel yang

dikembangkan di laboratorium, reagen tersebut sangat berguna untuk penelitian terapi dan diagnostik laboratorium.Antibodi monoklonal dapat diciptakan untuk mengikat antigen tertentu kemudian dapat mendeteksi atau memurnikannya. Manusia dan tikus mempunyai kemampuan untuk membentuk antibodi yang dapat mengenali antigen. Antibodi monoklonal tidak hanya mempertahankan tubuh untuk melawan organisme penyakit tetapi juga dapat menarik molekul target lainnya di dalam tubuh seperti reseptor protein yang ada pada permukaan sel normal atau molekul yang khas terdapat pada permukaan sel kanker. Spesifisiti antibodi yang luar biasa menjadikan zat ini dapat digunakan sebagai terapi. Antibodi mengikat sel kanker dan berpasangan dengan zat sitotoksik sehingga membentuk suatu kompleks yang dapat mencari dan menghancurkan sel kanker.

Proses pembuatan antibodi monoklonal melalui 5 tahapan yaitu;1. Imunisasi tikus dan seleksi tikus donor untuk pengembangan sel hybridoma Tikus diimunisasi

dengan antigen tertentu untuk menghasilkan antibodi yang diinginkan. Tikus dimatikan jika titer antibodinya sudah cukup tercapai dalam serum kemudian limpanya digunakan sebagai sumber sel yang akan digabungkan dengan sel myeloma.

2. Penyaringan produksi antibodi tikus Serum antibodi pada darah tikus itu dinilai setelah beberapa minggu imunisasi. Titer serum antibodi ditentukan dengan berbagai macam teknik seperti enzyme link immunosorbent assay (ELISA) dan flow cytometry. Fusi sel dapat dilakukan bila titer antibodi sudah tinggi jika titer masih rendah maka harus dilakukan booster  sampai respons yang adekuat tercapai. Pembuatan sel hybridoma secara in vitro diambil dari limpa tikus yang dimatikan.

3. Persiapan sel myeloma Sel myeloma yang didapat dari tumor limfosit abadi tidak dapat tumbuh jika kekurangan hypoxantine guanine phosphoribosyl transferase (HGPRT) dan sel limpa normal masa hidupnya terbatas. Antibodi dari sel limpa yang memiliki masa hidup terbatas menyediakan HGPRT lalu digabungkan dengan sel myeloma yang hidupnya abadi sehingga dihasilkan suatu hybridoma yang dapat tumbuh tidak terbatas. Sel myelomamerupakan sel abadi yang dikultur dengan 8 azaguanine sensitif terhadap medium seleksi hypoxanthine aminopterin thymidine (HAT). Satu minggu sebelum fusi sel, sel myeloma dikultur dalam 8 azaguanine. Sel harus mempunyai kemampuan hidup tinggi dan dapat tumbuh cepat. Fusi sel menggunakan medium HAT untuk dapat bertahan hidup dalam kultur.

4. Fusi sel myeloma dengan sel imun limpa Satu sel limpa digabungkan dengan sel myeloma yang telah dipersiapkan. Fusi ini diselesaikan melalui sentrifugasi sel limpa dan sel myeloma dalam polyethylene glycol suatu zat yang dapat menggabungkan membran sel. Sel yang berhasil mengalami fusi dapat tumbuh pada medium khusus. Sel itu kemudian didistribusikan ke dalam tempat yang berisi makanan, didapat dari cairan peritoneal tikus. Sumber makanan sel itu menyediakan growth factor untuk pertumbuhan sel hybridoma.

5. Pengembangan lebih lanjut kloning sel hybridoma Kelompok kecil sel hybridoma dapat dikembangkan pada kultur jaringan dengan cara seleksi ikatan antigen atau dikembangkan melalui metode asites tikus. Kloning secara limiting dilution akan memastikan suatu klon itu berhasil. Kultur hybridoma dapat dipertahankan secara in vitro dalam tabung kultur (10-60 ug/ml) dan in vivo pada tikus, hidup tumbuh di dalam suatu asites tikus. Konsentrasi antibodi dalam serum dan cairan tubuh lain 1-10 ug/ml.

Gambar 9. Proses Pembuatan Antibodi Monoklonal

Sumber : http://www.biology.iupui.edu/biocourses/Biol540/6secondwavefullCSS.html

E. Bidang Hukum dan Forensik          DNA Fingerprint

DNA fingerprint merupakan salah satu bagian atau tipe dari bioteknologi yaitu tipe bioteknologi forensik. Bioteknologi itu sendiri berarti seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia atau lingkungan.

Prosedur pemeriksaan DNA FingerprintUji 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 mensortirEnzim 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 nylonDistribusi potongan DNA ditransfer pada sehelai nylon dengan menempatkan nylon diatas gel

dan direndam selama 1 malam.

Tahap 4 dan 5: ProbingDengan 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 FingerprintTahapan akhir DNA fingerprint dibuat dengan menggunakan beberapa probe (5-10 atau lebih)

Biasanya menyerupai pita-pita DNA.

Gambar 10. Contoh Pita-Pita DNASumber : http://sites.bergen.org/forensic/DNA_finger.htm

SUMMARYAplikasi dari asam nukleat dapat dikatakan sebagai rekayasa genetika. Hal tersebut karena seluruh aplikasi dari asam nukleat adalah merekayasa genetika dari suatu organisme sehingga didapatkan hasil yang diinginkan. Contoh pengaplikasian di bidang pertanian dan peternakan adalah tanaman transgenik dan juga kloning. Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam pembuatan tanaman transgenik yaitu metode elektroporas, silikon karbida, penembakan partikel, dan transformasi dengan perantara Agrobacterium tumefaciens. Contoh pada bidang perkebunan, kehutanan, dan florikultur adalah terciptanya tanaman yang tshan akan serangga/hama dengan bantuan bacteri Bacillus thuringiensis. Contoh pada bidang farmasi dan industri adalah pembuatan hormon insulin dengan bantuan bakteri melalui proses rekayasa genetika, terapi gen dan antibodi monoklonal. Contoh pada bidang hukum dan forensik adalah penggunaan DNA fingerprint. Penggunaan asam nukleat ini membantu polisi untuk mengidentifikasi mayat korban atau mencari pelaku sebuah tindak kriminal dengan mencocokan DNA yang ditemukan di lokasi kejadian.

DAFTAR PUSTAKA

Nelson PN, Reynolds GM, Waldron EE, Ward E, Giannopoulos K, Murray PG. 2000. Demystified monoclonal antibodies. J Clin Pathol: Mol Pathol.

Campbell N.A, Jane B. Reece, Lawrence G. Mitchell, 2000. Biologi. Edisi 5, jilid I. Jakarta: Erlangga.

Darmono. 2010. DNA Fingerprint. [online] Available at http://www.geocities.com. [22 Februari 2015].

Mirkov TE. 2003. The molecular basis of genetic modification and improvement of crops. In: Chrispeels MJ, Sadava DE (eds.) Plants, Genes and Crop Biotechnology 2nd edition. Jones and Bartlett Publishers.