makalah rekayasa genetik mikroba

5/25/2018 MAKALAH Rekayasa Genetik Mikroba

1/13

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangIlmu genetika mendefinisikan dan menganalisis keturunan (heredity) atau

konstansi dan perubahan pengaturan dari berbagai fungsi fisiologis yang

membentuk karakter organisme. Unit keturunan disebut gen, adalah suatu segmen

DNA yang nukleotidanya membawa informasi karakter biokimia atau fisiologis

tertentu..

Genetika ialah telaah mengenai pewarisan dan keragaman ciri-ciri suatu

organisme, baik organisme itu uniselular maupun multiseluler. Penelitian dalam

bidang genetika pada taraf molekular telah mengenali asam deoksiribonukleat

(DNA), yaitu substansi kimiawi yang membangun kromosom, sebagai substansi

yang turun temurun. Banyak yang telah ditemukan mengenai struktur molekul

DNA dan juga replikasinya. Sandi genetis yang terkandung di dalamnya telah

pula diungkapkan artinya. Kini kita memiliki pengetahuan mengenai bagaimana

informasi genetis diteruskan untuk mengendalikan perumbuhan dan aktivitas

selular.

Pengetahuan ini juga telah menuntun kepada pemahaman bahwa cacat

molekular pada informasi yang disandikan di dalam DNA merupakan penyebab

banyak penyakit genetis. Seperti halnya prinsip-prinsip biokimia, prinsip-prinsip

genetika itu universal. Telaah mengenai genetika mikroba telah banyak

sumbangannya terhadap apa yang kita ketahui mengenai genetika semuaorganisme. Sel-sel prokariotik, terutama bakteri, telah terkenal sekali

kegunaannya seperti bakteri Escherichia coli dalam pembentukkan insulin di

dalam hal ini; karena prokariota adalah organisme berkromosom tunggal,

diekspresikan dengan segera dan mudah diamati.


2/13

2

Rekayasa genetika adalah proses mengidentifikasi dan mengisolasi DNA

dari suatu sel hidup atau mati dan memasukkannya dalam sel hidup lainnya.

Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk

menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa

genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. 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.

1.2 Tujuan PenulisanAdapun tujuan dalam penyusunan makalah ini, antara lain:

1. Mengetahui rekayasa genetika mikroba dalam industri insulin2. Mengetahui penggunaan mikroba dalam produksi insulin

1.3 Rumusan Masalah1. Bagaimana cara rekayasa genetika mikroba dalam industri insulin2. Bagaimana cara penggunaan mikroba dalam produksi insulin


3/13

3

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika dalam arti paling luas adalah penerapan genetika untuk

kepentingan manusia. Dengan pengertian ini kegiatan pemuliaan hewan atau

tanaman melalui seleksi dalam populasi dapat dimasukkan. Demikian pula

penerapan mutasi buatan tanpa target dapat pula dimasukkan. Walaupun

demikian, masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih

sempit, yaitu penerapan teknik-teknik biologi molekular untuk mengubah susunan

genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan

pada kemanfaatan tertentu.

2.2 Peran Rekayasa Genetika Mikroba Dalam Industri Insulin

Insulin (bahasa latin: insula, pulau, karena diproduksi di pulau-pulau

Langerhans di pankreas) adalah sebuah hormon polipeptida yang mengatur

metabolisme karbohidrat. Selain merupakan efektor utama dalam homeostasis

karbohidrat, hormon ini juga ambil bagian dalam metabolisme lemak (trigliserida)

dan protein. Hormon ini memiliki properti anabolik. Hormon tersebut juga

mempengaruhi jaringan tubuh lainnya.

Insulin menyebabkan sel (biologi) pada otot dan adiposity menyerap

glukosa dari sirkulasi darah melalui transporter glukosa GLUT1 dan GLUT4 dan

menyimpannya sebagai glikogen di dalam hati dan otot sebagai sumber energi.

Kadar insulin yang rendah akan mengurangi penyerapan glukosa dan tubuh akan

mulai menggunakan lemak sebagai sumber energi.

Secara normal insulin dihasilkan oleh pankreas. Dalam keadaan sehat

pankreas secara spontan akan memproduksi insulin saat gula darah tinggi.

Prosesnya sebagai berikut : jika gula darah rendah glukogen akan dibebaskan

oleh sel alfa pankreas, kemudian hati akan melepaskan gula ke darah yang


4/13

4

mengakibatkan kadar gula darah menjadi normal. Sebaliknya jika gula dalam

darah tinggi, insulin akan dibebaskan oleh sel beta pankreas, kemudian sel-sel

lemak akan mengikat gula darah, yang mengakibatkan kadar gula darah menjadi

normal.

Struktur insulin manusia terdiri dari dua rantai polipeptida yang

dihubungkan oleh ikatan disulfida, yaitu polipeptida alfa dan beta. Polipeptida alfa

mengandung 21 asam amino sedang polipeptida beta mengandung 30 asam

amino. Apabila urutan asam amino suatu polipeptida diketahui maka dengan

menggunakan kode genetika dapat pula diketahui urutan nukleotida gena(DNA)

yang mengkodenya.

2.3 Kegunaan Insulin

Insulin digunakan dalam pengobatan beberapa jenis diabetes melitus.

Pasien dengan diabetes mellitus tipe 1 bergantung pada insulin eksogen

(disuntikkan ke bawah kulit/subkutan) untuk keselamatannya karena kekurangan

absolut hormon tersebut, pasien dengan diabetes mellitus tipe 2 memiliki tingkat

produksi insulin rendah ataukebal insulin, dan kadang kala membutuhkan

pengaturan insulin bila pengobatan lain tidak cukup untuk mengatur kadar

glukosa darah.

2.4 Pengobatan Diabetes Melitus

Hal yang berkaitan dengan pengobatan Diabetes Melitus mikroba berupa

Eschericia coli yang dapat melakukan proses metabolisme. Dari hasil

metabolisme tersebut dapat menghasilkan insulin yang dapat digunakan penderita

Diabetes Melitus (DM).

Sebelum era rekayasa genetika, insulin yang diperlukan untuk mengobati

penderita DM diperoleh dari hewan. Insulin yang dihasilkan oleh pankreas sapi

atau babi digunakan untuk pengobatan DM pada manusia. Jika dibandingkan

dengan insulin dari ekstraksi pankreas sapi yang hanya menghasilkan cc saja,

insulin babi dapat menghasilkan sekitar 1 L insulin dari gen pankreas yang diklon


5/13

5

dalam ragi pada tabung fermentor kapasitas 1000 L. Bila diamati dengan cermat,

secara ilmiah organ yang ada pada babi memiliki perwujudan yang sangat serasi

dengan manusia. Perbandingan lain juga ditemukan dari hasil struktur kimia yang

dimiliki oleh babi, ternyata struktur insulin yang dimiliki oleh pankreas babi

memiliki bentuk yang hampir sama dengan insulin manusia, yaitu :

Insulin Manusia : C256H381N65O76S6 MW = 5807,7

Insulin Babi : C257H383N65O77S6 MW = 5777,6

Namun cara ini mempunyai kelemahan, yaitu terbatasnya insulin yang

dapat diproduksi oleh pankreas, yang tidak sebanding dengan jumlah penderita

DM yang membutuhkan insulin. Selain itu memungkinkan adanya efek samping

karena insulin yang dihasilkan tidak sama persis dengan insulin manusia.

Meskipun diketahui insulin yang dihasilkan oleh babi paling mirip dengan insulin

manusia. Penemuan teknik rekayasa genetika pada Eschericia coli untuk

menghasilkan insulin, jauh lebih menguntungkan karena yang dihasilkan adalah

insulin manusia sehingga tidak memberikan efek sampingan seperti halnya insulin

hewan serta dapat dihasilkan banyak insulin dalam waktu yang relatif pendek. Hal

ini dikarenakan waktu generasiEschericia coli E. coliyang cukup pendek, yaitu

hanya 20 menit, sehingga setiap 20 menit, satu sel Eschericia coli membelah

menjadi 2 sel.

2.5 Penggunaan Mikroba Dalam Produksi Insulin

Penggunaan mikroba dalam produksi insulin dengan menggunakan jenis

bakteri Eschericia coli tergolong dalam mikrobiologi industri. Eschericia coli

Eschericia coli merupakan anggota bakteri. Selama ini bila kita mendengar kata

bakteri, maka yang terbayang di benak kita adalah sesuatu yang merugikan saja,

misalnya penyebab suatu penyakit. Padahal sebenarnya Eschericia coli tidaklah

demikian, bakteri ini dikenal sebagai mikrobia normal tubuh manusia. Eschericia

coli tidak bersifat pathogen selama berada dalam usus dan bahkan menurut

Sujono (1998) bakteri ini bersimbiosis mutualisme dengan manusia. Eschericia

coli membantu membentuk vitamin-vitamin (terutama vitamin K) dan dapat


6/13

6

menghambat terbentuknya gas H2S, sedangkan Eschericia coli juga

mendapatkan makanan dari sisa-sisa metabolisme manusia.

Eschericia coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetik. Biasa

digunakan sebagai vector untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan

untuk dikembangkan. Eschericia coli dipilih karena pertumbuhannya sangat

cepat dan mudah dalam penanganannya. Hormon insulin yang diproduksi dalam

tubuh bakteriEschericia coliberlangsung secara biosintesis.

2.6 Proses Produksi Insulin

Gambar 1 Proses Produksi Insulin

Gambar di atas adalah rekayasa genetika pada bakteria guna menghasilkan

hormon insulin yang penting untung pengendalian gula darah pada penderita

diabetes. Tahap-tahapnya adalah sebagai berikut:

1. Tahap pertama dalam membuat bakteria yang bisa menghasilkan insulinadalah dengan mengisolasi plasmid pada bakteri tersebut yang akan

direkayasa. Plasmid adalah materi genetik berupa DNA yang terdapat pada

bakteria namun tidak tergantung pada kromosom karena tidak berada di

dalam kromosom.
http://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture13.png


7/13

7

2. Kemudian plasmid tersebut dipotong dengan menggunakan enzim ditempat tertentu sebagai calon tempat gen baru yang nantinya dapat

membuat insulin.

3. Gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) insulin diambil darikromosom yang berasal dari sel manusia.

4. Gen yang telah dipotong dari kromosom sel manusia itu kemudiandirekatkan di plasmid tadi tepatnya di tempat bolong yang tersedia

setelah dipotong tadi.

5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia itu kemudian dimasukkankembali ke dalam bakteria.

6. Bakteria yang telah mengandung gen manusia itu selanjutnya berkembangbiak dan menghasilkan insulin yang dibutuhkan. Dengan begitu

diharapkan insulin dapat diproduksi dalam jumlah yang tidak terbatas di

pabrik-pabrik.

Insulin bervariasi dari satu organisme ke organisme lainnya, namun hal ini

tidak membedakan aktivitasnya. Pada mulanya sumber insulin untuk penggunaan

klinis pada manusia diperoleh dari pancreas sapi atau babi. Insulin yang diperoleh

dari sumber sumber tersebut efektif bagi manusia karena indentik dengan

insulin manusia. Insulin pada manusia, babi, dan sapi mempunyai perbedaan

dalam susunan asam aminonya, tapi aktivitasnya tetap sama.

Eschericia coli , penghuni saluran pencernaan manusia, adalah pabrik

yang digunakan dalam rekayasa genetika insulin. Ketika bakteri bereproduksi, gen

insulin direplikasi bersama dengan plasmid. Eschericia coli seketika

memproduksi enzim yang dengan cepat mendegradasi protein asing seperti

insulin. Hal tersebut dapat dicegah dengan cara menggunakan Eschericia coli

strain mutan yang sedikit mengandung enzim ini. Pada Eschericia coli, B-

galaktosidase adalah enzim yang mengontrol transkripsi gen. Untuk membuat

bakteri memproduksi insulin, gen insulin perlu terikat pada enzim ini.

Enzim restriksi secara alami diproduksi oleh bakteri. Enzim restriksi

bertindak seperti pisau bedah biologi, hanya mengenali rangkaian nukleotida


8/13

8

tertentu, misal salah satunya rangkaian kode untuk insulin. Hal tersebut

memungkinkan peneliti untuk memutuskan pasangan basa nitrogen tertentu dan

menghapus bagian DNA yang berisi kode genetik dari kromosom sebuah

organisme sehingga dapat memproduksi insulin. Sedangkan DNA ligase adalah

suatu enzim yang berfungsi sebagai perekat genetik dan pengelas ujung

nukleotida

Gambar. 2 Rantai DNA

Langkah pertama pembuatan humulin adalah mensintesis rantai DNA yang

membawa sekuens nukleotida spesifik yang sesuai karakteristik rantai polipeptida

A dan B dari insulin. Urutan DNA yang diperlukan dapat ditentukan karena

komposisi asam amino dari kedua rantai telah dipetakan. Enam puluh tiga

nukleotida yang diperlukan untuk mensintesis rantai A dan sembilan puluh untuk

rantai B, ditambah kodon pada akhir setiap rantai yang menandakan pengakhiran

sintesis protein.

Antikodon menggabungkan asam amino, metionin, kemudian ditempatkan

di setiap awal rantai yang memungkinkan pemindahan protein insulin dari asam

amino sel bakteri itu. Gen sintetik rantai A dan B kemudian secara terpisah

dimasukkan ke dalam gen untuk enzim bakteri, B-galaktosidase, yang dibawa

dalam plasmid vektor tersebut. Pada tahap ini, sangat penting untuk memastikan


9/13

9

bahwa kodon gen sintetik kompatibel dengan B-galaktosidase. Plasmid

rekombinan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel Eschericia coli.

Gambar 3. Bakteri Escherichia coli

Gambar 4 Cloning into a plasmid

Praktis penggunaan teknologi DNA rekombinan dalam sintesis insulin

manusia membutuhkan jutaan salinan plasmid bakteri yang telah digabungkan

dengan gen insulin dalam rangka untuk menghasilkan insulin. Gen insulin
http://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2012/01/cloning1.jpghttp://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture32.pnghttp://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2012/01/cloning1.jpghttp://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture32.png


10/13

10

diekspresikan bersama dengan sel mereplikasi galaktosidase-B di dalam sel yang

sedang menjalani mitosis.

Gambar. 5 Sel yang mengalami pembelahan mitosis

Protein yang terbentuk, sebagian terdiri dari B-galaktosidase, bergabung ke

salah satu rantai insulin A atau B. Rantai insulin A dan rantai B kemudian

diekstraksi dari fragmen B-galaktosidase dan dimurnikan.

Gambar. 6 Rantai Insulin

Kedua rantai dicampur dan dihubungkan kembali dalam reaksi yang

membentuk jembatan silang disulfida, menghasilkan Humulin murni (insulin

manusia sintetis).
http://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture52.pnghttp://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture43.pnghttp://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture52.pnghttp://aguskrisnoblog.files.wordpress.com/2011/01/picture43.png


11/13

11

Gambar. 7 Rantai insulin yang terhubung

2.6 Implikasi biologis dari rekayasa genetika Humulin rekombinan

Humulin merupakan protein hewani yang dibuat dari bakteri sedemikian

rupa sehingga strukturnya benar-benar identik dengan molekul alami. Hal ini akan

mengurangi kemungkinan komplikasi yang disebabkan produksi antibodi oleh

tubuh manusia. Dalam studi kimia dan farmakologi, insulin rekombinan DNA

manusia yang diproduksi secara komersil telah terbukti bisa dibedakan dari

insulin pankreas manusia.

Awalnya, kesulitan utama yang dihadapi adalah kontaminasi produk akhir

oleh sel inang, sehingga meningkatkan resiko kontaminasi dalam kaldu

fermentasi. Bahaya ini diatasi dengan ditemukannya proses pemurnian. Ketika

dilakukan tes pada produk akhir insulin, termasuk teknik terbaik radio-immuno

assay, tidak ada kotoran yang terdeteksi.

Seluruh prosedur, sekarang dilakukan dengan menggunakan sel ragi sebagai

media pertumbuhan, karena sel ragi dapat menghasilkan sebuah molekul insulin

manusia yang hampir lengkap dengan struktur tiga dimensi yang sempurna. Ini

meminimalkan kebutuhan untuk prosedur pemurnian kompleks dan mahal.


12/13

12

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

- Bakteri Eschericia coli tidaklah selalu merugikan, bakteri ini dikenal sebagaimikrobia normal tubuh manusia. Eschericia coli tidak bersifat patogen

selama berada dalam usus.

- Eschericia coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetik. Biasadigunakan sebagai vector untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan

untuk dikembangkan.

- Eschericia coli dipilih karena pertumbuhannya sangat cepat dan mudahdalam penanganannya. Hormon insulin yang diproduksi dalam tubuh bakteri

Eschericia coliberlangsung secara biosintesis.


13/13

13

DAFTAR PUSTAKA

Jawet, dkk. 2001.Mikrobiologi kedokteran. Penerbit salemba medica: Jakarta

Budiyanto. 2001. Peranan Mikroorganisme dalam Kehidupan Kita. Malang:Universitas Muhammadiyah Malang.

Anonymous. 2010. Kemajuan Iptek Untuk Kemaslahatan Umat. http://

Wikipedia.org. Diakses Tanggal 26 Maret 2014

Anonymous. 2010. Gambar Proses Reproduksi Insulin.

http://www.littletree.com.au/dna.htm.Diakses Tanggal 26 Maret 2014

Posted January 11, 2011 by aguskrisno in KAJIAN MIKROBIOLOGI

INDUSTRI.Leave a Comment
http://www.littletree.com.au/dna.htmhttp://aguskrisnoblog.wordpress.com/category/kajian-mikrobiologi-industri/http://aguskrisnoblog.wordpress.com/category/kajian-mikrobiologi-industri/http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/11/peran-rekayasa-genetika-mikroba-dalam-industri-insulin/#respondhttp://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/11/peran-rekayasa-genetika-mikroba-dalam-industri-insulin/#respondhttp://aguskrisnoblog.wordpress.com/category/kajian-mikrobiologi-industri/http://aguskrisnoblog.wordpress.com/category/kajian-mikrobiologi-industri/http://www.littletree.com.au/dna.htm

makalah rekayasa genetik mikroba

Documents