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