Kode Modul: 01.BIO-SMK-T.2005MODUL DIKLAT BERJENJANGJenjang Sekolah : SMKBidang Studi : BiologiJenjang Diklat : Tinggi

REKAYASA GENETIKA

Penyusun : Dra. Sumastri, M.SiPenyunting : Drs. Asep Suhendi Arifin

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALDIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH

PUSAT PENGEMBANGAN DAN PENATARAN GURU ILMU PENGETAHUAN ALAM(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT CENTRE)

iKATA PENGANTAR

Pusat Pengembangan Penataran Guru Ilmu Pengetahuan Alam (PPPGIPA) sebagai lembaga diklat memiliki tugas pokok dan fungsi antara lainmengembangkan dan meningkatkan kualitas pendidikan sains untuk tingkatSD, SMP, SMA, SMK , dan SLB. Sebagai lembaga pengembang, PPPG IPAselalu berupaya meningkatkan peran dan fungsinya dengan mengembangkanstandardisasi kompetensi tenaga kependidikan, menerapkan standar pelayanannasional, serta mengkaji dan mengembangkan bahan diklat yang inovativ,aktual, dan sesuai dengan kebutuhan lapangan.

Modul adalah salah satu bahan diklat yang disusun untukmengembangkan model-model pembelajaran sains untuk dikaji, dipahami, dandiimplementasikan oleh guru-guru dalam proses pembelajaran, agar guru dansiswa lebih memahami bagaimana proses pemahaman sains. Oleh karena itu,pada proses belajar mengajar sains, guru harus berorientasi pada tiga halpokok, sebagai berikut.1. Proses sains, siswa belajar dan memahami sains melalui pengamatan,

pengukuran, percobaan, menarik kesimpulan, dan lainnya.2. Struktur konsep sains yaitu: Fisika, Biologi, Kimia, dan IPBA.3. Kecakapan hidup siswa (life skills).

Berdasarkan tiga aspek tersebut, cara yang ditempuh adalah denganlebih mengenalkan konsep-konsep sains dengan cara menggunakan modelketerampilan proses sains dan bahan diklat yang sesuai.

Diharapkan modul ini dapat dimanfaatkan oleh guru-guru di sekolah,sehingga dapat meningkatkan kompetensi siswa dalam pembelajaran sains.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita dalammeningkatkan mutu pendidikan khususnya sains di Indonesia

.

Bandung, November 2005Plh. Kepala PPPG IPA,

DDrs. Suryadi, M.MNIP. 131 070 737

ii

DAFTAR ISI

Halaman

Kata Pengantar...... i

Daftar Isi.. ii

Daftar Gambar iii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Standar Kompetensi...... 1

B. Indikator.................. 1

C. Deskripsi Materi ..... 1

BAB II. PENGERTIAN REKAYASA GENETIKA. 2

BAB III. PRINSIP UTAMA DALAM REKAYASA GENETIKA. 5

A. Peranan Enzim dalam Rekayasa Genetika .. 5

B. Kloning DNA ... 9

C. Plasmid Merupakan vektor untuk Kloning DNA 9

D. Prosedur Kloning Gen............................................................. 12

BAB IV. DAMPAK NEGATIF DARI PENERAPAN REKAYASA

GENETIKA.. 34

BAB V. RANGKUMAN 37

BAB VI. EVALUASI .. 38

BAB VII. DAFTAR ISTILAH.. 40

DAFTAR PUSTAKA ..... 41

iii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Plasmid bakteri....... 10

Gambar 2. Pemasukan DNA asing ke dalam gen resisten ampisilin dantetrasiklin... 12

Gambar 3. Pembuatan Insulin dengan menggunakan plasmid... 15

Gambar 4. Penggunaan plasmid Ti untuk mendapat tanaman yangtahan terhadap virus 20

Gambar 5. Proses rekayasa tanaman yang tahan terhadap serangga.. 21

Gambar 6. Proses pembuatan antibodi monoklonal.. 28

Gambar 7. Proses kloning pada Domba Dolly 31

Gambar 8. Proses terapi gen pada manusia.. 33

1BAB IPENDAHULUAN

A. Standar KompentesiSetelah mempelajari modul ini, guru dapat mengembangkan

keterampilan siswa dalam menjelaskan bioteknologi, prinsip, peran

dan implikasinya bagi lingkungan, teknologi, dan masyarakat.

B. IndikatorSetelah mempelajari modul ini diharapkan peserta dapat :

1. menjelaskan pengertian rekayasa genetika;

2. menjelaskan peran bioteknologi (rekayasa genetika) bagi sains,

lingkungan, teknologi dan masyarakat;

3. menjelaskan implikasi rekayasa genetika bagi sains dan

lingkungan;

4. menjelaskan bahaya yang akan timbul dari rekayasa genetika.

C. Deskripsi MateriMateri yang dibahas dalam modul ini adalah sebagai berikut.

1. Pengertian rekayasa genetika

2. Peranan enzim dalam rekayasa genetika

3. Kloning DNA dan prosedur kloning gen

4. Plasmid merupakan vektor dalam kloning DNA

5. Tenik hibridoma untuk pembuatan antibodi monoklonal

6. Kloning gen dengan menggunakan plasmid Ti pada tanaman

7. Pembuatan vaksin dengan plasmid ragi

8. Kloning organisme

2BAB IIPENGERTIAN REKAYASA GENETIKA

Rekayasa genetika secara umum adalah memanipulasi (mengubah

susunan) gen untuk mendapatkan galur baru. Memanipulasi ini termasuk

mutasi dan seleksi mutan dengan mengganti gennya. Termasuk juga

memindahkan material genetik ke organisme lain di laboratorium.

Prosedur pertukaran material genetik ini harus dalam kondisi terkontrol.

Pemanipulasian materi genetik ini berkembang karena para ahli telah

menemukan urutan basa nukleotida atau DNA (Deoxy Ribose Nucleic

Acid).

Rekayasa genetika disebut juga rekombinasi DNA. Perekayasaan

genetik terhadap satu sel dapat dilakukan dengan hanya menghilangkan,

menyisipkan, atau menukarkan satu atau beberapa pasang basa

nukleotida penyusun molekul DNA. DNA ini merupakan unit terkecil yang

membawa sifat keturunan (gen). Dalam penyisipan gen diperlukan

mikroorganisme biasanya bakteri, beberapa jenis ragi, atau virus. Bakteri

yang biasanya digunakan adalah Escherichia coli, yang berfungsi sebagai

pembawa gen (vektor). Sifat bakteri atau ragi yang mengandung gen

titipan itu dikendalikan oleh gen asing tadi. Jadi gen asing ini tetap

melakukan fungsi seperti sel asalnya, walaupun berada dalam sel bakteri.

Penelitian dalam bidang biologi molekuler dan biologi kedokteran

mengalami kamajuan yang pesat dengan adanya perkembangan

manipulasi gen. Manipulasi gen didefinisikan sebagai pembentukan baru

materi genetik yang dapat diturunkan dengan cara menyisipkan molekul-

molekul asam nukleat ke virus atau plasmid bakteri atau organisme

pembawa lainnya yang memungkinkan terjadi penggabungan ke dalam

organisme dan mampu mengadakan penggandaan lagi. Pemanipulasian

gen secara invitro dilakukan pada awal tahun 1970 dengan adanya

perkembangan teknik transformasi pada bakteri Eschericahia coli,

3pemotongan dan penggabungan molekul-molekul DNA, dan pemantauan

reaksi-reaksi pemotongan dan penggabungan.

Jika pragmen DNA tidak direplikasikan, cara yang paling baik adalah

melekatkannya ke replikon yang cocok. Replikon ini disebut juga vektor

atau tempat pengklonan. Virus yang menyerang bakteri (bakteriofag) atau

plasmid merupakan vektor yang tepat karena merupakan replikon mereka

sendiri, tidak perlu pemeliharaan khusus dan DNA nya dapat dipisahkan

dalam bentuk utuh. Pada mulanya plasmid dan fag yang tepat sebagai

vektor hanya dijumpai pada bakteri Escherichia coli .

Molekul majemuk yang mengandung DNAasing untuk disisipkan ke

molekul vektor disebut juga kimera DNA. Penyusunan molekul majemuk

atau molekul rekombinan buatan seperti itu disebut juga rekayasagenetika. Proses ini disebut juga pengklonan gen karena dihasilkansejumlah organisme yang secara genetis identik, mengandung molekul

majemuk, dapat ditumbuhkan dalam jumlah yang banyak, dan setiap

produk gen yang disintesis diatur oleh molekul tersebut.

Dalam melakukan pengklonan suatu bagian DNA asing atau DNA

penumpang atau DNA sasaran harus dipenuhi hal-hal sebagai berikut.

DNA vektor harus dimurnikan dan dipotong sehingga terbuka. DNA yang

diinginkan disisipkan ke molekul vektor untuk membentuk rekombinan

buatan.

Menurut Djajanegara manfaat teknologi rekayasa genetika adalah

sebagai berikut.

1. Meningkatkan produktivitas dan kualitas produk-produk pertanian

secara nyata (James, 1998).

2. Memberikan terobosan baru pada pemulian tanaman dimana

teknik-teknik konvensional mengalami hambatan (Suwonto,

2000).

3. Memecahkan masalah-masalah di bidang kesehatan dengan

menyediakan vaksin-vaksin baru dan hormon-hormon penting

melalui teknik DNA rekombinan (Koesnandar, 2000).

44. Membantu pelestarian keanekaragaman hayati melalui rekayasa

genetik, misal jamur Cryphonectaria parasitica menjadi berkurang

keganasannya dalam menyerang tanaman Chesnut (Chen &

Nuss, 1999).

5BAB IIIPRINSIP UTAMA DALAM REKAYASA GENETIKA

A. Peranan Enzim dalam Rekayasa GenetikaSetelah tahun 1970 ditemukan metode yang dapat digunakan

untuk memotong molekul DNA rangkap menjadi fragmen-fragmen.

Dengan ditemukan enzim restriksi pada Escherichia coli dapat

memecahkan masalah yang berhubungan dengan pemotongan

(restriksi) dan modifikasi DNA. Akan tetapi ternyata enzim restriksi

endonuklease ini bukan merupakan pilihan yang tepat karena

tersembunyi dalam kekomplekan tingkah lakunya dan gagal memotong

DNA sel Hemophilus influenzae yang telah diekstrak. Pada tahun 1970

Hamilton Smith menemukan enzim pada Haemophilus influenzae yang

sifatnya lebih sederhana.

Enzim dari E. Coli ini membutuhkan ion magnesium dan kofaktor

ATP, serta S-adenosil-metionin, di samping itu enzim ini hanya dapat

memotong satu sisi untai DNA secara acak. Oleh sebab itu diperlukan

enzim yang kedua untuk melengkapi pemotongan untaian ganda.

Enzim dengan sifat seperti ini dikenal sebagai restriksi endonuklease

tipe 1, walaupun enzim ini mengenal urutan nukleotid tertentu.

Sifat-sifat yang aneh dari enzim restriksi ini mulai diungkapkan

dengan ditemukan enzim restriksi nuklease dari H. Influenzae Rd (Kelly

dan Smith1970, Smith dan Wilcok, 1970) yang menjadi prototipe dari

sejumlah enzim restriksi endonuklease, yang pada saat ini dikenal

sebagai enzim tipe II dan pada dasarnya penting dalam pemanipulasian

DNA. Enzim tipe II mengenal urutan sasaran khusus molekul DNA

ganda dan memotong rantai polinukletida di dalam, sehingga

menghasilkan potongan DNA yang teratur dengan panjang dan urutan

tertentu.

6Sampai saat ini banyak sekali enzim restriksi endonuklease tipe II

yang berhasil dipisahkan dari berbagai jenis bakteri. Beberapa ratus

jenis enzim restriksi telah diidentifikasi dan sebagian besar telah

diketahui sifat-sifatnya (Kessler et al, 1985) dan jumlah enzim ini makin

bertambah karena makin banyaknya spesies bakteri yang telah diteliti

dan diduga memiliki enzim restriksi endonuklease ini.

Penemuan sejumlah enzim restriksi memerlukan penamaan yang

seragam. Sistem penamaan yang berdasarkan usulan Smith dan

Nathans (1973) yang sebagian besar telah diikuti adalah sebagai

berikut. Nama spesies organisme inang penghasil enzim restriksi

ditunjukkan oleh huruf pertama nama genus dan dua huruf pertama

spesiesnya membentuk singkatan tiga huruf yang ditulis miring,

misanya Escherichia coli = Eco dan Hemophilus influenzae = Hind. Tipe

diidentifikasi dengan penulisan huruf di bawah garis, misalnya Ecok.

Dalam hal sistem restriksi dan modifikasinya secara genetis ditentukan

oleh suatu virus atau plasmid, nama singkatan spesies inang yang

dituliskan dan unsur ekstra kromosomnya diidentifikasi sebagai tulisan

di bawah garis yaitu Ecopv. Jika galur inang tertentu mempunyai

beberapa sistem enzim restriksi dan mempunyai modifikasi yang

berbeda akan diidentifikasi dengan angka romawi, misalnya sistem dari

H. Influenzae galur Rd akan menjadi HinddI dan HinddIi . Angka Romawi

tidak dikacaukan dengan enzim restriksi tipe I. Tabel 2. merupakan

daftar beberapa enzim restriksi endonuklease yang umum digunakan.

Sebagian besar enzim restriksi endonuklease tipe II mengenal

dan memutuskan DNA dalam urutan tertentu dari tetra-, penta-, heksa-,

atau hepta- nukleotida yang memiliki suatu sumbu simetri rotasional,

misalnya Eco RI yang memutuskan DNA pada posisi yang ditunjukkan

oleh anak panah yang menghasilkan suatu ujung yang membawa

gugus 5-fosfat dan 3 hidrosil.

7Sumbu Simetri

5 ______ G AA T T C

3 _______ C T T A A G

Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa tidak semua enzim tipe II

memotong sisi sasarannya (target) seperti Eco RI. Beberapa enzim

misalnya Pst I menghasilkan potongan-potongan yang memiliki ujung 3

yang kohesif, sedangkan enzim yang lain (Hae III) membuat potongan

potongan genap yang menghasilkan fragmen yang berujung tumpul

tanpa satupun yang kohesif. Beberapa enzim mengenal urutan

tetranukleotida, yang lain mengenali urutan basa yang lebih panjang.

Hal ini akan menentukan rata-rata panjang potongan yang dihasilkan.

Beberapa enzim, misalnya Sau 3AI mengenali suatu urutan

tetranukleotida yang dikenali oleh enzim yang lain yaitu oleh Bam HI.

Ujung kohesif yang dihasilkan oleh enzim ini sedemikian rupa sehingga

potongan yang dihasilkan oleh enzim enzim SAU 3 AI akan cocok satu

sama lain dengan potongan yang dihasikan oleh Bam HI. Jika potongan

itu digabungkan secara kovalen, potongan yang dihasilkan akan peka

terhadap Sau 3 AI.

Tabel 1. Beberapa enzim restriksi dan urutan pemotongannya (Kessler,1985)

Mikroorganisme Singkatan namaenzim

Rangkaian Pemotongan5 33 5

Anabaena variabilitis Ava1 G (T) CG (G) GG A G C C C

Bacillusamyloliquifaciens H

Bam HI G G A T C CC C T A G G

Bacillus globigii Bgl II A G A T C TT C T A G A

Escherichia coli RY13

Eco RI G A A T T C

8Mikroorganisme Singkatan namaenzim

Rangkaian Pemotongan5 33 5

C T T A A GEscherichia coli R245

Eco RII C C T G G GGT A C C

Haemophliusaegybtius

Hae III Pu G C G C PyPy C G C G Pu

Haemophliusgallinarum

Hga I C G A C GCG C T G C G

Haemophliushaemolyticus

Hha I G C G CC G C G

Haemophliusinfluenzae Rd

Hind I

Hind III

G T (T) (G) A CC A (A) (C) T GA A G C T TT T C G A A

Haemophliusparainflunzae

Hpa I G T T A A CC A A T T G

Klebsiellapnewmoniae

Kpn III G G T A C CC C A T G G

Moraxella bovis Mbo I G A T C C T A G

Providencia stuartii Pst I C T G C A GG A C G T C

Serratia marcescens Sma I C C C G G GG G G C C C

Streptomycesstanford

Sst I G A G C T CC T C G A G

Xanthomonasmalvacearum

Xma C C C G G GG G G C C C

9B. Kloning DNAKloning 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

diperlukan plasmid dan enzim untuk memotong DNA, serta enzim untuk

menyam-bungkan gen yang disisipkan itu ke plasmid.

C. Plasmid Merupakan vektor untuk Kloning DNABeberapa jenis bakteri mempunyai sejumlah molekul DNA

melingkar yang ukurannya kecil sekali, hanya mengandung beberapa

ribu pasang basa, selain mempunyai kromosom utama dengan 4 juta

pasang basa. Kromosom mini ini dinamakan juga plasmid. Plasmid

dapat bereplikasi secara otonom. Plasmid ini merupakan elemen

genetis yang tidak berhubungan dengan kromosom utama dan

mengandung gen-gen yang resisten terhadap antibiotik, antara lain yaitu

antibiotik tetrasiklin dan ampisilin (lihat Gambar 1). Keresistenan

terhadap antibiotik memerlukan sejumlah enzim yang secara kimiawi

dapat menetralisir antibiotik tersebut.

10

Gambar 1. Plasmid bakteri

Dengan menempatkan gen pada plasmid, masing-masing gen

ada dalam salinan (copy) sejumlah plasmid tertentu yang dinamakan

episom. Plasmid ini mampu bergerak mendekati dan menjauhi elemen

kromosom utama. Hal ini menunjukkan bahwa plasmid memiliki

elemen-elemen genetis yang bergerak, yang dilakukan melalui fusi

secara bebas dari dua unit DNA replikasi (replikon). Plasmid dapat

diintegrasikan (dimasukkan) ke dalam kromosom bakteri dan dapat

dipindahkan dari satu sel bakteri ke bakteri yang lain melalui

transformasi, jika kromosom sel-sel tersebut merupakan pasangannya.

Transformasi adalah pemindahan satu sifat mikroba melalui bagian

DNA tertentu dari mikroba.

Oleh karena DNA plasmid sangat kecil daripada fragmen DNA

kro-mosom, maka dapat dengan mudah dipisahkan dan dimurnikan. Di

dalam laboratorium, jika plasmid dicampurkan dengan bakteri, dengan

adanya ion Ca ++, DNA plasmid tersedot ke dalam sel bakteri, sehinggabakteri mengandung plasmid yang tersedot tersebut. Umumnya dengan

alasan yang tidak jelas, sel bakteri mempunyai satu bentuk plasmid.

Kenyataannya bahwa enzim Eco Ri menghasilkan potongan

ujung khusus yang kohesif yang selanjutnya merupakan metode praktis

untuk kloning fragmen DNA. Cara yang penting adalah memasukkan

11

suatu frag-men DNA yang telah dipotong dengan enzim restriksi Eco Ri

ke dalam plas-mid hibrid yang dapat digunakan untuk mempengaruhi

bakteri. Masing-masing sel bakteri memperoleh satu sel plasmid

rekombinan yang me-ngandung fragmen DNA asing yang dimasukkan.

Mengapa menggunakan plasmid yang resisten terhadap

antibiotik? Penggunaan antibiotik secara ekstensif dan penyalahgunaan

antibiotik dalam pengobatan manusia dan hewan ternak menyebabkan

strain bakteri alami menjadi resisten terhadap kebanyakan antibiotik

yang bersifat umum. Biasanya keresistenan ini tergantung pada respon

(tanggapan) plasmid bakteri yang mempunyai enzim khusus yang

dapat menguraikan antibiotik. Jika digunakan plasmid yang resisten

antibiotik bersama-sama dengan sel bakteri yang plasmidnya sensitif

terhadap antibiotik, dengan memasukkan plasmid resisten terhadap

antibiotik yang mengandung gen rekombinan, plasmid ini dapat

dideteksi dengan mudah. Plasmid pbR 322 adalah salah satu contoh

plasmid yang mengandung gen resisten terhadap dua jenis antibiotik

yaitu ampisilin dan tetrasiklin.

Selain itu tempat untuk enzim restriksi bekerja berada di antara

gen-gen yang resisten terhadap antibiotik tersebut (lihat Gambar 2).

Dengan demikian, jika sepotong DNA asing dikombinasikan ke dalam

satu atau lebih gen resisten antibiotik, gen tersebut tidak akan aktif. Hal

ini berarti bahwa keberhasilan pemotongan DNA asing ke dalam satu

gen resisten antibiotik dengan mudah dideteksi. Potensi genetis untuk

resisten tersebut dieleminir. Jika plasmid dimasukkan ke dalam sel

bakteri (hos), bakteri akan memperoleh keresistenan khusus yang

kedua karena gen tersebut masih utuh.

12

Gambar 2. Pemasukan DNA asing ke dalam gen resisten ampisilin dantetrasiklin.

Plasmid yang membawa gen resisten antibiotik itu tersebar luas

di alam dan plasmid tersebut dimutasikan agar tidak dapat bergerak

secara spontan dari satu sel ke sel yang lain. Dengan menggunakan

strain bakteri tertentu, percobaan dengan menggunakan plasmid yang

resisten obat sangat berguna tanpa menimbulkan resiko yang berarti.

Plasmid yang pertama kali dipakai sebagai vektor untuk rekombinan

DNA adalah plasmid dari sel bakteri Escherichia coli. Plasmid ragi

Saccharomyces cerevisiae, dan plasmid bakteri Bacillus subtilis dan

virus saat ini juga digunakan sebagai vektor untuk rekombinan DNA.

D. Prosedur Kloning Gen1. Kloning Gen dengan Menggunakan Plasmid

Dalam melakukan pengklonan suatu DNA asing atau DNA

yang diinginkan atau DNA sasaran harus memenuhi hal-hal sebagai

berikut. DNA plasmid vektor harus dimurnikan dan dipotong

dengan enzim yang sesuai sehingga terbuka. DNA yang akan

disisipkan ke molekul vektor untuk membentuk rekombinan buatan

harus dipotong dengan enzim yang sama. Reaksi pemotongan dan

13

penggabungan harus dipantau dengan menggunakan elektroforesis

gel. Rekombinan buatan harus ditransformasikan ke E. coli atau ke

vektor lainnya.

Rekayasa genetik dengan menggunakan plasmid bakteri E.

coli dapat dilakukan sebagai berikut.

1. Menentukan gen yang diinginkan untuk disisipkan, misalnya gen

pengkode hormone insulin dari sel-sel pankreas manusia atau

gen pengkode hormon pertumbuhan dari kelenjar pituitari.

Kromosom sel-sel pankreas dikeluarkan dengan memecah

membran plasma. Membran plasma ini dipecah dengan diberi

kejutan listrik atau dengan pemberian zat kimia yaitu polietilen

glikol atau kalsium klorida (CaCl2), sehingga kromosom dapat

keluar dari sel pankreas.

2. Kromosom yang diinginkan tadi dipotong dengan menggunakan

enzim restriksi endonuklease untuk melepaskan bagian DNA

yang diinginkan, kemudian memurnikan DNA tersebut.

Elektroforesis dapat juga digunakan untuk persiapan

memurnikan fragmen DNA tertentu, selain digunakan untuk

menganalisis.

3. Mengektraksi plasmid dari sel bakteri. Plasmid dipisahkan dari

sel dengan cara memecah dinding sel bakteri. Hal ini dapat

dilakukan dengan menggunakan deterjen atau dengan enzim

lisozim, kemudian dilisis dengan natrium hidroksida (NaOH) dan

larutan dedosil sulfat. DNA kromosom akan menggumpal dan

dinetralisir dengan natrium asetat. DNA plasmid ini akan

menggumpal membentuk jaring-jaring dan dengan mudah

mengendap. Untuk memisahkan DNA ini dilakukan sentrifugasi.

4. Cairan yang mengandung plasmid ini dijenuhkan dengan

pengendapan etanol. DNA plasmid yang dimurnikan dengan

filtrasi gel. Plasmid yang berbentuk lingkaran itu dipotong

dengan enzim restriksi endonuklease yaitu enzim yang sama

14

digunakan untuk memotong DNA pankreas. Enzim ini memecah

ikatan fosfodiester pada molekul DNA. Endonuklease memecah

asam nukleat pada posisi internal, sedangkan enzim

eksonuklase memecah molekul DNA dari ujung molekulnya.

5. Kemudian pemasangan gen pengkode yang diinginkan tadi ke

dalam plasmid dengan menggunakan enzim ligase yang

fungsinya menggabungkan ikatan fosfodiester antara fragmen

ujung-ujung yang terpotong tadi. Proses penyambungan

tersebut disebut ligasi. Karena enzim yang digunakan untuk

memotong DNA sel pankreas dan plasmid sama jenisnya, akan

menghasilkan ujung-ujung yang lengket yang sama strukturnya,

sehingga penyambungannya akan menyatu sempurna. Suhu

optimum untuk ligasi adalah 37 0C, tetapi ikatannya tidak stabil.

Ligasi akan berhasil jika dilakukan pada suhu 4-150 0C.

6. Plasmid yang telah disisipi gen pengkode yang diinginkan itu

dimasukkan ke dalam sel bakteri coli dengan cara tranformasi.

Transformasi dilakukan dengan memasukkan bakteri E. coli ke

dalam larutan CaCl2 sehingga terbentuk lubang-lubang

sementara, sehingga plasmid dapat masuk ke dalam sel bakteri.

Diharapkan bakteri yang telah disisipi gen tersebut mewarisi

sifat gen baru, sehingga bakteri yang telah disisipi dengan gen

pengkode insulin dapat memproduksi insulin. (Lihar gambar 3

berikut).

7. Langkah selanjutnya adalah mengembangbiakkan bakteri hasil

rekayasa dalam tabung fermentasi yang berisi medium untuk

pertumbuhan dan perkembangbiakan bakteri E. coli untuk

memproduksi insulin dalam jumlah yang banyak. Insulin yang

terbentuk kemudian dipisahkan dari senyawa yang lain.

15

Langkah pembuatan insulin dengan menggunakan plasmid

bakteri yang dapat dilihat pada Gambar 3 berikut.

Gambar 3. Pembuatan Insulin dengan menggunakan plasmid.

Dengan menggunakan plasmid bakteri dapat dihasilkan

hormon pertumbuhan (somatotropin) untuk manusia dan hormon

pertumbuhan untuk sapi. Prosedur pembuatannya sama dengan

pembuatan hormon insulin, tetapi gen yang disisipkan berasal dari

sel-sel pituitari dari sapi atau manusia.

16

Interferon dan interleukin dapat juga dihasilkan dengan

rekayasa genetika melalui plasmid E. coli yaitu dengan menyisipkan

gen dari sel yang diserang oleh virus. Interferon adalah molekul

protein yang dihasilkan oleh sel-sel mamalia yang diserang oleh

virus. Interferon ini dibentuk segera setelah terjadi infeksi dan

prosesnya lebih cepat daripada pembentukan antibodi. Interferon itu

tidak spesifik, tetapi efektif untuk melawan infeksi virus,

meningkatkan sistem kekebalan tubuh, mengobati penyakit kanker

kulit, kerusakan pada sistem kekebalan, dan mengobati beberapa

bentuk leukemia. Fungsi interleukin adalah mengaktifkan sel-sel T

(limposit), oleh karena itu interleukin dapat digunakan untuk

mengobati penyakit kanker dan kerusakan pada sistem kekebalan

tubuh.

Di samping itu, plasmid dapat juga digunakan untuk

memproduksi enzim-enzim tertentu dengan menyisipkan gen

pengkode enzim yang diinginkan. Enzim dapat dihasilkan oleh

bakteri dengan cepat karena bakteri berkembangbiak dengan

cepat yaitu umumnya dalam waktu 20 menit membelah dari satu

sel menjadi dua sel.

3. Kloning gen dengan Menggunakan Plasmid Ti pada TumbuhanTumbuhan dapat dimanipulasi secara genetik karena jaringan

tumbuhan dapat tumbuh dalam medium kultur. Pada medium kultur

jaringan yang cocok, setiap sel atau jaringan dapat dirangsang

untuk tumbuh menjadi tumbuhan yang lengkap (ada akar, batang,

dan daun).

Untuk mendapatkan tumbuhan yang diinginkan perlu

dilakukan penyi-sipan gen. Untuk hal ini, biasanya digunakan bakteri

Agrobacterium tumefaciens. Bakteri ini bersifat patogen dan

menyebabkan tumor pada batang tumbuhan. Molekul dasar dari

pertumbuhan tumor ini dipindahkan dari bakteri ke genom sel

17

tumbuhan yang terinfeksi dari suatu pemberi tanda urutan DNA yaitu

DNA transfer (DNAt) dari suatu plasmid penginduksi tumor atau

disebut juga plasmid Ti. Bakteri Agrobacterium ini mempunyai

plasmid Ti yang ukurannya agak besar. DNAt mengandung gen

bakteri yang secara normal aktif pada sel-sel tanaman, gen

pengkode protein terlibat dalam biosintesis hormon. Ekspresi gen ini

menyebabkan pembelahan sel dengan cepat dan menyebabkan

pertumbuhan yang tidak terkontrol yaitu pertumbuhan tumor pada

sel-sel yang yang diinfeksi. DNA t juga mengandung gen pengkode

enzim yang bertanggung jawab terhadap sintesis asam amino baru

dan derivat gula yang secara umum dikenal sebagai opine. Jenis

opine yang dihasilkan oleh sel-sel tumor, contohnya adalah

nopaulin, oktopin atau agrosinopin. Zat yang dihasilkan ini

tergantung pada strain bakteri dan plasmid Ti yang bertanggung

jawab terhadap terjadinya infeksi. Plasmid Ti juga mengandung gen

pengkode enzim yang diperlukan untuk katabolisme sintesis opine

khususnya oleh sel-sel yang terkena infeksi.

Proses alami tranfer DNAt dari bakteri ke sel tumbuhan yang

cocok adalah sebagai berikut.

1. Diperlukan kontak secara langsung antara bakteri Agrobacterium

dan sel tumbuhan yang terluka untuk terjadinya transfer.

2. Batas-batas DNA t ditentukan dengan imferfek 25 basa 2 yang

terulang, kiri dan kanan batas untai dan ini diperlukan untuk

tranfer.

3. Pengkode gen secara normal oleh DNA t tidak terlibat dalam

tranfer DNA ke sel tumbuhan dan tidak terintegrasi ke genom.

4. Diperlukan enzim dari sel-sel yang terluka dan proses

tranformasi dikode oleh bagian yang kena penyakit (virulen) atau

virulen dari plasmid Ti yang dipisahkan dari DNA-T.

18

Tranformasi vektor ke tumbuhan yang telah dikembangkan

oleh para ahli adalah menggunakan bakteri Agrobacterium dengan

menggabungkan dua vektor. Vektor yang terintegrasi merupakan

derivat plasmid Ti dari DNA-T pada batas untaian yang telah diganti

dengan untaian DNA yang lain. DNA ditranfer ke gen tanaman yang

telah direkayasa melalui plasmid intermediet yang juga

mengandung sekuen yang umum dengan ujung sekuen dari vektor

yang terintegrasi. Vektor intermediet dapat direplikasikan dalam

Escherichia coli yang dimanipulasi dengan metode teknik

rekombinan DNA standar, tetapi plasmid tidak dapat mereplikasi

dalam bakteri Agrobacterium. Vektor intermediet ini dimasukkan kedalam bakteri Agrobacterium yang mengandung vektor gabungan

dengan cara transformasi. Untuk pembentukan DNA rekombinan

diperlukan pemilihan plasmid yang resisten terhadap antibiotik yang

dibawa oleh vektor intermediet dalam bakteri Agrobacterium.

Dua vektor yang mengandung gen yang resisten terhadap

antibiotik dan sekuen yang sesuai pada batas kiri dan kanan dari

DNA-T. DNA-T ditransfer ke genom tumbuhan yang dapat

dikloning. Pada waktu rekayasa, gen yang diperlukan dimasukkan

ke plasmid gabungan, kemudian ditransfer ke hos yaitu bakteri

Agrobacterium yang mengandung palsmid T penolong. Plasmid Ti

penolong mengandung suatu bagian yang virulen (vir) dan gen

yang resisten terhadap antibiotik yang berbeda dengan yang ada

dalam plasmid. Keberadaan plasmid gabungan dan plasmid

penolong dalam hos Agrobacterium dapat diketahui dengan

pertumbuhannya pada medium yang mengandung antibiotik yang

cocok. Plasmid rekombinan ini sangat stabil dalam hos bakteri

Agrobacterium.Tranformasi melalui perantara Agrobacterium telah berhasil

diaplikasikan ke beberapa varietas tanaman, khususnya tanaman

dikotil. Akhir-akhir ini juga telah berhasil ditransformasikan pada

19

tanaman monokotil. Transformasi melibatkan kultur jaringan dengan

tujuan Agrobacterium kontak langsung dengan sel-sel tumbuhan

yang luka sehingga transformasi dapat berlangsung dan terjadi

regenerasi dari sel-sel transgenik. Protoplasma kokultivasi

melibatkan penginkubasian protoplasma. Setelah diinkubasikan

biasanya 48 jam, bakteri dipisahkan dengan sentrifugasi dan

protoplasma dikulturkan dalam medium nutrien yang mengandung

antibiotik, protoplasma tersebut akan membentuk kalus.

Penggunaan antibiotik tidak hanya untuk menyeleksi sel-sel

transgenik yang tumbuh, juga diperlukan untuk mencegah

pertumbuhan bakteri yang tidak diinginkan. Inokulasi jaringan

eksplan (bagian jaringan tumbuhan) juga melibatkan inkubasi

eksplan, contohnya potongan daun atau hipokotil atau potongan

akar ditempatkan bersama-sama dengan bakteri Agrobacterium

dalam medium akan terjadi pembentukan kalus.

Dengan menggunakan metode seperti di atas telah

dikembangkan tumbuhan yang tahan terhadap infeksi virus, tahan

terhadap serangan serangga, tahan terhadap herbisida, dan

tanaman unggul lainnya. Virus tanaman merupakan masalah yang

serius untuk tanaman yang dibudidayakan. Infeksi dapat

menurunkan tingkat pertumbuhan, hasil panen, dan kualitas

tanaman. Infeksi tanaman oleh strain virus tertentu menghasilkan

usaha perlindungan pada tanaman untuk melawan infeksi virus lain

yang lebih merusak. Yang bertanggung jawab terhadap usaha

perlindungan tersebut adalah bagian virus yang mengkode protein.

Percobaan pertama dilakukan terhadap tanaman tembakau. Virus

mozaik tembakau (TMV) adalah RNA virus yang ukurannya 6,5 kb

dan telah ditentukan bahwa gen mengkode 4 polipeptida,

mereplikasi dua subunit, satu protein selubung, dan satu protein

penting untuk pergerakan dari sel ke sel. Dengan mengkloning DNA

c (selubung) virus, akan dihasilkan selubung protein. Tanaman

20

transgenik meng-ekspresikan protein selubung yang dihasilkan oleh

gen yang ditransfer melalui Agrobacterium (lihat gambar 4).

Tanaman yang telah disisipi gen protein selubung akan tahan

terhadap serangan virus tersebut.

Rekayasa genetik untuk tanaman yang tahan terhadap virus

dengan menggunakan plasmid Ti dapat dilihat pada Gambar 4

berikut.

Gambar 4 Penggunaan plasmid Ti untuk mendapat tanaman yangtahan terhadap virus

Juga telah dikembangkan tanaman yang tahan terhadap

serangga. Inseksida alami dihasilkan oleh bakteri Bacillus

thuringiensis (Bt). Pada waktu menghasilkan spora bakteri Bacillus

21

menghasilkan suatu kristal protein yang bersifat racun terhadap

larva beberapa jenis serangga dan tidak membahayakan serangga

yang tidak rentan dan juga tidak berpengaruh terhadap vertebrata.

Saat ini telah dikembangkan tanaman yang mengekspresikan gen

toksin Bt dalam sel-sel tanaman tersebut. Kristal protein secara

normal diekspresikan protoksin inaktif kira-kira 1200 rangkaian

asam amino panjangnya. Gen pengkode kristal protein ini diklon

pada DNA-T vektor gabungan antara pembatas kiri dan kanan.

Vektor gabungan yang telah diinduksi gen pengkode protein

ditransfer ke dalam bakteri Agrobacterium kemudian diinfeksikan ke

kecambah (hipokotil) tanaman kapas. (lihat Gambar 5).

Gambar 5 Proses rekayasa tanaman yang tahan terhadap serangga

22

Peneliti dari Balai Penelitian Biologi (Balitbio) telah

menemukan padi yang tahan terhadap serangga penggerek batang

pada tahun 2000 dengan memasukkan gen pengkode kristal protein

yang bersifat racun yang dapat mematikan serangga (gen Bt). Gen

Bt ini ditransferkan ke sel tanaman dan sel tanaman padi tersebut

ditumbuhkan dalam medium kultur jaringan, padi yang telah tumbuh

ini akan tahan terhadap serangan serangga. Juga P3 B LIPI telah

menghasilkan tanaman padi yang tahan terhadap serangga

penggerek batang dan hama wereng coklat dengan menyisipkan

gen Bt dan gen GNA ke sel tanaman padi.

Balitbio dan ICI Seed Co. juga telah menghasilkan jagung

yang tahan terhadap hama penggerek batang dengan ditransfer

dengan gen Bt. Balitbio telah menginduksi dengan gen Pin II yang

menghasilkan tanaman jagung tahan terhadap hama penggerek

batang.

Kacang kedelai telah ditransfer dengan gen Pin II, sehingga

kacang tersebut tahan terhadap serangga penggerek polong.

Begitu juga kacang tanah telah ditransfer dengan gen pengkode

selubung virus (Cp), sehingga kacang tersebut tahan terhadap

serangan virus. Juga telah dihasilkan kentang yang tahan terhadap

serangga karena ditransfer dengan gen Bt. Ubi jalar ditransfer

dengan gen Pin II yang tahan terhadap hama boleng dan ditransfer

dengan gen CP akan tahan terhadap virus. Telah dihasilkan tebu

yang tahan terhadap penggerek batang karena ditransfer dengan

gen Bt.

Di bidang pertanian para peneliti telah berhasil

mengekspresikan 2 gen pembentuk provitamin A di dalam biji padi.

Gen pengkode phytoene synthase berasal dari tumbuhan daffodil

(Narcissus pseudonarcissus) dan gen pengkode phytoene

denaturase dari bakteri Erwinia uredovora. Pada ujung 5 kedua gen

tersebut disisipi dengan sekuen peptida transit dari subunit Robisco

23

yang berasal dari kacang buncis, sehingga dapat ditransformasikan

ke dalam kloroplas sel-sel endosperma. Hasil kontruksi ini

disisipkan ke plasmid vektor dan ditransfer ke embrio padi melalui

Agrobacterium tumefaciens. Biji padi hasil rekayasa ini ditanam,

setelah menghasilkan buah bijinya mengandung provitamin A. Padi

yang mengandung provitamin A ini warnanya kuning. Dengan

mengkonsumsi beras yang mengandung provitamin A ini

diharapkan dapat mengatasi masalah kekurangan vitamin A.

Tumbuhan yang direkayasa secara genetik telah

menguntungkan petani. Pada tahun 1994 telah dipasarkan tomat

hasil rekayasa (transgenik) di supermaket di AS. Tomat tersebut

tidak cepat lunak dan busuk karena gen spesifik yang bertanggung

jawab untuk pelunakan diblokir. Enzim poligalakturonidase

merupakan enzim yang memecah dinding sel pada pematangan

buah tomat dan menyebabkan tomat berwarna jingga kemerahan.

Untuk memperoleh tomat yang tahan dilakukan pengisolasian gen,

pengklonan, dan mereserve gen yang bertanggung jawab untuk

memproduksi enzim poligalakturonidase yang menyebabkan tomat

menjadi lunak dan busuk. Gen yang membuat antisen untuk mRNA

poliga lakturonidase disisipkan ke dalam plasmid bakteri dan bakteri

itu ditumbuhkan dalam medium yang sesuai bersama potongan

daun tomat. Daun tomat akan menyerap plasmid bakteri tersebut,

sehingga gen tersebut menjadi bagian genetik daun tomat dan

kemudian ditumbuhkan dalam medium kultur jaringan akan tumbuh

menjadi individu yang akan menghasilkan buat tomat yang tidak

cepat lunak dan busuk.

4. Pembuatan vaksin dengan Menggunakan plasmid bakteriDengan ditemukannya teknik DNA rekombinan para ahli telah

berhasil memproduksi vaksin subunit yang terdiri hanya protein

permukaan virus yang bertanggung jawab terhadap sistem

24

imunitas. Dengan menggunakan jenis vaksin jenis ini tidak ada

resiko terjadinya infeksi terhadap penderita.

Vaksin sub unit yang pertama diproduksi adalah untuk virus

hepatitis B (VHB) yang menginfeksi hati manusia dan hewan

mamalia. Partikel virus ini diselubungi oleh suatu antigen

permukaan (HbsAg). Antigen permukaan ini ditemukan dalam darah

pasien yang terinfeksi. Percobaan sebelumnya menunjukkan bahwa

antigen permukaan ini merupakan vaksin yang potensial. Dengan

mengkloning gen VHB dari sub unit dapat dilakukan untuk

memperbanyak antigen permukaan tersebut. Usaha pertama untuk

menghasilkan protein HbsAg dalam bakteri Escherichia coli gagal,

akhirnya para ahli beralih ke sel ragi (Saccharomyces cerevisiae).

Gen pengkode HbsAg tersebut dimasukkan ke dalam plasmid ragi.

Metode transformasinya sama dengan transformasi ke plasmid E.

coli. Sel ragi yang telah ditransformasi dengan plasmid ini akan

menghasilkan sejumlah protein virus ( 1-2 % dari total proteinragi).

Dengan menumbuhkan ragi dalam medium perbenihan ragi

dalam fermentor akan dihasilkan 50-100 g protein virus perliter

kultur. Protein hasil rekombinan ini sama dengan selubung virus

alami, bahkan bahan-bahan imunologi yang lain juga sama dengan

yang ditemukan pada pasien yang terinfeksi virus.

5. Antibodi Monoklonal, Pembuatan dan KegunaannyaAntibodi dibuat oleh tubuh kita untuk merespon serangan

bakteri atau virus. Antibodi ini melindungi tubuh terhadap serangan

infeksi. Antibodi ini melakukan hal ini dengan pengenalan yang

sangat teliti pada permukaan bakteri atau mikroba. Antibodi

dihasilkan oleh sel-sel limfosit dan dapat juga dihasilkan dengan

menumbuhkan sel-sel ini dalam Laboratorium. Sel-sel tersebut

25

kemungkinan menghasilkan sejumlah besar antibodi yang sejenis,

ini dikenal dengan antibodi monoklonal.

Jika dihasilkan sejumlah besar sel-sel yang identik, sel-sel ini

dinamakan juga klon. Jika banyak sekali antibodi yang sejenis

dihasilkan, antibodi ini dinamakan monoklonal. Ilmuwan tertarik

untuk mempelajari antibodi yang dihasilkan oleh satu jenis limfosit,

untuk melakukan hal ini mereka harus merangsang limfosit untuk

bereproduksi di luar tubuh kita. Limfosit ini kemudian menghasilkan

antibodi yang sejenis untuk dipelajari.

Bagaimana antibodi monoklonal dihasilkan di Laboratorium ?Dua ahli IPA Cambridge, Cesar Milstein dan George Kohler,

adalah ahli yang pertama menghasilkan antibodi monoklonal di

laboratorium pada tahun 1975. Pada tahun 1984 mereka menerima

hadiah Nobel untuk penelitian ini. Masalah besar yang harus

mereka atasi adalah limfosit cepat mati jika berada di luar tubuh.

Milstein dan Kohler harus merangsang limfosit untuk dapat hidup di

luar tubuh makhluk hidup dan berkembangbiak dalam tabung

reaksi. Untuk melakukan hal ini mereka menggunakan sel-sel

tumor. Sel tumor ini disebut juga sel mieloma. Sel-sel mielomakehilangan kontrol untuk berkembangbiak secara tidak terkendali

dan menghasilkan satu jenis antibodi, oleh sebab itu tumor dalam

tubuh dapat menjadi masalah yang serius dan beberapa jenis tumor

dapat menyebabkan kanker. Mieloma dihasilkan oleh sumsum

tulang yang terinfeksi oleh penyakit. Sel-sel tumor dapat masuk ke

dalam tubuh dan dapat juga berkembangbiak di luar tubuh makhluk

hidup.

Ahli IPA menggunakan sel-sel tumor untuk menghasilkan

sel-sel hibridoma. Hibridoma merupakan gabungan antara sel-sel mieloma dan B-limfosit. Sel-sel hibridoma dapat menghasilkan

26

antibodi seperti limfosit, tetapi hibridoma dapat hidup di luar tubuh

seperti sel-sel tumor.

Pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa tikus biasanya

menghasilkan beberapa jenis antigen. Limfosit B di dalam limfa

hewan yang disuntik dengan beberapa jenis antigen menghasilkan

beberapa jenis antibodi yang berbeda untuk menyerang antigen-

antigen yang masuk. Beberapa jenis antibodi yang berbeda ini

disebut juga antibodi poliklonal. Antibodi poliklonal ini dapat

diperoleh secara langsung dari hewan dan serum ini mengandung

ribuan jenis antibodi.

Untuk menghasilkan antibodi monoklonal diambil sel-sel

limfosit dari tubuh (limfa hewan) dan mencampurkan dengan sel-sel

mieloma dalam tabung reaksi. Untuk menurunkan tegangan

permukaan sel-sel, ditambahkan suatu bahan kimia (polietilen

glikol) dan kemudian campuran dikocok perlahan-lahan atau dapat

juga dengan menggunakan kejutan listrik. Tegangan permukaan

yang rendah menyebabkan sel-sel berfusi (bergabung). Beberapa

limfosit bergabung dengan sel tumor dan sel sel yang tidak

bergabung akan mati. Hibrid dari limfosit dan sel-sel tumor disebut

juga sel hibrid mieloma yang dapat berkembang biak dan hidup diluar tubuh yaitu di dalam kultur medium yang cocok. Hibrid sel-sel

limfosit tumor kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan

antibodi monoklonal.

Hasil Hibridoma ditanamkan dalam medium yang selektif

sehingga yang akan tumbuh hanya sel-sel hibridoma saja. Setelah

10-30 hari hibridoma dipilih (diskrin) untuk menghasilkan antibodi

monoklonal khusus yang diperlukan dari campuran. Hibridoma

penghasil antibodi yang diinginkan dipisahkan dari campuran yang

lainnya dan dibiakkan dalam skala besar dalam tabung fermentasi.

27

Mengapa metode ini penting?Milstein dan Kohler yang pertama kali mengembangkan

pembuatan antibodi monoklonal untuk percobaan ilmiah. Tetapi hal

itu segera menjadi jelas karena antibodi ini penggunaannya penting

dalam pengobatan. Antibodi bekerja dengan mengenal suatu

protein pada bagian permukaan sel-sel tertentu dan menempel

pada sel sel itu. Ini artinya suatu sel khusus dijadikan target oleh

antibodi. Antibodi akan menempel pada sel-sel itu dan sel yang lain

tidak.

28

Urutan langkah-langkah pembuatan antibodi monoklonal

ditunjukkan seperti diperlihatkan pada Gambar 6.

Gambar 6 Proses pembuatan antibodi monoklonal

29

Kegunaan Antibodi monoklonal adalah sebagai berikut.

a. Antibodi monoklonal dapat digunakan untuk menyalurkan obat-

obatan ke bagian yang sakit.

b. Dapat digunakan untuk mengambil sunstansi-substansi yang

berguna dari campuran.

c. KITS yang mengandung antibodi monoklonal dapat digunakan

untuk mendeteksi penyakit dengan cepat dan akurat.

d. Antibodi dapat digunakan untuk mendeteksi kehamilan.

e. Antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mengobati penyakit

kanker.

f. Antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mengobati haemofili

dengan memberikan faktor VIII.

6. Kloning OrganismeKloning merupakan suatu teknik yang menghasilkan

beberapa salinan gen tunggal atau kromosom, atau individu. Klon

berasal dari bahasa Greek yang artinya ranting. Jaringan yang

bukan jaringan reproduksi digunakan untuk kloning individu.

Kloning pada wortel dilaksanakan oleh Fred Steward pada akhir

tahun 1950 an. Ia menggunakan sel-sel yang berdifferensiasi

secara penuh dari jaringan pembuluh tumbuhan, sehingga dapat

menghasilkan organisme baru yang biasanya tidak dapat

menghasilkan organisme baru. Dengan memanipulasi tempat

tumbuh tumbuhan itu kelompok Steward dengan penuh harapan

mengkondisikan sel-sel matang ini dalam keadaan embrionik,

sehingga tumbuhan tersebut dapat menghasilkan semua bagian

tumbuhan wortel yang baru.

Pada hewan vertebrata, kloning yang pertama kali dilakukan

adalah pada katak. Proses kloning tersebut adalah dengan cara

menempatkan inti sel yang matang (dari sel-sel epitel intestin) ke

sel telur matang yang telah dibuang intinya. Sel telur ini kemudian

30

ditumbuhkan dalam medium. Klon akan berkembang menjadi katak

yang semua ciri-cirinya sama dengan inti yang ditransplantasikan.

Dalam hal ini sitoplasma hanya berfungsi sebagai penyedia

lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan sel.

Mamalia belum berhasil dikloning seperti katak, walaupun ternyata

bahwa telah dibuat kloning pada tikus yang belum dibuktikan

kebenarannya.

Pada mamalia yang pernah dilakukan yaitu pada domba

Dolly pada tahun 1997, kloning dihasilkan tidak hanya dengan

menempatkan suatu inti dari sel somatik yang matang (berasal dari

sel kelenjar susu) ke sel telur matang yang telah dibuang intinya,

sel hasil rekayasa ini harus ditempatkan dalam uterus betina untuk

menjamin suksesnya perkembangan sel telur tersebut menjadi

organisme baru. Kloning terhadap manusia saat tidak

diperbolehkan dan melanggar undang- undang.

31

Kloning pada domba dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.

Gambar 7. Proses kloning pada Domba Dolly

32

7. Terapi Gen untuk Pengobatan PenyakitTerapi gen adalah melakukan perubahan genetik dengan

cara menyisipkan gen yang normal pada tubuh pasien, sehingga

pasien menjadi lebih baik. Dalam hal ini, ada dua pendekatan yaitu

terapi sel benih dan terapi gen somatis. Perubahan pada sifat sel-

sel benih (sel sperma dan ovum) mempunyai efek permanen pada

individu yang turunannya dilakukan terapi sel-sel somatis,

contohnya adalah sel-sel otot, sel-sel tulang, dan sel-sel saraf. Jika

dilakukan perubahan pada sel-sel ini akan ber-pengaruh terhadap

sel-sel benih, dan juga berpengaruh pada orang-orang yang sel-

selnya direkayasa.

Terapi gen terhadap sel-sel benih dinamakan teknologi

transgenik. Terapi gen sel-sel manusia dipertimbangkan unik dan

belum dicobakan secara legal. Terapi gen terhadap sel somatis

dapat bertujuan memperbaiki genetik atau pengaruh non genetik.

Sasaran pengobatan mutakhir termasuk ke dalam dua kategori ini.

Terapi gen somatis yang relatif murah dilakukan adalah terapi sum-

sum tulang karena relatif mudah diambil, diganti dan dimasukkan

kembali ke dalam tubuh. Sel-sel batang yang direkayasa dapat

menghasilkan sel-sel itu sendiri dalam sumsum tulang. Juga dapat

dilakukan pembuatan sel-sel darah secara rekayasa genetik.

Sasaran untuk terapi sumsum tulang yang pernah dillakukan

adalah pada penderita immuno defisiensi (tidak mempunyai sistem

kekebalan tubuh), penyakit genetik yang jarang terjadi ini

disebabkan karena kekurangan enzim adenosin deaminase (ADA).

Sel-sel T dan B limfosit penderita dalam sistem kekebalan tubuh

tidak berfungsi karena kekurangan enzim ADA ini. W. French

Anderson dan Michael Blaese melakukan pengobatan terapi gen

pada anak usia 4 tahun pada akhir tahun 1991 dengan hasil

sukses. Pada proses terapi gen, sel-sel batang diambil dari darah

dan dinfeksikan dengan RNA retrovirus yang telah mengandung

33

gen yang normal. Kemudian sel-sel batang tersebut dikembalikan

ke tubuh pasien (lihat Gambar 8).

Gambar 8. Proses terapi gen pada manusia

Sasaran lain termasuk pengobatan kanker kulit (melanoma)

dengan memasukkan sel-sel limfosit penginfiltrasi kanker (Tils)

yang telah direkayasa untuk menghasilkan faktor nekrosis tumor

(TNF) atau interleukin (IL 4) pada pasien kanker kulit. Diharapkan

interleukin yang terbentuk ini dapat membantu dalam

menghancurkan sel-sel kanker kulit.

34

BAB IVDAMPAK NEGATIF DARI

PENERAPAN REKAYASA GENETIKA

Di samping rekayasa genetika sangat bermanfaat di bidang

kehidupan manusia, seperti di bidang kedokteran, farmasi, peternakan,

pertanian, dan perindustrian, ternyata dampak negatifnya juga ada.

Menurut Kepala Centre for Alternatif Development Initiatives Filipina,

Nicator Perlas, ditemukan fenomena dampak negatif dari bioteknologi ini.

L-triptofan hasil rekayasa genetika yang digunakan untuk mengatasi

orang yang sulit tidur (insomnia) dan depresi, ketika dilepas ke pasaran,

belasan orang meninggal dan menderita sakit parah karena

menggunakan produk ini. Insulin adalah produk pertama hasil rekayasa

genetika, beberapa konsumen yang menggunakan hormon ini di Inggris

pingsan setelah menggunakan produk ini.

Di Amerika Serikat beberapa tahun yang lalu, ribuan anak yang

diberi hormon pertumbuhan yang dihasilkan melalui rekayasa genetika

mengalami gangguan kesehatan yang serius. Hormon pertumbuhan ini

tidak hanya mahal dan tidak efektif, tetapi mengakibatkan anak-anak

mudah jatuh sakit. Penggunaan obat turunan hormon pertumbuhan hasil

rekayasa genetika ini ternyata berkaitan erat dengan penyakit leukemia

dan melanoma (kanker kulit).

Hormon pertumbuhan sapi yang dihasilkan dengan rekayasa

genetika dapat meningkatkan susu sapi 5-20%, para pengambil

keputusan mengkhawatirkan penggunaan hormon pertumbuhan sapi ini

dalam skala besar akan menyingkirkan peternak kecil. Penggunaan

hormon pertumbuhan sapi ini ternyata menimbulkan penyakit pada sapi.

Senyawa endotoksin (BT) yang dihasilkan oleh bakteri Bacillus thuri-

engensis yang dapat mematikan ulat-ulat yang merupakan serangga

hama. Gen-gen endotoksin Bt ini ditranfer ke tanaman jagung, kedele atau

35

tanaman lain, supaya tanaman ini tahan terhadap serangan serangga,

sehingga mengurangi ketergantungan petani pada pestisida. Akan tetapi

vektor (Clavabacter xyli) menyebabkan kekerdilan pada tanaman jagung

dan tanaman penting lainnya.

Para ilmuwan yang melakukan rekayasa genetika terhadap bakteri

yang bertanggung jawab terhadap kerusakan tanaman akibat suhu rendah

(penyakit beku), ilmuwan itu berharap bakteri yang telah direkayasa

tersebut mampu menjadikan tanaman kentang dan strawberi tumbuh pada

suhu rendah. Ternyata bakteri ini lebih menyukai hidup pada gulma

(tanaman pengganggu) daripada hidup pada kentang dan strawberi,

sehingga gulma tumbuh secara tidak terkendali pada suhu rendah.

Para ilmuwan AS telah merekayasa gen-gen pertumbuhan manusia

ke dalam susunan gen babi secara permanen untuk menciptakan babi

yang lebih besar daripada babi biasa. Ternyata babi-babi itu bukan

bertambah besar, tatpi lahir dengan penyakit artritis, kaki bengkok, dan

mata juling.

Perusahaan Unilever di Malaysia mengklon ribuan tanaman kelapa

sawit untuk perkebunan. Selama enam tahun pertumbuhan, kelapa sawait

tersebut memerlukan pestisida enam kali lebih banyak dari tanaman

kelapa sawit biasa. Proyek Unilever ini gagal dan menyusul kegagalan

pembuangan sejumlah tanaman kelapa sawit transgenik ini.

Berbagai jenis ikan, seperti ikan mas, lele, trout, dan salmon

direkayasa dengan gen manusia, sapi, tikus untuk meningkatkan pertum-

buhan dan produksi ikan-ikan tersebut. Ikan-ikan transgenik tersebut jika

dilepas ke lingkungan dapat kawin dengan jenis-jenis alami, sehingga

akan mencemari gen-gen spesies asli dan sifatnya menetap.

Vaksin hepatitis hasil rekayasa genetika ada yang dapat

menimbulkan berbagai penyakit pada hewan dan menginfeksi petugas

yang terlibat dalam percobaan tersebut di Argentina. Sehingga ujicoba

vaksin tersebut dihentikan.

36

Kita sebagai anggota masyarakat juga harus berhati-hati terhadap

produk-produk rekayasa genetik ini, misalnya penggunaan hormon insulin,

dan hormon pertumbuhan, serta tanaman dan hewan transgenik. Jika

ingin menggunakan produk ini atau ingin mengembangbiakan tanaman

atau hewan transgenik harus yakin betul produk atau hewan dan

tumbuhan transgenik tersebut tidak berbahaya.

37

BAB VRANGKUMAN

Rekayasa genetika secara umum adalah memanipulasi (mengubah

susunan) gen untuk mendapatkan galur baru. Proses ini berlawanan

dengan proses perkawinan secara konvensional. Rekayasa genetika

disebut juga rekombinasi DNA

Dengan menggunakan biokimia dan peralatan mekanik untuk

teknologi DNA, ilmuwan dapat membuat DNA rekombinan secara invitro.

Kemudian DNA dimasukkan ke dalam kultur sel, sel mereplikasikan DNA

tersebut, dan mengekspresikan DNA tersebut, sehingga dihasilkan produk

yang berman-faat, seperti hormon insulin, hormon pertumbuhan, dan

tanaman transgenik. Bakteri Escherichia Coli sering digunakan sebagai

vektor (pembawa) da lam DNA rekombinan karena bakteri tersebut

mudah dikembangbiakkan dan biokimianya telah diketahui. Selain bakteri

E. coli juga digunakan bakteri Bacillus subtilis dan ragi Saccharomyces

cerevisiae sebagai vektor untuk rekayasa genetika.

Vaksin hepatitis B telah dibuat dengan mengkloning selubung

permukaan virus (HbsAg) dalam plasmid ragi. Dengan menumbuhkan ragi

dalam medium perbenihan ragi dalam fermentor akan dihasilkan 50-100 g

protein selubung virus per liter kultur.

Kloning organisme yang pernah dilakukan adalah pada katak,

domba Dolly dengan cara menempatkan inti sel matang (sel-sel epitel

kelenjar susu) ke sel telur matang yang telah dibuang intinya. Klon akan

berkembang menjadi katak yang semua ciri-cirinya sama dengan katak

yang intinya ditransplantasikan. Pada mamalia, misalnya domba Dolly,

kloning dihasilkan tidak hanya menempatkan inti sel somatis ke sel telur

matang yang telah dibuang intinya, sel ini harus ditempatkan dalam uterus

domba untuk menjamin keberhasilan sel telur berkembang menjadi

organisme baru.

38

BAB VIEVALUASI

A. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!

1. Jelaskan pengertian rekayasa genetika!

2. Jelaskan langkah-langkah pembuatan insulin melalui rekombinan

DNA!

3. Jelaskan prosedur kloning gen!

4. Bagaimana cara memperoleh antibodi monoklonal dengan teknik

hibridoma?

5. Bagaimana cara memperoleh tanaman yang tahan terhadap

serangga dengan DNA rekombinan?

6. Jelaskan keuntungan dan kerugian rekayasa genetika!

7. Jelaskan dampak negatif dari rekayasa genetika!

B. Pilahlah satu jawaban yang tepat

1. Berikut ini merupakan bahan-bahan yang diperlukan untuk rekayasa

genetika, kecuali ....

a. Plasmid;

b. Hormon;

c. sel bakteri;

d. enzim restriksi;

e. enzim ligase.

2. Salah satu pemanfaatan rekayasa genetika di bidang kedokteran

adalah ....

a. antibodi poliklonal yang dihasilkan klon sel-sel hibridoma;

b. interferon yang dihasilkan oleh sel-sel kanker

c. insulin dihasilkan dengan cara ekstraksi pankreas hewan;

d. antibodi monoklonal yang dihasilkan oleh sel-sel hibridoma;

e. vaksin yang berasal dari bibit penyakit yang dihilangkan sifat

virusnya.

39

3. Manakah bakteri berikut ini yang sering digunakan dalam rekayasa

genetika?

a. Pseudomonas aeruginosa;

b. Escherichia coli;

c. Steptococcus lactis

d. Bacillus anthraxis

e. Staphylococcus lactis

4. Terapi gen telah digunakan untuk pengobatan penyakit berikut,

kecuali ...

a. kistis fibrosis;

b. hiperkolesterolemia

c. talasemia

d. siklemia

e. anemia

40

BAB VIIDAFTAR ISTILAH

1. Enzim ligase adalah enzim yang digunakan untuk menyambungkan

po-tongan DNA yang digunting dari kromosom dengan potongan DNA

yang digunting dari plasmid.

2. Enzim restriksi endonuklease adalah enzim yang berfungsi untuk

memotong dan mengenali tempat-tempat khusus di sepanjang

untaian DNA.

3. Kalus adalah masa sel-sel tanaman yang belum berdiferensiasi pada

kultur jaringan.

4. Hewan transgenik adalah hewan hasil rekayasa genetika

5. Hibridoma adalah penyatuan dua sel dari jaringan yang sama atau sel

dari dua organisme yang berbeda.

6. Interleukin adalah senyawa yang berfungsi mengaktifkan sistem

kekebalan tubuh.

7. Interferon adalah sitokinin yang dibuat oleh sel-sel tertentu dari sistem

kekebalan dan untuk mencegah terjadinya infeksi oleh virus.

8. Organisme transgenik adalah organisme yang menerima gen-gen dari

spesies lain.

9. Plasmid adalah molekul DNA melingkar kecil yang terdapat dalam

ekstra kromosom bakteri

41

DAFTAR PUSTAKA

Association for science Education 1990. Science and Technology in

Society. 16-19 (SATIS 16-19). Hartfiel: ASE. These units extend

the original SATIS Project into the sixth form. In the first file of 25

unit there is theme no.609. Hitting Target.

Dorain Paulin M. 1989. Direction in Modern Biotechnology. Sydney:

Hawker Brownnlow Education

Fried G.H. 1995. Biology. The Study of Living Organisms. New York St.

Louis San Fransisco Aukland Bogota Caracas Lisbon: Mc Graw

Hill, Inc.

Old R.W and Primrose S.B. 1989. Prinsip-prinsip Manipulasi gen.

Pengantar Rekayasa Genetika .Terjemahan. Edisi ke empat.

Oxford London : Black Well Scientific Publication.

Trevan M.D. S. Boffey, K.H. Goulding, and P. Stanbury 1987.

Biotechnology: The Biological Principles. New York Philadelphia:

Open Unversity Press.

Watson J.D. et all. 1992. Recombinant DNA. Second Edition. New York:

Scientific American Books. Distributed by W.H Freeman and

Company.