rekayasa genetika

REKAYASA GENETIK

Sejarah rekayasa genetika dimulai sejak Mendel menemukan faktor yang diturunkan. Ketika Oswald Avery (1944) menemukan fakta bahwa DNA membawa materi genetik, makin banyak penelitian yang dilakukan terhadap DNA. Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan). Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini. 

Struktur DNA

Para ahli berusaha melawan gen-gen perusak dalam inti sel dengan berbagai cara rekayasa genetika. Upaya yang dirintis tersebut dikenal dengan istilah terapi genetik. Terapi genetik adalah perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki gen. Hal inilah yang melatar belakangi diciptakannya rekayasa genetic dengan berbagai tujuan dengan melewati proses-proses tertentu.

APA ITU REKEYASA GENETIK?

Rekayasa genetika dapat diartikan sebagai kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan cara membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen. DNA rekombinan adalah DNA yang urutannya telah direkombinasikan agar memiliki sifat-sifat atau fungsi yang kita inginkan sehingga organisme penerimanya mengekspresikan sifat atau melakukan fungsi yang kita inginkan. Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing.

Salah satu penelitian yang memberikan kontribusi terbesar bagi rekayasa genetika adalah penelitian terhadap transfer (pemindahan) DNA bakteri dari suatu sel ke sel yang lain melalui lingkaran DNA kecil yang disebut Plasmid. Plasmid adalah gen yang melingkar yang terdapat dalam sel bakteri, tak terikat pada kromosom. Melalui teknik plasmid dalam rekayasa genetika tersebut, para ahli di bidang bioteknologi dapat mengembangkan tanaman transgenik yang resisten terhadap hama dan penyakit

Contoh teknik Plasmid

          Penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi. Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.

Dalam rekayasa genetika, ada kode etik yang melarang keras percobaan ini pada manusia. Akan tetapi, para ahli tidak selamanya bersikap kaku sebab berbagai penyakit fatal memang sulit disembuhkan kecuali dengan terapi genetik. Maka muncul pendapat tentang perlu adanya dispensasi. Dispensasi itu dikeluarkan oleh Komite Rekayasa Genetika dari Nasional Institute of Health (NIH) Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1990. 

TAHAP-TAHAP REKAYASA GENETIK

1.      Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan.

2.      Membuat DNA/AND salinan dari ARN Duta.

3.      Pemasangan cDNA pada cincin plasmid

4.      Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri.

5.      Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan

6.      Pemanenan produk

MANFAAT REKAYASA GENETIK

a.      Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia seperti insulin dan hormon pertumbuhan.

b.      Tersedianya bahan makanan yang lebih melimpah.

c.       Tersedianya sumber energy yang terbaharui.

d.      Proses industri yang lebih murah.

e.      Berkurangnyapolusi
f.    Adanya pestisida alami hasil dari tanaman rekayasa genetik

Contoh  Rekayasa Genetik

Sekitar 20 produk pertanian hasil modifikasi genetik telah beredar di pasaran Amerika, Kanada, bahkan Asia Tenggara. Dalam enam tahun ke depan, berbagai perusahaan telah menyiapkan 26 produk lainnya, mulai dari kedelai, jagung, kapas, padi hingga stroberi. Dari yang tahan hama, herbisida, jamur hingga pematangan yang dapat ditunda.

Pada dasarnya prinsip pemuliaan tanaman, baik yang modern melalui penyinaran untuk menghasilkan mutasi maupun pemuliaan tradisional sejak zaman Mendel, adalah sama, yakni pertukaran materi genetik. Baik seleksi tanaman secara konvensional maupun rekayasa genetika, keduanya memanipulasi struktur genetika tanaman untuk mendapatkan kombinasi sifat keturunan (unggul) yang diinginkan.

Tahun 1989 untuk pertama kalinya uji lapangan dilakukan pada kapas transgenik yang tahan terhadap serangga (Bt cotton) dan pada tahun yang sama dimulai proses pemetaan gen pada tanaman (Plant Genome Project). Pada tahun 1992 sebuah perusahaan penyedia benih memasukkan gen dari kacang Brasil ke kacang kedelai dengan tujuan agar kacang kedelai tersebut lebih sehat dengan mengoreksi defisiensi alami kacang kedelai untuk bahan kimia metionin.

Pada tahun 1952, Robert Brigs dan Thomas J. King (AS) mencoba teknik kloning pada katak. Sepuluh tahun kemudian (1962), John B. Gurdon juga mencoba teknik kloning pada katak, namun percobaanya menghasilkan banyak katak yang abnormal. Pada tahun 1986, Steen Willadsen (inggris) menkloning sapi dengan tujuan komersial dengan metode transfer inti. Tahun 1996, Ian Willmut mengkloning domba. Ia menggunakan sel kelenjar susu domba finn dorset sebagai donor inti dan sel telur domba blackface sebagai resipien. Sel telur domba blackface dihilangkan intinya dengan cara mengisap nukleusnya keluar dari sel menggunakan pipet mikro. Kemudian, sel kelenjar susu domba finn dorsetg difusikan dengan sel telur blackface yang tanpa nukleus. Hasil fusi ini kemudian berkembang menjadi embrio dalam tabung percobaan dan kemudian dipindahkan ke rahim domba blackface. Kemudian embrio berkembang dan lahir dengan ciri-ciri sama dengan domba finn dorset, dan domba hasil kloning ini diberinama Dolly. Dari 227 percobaan yang dilakukan oleh Wilmut, hanya 29 yang berhasil menjadi embrio domba yang dapat ditransplantasikan ke rahim domba, dan hanya satu yang berhasil dilahirkan menjadi domba normal.

Rekayasa genetika pada tanaman tumbuh lebih cepat dibandingkan dunia kedokteran. Alasan pertama karena tumbuhan mempunyai sifat totipotensi (setiap potongan organ tumbuhan dapat menjadi tumbuhan yang sempurna). Hal ini tidak dapat terjadi pada hewan, kita tidak dapat menumbuhkan seekor tikus dari potongan kepala atau ekornya. Alasan kedua karena petani merupakan potensi besar bagi varietas-varietas baru yang lebih unggul, sehingga mengundang para pebisnis untuk masuk ke area ini

.

Domba Dolly dan Penciptanya

Rekayasa genetika pada tanaman tumbuh lebih cepat dibandingkan dunia kedokteran. Alasan pertama karena tumbuhan mempunyai sifat totipotensi (setiap potongan organ tumbuhan dapat menjadi tumbuhan yang sempurna). Hal ini tidak dapat terjadi pada hewan, kita tidak dapat menumbuhkan seekor tikus dari potongan kepala atau ekornya. Alasan kedua karena petani merupakan potensi besar bagi varietas-varietas baru yang lebih unggul, sehingga mengundang para pebisnis untuk masuk ke area ini.

Perkembangan

Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan). Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini. Tentu saja, penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi.

Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.

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 insulin adalah 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.
2. Kemudian plasmid tersebut dipotong dengan menggunakan enzim di tempat tertentu sebagai calon tempat gen baru nantinya yang dapat membuat insulin.
3. Gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) insulin diambil dari kromosom yang berasal dari sel manusia.
4. Gen yang telah dipotong dari kromosom sel manusia itu kemudian ‘direkatkan’ di plasmid tadi tepatnya di tempat bolong yang tersedia setelah dipotong tadi.
5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia itu kemudian dimasukkan kembali ke dalam bakteria.
6. Bakteria yang telah mengandung gen manusia itu selanjutnya berkembang biak dan menghasilkan insulin yang dibutuhkan. Dengan begitu diharapkan insulin dapat diproduksi dalam jumlah yang tidak terbatas di pabrik-pabrik.

Begitulah contoh rekayasa genetika yang diterapkan di dalam industri farmasi. Rekayasa genetika (genetic engineering) yang diperkirakan akan menjadi prima donna dari segala engineering melebihi electronic engineering di abad ke-21 ini memang ditujukan bagi perbaikan kualitas hidup umat manusia di bumi ini. Penerapannya sangat luas, mulai dari di bidang pertanian hingga di bidang kesehatan guna memerangi penyakit2 berat yang selama ini sulit disembuhkan. Rekayasa genetika ini juga dapat menolong untuk mereproduksi spesies2 yang hampir punah di muka bumi ini. Di masa mendatang, mungkin gen-gen dari sejenis ubur2 yang bisa menyala yang hidup di dasar laut dapat dimasukkan ke dalam manusia, hingga mungkin di masa depan manusia bisa menyala di malam hari, atau berpendar dengan memasukkan gen kunang-kunang ke dalam manusia. Atau mungkin jikalau anda ingin tampan seperti Antonio Banderas atau ingin cantik seperti Omas Uma Thurman, anda tidak perlu operasi plastik lagi, anda cukup mengkopikan gen-gen mereka kepada kromosom anda dan hasilnya jauh lebih baik dari operasi plastik, mungkin anda hanya perlu mempunyai lisensi atau membayar royalti kepada orang yang gennya dikopikan kepada kromosom anda tersebut. Hehehehe….

Namun untuk aplikasi ke sana tentu masih harus menempuh penelitian yang sangat panjang dan berliku. Tidak tertutup kemungkinan sebuah gen mengatur lebih dari satu sifat. Mungkin perubahan sebuah gen di satu sisi memungkinkan kita mendapatkan sifat yang kita inginkan namun juga secara tak sadar dan tak diketahui kita juga mendapatkan sifat lain yang merugikan!  Ya…. semua itu membutuhkan penelitian yang panjang dan berliku…….

langkah-langkah yang dilakukan dalam rekayasa genetika genetika secara sederhan urutannya sebagai berikut :
1. Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan.
2. Membuat DNA/AND salinan dari ARN Duta.
3. Pemasangan cDNA pada cincin plasmid
4. Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri.
5. Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan
6. Pemanenan produk.

Contoh Rekayasa Genetika

Buat teman-teman yang pengen mencari contoh-contoh rekayasa genetik terhadap bakteri, hewan tingkat rendah dan contoh rekayasa genetika pada tumbuhan. Berikut ada contoh nya:

produksi hormon insulin

Metode produksi insulin dengan menggunakan plasmid bakteri

Hormon insulin berguna untuk obat diabetes melitus. metodenya sebagai berikut:

1. Diperlukan adanya bakteri Escherichia coli yang akan dipakai plasmidnya (bagian DNA yang mampu memperbanyak diri)
2. Diperlukan adanya gen manusia penghasil insulin. Gen ini akan dipotong oleh enzim restriksi (pemotong)
3. Potongan gen penghasil insulin akan disambungkan ke plasmid DNA Escherichia coli, dengan bantuan enzim ligase (penyambung)
4. Hasil penyambungan ini akan ditanamkan ke dalam sel bakteri Escherichia coli

Bakteri dibiakkan dalam medium khusus. Karena bakteri telah memiliki gen penghasil insulin, maka akan meproduksiTumbuhan transgenik

Tumbuhan yang dalam selnya disisipkan gen yang membuat tumbuhan ini resisten terhadap penyakit tertentu. Misalnya tembakau yang kebal terhadap penyakit TMV (Tobacco Mosaic Virus)

Terapi Gen

Gen dari tubuh yang sehat disisipkan ke dalam sel tubuh makhluk yang sakit. Misalnya pada pengobatan enfisema.

Antibodi Monoklonal

Antibodi Monoklonal adalah antibodi sel gabungan yang diproduksi sel gabungan tipe tunggal yang mampu melawan penyakit kanker. Pada teknologi antibodi monoklonal, sel tumor dapat digabungkan dengan sel mamalia yang memproduksi antibodi. Hasil penggabungan sel ini adalah hibridoma, yang akan terus memproduksi antibodi. Antibodi monoklonal menyerang sel tumor

Bakteri yang menangani limbah

Contoh bakteri yang menangani limbah adalah:

1. Bakteri metanogen adalah bakteri yang mencerna senyawa organik limbah (mengandung hidrokarbon), misalnya bakteri Pseudomonas untuk limbah minyak.
2. Bakteri kemolitotrof adalah bakteri yang mencerna senyawa logam berat.