REKAYASA GENETIKA PDF

Preview

Summary

Muh. Reza Jaelani 153112620120030 REKAYASA GENETIKA Definisi Rekayasa Genetika Sejak ditemukannya struktur double helix DNA oleh Watson-Crick 1953 merupakan awalan dari perkembangan biomolekuler secara cepat. Perkembangan biomolekuler juga ditunjang sejumlah penemuan baru seperti teknologi PCR yang ...

Description

Muh. Reza Jaelani 153112620120030

REKAYASA GENETIKA

Definisi Rekayasa Genetika Sejak ditemukannya struktur double helix DNA oleh Watson-Crick 1953 merupakan awalan dari perkembangan biomolekuler secara cepat. Perkembangan biomolekuler juga ditunjang sejumlah penemuan baru seperti teknologi PCR yang mendukung teknik amplifikasi DNA secara invitro serta berbagai penemuan baru dalam hal DNA. DNA merupakan molekul kehidupan dasar yang kehidupan sekaligus merupakan blue print dari setiap organisme. Kode DNA bersifat universal, berupa bahasa berupa basa nitrogen purin dan pirimidin yang sama untuk setiap organisme, hanya berbeda dalam hal jumlah, susunan, serta dalam hal ekspresi genetiknya. Mengingat bahasa DNA yang bersifat universal maka dimulailah sejumlah proyek pemetaan DNA, mulai dari bakteri, jamur, hewan, tumbuhan, bahkan yang paling ambisius adalah Human Genome Project yang dicetuskan pada tahun 1990. Proyekproyek pemetaan tersebut makin mendukung percepatan penelitian dan aplikasi DNA secara lebih real dalam kehidupan, sampai dengan mempercepat perkembangan cabang keilmuan baru dalam bidang modifikasi DNA yang disebut Rekayasa Genetika atau dalam bahasa Inggris disebut Genetic Engineering. Rekayasa genetika sebenarnya telah berkembang sejak tahun 1950 dengan kemunculan hiptesis mengenai terapi gen yang menginduksi penelitian-penelitian dalam hal merekayasa materi genetik. Awal boomingnya rekayasa genetika diawali pada tahun 1972 saat Paul Berg pertama kali mempublikasikan risetnya mengenai proses rekombinasi DNA virus SV40 dan virus lambad. Hal tersebut tidak terlepas dari penemuan enzim restriksi yang dapat memotong DNA secara spesifik. Seiring dengan hal tersebut maka makin berkembanglah bidang rekayasa genetika, yang merupakan disiplin ilmu terapan yang tidak terlepas dasar dan aplikasinya dengan disiplin ilmu lainnya. Berikut beberapa definisi mengenai rekayasa genetika :

Rekayasa Genetika- September 2016

1. Genetic engineering is process in which recombinan DNA (rDNA) technology is used to introduce desirable trait into organism. A genetically engineere (GE) animal is one that contain a rDNA contruct producing a new trait. (FDA, 2009) 2. Genetic engineering is process of manually adding new DNA to an organism. The goal is to add one or more new trait that are not allredy found in that organism. (Agro Biosefty, 2013) 3. Genetic engineering is the direct manipulation of an organism’s genome using biotechnology. It is a set of technologies used to change the genetic make up of cells, including the transferof genes with and cross species boundaries to produce improved or novel orgnisms. (Wikipedia, 2011) 4. Genetic engineering is process of manipulating an organism’s genetic material, including genes from other species in effort to produce desired traits such as pest resitance or dought tolerance. (UCSUSA, 2010) 5. Genetic engineering is alteration of genetic material by direct intervention in genetic process with the purpose of producing new substance or improving functions of existing organism. (Science Every day, 2002) Berdasarkan definisi-definisi di atas maka dapat diambil benang merah bahwa rekayasa genetika berkenaan dengan teknologi rekombinasi DNA yang bertujuan mentransfer karakter ke organisme lain agar menghasilkan fenotif yang lebih menguntungkan. Sebagai besar arah perkembangan rekayasa genetika banyak ditujukan untuk kepentingan kehidupan manusia. Terutama dalam menjawab permasalahan pemenuhan kebutuhan pangan, dan jaminan akan kesehatan.

Bidang Penunjang Rekayasa Genetika Sebagai disiplin ilmu terapan, rekayasa genetika tidak terlepas dengan kajian bidang ilmu lainnya. Seperti Biologi Molekuler, Imunologi, Bioinformatika, Farmakologi, Mikrobiologi, bahkan sampai dengan bidang teknologi Informasi (IT) Bidang biologi molekuler juga merupakan suatu bidang baru yang merupakan perkembangan rumpun sains dalam kajian kehidupan tingkat molekuler yang secara

Rekayasa Genetika- September 2016

artian khusus berhubungan dengan DNA. Kajian DNA dalam Biologi Molekuler didasarkan pada dogma sentral yang mencakup replikasi, transkripsi, dan translasi DNA sampai dengan tingkatan ekspresi genetik. Hal ini menjadi dasar-dasar dalam pengembangan teknik rekayasa genetika yang berkaitan dengan rekombinasi DNA organisme. Pengetahuan tentang genom sangatlah penting dalam kajian rekayasa genetika untuk menetukan letak gen yang hendak direkombinasikan, mengenai mekanisme gen tersebut direplikasi, faktor-faktor transkripsi yang menyebabkan suatu gen diekspresikan, dikontrol dan dikendalikan, sampai dengan tingkatan translasi penerjemahan triplet basa nitrogen menjadi bahasa asam amino. Dalam kajian tingkat gen ini juga diperlukan keilmuan biokimia yang berkaitan dengan metabolisme tingkat seluler berkaitan dengan ekspresi gen yang bersangkutan. Sejalan dengan Human Genome Project dan sejumlah penelitian mengenai genom organisme

lainnya,

berkembang

juga

kajian

mengenai

Bioinformatika.

Bioinformatika memfasilitasi pengolahan sekuen gen secara komputasi yang kini memungkinkan para peneliti melakukan kajian hingga menemukan struktur tiga dimensi mengenai sekuen gen yang dianalisis. Seperti penerapan dalam sejumlah design vaksin untuk virus, sebagai contoh pada produksi vaksin HBsAg rekombinan yang dilakukan dengan melakukan seleksi sekuen gen pengkode protein-S pada sejumlah genotype virus Hepatitis B, dilakukan dengan bantuan bioinformatiak sampai didapatkan sejumalh sekuen yang dapat digunakan untuk mendesign vaksin. Dalam hal pengujian, para peneliti sebelum melakukan percobaan secara in vivo atau pun in vivo dapat melakukan analisis secara komputasi melalui berbagai software bioinformatika untuk menentukan sekuen mana yang memiliki bila diekspresikan menjadi protein HBsAg memiliki antigenitas dan spesivisitas yang paling baik yang dapat menimbulkan reaksi imunologi, dan sampai menentukan epitop bagian mana yang dapat menimbulkan rekaksi imunologi. Dalam hap produksi secara massal untuk vaksin rekombinan ini telah dikembangkan vector berupa saccaromicease sp yang genomnya telah disisipi sekuen gen pengkode protein-S virus Hepatitis B. Sehingga dalam memproduksi vaksin rekayasa genetika

Rekayasa Genetika- September 2016

melibatkan banyak bidang mulai dari Biomolekuler, IT, Imunologi, Biologi Sel, Kultur Sel, Mikrobiologi, dan rekayasa genetika itu sendiri. Contoh lain pengembangan vaksin ini adalah untuk vaksin Dengue, Vaksin HPV, dan produksi antibodi monoklonal untuk sejumlah kegunaan. Rekayasa genetika tidak terlepas dari keseharian masyarakat, menenal istilah GMO. Sebagain besar distigmakan negatif namun apabila dikaji lebih mendalam dari segi positifnya, GMO merupakan upaya dalam pemenuhan kebutuhan manusia baik dalam bidang pangan maupun energi. Sejumlah bahan pangan direkayasa secara genetika untuk mendapatkan sifat-sifat unggul, tahan hama, dan berproduksi berlipat kali lebih banyak dari indukan asalnya. Rekombinasi ini memicu biodiversitas baru secara artifisial. Dalam bidang mikrobilogi, rekayasa genetika berhubungan timbal balik dengan mikrobiologi. Sejumlah agen mikrobiologi terutama virus, bakteri dan jamur uniseluler dapat dimanfaatkan sebagai vektor yang dapat direkombinasikan materi genetiknya untuk sejumlah kepentingan baik dalam bidang pangan, medis, maupun produksi energi. Dalam bidang kesehatan, rekayasa genetika banyak dikaitan dengan upaya memperbaiki derajat kesehatan manusia seperti dengan terapi gen bahkan dewasa ini dikembangkan untuk rekayasa sel imun manusia utamanyanya sel T.

Prospek Rekayasa Genetika Mengingat keterkaitan rekayasa genetika dengan banyak disiplin ilmu, maka batasan antara rekayasa genetika dan ranah keilmuan yang berhubungannya menjadi bias perbedaannya. Pengembangan dan Penerapan teknik rekayasa genetika memerlukan keahlian bidang lain sehingga dengan sifatnya yang terbuka dan berkorelasi dengan banyak bidang menjadikan pengembangan rekayasa genetika dan aplikasinya kedepan sangatlah penting dan akan mengalami sejumlah akserelasi.

Rekayasa Genetika- September 2016

Hal tersebut dapat kita tinjau dari berbagai proyek rekayasa genetika yang telah sukses terutama dalam sejumlah bidang rekayasa tumbuhan dan hewan dalam hal untuk

penyediaan

kebutuhan

pangan

manusia.

Tantangan

dan

prospek

pengembangan rekayasa genetika kedepan justru akan mengarah ke aplikasinya yang lebih luas ke manusia itu sendiri terutama untuk aplikasi dibidang kesehatan. Produksi vaksin dengan memanfaatkan teknik rekayasa genetika telah banyak membantu riset dan pengembangan sejumlah vaksin baru, baru-baru ini sedang dikembangkan juga vaksin untuk menangani wabah Ebola, Zika, dan virus H7N9 yang berpotensi menjadi penyakit pandemic secara global. Pengembangan rekayasa genetika dewasa ini dibangun dengan tema besar Dreaming Big with Syntetic Biology . Tema ini merepresentasikan sebuah teknik rekayasa genetika yang berusaha menampilkan agen biologi baru dan mendesign ulang sistem biologi organisme dengan mensisipkan sekuen DNA yang baru, lebih luas cakupannya dibanding rekayasa genetika konvensional yang hanya bertumpu pada rekombinasi DNA saja. Syntetic Biology berarti rewritten DNA organisme yang berarti mensintesis DNA yang diaplikasikan dan direprogram ke suatu organisme atau manusia itu sendiri untuk melakukan kegiatan biologi yang baru. Salah satu penerapan teknik baru ini adalah pada sebuah sel yeast yang disispi DNA dengan DNA buatan yang mampu mengkode dan menginduksi vanilli, stevia, dan saffron flavoring. Sekarang pun tengah dilakukan uji coba untuk re-engireed mikroba untuk kepentingan produksi biofuel dengan memanfaaatkan DNA buatan yang diharapkan mampu menggantikan bahan bakar fosil. Konsep Syntetic Biology dibangun dengan metode dan pendekatan dari bagaimana sebuah sistem biologi dibangun dan bekerja, dan kemudian ditiru secara artifisial untuk menghasilkan agen biologi artifisial yang baru. Dalam prakteknya ada beberapa pendekatan yang dilakukan seperti : 1. BioBricks BioBrick dilakukan layaknya kita menyusun lego. Dalam hal ini adalah sekuensekuen DNA kita susun sedemikian rupa membentuk sirkuit-sirkuit yang

Rekayasa Genetika- September 2016

secara biologi akan membentuk sistem biologi dan kemudian disisipkan ke dalam sel hidup. Teknik 2. Xeno DNA Teknik ini diperkenalkan sebagai teknik rekombinasi ulang susunan DNA. Jika DNA secara alaminya mengandung empat jenis basa nitrogen, namun para ilmuwan dalam teknik ini memiliki enam variasi basa nitrogen yang diharapkan dapat diaplikasikan untuk kepentingan medis dan dapat menjadi sekuen yang survive dalam sel hidup. Pengembangan Xeno DNA masih dalam tahap awal dan walaupun dianggap sebagai Biosafety tool akan tetapi masih mengundang perdebatan seputar bioetik, aspek legal, ekonomis, dan aspek sosialnya. 3. Digital DNA and Gene Systhesis Khusus untuk metode ini telah banyak riset yang menghasilkan penemuanpenemuan baru yang melakukan konstruksi ulang dan mengubah sekuensekuen DNA yang dilakukan secara komputerisasi dan dibuatkan ke dalam bentuk DNA artifisial sebagai upaya dalam pemenuhan kebutuhan sekuensekuen tersebut. Sebagai contoh adalah sintesis virus dan diharapkan dapat dikembangkan untuk organisme yang lebih kompleks. Konsep ini umum diterapkan untuk pembuatan primer untuk PCR. Lebih jauh kedepan teknik ini diharapkan dapat menyisipkan dan menggantikan maeteri genetik dengan DNA artifisial. 4. 3-D Biological Printing Dalam teknik ini muncul pertanyaan bahwa , dapatkah kita mendesign fisik organisme secara digital? Secara mikroskopik hal ini masuk akal. Dimuali dari teknik design vaksin dan pencitraan 3D protein secara komputasional. Dalam hal ini semua bangunan Syntetic Biology kedepan diharapkan dapat dikembangkan untuk membangun organisme yang kompleks. Impian terbesar para peneliti dibidang ini adalah dapat mengirimkan genom

Rekayasa Genetika- September 2016

portable ke planet Mars dan mengamati kemungkinan pembentukan kembali kehidupan yang serupa seperti di bumi. 5. Gene Editing Teknik gene editing sebenarnya telah lama dilakukan oleh para ilmuwan dengan

melakukan

penghapusan

segmen

DNA

organisme

atau

menghilangkan suatu gen yang spesifik pada organisme, atau pun juga menyisipkan DNA baru dengan perantara vektor. Akan tetapi teknik ini memiliki inakurasi yang besar. Baru-baru ini untuk mengefisienkan teknik ini dan meningkatkan akurasi dikembangkan suatu sistem CRISPR/Cas9. CRISPR merupaka singkatan dari Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats yang pertama kali dikembangkan para ilmuwan ketika meneliti mekanisme anti-viral pada bakteri. Sistem CRISPR bertumpu pada ikatan basa RNA-DNA yang digunakan untuk mengidentifikasi lokasi yang dituju di dalam genom, kemudian membuat bagian tersebut dipisahkan dari lokusnya. Gen editor dalam sistem ini disebut scissors dan menjadi memungkinkan peneliti memasukan sekuen baru atau melakukan modifikasi.

Rekayasa Genetika- September 2016

6. Gene Drives Teknik ini dikembangkan dari konsep syntetic biology dan gene editing. Sistem gene drives mengacu pada modifikasi genetik pada tingkatan populasi. Teknik ini bertumpu pada elemen genetik itu sendiri yang mengupayakan suatu gen dapat eksis dan diturunkan. Sebagai contoh yang dilakukan Esvelt peneliti dari Harvaed yang mengujicobakannya pada populasi nyamuk untuk memblok penyebaran malaria. Teknik-teknik diatas kedepan dapat dikembangkan untuk kepentingan diagnostik sampai dengan tingkatan molekuler, dalam hal produksi vaksi dengan cara yang lebih efisien untuk mikroba yang dapat menjadi pandemi global, untuk pengembangan

metode

Xenotranplantation

,

mendukung

pengembangan

penelitian DNA sekuensing untuk kepentingan mempelajari genom seperti dalam hal kajian molekuler untuk berbagai macam mikroba. Selain itu pengembangan konsep gen terapi diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut untuk sejumlah penyakit genetik seperti hemophilia, penyakit cancer yang disebabkan mutasi gen, serta kepentingan diagnostic lainnya. Bahkan kedepan ada sebuah gagasan untuk penerapan Human Modification yang dirintis dengan percobaan Germline yang diupayakan memodifikasi sel-sel gamet.

Namun sampai dengan sekarang masih

memicu kontroversi. Dengan semakin berkembangnya instrumentasi, teknik komputasional, jumlah sekuen data genom organisme, dan teknik dalam dibidang molekuler ini memungkinkan prospek pengembangan teknologi rekayasa genetika pada khususnya semakin bertambah pesat. Terlepas dari berbagai kontroversi di dalamnya, pengembangan rekayasa genetika di arahkan untuk kesejahteraan makhluk hidup dan melindungi biodiversitas. Pengembangan prospek rekayasa genetika yang luas baik dari seri pemanfaata, pengembangan karir para penelitinya, teknologi, dan penelitian hendaknya diiringi

Rekayasa Genetika- September 2016

dengan etika dalam keilmuan, etika yang bertanggung jawab serta diarahkan untuk kepentingan bersama dan bersifat jangka panjang.

Rekayasa Genetika- September 2016

Referensi Center for Genetic and Society. (2016). Extreme Genetic Engineering and the Human Future. USA: Friends of The Earth. Nicholl, D. S. (2008). An Introduction to Genetic Engineering. Cambridge: Cambridge University Press.

www.fda.gov www.ucsusa.org www.agrobisafety.uni.edu www.wikipedia.org

Rekayasa Genetika- September 2016...