BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Kemajuan
dibidang teknologi saat ini sudah berkembang sangat pesat, banyak penemuan baru
tentang biologi molekular, diantaranya yaitu adanya sistem kloning. Sistem
kloning itu sendiri merupakan suatu proses menghasilkan individu-individu dari
jenis yang sama identik secara genetik. Pada hewan atau tumbuhan tertentu
pengkloningan terbentuk secara alami yaitu kebiasaan proses hewan atau tumbuhan
bereproduksi aseksual. Sedangkan dalam bioteknologi, kloning merujuk pada
berbagai usaha yang dilakukan manusia untuk menghasilkan salinan berkas DNA
atau gen, sel atau organisme.
Seiring
berkembangnya ilmu pengetahuan tersebut, muncullah ilmu yang mempelajari mengenai
pembentukan kombinasi materi genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul
DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkannya untuk terintegrasi dan
mengalami perbanyakan dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel
inang yang dikenal sebagai teknologi DNA rekombinan atau biasa disebut rekayasa
genetika. Teknologi ini memungkinkannya diperolehnya suatu produk dengan sifat
tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi
secara konvensional serta memadukan sifat dari dua jenis organisme yang berbeda
(organisme transgenik) dan lain-lain.
Untuk lebih
jelas mengenai DNA rekombinan, akan di bahas pada pembahasan makalah ini.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan
latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Apakah yang
dimaksud DNA rekombinan ?
2.
Bagaimanakah teknik/tahapan
teknologi DNA rekombinan ?
3. Apakah manfaat dari teknologi DNA rekombinan ?
C. Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai
berikut :
1. Untuk mengetahui pengertian dari DNA rekombinan.
2. Untuk mengetahui teknik yang digunakan dalam
teknologi DNA rekombinan
3. Untuk mengetahui manfaat dari teknologi DNA
rekombinan.
D. Manfaat
Manfaat dari penulisan makalah ini
adalah sebagai berikut :
1. Bagi mahasiswa dapat melatih keterampilan dan
kemampuan dalam membuat karya tulis ilmiah
2. Bagi pembaca dapat menambah sumber informasi
tentang teknologi DNA rekombinan
BAB II
PEMBAHASAN
A. Definisi DNA Rekombinan
Menurut Cohen dan Boyer
(1980: DNA rekombinan (rDNA) adalah bentuk DNA buatan yang dibuat dengan
menggabungkan dua atau lebih sekuens yang tidak akan biasanya terjadi
bersama-sama. Dalam hal modifikasi genetik, itu adalah diciptakan melalui
pengenalan DNA yang relevan ke dalam DNA organisme yang ada, seperti plasmid
bakteri, untuk kode untuk atau mengubah sifat berbeda untuk tujuan tertentu,
seperti resistensi antibiotik (News Medical.Net)
Robert (2009) mengatakan
bahwa DNA rekombinan adalah DNA yang mengalami perubahan karena penyisipan
suatu sekuens deuksinukleotida yang sebelumnya tidak terdapat dalam molekul DNA
yang sudah ada dengan cara enzimatik atau kimiawi. Rekayasa genetika adalah
serangkaian teknik untuk memodifikasi dan merekomendasi gen dari berbagai
organisme yang berbeda yang juga disebut teknologi DNA rekombinan.
Teknologi yang dikenal
sebagai teknologi DNA rekombinan, atau dengan istilah yang lebih populer
rekayasa genetika, ini melibatkan upaya perbanyakan gen tertentu di dalam suatu
sel yang bukan sel alaminya sehingga sering pula dikatakan sebagai kloning gen.
Banyak definisi telah diberikan untuk mendeskripsikan pengertian teknologi DNA
rekombinan. Salah satu di antaranya, yang mungkin paling representatif,
menyebutkan bahwa teknologi DNA rekombinan adalah pembentukan kombinasi materi
genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor
sehingga memungkinkannya untuk terintegrasi dan mengalami perbanyakan di dalam
suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang. Rekayasa genetika
dapat memberikan hasil yang sangat menguntungkan. Sebagai contoh pasien yang
menderita diabetes tidak mampu membentuk hormon insulin untuk mengatur kadar
gula dalam darah. Oleh karena itu, pasien membutuhkan suntikan insulin sebagai
tambahan. Dengan teknik rekayasa genetika, para peneliti berhasil memaksa
mikroorganisme (bakteri) untuk membentuk insulin yang mirip dengan insulin
manusia (suryo, 2001).
B. Teknologi DNA Rekombinan
Teknologi DNA rekombinan
merupakan teknik kejuruteraan genetik yang melibatkan penggunaan DNA rekombinan
- yaitu DNA yang menggabungkan maklumat genetik dua species organisme yang
berlainan. Jika gen-gen ini digabungkan dalam sel telur atau sel sperma supaya
maklumat genetik ini boleh diturunkan kepada progeni, maka hasil daripada gabungan
ini dinamakan organisme transgenik.
Penghasilan DNA rekombinan
melibatkan tiga proses:
1. Manipulasi DNA in vitro (luar sel
organisma)
2. Gabungan, atau rekombinasi DNA
sesuatu organisma dengan DNA bakteria dalam plasmid atau bakteriofak
3. Pengklonan, atau teknik untuk
mereplikasi progeni yang membawa DNA rekombinan.
Proses-proses diatas
pertama kali dilakukan oleh Paul Berg dan A.D. Kaiser pada tahun 1972. Mereka
berjaya memasukkan DNA prokariot kedalam bakteria, kemudian oleh S.N. Cohen dan
Herbert Boyer yang berjaya menggabungkan DNA organisme eukariot bersama plasmid
bakteria.
Komponen yang digunakan
dalam teknik DNA rekombinan diantaranya enzim restriksi untuk memotong DNA,
enzim ligase untuk menyambung DNA dan vektor untuk menyambung dan mengklonkan
gen di dalam sel hidup, transposon sebagai alat untuk melakukan mutagenesis dan
untuk menyisipkan penanda, pustaka genom untuk menyimpan gen atau fragmen DNA
yang telah diklonkan, enzim transkripsi balik untuk membuat DNA berdasarkan
RNA, pelacak DNA atau RNA untuk mendeteksi gen atau fragmen DNA yang diinginkan
atau untuk mendeteksi klon yang benar. Vektor yang sering digunakan diantarnya
plasmid, kosmid dan bakteriofag. Enzim restriksi, digunakan untuk memotong DNA.
Enzim restriksi mengenal dan memotong DNA pada sekuens spesifik yang panjangnya
empat sampai enam pasang basa. Enzim tersebut dikenal dengan nama enzim
endonuklease restriksi.
Ada dua bagian
terpenting yang selalu digunakan dalam rekayasa genetika yaitu sebagai berikut
:
1. Enzim seluler/Cellular Enzymes
Enzim yang dipakai dalam memanipulasi
DNA diantaranya adalah :
a. enzim Endonuklease, yaitu enzim yang
mengenali batas-batas sekuen nukleotida spesifik dan berfungsi dalam proses
restriction atau pemotongan bahan-bahan genetik. Penggunaan enzim ini yang
paling umum antara lain pada sekuen palindromik. Enzim ini dibentuk dari
bakteri yang dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menahan penyusupan DNA,
seperti genom bacteriophage.
b. DNA polimerisasi, yaitu enzim yang
biasa dipakai untuk meng-copy DNA. Enzim ini mengsintesis DNA dari sel induknya
dan membentuk DNA yang sama persis ke sel induk barunya. Enzim ini juga bisa
didapatkan dari berbagai jenis organisme, yang tidak mengherankan, karena semua
organisme pasti harus meng-copy DNA mereka.
c. RNA polimerisasi yaitu enzim yang
berfungsi untuk ’membaca sekuen DNA dan mengsintesis molekul RNA komplementer.
Seperti halnya DNA polimerisasi, RNA polimerisasi juga banyak ditemukan di
banyak organisme karena semua organisme harus ’merekam’ gen mereka.
d. DNA ligase merupakan suatu enzim
yang berfungsi untuk menyambungkan suatu bahan genetik dengan bahan genetik
yang lain. Contohnya saja, enzim DNA ligase ini dapat bergabung dengan DNA atau
RNA dan membentuk ikatan phosphodiester baru antara DNA atau RNA yang satu
dengan lainnya.
e. Reverse transcriptases adalah enzim
yang berfungsi membentuk blue-print dari molekul RNA membentuk cDNA (DNA
komplementer). Enzim ini dibuat dari virus RNA yang mengubah genom RNA mereka
menjadi DNA ketika mereka menginfeksi inangnya. Enzim ini biasa dipakai ketika
bertemu dengan gen eukariotik yang biasanya terpisah-pisah menjadi potongan
kecil dan dipisahkan oleh introns dalam kromosom.
2. Vektor natural/ Natural Vectors
Sebagai salah satu cara untuk
memanipulasi DNA di luar sel, para ilmuwan dalam bioteknologi harus bisa
membuat suatu tempat yang keadaannya stabil dan cocok dengan tempat DNA yang
dimanipulasi. Sekali lagi, alam telah memberikan solusi dari masalah ini. Vektor
disini bisa diartikan sebagai alat yang membawa DNA ke dalam sel induk barunya.
Agar suatu metode dalam rekayasa genetika dianggap berhasil, di dalam vektor, DNA hasil rekombinan seharusnya benar-benar hanya dibawa setelah sebelumnya DNA rekombinan digabungkan dengan DNA vektor melalui enzim ligase. Namun di dalam vektor, DNA rekombinan tidak termutasi lagi membentuk DNA dengan sifat baru. Contoh dari vektor natural dari alam adalah plasmid dan virus atau bacteriophage (Witarto, 2005).
Agar suatu metode dalam rekayasa genetika dianggap berhasil, di dalam vektor, DNA hasil rekombinan seharusnya benar-benar hanya dibawa setelah sebelumnya DNA rekombinan digabungkan dengan DNA vektor melalui enzim ligase. Namun di dalam vektor, DNA rekombinan tidak termutasi lagi membentuk DNA dengan sifat baru. Contoh dari vektor natural dari alam adalah plasmid dan virus atau bacteriophage (Witarto, 2005).
Adapun teknik pembuatan
DNA rekombinan adalah sebagai berikut:
1. Teknik mengisolasi DNA
2. Teknik memotong DNA dengan menggunakan enzim
retriksi endonuklease
3. Teknik menggabung/ menyambung DNA dengan
menggunakan enzim ligase
4. Teknik memasukkan DNA kedalam sel
hidup (vektor)
5. Vektor berkembang dengan seleksi DNA yang
direkayasa.
Gambar 1: mekanisme DNA Rekombinan
1. Isolasi DNA yang diawali dengan melakukan
perusakan serta penghilangan dinding sel. Dalam proses ini dapat dilakukan
secara mekanis ataupun dengan cara enzimatis. Setelah perusakan sel telah
dilakukan, langkah selanjutnya adalah pelisisan sel hal ini dapat dilakukan
dengan menggunakan buffer nonosmotik, serta deterjen yang kuat seperti triton
X-100 atau dengan sodium dodesil sulfat (SDS). Remukan sel yang diakibatkan
oleh lisisnya sel dibuang dengan melakukan sentrifugasi sehingga bias dibedakan
antara bagian yang rusak serta organel target yang pada akhirnya didapatlkan
DNA yang nantinya dilakukan pemurnian dengan penambahan amonium asetat dan
alcohol.
2.
Pemotongan molekul
DNA, baik genomik maupun plasmid dilakukan
dengan enzim restriksi. Ada dua
macam enzim restriksi yaieu enzim restriksi tipe I dan enzim restriksi tipe II. Enzim restriksi
tipe II mempunyai
sifat-sifat umum yang penting sebagai
berikut:
a.
mengenali urutan tertentu sepanjang empat hingga tujuh pasang basa di dalam molekul
DNA.
b.
memotong kedua untai molekul
DNA di tempat tertentu pada atau di dekat tempat
pengenalannya.
c.
menghasilkan fragmen-fragmen DNA dengan berbagai ukuran
dan urutan basa. Berdasarkan tempat hasil pemotongan,
fragmen-fragmen DNA memiliki dua macam ujung yaitu:
Ujung lengket
(sticky end) atau ujung kohesif, terjadi jika tempat pemotongan pada kedua untai DNA terpisah sejauh beberapa pasang basa, sehingga menghasilkan
fragmen-fragmen dengan ujung 5’ yang runcing karena masing-masing
untai tunggalnya menjadi tidak sama
panjang. Dua fragmen DNA dengan ujung yang runcing akan mudah disambungkan satu sama lain.
Ujung tumpul (blunt end), terjadi jika tempat pemotongan
DNA pada posisi yang sama. Kedua
fragmen hasil pemotongannya
akan mempunyai ujung
5’
yang
tumpul
karena
masing-masing untai tunggalnya
sama panjangnya.
Penyatuan dua fragmen DNA ujung
tumpul sulit dilakukan
sehingga memerlukan perlakuan tambahan,
misalnya pemberian molekul linker,
molekul adaptor, atau penambahan
enzim deoksinukleotidil transferase.
3. Tahap selanjutnya adalah penyambungan molekul DNA. Ada tiga cara yang dapat digunakan untuk meligasi fragmen-fragmen DNA secara in vitro. Pertama,
ligasi menggunakan enzim DNA ligase dari bakteri. Kedua, ligasi menggunakan
DNA ligase dari
sel-sel
E. coli yang
telah diinfeksi dengan
bakteriofag T4 atau lazim disebut sebagai
enzim T4 ligase. Ketiga yaitu pemberian enzim deoksinukleotidil transferase untuk menyintesis untai tunggal
homopolimerik 3’.
Suhu optimum bagi aktivitas DNA ligase sebenarnya
37ºC. Akan tetapi, pada suhu ini ikatan hidrogen yang secara alami terbentuk di antara ujung-ujung lengket
akan menjadi tidak stabil dan kerusakan akibat panas akan terjadi pada tempat ikatan tersebut.
Oleh karena itu, ligasi biasanya
dilakukan pada suhu antara 4 dan 15ºC dengan waktu inkubasi (reaksi) yang diperpanjang (sering kali hingga semalam).
4. Setelah tahap penyambungan molekul DNA, dilakukan analisis terhadap hasil pemotongan
DNA genomik dan DNA vektor
serta analisis hasil ligasi molekul-molekul DNA tersebut. menggunakan teknik elektroforesis. Jika
hasil elektroforesis menunjukkan bahwa fragmen-fragmen DNA genomik telah terligasi dengan baik pada DNA vektor sehingga terbentuk molekul DNA rekombinan, campuran reaksi ligasi dimasukkan ke dalam
sel inang
agar
dapat
diperbanyak
dengan cepat.
Tahap memasukkan
campuran reaksi ligasi ke dalam sel inang dinamakan transformasi karena sel inang diharapkan
akan mengalami perubahan
sifat tertentu setelah dimasuki molekul DNA rekombinan.
5.
Tahap
selanjutnya adalah seleksi transforman dan seleksi rekombinan. Oleh karena DNA yang dimasukkan ke
dalam sel inang bukan hanya DNA rekombinan, maka kita
harus melakukan seleksi untuk memilih sel inang transforman yang membawa
DNA rekombinan. Selanjutnya,
di antara sel-sel transforman yang
membawa DNA rekombinan
masih harus dilakukan
seleksi untuk mendapatkan sel yang DNA rekombinannya membawa fragmen sisipan atau gen yang diinginkan. Pada dasarnya ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi setelah transformasi dilakukan, yaitu:
1.
Sel inang tidak dimasuki DNA apa pun
atau berarti transformasi gagal.
2. Sel
inang dimasuki vektor religasi atau berarti ligasi gagal, dan
3.
Sel inang dimasuki vektor rekombinan dengan/tanpa fragmen sisipan atau gen
yang diinginkan.
Seleksi sel
rekombinan
yang
membawa fragmen
yang
diinginkan
dilakukan dengan mencari fragmen tersebut menggunakan fragmen pelacak (probe),
yang pembuatannya dilakukan secara in
vitro menggunakan teknik
reaksi polimerisasi berantai atau
polymerase chain reaction
(PCR). Pelacakan fragmen yang diinginkan antara lain dapat dilakukan melalui cara yang dinamakan hibridisasi koloni (Tjahjoleksono, 2009).
Transfer DNA atau perpindahan DNA ke
dalam bakteri dapat melalui tiga cara yaitu:
1.
Transformasi
: transfer DNA yang umumnya berasal dari satu sel bakteri ke dalam sel yang
berbeda. Prosesnya adalah ketika sebuah sel bakteri pecah atau lisis maka DNA
sirkular akan terlepas ke lingkungan. Efisiensi transformasi bergantung
pada kompetensi sel.
2.
Konjugasi :
merupakan pemindahan materi genetik berupa plasmid secara langsung melalui
kontak sel dengan membentuk struktur seperti jembatan diantara dua sel bakteri
yang berdekatan. Umumnya terjadi pada bakteri gram negatif.
3.
Transduksi :
transfer materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lainnya dengan menggunakan
virus bakteri sebagai vektor. Transfer ini menggunakan prinsip dasar dari galur
donor yang menyediakan DNA bagi galur resipien. Perbedaan utamanya dengan
transfer DNA lainnya adalah DNA ditransfer melalui perantaraan bakteriofag.
C. Manfaat Teknologi DNA Rekombinan
Berbagai penelitian tentang DNA rekombinan banyak gunakan dan
dimanfaatkan dalam berbagai bidang, diantaranya :
1.
Bidang industri
Penelitian
rekayasa genetika di bidang industry sedang meningkat dengan cepat. Berbagai
usaha yang telah giat dilakukan misalnya :
1.
Menciptakan bakteri yang dapat
melarutkan logam-logam langsung dari dalam bumi
2.
Menciptakan bakteri yang dapat
menghasilkan bahan kimia
Mencipatkan bakteri yang dapat
menghasilkan bahan mentah kimia seperti etilen yang diperlukan untuk pembuatan
plastic
2.
Bidang Pertanian
Beberapa
manfaat rekayasa genetika dalam bidang pertanian diantaranya adalah:
1.
Mengganti pemakaian pupuk nitrogen yang banyak dipergunakan
tapi mahal harganya, oleh fiksasi nitrogen secara alamiah. Bakteri tanah
Rhizobium sp dapat mengadakan infeksi ke dalam akar dari tanaman family
Leguminosae. Infeksi ini menghasilkan bintil akar dan bakteri yang terdapat di dalamnya
dapat mengikat zat lemas bebas dari udara untuk di ubahnya menjadi nitrogen
yang dapat diambil dan digunakan oleh tanaman tersebut.
2.
Teknik rekayasa genetika mengusahakan tanaman-tanaman
(terutama yang mempunyai arti ekonomi) yang tidak begitu pekah terhadap
penyakit yang disebabkan oleh bakteri, jamur dan cacing.
3.
Mengusahakan tanaman-tanaman yang mampu menghasilkan
peptisida sendiri.
3.
Bidang Peternakan
1.
Telah diperoleh vaksin-vaksin untuk melawan penyakit mencret
ganas yang dapat mematikan anak-anak babi
2.
Sudah dipasarkan vaksin yang efektif terhadap penyakit kuku
dan mulut, yaitu penyakit ganas dan sangat menular pada sapi, domba, kambing,
rusa dan babi
4.
Bidang Kedokteran
Gen-gen
bagi beberapa protein yang dibutuhkan dalam bidang kedokteran yang dibutuhkan
dalam bidang kedokteran yaitu pembuatan insulin manusia oleh bakteri Eschrechia
coli untuk pengobatan penyakit diabetes (Wikipedia.org).
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan
pembahasan pada makalah ini maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai
berikut :
1. DNA
rekombinan adalah DNA yang mengalami perubahan karena penyisipan suatu sekuens
deuksinukleotida yang sebelumnya tidak terdapat dalam molekul DNA yang sudah
ada dengan cara enzimatik atau kimiawi.
2. Komponen
yang terlibat dalam Dna rekombinasi yaitu Enzim restriksi untuk memotong DNA,
DNA polymerase, enzim ligase, enzim DNA ligase, Vektor untuk menyambung dan
mengklonkan gen di dalam sel hidup, Transposon, Pustaka genom, Enzim
transkripsi balik, Pelacak DNA atau RNA
3. Tahapan-tahapan
teknologi DNA rekombinan adalah isolasi DNA kromosom yang akan diklon,
pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen dengan berbagai ukuran, isolasi
DNA vektor, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk menghasilkan molekul
DNA rekombinan, transformasi sel inang menggunakan molekul DNA rekombinan,
reisolasi molekul DNA rekombinan dari sel inang, dan analisis DNA rekombinan.
B. Saran
Makalah
ini masih jauh dari kesempurnaannya dan informasinya pun terbatas. Oleh karena
itu, penyusun menyarankan agar pembaca mencari literature lain yang membahas
mengenai judul dari makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Anshori.
DNA Rekombinan. (online) Tersedia http://anshori.comuv.com/
DNA_Rekombinan.html. (Tanggal 16 November 2012).
Ilham.
2009. DNA rekombinan. (online).
Tersedia http://ilham-gantz.blogspot.com/2009/03/dna-rekombinan.html. (Tanggal 16 November 2012.)
News Medical., 2012.
DNA Rekombinan. Tersedia http://www.news-medical.net/health/Recombinant-DNA-What-is-Recombinant-DNA-%28Indonesian%29.aspx.
(Tanggal 16 November 2012).
Tjahjoleksono, Aris., 2009. DNA
Rekombinan. (Online)
Tersedia http://web.ipb.ac.id/-tpb/files/materi/genetika/dna/rekombinan.htm
Rifa’I, Muhaimin PhD.Med.Sc. 2010. Genetika Rekombinasi dan Populasi.
Galaxy Science. Malang.
Satriani. 2011. DNA rekombinan. (online) Tersedia http://satriani09ngeblog. blogspot.com/2011/12/dna-rekombinan.html
(Tanggal 16 November 2012).
Wikipedia. 2011. Recombinant DNA. (Online) Tersedia http://en.wikipedia.org/wiki/Recombinant_DNA (Tanggal
16 November 2012).
Wikipedia. 2011. Teknologi
DNA
rekombinan. (Online)
Tersedia http://ms.wikipedia.org/wiki/Teknologi_DNA_rekombinan. (Tanggal 16 November 2012).
Witarto,
A.B., 2005. Inspirator Kemajuan Iptek. Pusat Penelitian Bioteknologi –
LIPI. (Online) Tersedia http://www.beritaiptek.com/zberita-beritaiptek-2005 (Tanggal
16 November 2012).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar