DNA Rekombinan

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).

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).