DNA sebagai Materi Genetik

Ada dua bukti percobaan yang menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik.

Masing-masing akan diuraikan berikut ini.

Percobaan transformasi

F. Griffith pada tahun 1928 melakukan percobaan infeksi bakteri

pneumokokus (Streptococcus pneumonia) pada mencit. Bakteri penyebab penyakit

pneumonia ini dapat menyintesis kapsul polisakarida yang akan melindunginya dari

mekanisme pertahanan tubuh hewan yang terinfeksi sehingga bersifat virulen

(menimbulkan penyakit). Jika ditumbuhkan pada medium padat, bakteri

pneumokokus akan membentuk koloni dengan kenampakan halus mengkilap.

Sementara itu, ada pula strain mutan pneumokokus yang kehilangan kemampuan

untuk menyintesis kapsul polisakarida sehingga menjadi tidak tahan terhadap sistem

kekebalan tubuh hewan inangnya, dan akibatnya tidak bersifat virulen. Strain mutan

ini akan membentuk koloni dengan kenampakan kasar apabila ditumbuhkan pada

medium padat. Pneumokokus yang virulen sering dilambangkan dengan S, sedangkan

strain mutannya yang tidak virulen dilambangkan dengan R.

Mencit yang diinfeksi dengan pneumokokus S akan mengalami kematian, dan dari

organ paru-parunya dapat diisolasi strain S tersebut. Sebaliknya, mencit yang

diinfeksi dengan strain R dapat bertahan hidup. Demikian juga, mencit yang diinfeksi

dengan strain S yang sebelumnya telah dipanaskan terlebih dahulu akan dapat

bertahan hidup. Hasil yang mengundang pertanyaan adalah ketika mencit diinfeksi

dengan campuran antara strain S yang telah dipanaskan dan strain R yang masih

hidup. Ternyata dengan perlakuan ini mencit mengalami kematian, dan dari organ

paru-parunya dapat diisolasi strain S yang masih hidup.

Dengan hasil tersebut Griffith menyimpulkan bahwa telah terjadi perubahan

(transformasi) sifat strain R menjadi S.  Transformasi terjadi karena ada sesuatu yang

dipindahkan dari sel-sel strain S yang telah mati (dipanaskan) ke strain R yang masih

hidup sehingga strain R yang semula tidak dapat membentuk kapsul berubah menjadi

strain S yang dapat membentuk kapsul dan bersifat virulen.

Percobaan Griffith sedikit pun tidak memberikan bukti tentang materi genetik.

Namun, pada tahun 1944 tiga orang peneliti, yakni O. Avery, C. MacLeod, dan M.

McCarty melakukan percobaan untuk mengetahui hakekat materi yang dipindahkan

dari strain S ke strain R.

Mereka melakukan percobaan transformasi secara in vitro, yaitu dengan

menambahkan ekstrak DNA dari strain S yang telah mati kepada strain R yang

ditumbuhkan di medium padat. Di dalam ekstrak DNA ini terdapat juga sejumlah

protein kontaminan, dan penambahan tersebut ternyata menyebabkan strain R berubah

menjadi S seperti pada percobaan Griffith.  Jika pada percobaan Avery dan kawan-

kawannya itu ditambahkan enzim RNase (pemecah RNA) atau enzim protease

(pemecah protein), transformasi tetap berjalan atau strain R berubah juga menjadi S. 

Akan tetapi, jika enzim yang diberikan adalah DNase (pemecah DNA), maka

transformasi tidak terjadi. Artinya, strain R tidak berubah menjadi strain S.  Hal ini

jelas membuktikan bahwa materi yang bertanggung jawab atas terjadinya transformasi

pada bakteri pneumonia, dan ternyata juga pada hampir semua organisme, adalah

DNA, bukan RNA atau protein.

pada tahun 1953, James D. Watson, ahli Biokimia Amerika Serikat dan Francis

Crick, ahli biofisika Inggris, mampu mengidentifikasi rantai asam deoksiribonukleat

di dalam kromosom inti sel, tempat rantai DNA bernaung. Struktur yang ditemukan

adalah rantai ganda antiparalel, yang terbukti membawa ribuan gen yang

menentukan sifat-sifat mahluk hidup. Sekarang tidak terbantahkan lagi bahwa DNA

merupakan materi genetic..

Mutasi Genetik

Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada bahan genetik (DNA maupun RNA),

baik pada taraf urutan gen (disebut mutasi titik) maupun pada taraf kromosom. Mutasi

pada tingkat kromosomal biasanya disebut aberasi. Mutasi pada gen dapat mengarah pada

munculnya alel baru dan menjadi dasar bagi kalangan pendukung evolusi mengenai

munculnya variasi-variasi baru pada spesies. Perubahan pada sekuens basa DNA akan

menyebabkan perubahan pada protein yang dikode oleh gen.Contohnya, bila gen yang

mengkode suatu enzim mengalami mutasi, maka enzim yang dikode oleh gen mutan

tersebut akan menjadi inaktif atau berkurang keaktifannya akibat perubahan sekuens asam

amino. Namun mutasi dapat pula menjadi menguntungkan bila enzim yang berubah oleh

gen mutan tersebut justru meningkat aktivitasnya dan menguntungkan bagi sel.

Macam macam mutasi gen antara lain:

1. Mutasi tak bermakna (nonsense mutation) : tejadi perubahan kodon (triplet) dari kode basa

N asam amino tetapi tidak mengakibatkan kesalahan pembentukan protein, misalnya UUU

diganti UUS yang sama-sama kode dari fenilalamin.

2. Mutasi ganda tiga (triplet mutation) : terjadi karena adanya penambahan atau pengurangan

tiga basa secara bersama-sama.

3. Mutasi bingkai (frameshift mutation) : terjadi karena adanya penambahan sekaligus

pengurangan satu atau beberapa pasangan basa secara bersama-sama.Mutasi titik (point mutation) merupakan mutasi yang melibatkan penggantian satu

pasang basa (substitusi basa), di mana satu basa pada satu sekuens DNA diganti dengan basa yang berbeda. Bila DNA direplikasi maka hasilnya adalah substitusi pasangan basa.

Contoh mutasi titikAGCGT GGCGTTCGCA CCGCA

Mutasi ini dapat menyebabkan beberapa hal tergantung dari letak mutasinya pada gen.Bila

penggantian basa berlangsung di dalam gen yang mengkode protein, maka mRNA yang

ditranskripsi dari gen akan membawa basa yang salah. Bila mRNA tersebut ditranslasi

menjadi protein, maka kesalahan basa tersebut dapat menyebabkan tidak terjadinya

pembentukan protein, atau terbentuknya protein abnormal, atau terbentuknya kodon

nonsense (kodon STOP) yang menghentikan sintesis lengkap protein fungsional, dikenal

sebagai nonsense mutation.

Terbentuknya asam amino yang berbeda dari normal pada sintesis asam amino akibat

kesalahan basa pada mutasi titik disebut dengan missense mutation. Misalnya sickle-cell

anemia (anemia sel sabit), merupakan penyakit akibat missense mutation tunggal pada basa

pengkode protein hemoglobin. Protein hemoglobin tersusun atas 147 asam amino. Pada

asam amino ke-6, adenine digantikan dengan timin. Perubahan ini menyebabkan

perubahan asam amino glutamate menjadi valin, sehingga mengubah bentuk molekul

hemoglobin pada kondisi kadar oksigen rendah, dan menyebabkan sel darah merah

menjadi berbentuk bulan sabit. Bentuk bulan sabit menyulitkan transport sel darah merah

melalui pembuluh darah kapiler.Contoh missense mutation

TACAACGTCACCATTUntai sense mRNAAUGUUGCAGUGGUAA

Metionin-fenilalanin-glisin-triptofanTACAACtTCACCATT

AUGUUGaAGUGGUAAMetionin-fenilalanin-lisin- triptofan

Mutasi pasangan basa dapat juga menyebabkan perubahan pada DNA yang disebut

dengan frameshift mutation. Mutasi ini berupa delesi (pemotongan) atau insersi

(penyisipan) satu atau beberapa pasang nukleotida pada DNA dan menyebabkan terjadinya

pergeseran pembacaan kerangka sandi (reading frameshift), sehingga akan menyebabkan

perubahan asam amino. Contoh kasus frameshift mutation adalah penyakit Huntungton

(Huntungton disease), suatu penyakit saraf yang disebabkan oleh adanya penyisipan basa

tambahan pada DNA.

Mutasi penggantian (substitusi) basa dan mutasi frameshift dapat terjadi secara

spontan akibat kesalahan pada replikasi DNA. Mutasi spontan ini umumnya muncul tanpa

pengaruh dari bahan – bahan penyebab mutasi (bahan mutagenic atau mutagen) seperti

halnya senyawa kimia atau factor pengaruh radiasi.

Jenis mutasi yang lain adalah mutasi supresor, mutasi yang dapat meniadakan

mutasi yang terjadi sebelumnya sehingga menjadi normal kembali. Mutasi ini disebut juga

mutasi balik (reversed mutation) dan menghasilkan revertan, yaitu gen yang mengalami

mutasi balik dan menjadi normal kembali. contoh mutasi gen adalah reaksi asam nitrit

dengan adenin menjadi zat hipoxanthine. Zat ini akan menempati tempat adenin asli dan

berpasangan dengan sitosin, bukan lagi dengan timin.

2. Mutasi Kromosom (Aberasi)

Istilah mutasi umumnya digunakan untuk perubahan gen, sedangkan perubahan

kromosom yang dapat diamati dikenal sebagai variasi kromosom atau mutasi

besar/gross mutation adalah perubahan jumlah kromosom dan susunan atau urutan gen

dalam kromosom. Mutasi kromosom sering terjadi karena kesalahan meiosis dan

sedikit dalam mitosis. Pada prinsipnya mutasi kromosom dibagi menjadi 2, yaitu :

1. Mutasi kromosom terjadi karena perubahan jumlah kromosom

Mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan jumlah kromosom (ploid) melibatkan

kehilangan atau penambahan perangkat kromosom (genom) disebut euploid, sedang yang

terjadi pada hanya pada salah satu kromosom dari genom disebut aneuploid.

a. Euploid (Eu = benar; ploid = unit)

Makhluk hidup yang terjadi secara kawin, biasanya bersifat diploid,

memiliki 2 perangkat kromosom atau 2 genom pada sel somatisnya (2n

kromosom). Organisme yang kehilangan 1 set kromosomnya disebut

monoploid. Organisme monoploid memiliki satu genom atau satu perangkat

kromosom (n kromosom) dalam sel somatisnya. Sel kelamin (gamet), yaitu sel

telur (ovum) dan spermatozoa, masing-masing memiliki satu perangkat

kromosom. Satu genom (n kromosom) yang disebut haploid. Sedangkan

organism yang memiliki lebih dari dua genom disebut poliploid, misalnya

triploid (3n kromosom), tetraploid (4n kromosom), heksaploid (6n kromosom).

Poliploid yang terjadi pada tumbuhan misalnya pada apel dan tebu. Poliploid

pada hewan misalnya Daphnia, Rana esculenta, dan ascaris. Poliploid dibagi

menjadi dua, yaitu otopoliploid, terjadi pada kromosom homolog, misalnya

semangka tak berbiji; dan alopoliploid, terjadi pada kromosom non homolog,

misalnya Rhaphanobrassica (akar sepeti kol, daun mirip lobak).

b. Aneuploid (An = tidak; eu = benar; ploid = unit)

Aneupliodi adalah perubahan jumlah n-nya. Mutasi kromosom ini tidak

melibatkan seluruh genom yang berubah, melainkan hanya terjadi pada salah

satu kromosom dari genom. Biasa disebut juga dengan aneusomik. Macam-

macam aneusomik antara lain :

1. Monosomik (2n-1); mutasi karena kekurangan 1 kromosom

2. Nullisomik (2n-2); mutasi karena kekurangan 2 kromosom

3. Trisomik (2n+1); mutasi karena kelebihan 1 kromosom

4. Tetrasomik (2n+2); mutasi karena kelebihan 2 kromosom

Aneusomi pada manusia dapat menyebabkan:1. Sindrom Turner, dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya

45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita Sindrom Turner berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular disgenesis).

2. Sindrom Klinefelter, kariotipe (22 AA+XXY), mengalami trisomik pada kromosom gonosom. Penderita Sindrom Klinefelter berjenis kelamin laki-laki, namun testisnya tidak berkembang (testicular disgenesis) sehingga tidak bisa menghasilkan sperma (aspermia) dan mandul (gynaecomastis) serta payudaranya tumbuh.

3. Sindrom Jacobs, kariotipe (22AA+XYY), trisomik pada kromosom gonosom. Penderita sindrom ini umumnya berwajah kriminal, suka menusuk-nusuk mata dengan benda tajam, seperti pensil,dll dan juga sering berbuat kriminal. Penelitian di luar negeri mengatakan bahwa sebagian besar orang-orang yang masuk penjara adalah orang-orang yang menderita Sindrom Jacobs.

4. Sindrom Patau, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada kromosom autosom. kromosom autosomnya mengalami kelainan pada kromosom nomor 13, 14, atau 15.

5. Sindrom Edward, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada autosom. Autosom mengalami kelainan pada kromosom nomor 16,17, atau 18. Penderita sindrom ini mempunyai tengkorak lonjong, bahu lebar pendek, telinga agak ke bawah dan tidak wajar.

2. Mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan struktur kromosom

Mutasi karena perubahan struktur kromosom atau kerusakan bentuk kromosom disebut

juga dengan istilah aberasi. Macam-macam aberasi dapat dijelaskan sebagi berikut :

a. Delesi atau defisiensi

Mutasi karena kekurangan segmen kromosom. Macam-mcam delesi antara

lain :

1. Delesi terminal; ialah delesi yang kehilangan ujung segmen kromosom.

2. Delesi interstitial; ialah delesi yang kehilangan bagian tengah kromosom.

3. Delesi cincin; ialah delesi yang kehilngan segmen kromosom sehingga

berbentuk lingkaran seperti cincin.

4. Delesi loop; ialah delesi cincin yang membentuk lengkungan pada kromosom

lainnya.Hal ini terjadi pada waktu meiosis, sehingga memungkinkan adanya

kromosom lain (homolognya) yang tetap normal.

b. Duplikasi

Mutasi karena kelebihan segmen kromosom.

c. Translokasi

Translokasi adalah mutasi yang mengalami pertukaran segmen kromosom

ke kromosom non homolog . Macam-macam translokasi antara lain :

1. Translokasi homozigot (resiprok); ialah translokasi yang mengalami

pertukaran segmen kedua kromosom homolog dengan segmen kedua

kromosom non homolog.

2. Translokasi Heterozigot (non resiprok); ialah translokasi yang hanya

mengalami pertukaran satu segmen kromosom ke satu segmen kromosom

non homolog.

3. Translokasi Robertson (fusion)

d. Inversi

Inversi adalah mutasi yang mengalami letak gen-gen, karena selama meiosis

kromosom terpilin dan terjadi kiasma. Macam-macam inverse antara lain :

1. Inversi parasentrik; terjadi pada kromosom tidak bersentromer

2. Inversi perisentrik; terjadi pada kromosom bersentromer.

e. Isokromosom

Isokromosom adalah mutasi kromosom yang terjadi pada waktu

menduplikasikan diri, pembelahan sentromernya mengalami perubahan arah

pembelahan sehingga terbentuklah dua kromosom yang masing-masing

berlengan identik (sama). Jika dilihat dari pembelahan sentromernya maka

isokromosom disebut juga fision, jadi peristiwanya berlawanan dengan

translokasi Robertson (fusion) yang mengalami penggabungan

f. Katenasi

Katenasi adalah mutasi kromosom yang terjadi pada dua kromosom non

homolog yang pada waktu membelah menjadi empat kromosom, saling bertemu

ujung-ujungnya sehingga membentuk lingkaran.

Mutasi Dapat Terjadi Secara Alami dan Buatan

a. Menurut tipe sel atau macam sel yang mengalami mutasi:

1. Mutasi somatic, yaitu mutasi yang terjadi pada sel tubuh atau sel soma. Mutasi

somatis kurang memiliki arti genesis (mutasi ini tidak akan diwariskan pada

keturunannya)

2. Mutasi germina, yaitu mutasi yang terjadi pada sel kelamin (gamet), sehingga

dapat diturunkan.

b. Menurut sifat genetiknya:

1. Mutasi dominan, terlihat pengaruhnya dalam keadaan heterozigot

2. Mutasi resesif, pada organisme diploid tidak akan diketahui selama dalam

keadaan heterozigot, kecuali resesif pautan seks. Namun pada organisme

haploid (monoploid) seperti virus dan bakteri, pengaruh mutasi dominan dan

juga resesif dapat dilihat pada fenotipe virus dan bakteri tersebut.

c. Menurut arah mutasinya:

1. Mutasi maju atau forward mutations, yaitu mutasi dari fenotipe normal menjadi

abnormal.

2. Mutasi balik atau back mutations, yaitu mutasi yang dapat mengembalikan dari

fenotipe tidak normal menjadi fenotipe normal.

d. Menurut kejadiannya:

1. Mutasi alam atau mutasi spontan, yaitu mutasi yang penyebabnya tidak diketahui.

Mutasi ini terjadi di alam secara alami (spontan), secara kebetulan dan jarang terjadi.

Contoh mutagen alam adalah sinar kosmis, radio fektif alam, dan sinar ultraviolet.

2. Mutasi buatan, yaitu mutasi yang terjadi dengan adanya campur tangan manusia.

Proses perubahan gen atau kromosom secara sengaja diusahakan oleh manusia dengan

zat kimia, sinar X, radiasi dan sebagainya. Maka sering disebut juga mutasi induksi.

Mutasi buatan dengan sinar X dipelopori oleh Herman Yoseph Muller (murid morgan)

yang berkebangsaan Amerika Serikat ( 1890-1945 ). Muller berpendapat bahwa tidak

membawa perubahan, sedangkan mutasi pada sel-sel generative atau gamet dan

membawa kematian sebelum atau segera sesudah lahir. Selanjutnya pada tahun 1927

dapat diketahui bahwa sinar X dapat menyebabkan gen mengalami ionosasi sehinggga

sifatny menjadi labil. Dan akhirnya mutasi buatan dilaksanakan pula dengan

pemotongan daun/ penyisipan DNA pada organisme-organisme yang kita inginkan.

Mutan-mutan buatan yang telah kita peroleh antara lain: anggur tanpa biji, tomat tanpa

biji, hewan atau tumbuhan poliploidi (misal: kol poliploidi), pamato raphanobrassica

(akar seperti kol, daun seperti lobak).

3. Mutagen Zat Kimia atau Faktor Fisik.

Secara garis besar, macam-macam mutagen dapat dibagi 3 , sebagai berikut:

a. Radiasi

Radiasi (penyinaran dengan sinar radio aktif); misalnya: sinar alfa, beta, gamma,

ultraviolet, dan sinar x. Radiasi ultra ungu merupakan mutagen penting untuk

organisme uniseluler. Radiasi alamiah berasal dari sinar cosmis dari angkasa, benda-

benda radioaktif dari kerak bumi, dan lain-lain, gen-gen yang terkena radiasi,

ikatannya putus dan susunan kimianya berubah dan terjadilah mutasi.

b. Mutasi Kimia

Mutasi kimia yang pertama kali ditemukan ialah gas mustard (belerang mustard) oleh C.

Averbach dan kawan-kawan. Beberapa mutagen kimia penting lainnya ialah: gas

metan, asam nitrat, kolkisin, digitonin, hidroksil amim dan lain-lain. Zat-zat kimia

tersebut dapat menyebabkan replikasi yang dilakukan oleh kromosom yang

mengalami kesalahan sehingga menyebabkan susunan kimianya berubah juga.

c. Temperatur

Kecapatan mutasi akan bertambah karena adanya kenaikan suhu. Setiap kenaikan suhu

sebasar 100C, kecepatan mutasi bertambah 2-3 kali lipat. Tetapi temperature adalah

merupakan mutagen, hal ini masih merupakan penelitian para ahli.

Mutagen

Bahan-bahan yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagen. Mutagen dibagi

menjadi 3, yaitu:

1. Mutagen bahan Kimia, contohnya adalah kolkisin dan zat digitonin. Kolkisin adalah zat

yang dapat menghalangi terbentuknya benang-benang spindel pada proses anafase dan

dapat menghambat pembelahan sel pada anafase.

2. Mutagen bahan fisika, contohnya sinar ultraviolet, sinar radioaktif,dll. Sinar ultraviolet

dapat menyebabkan kanker kulit.

Apakah Teknologi DNA Rekombinan itu ?

Teknologi DNA rekombinan telah mungkinkan bagi kita untuk: mengisolasi DNA dari

berbagai organisme, menggabungkan DNA yang berasal dari organisme yang berbeda

sehingga terbentuk DNA rekombinan, memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel

organisme prokariot maupun eukariot hingga DNA rekombinan dapat berepilkasi dan

bahkan dapat diekspresikan. Jadi, Teknologi DNA Rekombinan merupakan kumpulan

teknik atau metoda yang digunakan untuk mengkombinasikan gen-gen di dalam tabung

reaksi. Teknik-teknik tersebut meliputi:

- Teknik untuk mengisolasi DNA.

- Teknik untuk memotong DNA.

- Teknik untuk menggabung atau menyambung DNA.

-         Teknik untuk memasukkan DNA ke dalam sel hidup.

 Tahap-tahap pembuatan DNA rekombinan:

a.    Pemilihan vektor

b.    Pemotongan DNA target dan vektor

c.    Penyisipan DNA target pada vektor

d.    Transformasi

e.    Seleksi hasil transformasi3

a.Mengisolasi DNA

Mengisolasi DNA untuk memilih dan memisahkan DNA maupun gen yang

dikehendaki. Pemisahan gen menggunakan enzim endonuklease restriksi. Segmen

DNA yang diperoleh kemudian dimasukkan dalam suatu vektor berupa plasmid.

Plasmid yaitu rantai DNA melingkar di luar kromosom bakteri.

b.Transplantasi Gen/ DNA

Transplantasi dilakukan dengan cara menyambung gen yang telah diisolasi kedalam

DNA plasmid vektor. Setelah penyambungan ini maka vektor  mengandung DNA

asli dan DNA sisipan (asing)

c.Memasukkan DNA ke dalam sel hidup

Pemasukan DNA ke dalam vektor bakteri maupun virus dilakukan melalui

pemanasan dalam larutan NaCl atau melalui elektroporasi. Selanjutnya, bakteri ini

melakukan replikasi dengan cara membelah diri. Melalui proses ini, diperoleh

plasmid-plasmid hsil transplantasi gen (DNA rekombinan)

Apakah Manfaat Teknologi DNA Rekombinan ?

Teknologi DNA Rekombinan telah memberikan banyak manfaat bagi perkembangan ilmu

pengetahuan maupun bagi kehidupam manusia sehari-hari. Beberapa jenis obat-obatan,

vaksin, bahan pangan, bahan pakaian dan lainnya telah diproduksi dengan memanfaatkan

teknologi DNA Rekombinan.

Dalam kehidupan kita sehari-hari, secara langsung maupun tidak langsung, sebagian dari

kita pernah berhubungan dengan hasil penggunaan teknologi DNA Rekombinan. Contoh:

insulin telah digunakan untuk mengobati penyakit diabetes. Penyakit diabetes pada

manusia diobati dengan insulin manusia. Bagaimanakah kita dapat memperoleh insulin

manusia ini ?. Apakah untuk mengobati orang yang sakit diabetes ini kita harus

mengorbankan orang yang sehat untuk diekstrak insulinnya ?. Tentu saja tidak. Saat ini

insulin manusia telah berhasil diproduksi secara masal dengan menggunakan bakteri.

Kemampuan bakteri untuk memproduksi insulin manusia ini adalah karena manusia telah

berhasil memasukkan dan mengintegrasikan gen yang menyandikan insulin manusia

kedalam genom bakteri.

Contoh lainnya adalah kapas transgenik. Kapas transgenik pernah ramai dibicarakan di

media masa kita pada awal abad 21 ini. Salah satu kapas transgenik adalah kapas-bt.

Tanaman kapas-bt telah mengandung gen penyandi toksin yang berasal dari

bakteri Bacillus turingiensis (Bt). Toksin tersebut dapat membunuh hama kapas sehingga

kapas-bt tersebut tahan terhadap serangan hama.

Bakteri penghasil insulin dan tanaman kapas-bt tersebut merupakan sebagian dari hasil

rekayasa yang dilakukan manusia terhadap makhluk hidup dengan menggunakan teknologi

DNA rekombinan.

 

 Apakah dasar Teknologi DNA rekombinan ?

Teknologi DNA rekombinan berdasarkan pada mekanisme yang terdapat pada bakteri.

Hasil  Percobaan Lederberg dan Tatum (1946)  menunjukkan bahwa bakteri mempunyai

mekanisme seksual. Mekanisme seksual pada bakteri ini menyebabkan terbentuknya

kombinasi gen-gen yang berasal dari dua sel yang berbeda.Mekanisme seksual pada

bakteri ini merupakan pertukaran DNA atau gen dari satu sel ke sel lainnya. Jadi

mekanisme seksual pada bakteri ini tidak bersifat reproduktif (tidak menghasilkan anak

atau zuriat).

Transfer DNA atau perpindahan DNA ke dalam bakteri dapat melalui tiga cara yaitu

konjugasi, transformasi, dan transduksi.

Konjugasi merupakan perpindahan DNA dari satu sel (sel donor) ke dalam

sel bakteri lainnya (sel resipien) melalui kontak fisik antara kedua sel.

Transformasi merupakan pengambilan DNA oleh bakteri dari lingkungan

di sekelilingnya. Ingat: Griffith (1928), Avery dkk (1944)

Transduksi adalah cara pemindahan DNA dari satu sel ke dalam sel

lainnya melalui perantaraan fage.

DNA yang masuk ke dalam sel bakteri selanjutnya dapat ber-integrasi dengan DNA atau

kromosom bakteri sehingga terbentuk kromosom rekombinan.

 

 Apa Perangkat Teknologi DNA Rekombinan ?

Perangkat yang digunakan dalam teknologi DNA rekombinan adalah perangkat-perangkat

yang ada pada bakteri. Perangkat tersebut antara lain adalah: enzim restriksi, enzim DNA

ligase, plasmid, transposon, pustaka genom, enzim transkripsi balik, pelacak DNA/RNA.

Enzim restriksi digunakan untuk memotong DNA

Enzim DNA ligase digunakan untuk menyambung DNA

Plasmid digunakan sebagai vektor untuk mengklonkan gen atau

mengklonkan fragmen DNA atau mengubah sifat bakteri.

Transposon digunakan sebagai alat untuk melakukan mutagenesis dan

untuk menyisipkan penanda.

Pustaka Genom digunakan untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang

telah diklonkan.

Enzim traskripsi balik digunakan untuk membuat DNA berdasarkan RNA.

Pelacak DNA / RNA digunakan untuk mendeteksi gen atau fragmen DNA

yang diinginkan atau untuk mendeteksi klon yang benar.

Kloning gen merupakan suatu terobosan baru untuk mendapatkan sebuah gen yang

mungkin sangat dibutuhkan bagi kehidupan manusia. Kloning gen meliputi serangkaian

proses isolasi fragmen DNA spesifik dari genom suatuorganisme,

penentuan sekuen DNA, pembentukan molekulDNA rekombinan,

dan ekspresi gen target dalam sel inang.

Penentuan sekuen DNA melalui sekuensing bertujuan untuk memastikan fragmen DNA

yang kita isolasi adalah gen target sesuai dengan kehendak kita. Gen target yang kita

peroleh selanjutnya kita klon dalam sebuahvektor (plasmid, phage atau cosmid) melalui

teknologi DNA rekombinan yang selanjutnya membentuk molekul DNA rekombinan.

DNA rekombinan yang dihasilkan kemudian ditransformasi ke dalam sel inang (biasanya

sel bakteri, misalnya strain E. coli) untuk diproduksi lebih banyak. Gen-Gen target yang

ada di dalam sel inang jika diekspresikan akan mengahsilkan produk gen yang kita

inginkan.

Langkah yang dilakukan dalam pengkloningan gen adalah mengisolasi plasmid dari sel

bakteri yang disisipi dengan DNA rekombinan. Plasmid merupakan bagian dari molekul

DNA yang tersusun oleh gen-gen dengan jumlah yang sedikit, dan mampu bereplikasi di

luar kromosom. DNA rekombinan atau juga disebut plasmid rekombinan merupakan

plasmid yang telah disispi dengan gen dari DNA yang diinginkan. DNA rekombinan

selanjutnya dikembalikan lagi ke dalam sel bakteri. Bakteri yang telah disisipi DNA

rekombinan akan bereproduksi melalui pembelahan sel membentuk klone sel (populasi sel

yang identik secara genetik). Plasmid rekombinan di replikasi pada saat pembelahan sel

tersebut. Plasmid rekombinan juga diwariskan kepada keturunannya. Replikasi plasmid

tersebut menyebabkan DNA asing dan gen yang dibawanya juga dikloning secara

bersamaan.

Pemotongan DNA plasmid dan DNA asing dilakukan dengan bantuan enzim restriksi.

Enzim restriksi melindungi sel bakteri dengan cara memotong fragmen DNA asing dari

organisme lain. Enzim restriksi mempunyai sifat yang sangat spesifik yang hanya

mengenal beberapa bagian tertentu dari sekuen rantai DNA yang pendek saja. Hasil dari

pemotongan fragmen DNA oleh enzim restriksi menghasilkan fragmen restriksi. Fragmen

restriksi memiliki paling tidak satu untai basa yang disebut sticky end (ujung lengket).

Penyambungan antara DNA plasmid dan DNA asing memerlukan enzim ligase untuk

membuatnya menempel secara permanen serta menghasilkan molekul DNA rekombinan

yang stabil.

Metode Sekuensi DNA ala Sanger

Posted on 30/09/2011 | Leave a comment

Frederick Sanger, saintis Inggris, mengembangkan sebuah metode untuk menentukan

urutan nukleotida dari molekul DNA. Dari pernyataan ini mungkin Anda bertanya-tanya,

untuk apa DNA harus diurutkan? Bikin pusing saja, sudah barangnya tidak kelihatan,

masih harus diurutkan lagi. Hmmm, barangkali setelah mengetahui manfaat yang bisa

dipetik dari penemuan ini, kerumitan pikiran yang ada sedikit akan lebih terurai.

Dimulai dari penyakit. Anda tahu penyakit yang disebabkan oleh kelainan genetik?

Misalnya saja penyakit Hemofili yang membuat penderitanya sulit sembuh dari luka,

akibat tubuh tidak memiliki kemampuan untuk membentuk zat yang diperlukan untuk

pembekuan darah (factor VIII, atau antihemophilic globulin(AHG). Teknologi Human

Genome Project berguna untuk mengidentifikasi gen-gen yang mutasinya

bertanggungjawab atas penyakit genetik.

Saintis kedokteran saat ini dapat mendiagnosa ratusan kelainan genetik manusia dengan

teknologi DNA tersebut. Mereka dapat mengidentifikasi individu yang mempunyai

kelainan genetik sebelum munculnya gejala, atau bahkan sebelum lahir. Aplikasi lainnya

adalah teknik terapi gen, meskipun hingga kini belum terbukti terapi yang benar-benar

berhasil. Masih embrio untuk bisa sampai ke arah sana, namun jika hal ini berhasil, maka

merupakan sebuah terobosan mutakhir di dunia kedokteran.

Pertanyaan kembali muncul setelah mengetahui sedikit manfaat dari teknologi sekuensing

DNA, bagaimana caranya DNA dapat disekuensi? Riset Frederick Sanger akan

menjawabnya. Sebuah metode ditemukan (karena itulah disebut metode Sanger) oleh F

Sanger yang didasarkan pada pemasukan secara random nukleotida termodifikasi, yaitu

deoksiribonukleotida yang mengakhiri rantai DNA yang sedang tumbuh.

Sekuensing sendiri merupakan sebuah proses penentuan urutan nukleotida pada suatu

ftragmen DNA. Sanger-lah yang mencoba mengurutkan gen pada DNA tersebut dengan

metode terminasi rantai. Metode untuk mengurutkan nukleotida dari molekul DNA ini

melibatkan pensintesisan utas DNA secara in vitro yang komplementer terhadap salah satu

unit DNA yang sedang diurutkan.

Pada metode terminasi rantai tersebut, pemanjangan dari rantai DNA dimulai pada situs

spesifik pada DNA cetakan dengan menggunakan oligonukleotida pendek yang

disebut primer yang komplemen pada DNA. Kemudian primer tersebut akan diperpanjang

dengan DNA polimerase (enzim yang mereplikasi DNA)

Penggabungan nukleotida pemutus rantai tersebut secara terbatas kepada rantai DNA oleh

polimerase DNA menghasilkan fragmen-fragmen DNA yang berhenti tumbuh hanya pada

posisi DNA tempat nukleotida tertentu tergabungkan. Fragmen-fragmen tersebut lalu

dipisahkan menurut ukuran-ukuran dengan elektroforesis gel poliaktilamid atau sekarang

disebut sebagai elektroforesis dengfan tabung gelas berjari-jeri kecil yang diisi dengan

polimer kental.

Dari penjelasan tersebut dapat ditarik garis merah, bahwa saat akan melakukan sekuensi

DNA diperlukan beberapa komponen, antara lain:

1. DNA rantai tunggal

2. Primer

3. DNA polimerase

4. dATP, dCTP, dTTP, dan d GTP

Secara lebih terperinci, proses DNA sekuen daapt dijelaskan sebagai berikut:

Penyiapan

Yaitu penyiapan salah satu untai fragmen DNA yang dibagi dalam 4 bagian, kemudian

setiap bagian diinkubasi dengan semua bahan yang diperlukan untuk sintesis untas

komplementer (primer, DNA polimerase, dan keempat deoksiribonukleotida triphospat)

Sintesis untai DNA baru

Dimulai pada primer dan berlanjut hingga dideoksiribonukleotida dimasukkan yang

mencegah sintesis lebih lanjut. Dideoksiribonukleotida diselipkan begitu sering secara

random sebagai ganti ekuivalensi normalnya. Pada akhirnya dihasilkan serangkaian untai

radioaktif yang mempunyai panjang yang berbeda-beda.

Elektroforesis Gel

Untai DNA baru dalam setiap campuran, reaksi dipisahkan dengan cara elektroforesis pada

gel poliakrilamid yang dapat memisahkan untai-untainya, bahkan yang hanya mempunyai

perbedaan sekecil nukleotida panjangnya.

Autoradiograf

Autoradiografi dibuat untuk mendeteksi pita radioaktif

Baca urutan rantai baru

Urutan untai hasil sintesis baru dapat dibaca langsung dari pita-pita pada autoradiografnya,

dan urutan untai DNA cetakan aslinyadapat disimpulkan:

1. Sekuens DNA dapat menyandikan informasi yang diperlukan mahluk hidup untuk

kelangsungan hidup dan berkembangbiak

2. Pengetahuan akan sekuens DNA dapat berguna dalam penelitian Biologi

3. Dalam ilmu pengobatan, sekuensing DNA dapat digunakan untuk mengidentifikasi,

mendiagnosis, dan mengembangkan pengobatan penyakit genetik.

4. Bioteknologi yang dapat pula memanfaatkan sekuensing DNA merupakan bidang yang

berkembang pesat dan berpotensi menghasilkan banyak barang dan jasa yang bermanfaat