BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Padi merupakan tanaman pangan yang sangat penting di dunia terutama di

Indonesia. Hal ini disebabkan padi merupakan sumber karbohidrat utama. Padi

yang sudah dimasak ketika dimakan didalam tubuh, karbohidrat yang terkandung

di dalam beras tersebut akan diubah menjadi glukosa. Glukosa dalam tubuh

tersebut digunakan sebagai sumber energi. Jika energi dari glukosa yang

dibutuhkan oleh tubuh sudah terpenuhi, maka dapat disimpan dalam bentuk

glikogen dengan bantuan hormon insulin. Insulin adalah hormon yang mengubah

glukosa menjadi glikogen, dan berfungsi mengatur kadar gula darah. Namun, jika

kadar glukosa melebihi ambang batas maka kadar gula di dalam darah  akan

meningkat dan meyebabkan penyakit Diabetes milletus.

Padi/beras memiliki sifat hiperglikemik yaitu dapat menaikan kadar

glukosa darah secara cepat dan tinggi. Sehingga hal ini membuat para

penderita Diabetes milletus pada umumnya melakukan diet ketat dengan cara

mengurangi konsumsi nasi bahkan ada yang tidak mengkonsumsi nasi sama sekali

dan menggantinya dengan umbi-umbian. Hal ini dilakukan untuk mengurangi

kadar gula dalam darah. Namun, dengan berkembangnya teknologi membuat para

ilmuan mencari berbagai cara untuk mengatasi permasalahan pada penderita

Diabetes milletus namun tetap mengkonsumsi nasi. Penelitian sebelumnya telah

ada untuk menanggulangi permasalahan ini banyak orang yang menggunakan

pankreas babi maupun sapi untuk menghasilkan insulin. Namun, jika dilihat dari

sisi agama tentu saja ini sangat dilarang karena menggunakan binatang yang

haram yaitu babi. Sehingga muncul alternatif lain yaitu melalui rekayasa genetika

yang merekombinasi gen Escherichia coli dengan gen tanaman padi sehingga

dihasilkan varietas baru berupa beras berinsulin.

1

B. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada makalah ini adalah :

1. Apakah pengertian rekayasa genetika?

2. Apakah bakteri Agrobacterium tumefaciens?

3. Bagaimana teknik rekayasa genetika dalam pembuatan padi insulin?

C. Tujuan

Adapun tujuan yang akan dicapai pada makalah ini adalah :

1. Mengetahui rekayasa genetika.

2. Mengetahui bakteri Agrobacterium tumefaciens.

3. Mengetahui teknik rekayasa genetika dalam pembuatan padi insulin.

2

BAB II

METODOLOGI PENELITIAN

A. Alat dan Bahan

1. Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah seperangkat alat isolasi dan

PCR DNA, elektroporasi, dan cetakan DNA.

2. Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bakteri E. coli (pembawa gen insulin, Bakteri Agrobacterium tumefaciens (sebagai vektor), DNA ligase, DNA sel pankreas, enzim restriksi endonuklease, DNA rekombinan, tanaman padi, sekuens DNA,

B. Prosedur Kerja

1. Mengisolasi, Memotong, dan Menyambung DNA dalam Pembuatan Insulin

pada E.Coli

3

Bakteri E. coli DNA sel pankreas

- diisolasi plasmid bakteri- dipotong dengan menggunakan

enzim restriksi endonuklease

- diisolasi- dipotong dengan menggunakan

enzim restriksi endonuklease untuk mengambil segmen pengkode insulin

DNA kode insulinPlasmid bakteri

DNA rekombinan

- DNA kode insulin disambungkan pada plasmid menggunakan bantuan enzim DNA ligase

2. Proses Penyisipan Gen Bakteri E.coli (pembawa gen insulin) ke Bakteri

Agrobacterium tumefaciens (sebagai vektor).

4

Bakteri Agrobacterium tumefaciens gen DNA Insulin yang ada pada bakteri E.coli

- dikeluarkan plasmid bakteri- dipotong dengan menggunakan

enzim restriksi endonuklease

- diisolasi

Bakteri Agrobacterium tumefaciens mengandung insulin

- Gen DNA kode insulin dari bakteri E.coli disambungkan pada plasmid Ti pada bakteri Agrobacterium tumefaciens menggunakan bantuan enzim DNA ligase.

DNA rekombinan

- disisipkan kembali ke sel bakteri Agrobacterium tumefaciens

3. Penyisipan Gen Agrobacterium tumefaciens Berinsulin ke dalam Gen Padi

5

DNA tanaman padi Gen Agrobacterium tumefaciens yang mengandung insulin

- diurutkan DNA nya (sekuensing DNA)

- dipotong dengan menggunakan enzim restriksi

- di PCR untuk memperkuat DNA

Tanaman padi yang mengandung insulin

- dilakukan metode elektroporasi agar insulin dapat masuk ke dalam tanaman melalui proses difusi

BAB III

PEMBAHASAN

A. Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika adalah manipulasi atau perubahan susunan genetik dari

suatu organisme. Rekayasa genetika merupakan proses buatan/sintetis dengan

menggunakan Teknologi DNA rekombinan. Hasil dari rekayasa genetika adalah

sebuah organisme yang memiliki sifat yang diinginkan atau organisme dengan

sifat unggul, organisme tersebut sering disebut sebagai organisme transgenik.

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.

Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi atau

melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkan

gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan dan

organisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Misalnya, gen dari

bakteri bisa diselipkan di kromosom tanaman. 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.

Pada dasarnya upaya untuk mendapatkan suatu produk yang diinginkan

melalui teknologi DNA rekombinan melibatkan beberapa tahapan tertentu.

Tahapan-tahapan tersebut adalah isolasi DNA kromosom yang akan diklon,

pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen dengan berbagai ukuran,

6

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. Bakteri Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri patogen pada tanaman yang

banyak digunakan untuk memasukkan gen asing ke dalam sel tanaman untuk

menghasilkan suatu tanaman transgenik. Bakteri ini dipopulerkan oleh Mary-Dell

Chilton sejak tahun 1977 melalui penelitiannya. Secara alami bakteri dapat

menginfeksi tanaman dikotiledon melalui bagian tanaman yang terluka sehingga

menyebabkan tumor mahkota empedu (crown gall tumor). Bakteri yang tergolong

ke dalam gram negatif ini memiliki sebuah plasmid besar yang disebut plasmid-Ti

yang berisi gen penyandi faktor virulensi penyebab infeksi bakteri ini pada

tanaman. Untuk memulai pembentukan tumor, A. tumefaciens harus menempel

terlebih dahulu pada permukaan sel inang dengan memanfaatkan polisakarida

asam yang akan digunakan untuk mengkoloniasi/menguasai sel tanaman. Selain

tanaman dikotiledon, tanaman monokotiledon seperti jagung, gandum, dan tebu

telah digunakan untuk memasukkan sel asing ke dalam genom tanaman.

Bakteri Agrobacterium tumefaciens dapat digunakan dalam teknik DNA

rekombinaan pada padi. Bakteri Agrobacterium tumefaciens dapat menginfeksi

tanaman secara alami karena memiliki plasmid Ti, suatu vektor (pembawa DNA)

untuk menyisipkan gen asing. Di dalam plasmid Ti terdapat gen yang

menyandikan sifat virulensi untuk menyebabkan penyakit tanaman tertentu. Gen

asing yang ingin dimasukkan ke dalam tanaman dapat disisipkan di dalam

plasmid Ti. Selanjutnya, A. tumefaciens secara langsung dapat memindahkan gen

pada plasmid tersebut ke dalam genom (DNA) tanaman. Setelah DNA asing

menyatu dengan DNA tanaman maka sifat-sifat yang diinginkan dapat

diekspresikan tumbuhan.

7

C. Teknik Rekayasa Genetika dalam Pembuatan Padi Insulin.

Hormon insulin merupakan hormon yang mengatur kadar gula dengan cara

mengubahnya dalam bentuk glikogen. Hormon dihasilkan oleh sel-sel beta

kelenjar langerhaens pankreas. Kecacatan pada pankreas menyebabkan

kekurangan produksi insulin. Kekurangan produksi insulin membuat orang

dengan mudah terjangkit Diabetes Mellitus. Diabetes milletus merupakan

penyakit yang penderitanya setiap tahun meningkat, menurut survei yang

dilakukan oleh WHO tahun 1995, Indonesia menempati urutan ke-4 dengan

jumlah penderita diabetes terbesar di dunia setelah India, Cina dan Amerika

Serikat.

Padi/beras memiliki sifat hiperglikemik yaitu dapat menaikan kadar

glukosa darah secara cepat dan tinggi. Sehingga hal ini membuat para

penderita Diabetes milletus pada umumnya melakukan diet ketat dengan cara

mengurangi konsumsi nasi bahkan ada yang tidak mengkonsumsi nasi sama sekali

dan menggantinya dengan umbi-umbian. Hal ini dilakukan untuk mengurangi

kadar gula dalam darah. Untuk memanfaatkan teknologi yang berkembang saat ini

maka digunakan gen bakteri yang biasanya berkembang di dalam usus besar

yaitu Eschercia coli untuk menghasilkan insulin. Gen dari bakteri Eschercia

coli direkombinasikan dengan gen padi sehingga menghasilkan padi berinsulin,

untuk mengatasi permasalahan pada penderita Diabetes milletus sehingga tetap

mengkonsumsi nasi. Digunakannya bakteri Eschercia coli karena sangat cepat dan

mudah dalam penganannya. Namun, selain bakteri Eschercia coli juga dibutuhkan

bakteri lain yaitu Agrobacterium tumefaciens (sebagai vektor).

Jadi dalam pembentukan padi insulin ini, membutuhkan suatu proses yang

panjang dan harus mutar-mutar dalam menyisipkan gen insulin ke bakteri yang

digunakan sebagai vektor yaitu Agrobacterium tumefaciens. Alasannya yaitu :

bakteri E.coli hanya digunakan sebagai penghasil gen insulin, yang mana, bisa

digandakan gen insulin tadi menjadi Banyak jadi tidak lagi mengambil Gen

insulin tadi ke Pankreas (cukup sekali) karena E.coli sudah dapat dipakai untuk

menggandakannya. Jadi peran E.coli sebagai suplier gen insulin yang ada dalam

8

pankreas manusia. Bakteri Agrobacterium tumefaciens kurang efektif dalam

menghasilkan Insulin termasuk dalam penggandaannya, sehingga E.coli sangat

berperan, bakteri Agrobacterium tumefaciens hanya sebagai vektor untuk dapat

menyisipkan gen insulin ke dalam tumbuhan karena terdapat plasmid Ti yang

memungkinkan Agrobacterium tumefaciens bisa dengan baik kerjanya untuk

menghasilkan suatu produk yaitu beras insulin. Dalam memproduksi padi

berinsulin terdapat 3 proses yaitu sebagai berikut :

1. Pembuatan Insulin pada E.Coli dengan Menggunakan Teknologi DNA

Rekombinan

Pada proses pertama, pembuatan insulin ini, langkah pertama adalah

mengisolasi plasmid dari E. coli. Plasmid adalah salah satu bahan genetik bakteri

yang berupa untaian DNA berbentuk lingkaran kecil. Selain plasmid, bakteri juga

memiliki kromosom. Langkah kedua, ini plasmid yang telah diisolasi dipotong

pada segmen tertentu menggunakan enzim restriksi endonuklease. Sementara itu

DNA yang di isolasi dari sel pankreas dipotong pada suatu segmen untuk

mengambil segmen pengkode insulin. Pemotongan dilakukan dengan enzim yang

sama yaitu enzim retriksi. Langkah ketiga, DNA kode insulin dari pankreas

tersebut disambungkan pada plasmid menggunakan bantuan enzim DNA ligase.

Hasilnya adalah kombinasi DNA kode insulin dengan plasmid bakteri yang

disebut DNA rekombinan. Langkah keempat, Plasmid yang sudah mengandung

DNA insulin disisipkan kembali ke sel bakteri.

2. Proses Penyisipan Gen Bakteri E.coli (pembawa gen insulin) ke Bakteri

Agrobacterium tumefaciens (sebagai vektor).

Adapun langkah-langkahnya sebagai berikut : Langkah Pertama,

mengeluarkan plasmid bakteri Agrobacterium tumefaciens. Langkah kedua,

mengisolasi gen DNA insulin yang ada pada bakteri E.coli. Langkah ketiga,

Memotong plasmid pada segmen tertentu menggunakan enzim restriksi

endonuklease. Langkah keempat, gen DNA kode insulin dari bakteri E.coli

tersebut disambungkan pada plasmid Ti pada bakteri Agrobacterium tumefaciens

menggunakan bantuan enzim DNA ligase. Hasilnya adalah kombinasi DNA kode

9

insulin dengan plasmid bakteri yang disebut DNA rekombinan. Langkah Kelima,

DNA rekombinan yang terbentuk disisipkan kembali ke sel bakteri

Agrobacterium tumefaciens. Selanjutnya dihasilkan bakteri Agrobacterium

tumefaciens mengandung insulin.

3. Penyisipan Gen Agrobacterium tumefaciens Berinsulin ke dalam Gen Padi

Proses yang langkah pertama, melakukan sekuensing pada DNA tanaman

untuk gen yang akan diubah diidentifikasinya. Langkah kedua, gen yang

diinginkan dikeluarkan dari bakteri Agrobacterium tumefaciens melalui

penggunaan enzim spesifik yaitu enzim restriksi. Langkah ketiga, gen yang

diinginkan kemudian di polimer melalui polymerase chain reaction, yaitu metode

untuk memperkuat DNA dan menghasilkan sejumlah gen yang bisa diterapkan ke

tanaman. Langkah keempat. Melakukan metode elektroporasi yaitu dikejutkan

dengan listrik tegangan tinggi melalui larutan yang mengandung protoplas.

Kejutan listrik ini menyebabkan sel membran plasma (semipermiabel) untuk

sementara tidak stabil dengan membentuk pori-pori kecil, melalui pori-pori ini,

DNA bakteri Agrobacterium tumefaciens yang mengandung insulin dapat masuk

melalui proses difusi. DNA akan masuk ke nukleus yang akan diinjeksikan dalam

bentuk transfer plasmid-Ti yang dipindah ke kromosom dan menjadi satu dalam

DNA tanaman padi. Pemberian kejutan listrik dan injeksi, sel membran plasma

terbentuk kembali. Dinding sel juga terbentuk kembali melalui proses

pembalikan. Sel-sel yang baru saja diubah tersebut kemudian menghasilkan jenis

sel yang unik yang membentuk padi dengan terdapat gen insulin didalamnya. Sel

baru yang menjadi tanaman padi berinsulin, dapat terbentuk ketika sel tanaman

padi sudah terinfeksi oleh bakteri yang telah membawa DNA rekombinan baru

yang mengandung gen insulin, sehingga DNA yang mengandung gen insulin,

berintroduksi ke sel tumbuhan dengan membawa gen baru pada kromosom

tumbuhan, Kemudian akan terjadi proses regenerasi tanaman dengan sifat baru

yang menghasilkan padi yang mengandung insulin.

10

Padi berinsulin ini tentu saja sangat penting bagi penderita diabetes

milletus karena dapat dimanfaatkan menjadi bahan alternatif untuk mengkonsumsi

nasi setiap hari, sehingga tidak perlu khawatir akan meningkatkan kadar glukosa

dalam darah.

BAB IV

KESIMPULAN

Berdasarkan uraian pembahasan dapat disimpulkan bahwa :

1. Dalam menghasilkan beras insulin memerlukan suatu cara yaitu rekayasa

genetika yang perlu dibantu dengan adanya bakteri yaitu E.coli. Bakteri E. coli

dipilih karena pertumbuhannya sangat cepat dan mudah dalam penanganannya.

Melalui bakteri tersebut insulin dapat dihasilkan sehingga dapat bermanfaat

bagi penderita diabetes mellitus. hasil produk bioteknologi berupa beras yang

mengandung insulin, dapat dimanfaatkan bagi konsumen untuk dapat

memakan dari beras berinsulin. Penderita Diabetes mellitus dapat

mengkonsumsi beras yang telah mengandung insulin tersebut sehingga aman

bagi penderita untuk mengonsumsinya dalam jumlah yang ditentukan.

2. Langkah-langkah menghasikan padi insulin, sebagai berikut yaitu :

Mengisolasi plasmid dari bakteri E.coli lalu memotong plasmid yang telah

diisolasi dengan enzim restriksi, DNA yang dari sel pankreas dipotong pada

suatu segmen pengkodean insulin, DNA rekombinan yang terbentuk lalu

disisipkan ke bakteri E.coli. Setelah proses ini selesai lalu menyisipkan gen

DNA insulin dari bakteri E.coli ke bakteri Agrobacterium tumefaciens

sehingga bakteri Agrobacterium tumefaciens mempunyai gen insulin dan

selanjutnya menginfeksikan bakteri dengan gen berinsulin ini kedalam sel

tanaman sehingga akan menghasilkan varietas tanaman baru.

11

12