Archive for the ‘Uncategorized’ Category

REKAYASA GENETIKA BAKTERI Bacillus thuringirnsis DALAM PERAKITAN TANAMAN TRANSGENIK TAHAN HAMA SERANGGA

         Rekayasa genetika merupakan penerapan teknik-teknik biologi molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu. 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.

         Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun.

          Manfaat rekayasa genetika diantaranya meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia seperti insulin dan hormon pertumbuhan, menyediakan bahan makanan yang lebih melimpah dan sumber energi yang terbaharui, proses industri yang lebih murah dan mengurangi polusi.

Bakteri Bacillus thuringiensis

Klasifikasi Bacillus thuringiensis :

Kerajaan          : Eubacteria

Filum               : Firmicutes

Kelas               : Bacilli

Ordo                : Bacillales

Famili              : Bacillaceae

Genus              : Bacillus

Spesies            : Bacillus thuringiensis

 

(sumber : http://id.wikipedia.org/wiki)

          Bacillus thuringiensis adalah bakteri gram-positif, berbentuk batang, yang tersebar secara luas di berbagai negara. B. thuringiensis dibagi menjadi 67 subspesies (hingga tahun 1998) berdasarkan serotipe dari flagela (H). Bakteri ini termasuk patogen fakultatif dan dapat hidup di daun tanaman konifer maupun pada tanah. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi. Saat sporulasi terjadi, tubuhnya akan terdiri dari protein Cry yang termasuk ke dalam protein kristal kelas endotoksin delta yang toksik terhadap sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia dan insekta.. Apabila serangga memakan toksin tersebut maka serangga tersebut dapat mati. Oleh karena itu, protein atau toksin Cry dapat dimanfaatkan sebagai pestisida alami.

          Sembilan puluh lima persen kristal terdiri dari protein dengan asam amino terbanyak terdiri dari asam glutamat, asam aspartat dan arginin, sedangkan lima persen terdiri dari karbohidrat yaitu mannosa dan glukosa. Kristal protein tersusun dari subunit-subunit protein yang berbentuk batang atau halter, mempunyai berat molekul 130 – 140 kDa yang berupa protoksin. Protoksin akan menjadi toksin setelah mengalami hidrolisis dalam kondisi alkalin di dalam saluran pencernaan serangga. Hidrolisis ini melepaskan protein kecil dengan berat molekul sekitar 60 kDa dan bersifat toksik (Bulla, Kramer dan Davidson, 1977).

          Kristal protein mempunyai beberapa bentuk. Ada hubungan nyata antara bentuk kristal dengan kisaran daya bunuhnya. Varietas yang memiliki daya bunuh terhadap serangga ordo Lepidoptera, memiliki kristal toksin yang berbentuk bipiramida dan jumlahnya hanya satu tiap sel, sedangkan yang berbentuk kubus, oval dan amorf umumnya toksik terhadap serangga ordo Diptera dan jumlahnya dapat lebih dari satu tiap sel. Kristal yang mempunyai daya bunuh terhadap serangga ordo Coleoptera berbentuk empat persegi panjang dan datar atau pipih.

          Toksisitas B. thuringiensis terhadap serangga dipengaruhi oleh strain bakteri dan spesies serangga yang terinfeksi. Faktor pada bakteri yang mempengaruhi toksisitasnya adalah struktur kristalnya, yang pada salah satu strain mungkin mempunyai ikatan yang lebih mudah dipecah oleh enzim yang dihasilkan serangga dan ukuran molekul protein yang menyusun kristal, serta susunan molekul asam amino dan kandungan karbohidrat dalam kristal.

Tanaman Transgenik

          Tanaman transgenik adalah merupakan aplikasi bioteknologi pada tanaman yang telah direkayasa bentuk maupun kualitasnya melalui penyisipan gen atau DNA binatang, bakteri, mikroba, atau virus untuk tujuan tertentu. Organisme transgenik adalah suatu organisme yang mengandung transgen melalui proses bioteknologi (bukan proses pemuliaan tanaman), Transgen adalah gen asing yang ditambahkan kepada suatu spesies. Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari jasad lain. Gen yang ditransfer dapat berasal dari jenis (spesies) lain seperti bakteri, virus, hewan, atau tanaman lain .

          Untuk membuat suatu tanaman transgenik, pertama-tama dilakukan identifikasi atau pencarian gen yang akan menghasilkan sifat tertentu (sifat yang diinginkan). Gen yang diinginkan dapat diambil dari tanaman lain, hewan, cendawan, atau bakteri. Setelah gen yang diinginkan didapat maka dilakukan perbanyakan gen yang disebut dengan istilah kloning gen. Pada tahapan kloning gen, DNA asing akan dimasukkan ke dalam vektor kloning (agen pembawa DNA), contohnya plasmid (DNA yang digunakan untuk transfer gen).Kemudian, vektor kloning akan dimasukkan ke dalam bakteri sehingga DNA dapat diperbanyak seiring dengan perkembangbiakan bakteri tersebut. Apabila gen yang diinginkan telah diperbanyak dalam jumlah yang cukup maka akan dilakukan transfer gen asing tersebut ke dalam sel tumbuhan yang berasal dari bagian tertentu, salah satunya adalah bagian daun. Transfer gen ini dapat dilakukan dengan beberapa metode, yaitu metode senjata gen, metode transformasi DNA yang diperantarai bakteri Agrobacterium tumefaciens, dan elektroporasi (metode transfer DNA dengan bantuan listrik).

          Teknik bioteknologi tanaman telah dimanfaatkan terutama untuk memberikan karakter baru pada berbagai jenis tanaman transgenik. Teknologi rekayasa genetika tanaman memungkinkan pengintegrasian gen-gen yang berasal dari organisme lain untuk perbaikan sifat tanaman. Salah satu contoh aplikasi bioteknologi di bidang pertanian adalah mengembangkan tanaman transgenik yang memiliki sifat (1) toleran terhadap zat kimia tertentu (tahan herbisida), (2) tahan terhadap hama dan penyakit tertentu, (3) mempunyai sifat-sifat khusus (misalnya: tomat yang matangnya lama, padi yang memproduksi betacaroten dan vitamin A, kedelai dengan lemak tak jenuh rendah, strawberry yang rasanya manis, kentang dan pisang yang berkhasiat obat), (4) dapat mengambil nitrogen sendiri dari udara (gen dari bakteri pemfiksasi nitrogen disisipkan ke tanaman sehingga tanaman dapat memfiksasi nitrogen udara sendiri), dan (5) dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan buruk (kekeringan, cuaca dingin, dan tanah bergaram tinggi). Penekanan pemberian karakter tersebut dapat dibagi kedalam beberapa tujuan utama yaitu peningkatan hasil, kandungan nutrisi, kelestarian lingkungan, dan nilai tambah tanaman-tanaman tertentu.  Perbedaaan pemuliaan tanaman konvensional dengan pemuliaan tanaman secara transgenik

Pemuliaan tanaman secara konvensional:

1. Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang sama

2. Pemindahan gen melalui perkawinan inter spesies

Pemuliaan tanaman secara transgenik:

1. Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang berbeda

2. Pemindahan gen melalui rekayasa genetika tanaman

Contoh beberapa tanaman transgenic :

Tanaman

Gen ketahanan

Sumber gen

Hasil

Azuki bean

α-amylase

inhibitor

Tanaman common

bean

Tahan serangan hama

Kumbang Brucus

Kacang pea

(Pisum sativum L.)

α-amylase

inhibitor

Tanaman common bean

Tahan serangan hama

Bruchus pisorium

Kapas

Bt

 

Bacillus thuringiensis

Tahan serangan hama

Cotton bollworm

Jagung

Bt

 

Bacillus thuringiensis

Tahan serangan hama

Corn borer

Kentang

Bt

 

Bacillus thuringiensis

Tahan serangan hama

Colorado potato Beetle

Tomat Flavr Savr

polygalacturonase

(PG)

Sejenis ikan yang

hidup di Antartika

Tahan lama dalam

Penyimpanan

Contoh beberapa tanaman transgenic

 

(sumber : http://www.tootoo.com/buy-organic_foods-CC_01110000)

Perakitan Tanaman Transgenik Tahan Hama Melalui Bacillus thuringirnsis

  1. Menentukan prioritas jenis atau spesies hama yang akan dikendalikan dengan tanaman transgenik yang akan dirakit. Untuk keperluan ini umumnya akan dicari hama yang tidak mempunyai sumber gen tahan dari spesies tanaman inangnya, misalnya hama penggerek batang padi, penggerek batang jagung, hama kepik, dan hama pengisap polong. Setelah itu ditentukan kandidat gen tahan yang akan dipakai yaitu Bt-toksin. Bila menggunakan Bt-toksin maka ditentukan gen Bt atau gen cry yang akan digunakan untuk menghambat pertumbuhan serangga dengan mengganggu proses pencernaannya.
  2. Setelah gen yang diinginkan didapat maka dilakukan perbanyakan gen yang disebut dengan istilah kloning gen. Pada tahapan kloning gen, DNA yang mengkode protein cry akan dimasukkan ke dalam vektor kloning (agen pembawa DNA), contohnya plasmid Bacillus thuringiensi. Kemudian, vektor kloning akan dimasukkan ke dalam bakteri sehingga DNA tersebut dapat diperbanyak seiring dengan perkembangbiakan bakteri.
  3. Apabila gen yang diinginkan telah diperbanyak dalam jumlah yang cukup maka akan dilakukan transfer gen tersebut ke dalam sel tumbuhan yang berasal dari bagian tertentu, salah satunya adalah bagian daun. Transfer gen ini dapat dilakukan dengan beberapa metode, yaitu metode senjata gen, metode transformasi DNA yang diperantarai bakteri Agrobacterium tumefaciens, dan elektroporasi (metode transfer DNA dengan bantuan listrik). Berikut adalah penjelasan tentang beberapa metode transfer gen.
  • Metode senjata gen atau penembakan mikro-proyektil. Metode ini menggunakan senjata yang dapat menembakkan mikro-proyektil berkecepatan tinggi ke dalam sel tanaman. Mikro-proyektil tersebut akan mengantarkan DNA untuk masuk ke dalam sel tanaman. Penggunaan senjata gen memberikan hasil yang bersih dan aman, meskipun ada kemungkinan terjadi kerusakan sel selama penembakan berlangsung.
  • Metode transformasi yang diperantarai oleh Agrobacterium tumefaciens. 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.
  • Metode elektroporasi. Pada metode elektroporasi ini, sel tanaman yang akan menerima gen asing harus mengalami pelepasan dinding sel hingga menjadi protoplas. Selanjutnya sel diberi kejutan listrik dengan voltase tinggi untuk membuka pori-pori membran sel tanaman sehingga DNA asing dapat masuk ke dalam sel dan bersatu (terintegrasi) dengan DNA kromosom tanaman. Kemudian, dilakukan proses pengembalian dinding sel tanaman.
  1. Setelah proses transfer DNA selesai, dilakukan seleksi sel daun untuk mendapatkan sel yang berhasil disisipi gen asing. Hasil seleksi ditumbuhkan menjadi kalus (sekumpulan sel yang belum terdiferensiasi) hingga nantinya terbentuk akar dan tunas. Apabila telah terbentuk tanaman muda (plantlet), maka dapat dilakukan pemindahan ke tanah dan sifat baru tanaman dapat diamati

(sumber : http://youarestronger.wordpress.com)

Skema perakitan tanaman transgenik tahan hama

menentukan spesies hama tanaman yang akan dikendalikan

menentukan gen tahan hama yaitu Bt-toksin dengan memakai gen cry (gen Bt)

“perbanyakan dengan cloning gen”

(DNA pengkode protein cry -> masuk ke vector cloning (plasmid Bacillus thuringiensi) -> DNA diperbanyak melalui bakteri)

mentransfer gen ke bagian sel tumbuhan (biasanya bagian daun)

metode transfer gen :

  • metode senjata gen
  • metode transformasi DNA
  • metode elektroporasi

seleksi sel daun yang berhasil disisipi gen asing

menumbuhkan hasil seleksi menjadi kalus -> sampai tumbuh akar dan tunas

sampai terbentuk plantlet (tanaman muda) dan dipindahkan pertumbuhannya ke tanah

mengamati sifat baru tanaman transgenik tahan hama

Dampak Positif dan Negatif Tanaman Transgenik

1.Dampak Positif Transgenik

  • Rekayasa transgenik dapat menghasilkan produk lebih banyak.
  • Rekayasa tanaman dapat hidup dalam kondisi lingkungan ekstrem akan memperluas daerah pertanian dan mengurangi bahaya kelaparan.
  • Makanan dapat direkayasa supaya lebih lezat dan menyehatkan.

2.Dampak Negatif Transgenik

  • Komoditas pertanian hasil rekayasa genetika memberikan ancaman persaingan serius terhadap komoditas serupa yang dihasilkan secara konvensional.
  • Dengan terjadinya transfer genetik di dalam tubuh organisme transgenik akan muncul bahan kimia baru yang berpotensi menimbulkan pengaruh toksisitas pada bahan pangan.
  • Berpotensi menimbulkan penyakit baru atau pun menjadi faktor pemicu bagi penyakit lain.
  • Penyebaran gen transgenik yang dapat meyebar secara luas, antar spesies akan sangat membahayakan bagi keanekaragaman hayati, dan juga kesehatan manusia.
  • Merusak potensi plasma nuftah, potensi pergeseran gen dan potensi pergeseran ekologi

Kajian Religius

Surat An Nahl ayat 13 :

Artinya : Dan Dia (menundukkan pula) apa yang Dia ciptakan untuk kamu di bumi ini dengan berlain-lainan macamnya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda(kekuasaan Allah) bagi kaum yang mengambil pelajaran.

 

Kandungan yang terdapat diatas menjelaskan bahwa Allah menciptakan berbagai macam makhluk hidup yang mempunyai manfaat ataupun kerugian masing-masing. Salah satu contoh makhluk hidup yang diciptakan-Nya yaitu bakteri. Semua jenis bakteri berasal dari ciptaan Allah Maha Kuasa. Dan juga dari penggalan bukti ayat-ayat Al-quran tersebut telah jelas bahwa kita sebagai orang yang beriman, yang yakin akan adanya sang Khalik harus percaya bahwa seluruh makhluk baik di langit dan di bumi, baik berukuran besar maupun kecil, bahkan sampai mikroorganisme (jasad renik) yang tidak dapat terlihat dengan mata telanjang adalah makhluk ciptaan Allah SWT. Sesungguhnya manusia hanyalah sedikit pengetahuannya, jika dibandingkan dengan ilmu Allah SWT yang maha luas dan tak terbatas. Selain itu dari makhluk-makhluk hidup yang sudah diciptakan mempunyai manfaat dalam kehidupan kita, salah satu contohnya yaitu bakteri Bacillus thuringiensis yang dimanfaatkan sebagai bioinsektisida atau pembasmi hama dalam bidang pertanian.

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Amirhusin, Bahagiawati.2004.Penggunaan Bacilus Thuringiensis sebagai Bioinsektisida. Bogor : Buletin AgroBio

Amirhusin, Bahagiawati.2004.Perakitan Tanaman Transgenik Tahan Hama.Bogor : Jurnal Litbang Pertanian

Anonymous.2008.Bacilus Thuringiensis. http://env-iren.blogspot.com/2009/03/Bacilus-Thuringiensis-ciri-ciri. Diakses tanggal 25 Desember 2011

Anonymous.2011.Bacilus Thuringiensis. http://id.wikipedia.org/wiki/Bacilus-Thuringiensis. Diakses tanggal 25 Desember 2011

Anonymous.2011.Dampak Tanaman Transgenik. http://id.shvoong.com/tags/dampak-tanaman-transgenik. Diakses tanggal 28 Desember 2011

Anonymous.2011. Dampak Tanaman Transgenik Bt terhadap Populasi Serangga. http://ilham-agt08/blogspot.com/2011/03/tanaman-transgenik. Diakses tanggal 28 Desember 2011

Anonymous.2011.Rekayasa Genetikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Rekayasa-Genetika. Diakses tanggal 28 Desember 2011

 

TERAPI GEN SEBAGAI UPAYA PENYEMBUHAN BAGI PENYAKIT KANKER

     Terapi gen adalah suatu teknik yang digunakan untuk memperbaiki gen-gen mutan (abnormal/cacat) yang bertanggung jawab terhadap terjadinya suatu penyakit. Pada awalnya, terapi gen diciptakan untuk mengobati penyakit keturunan (genetik) yang terjadi karena mutasi pada satu gen, seperti penyakit fibrosis sistik. Penggunaan terapi gen pada penyakit tersebut dilakukan dengan memasukkan gen normal yang spesifik ke dalam sel yang memiliki gen mutan.

        Sejarah Dari Terapi Gen pada awal 1970-an, para ilmuwan mengusulkan apa yang mereka sebut “gen operasi” untuk mengobati penyakit warisan yang disebabkan oleh gen yang cacat. Para ilmuwan melakukan percobaan di mana sebuah gen yang memproduksi enzim untuk memperbaiki penyakit itu disuntikkan ke sekelompok sel. Para ilmuwan berteori sel-sel kemudian bisa disuntikkan ke orang dengan penyakit Lesch-Nyhan. Perkembangan terapi gen selama 4 dekade terakhir, terapi gen telah pindah dari preklinik untuk studi klinis untuk berbagai penyakit mulai dari gangguan resesif monogenik seperti hemofilia terhadap penyakit yang lebih kompleks seperti kanker, gangguan jantung, dan human immunodeficiency virus (HIV).

      Terapi gen kemudian berkembang untuk mengobati penyakit yang terjadi karena mutasi di banyak gen, seperti kanker. Selain memasukkan gen normal ke dalam sel mutan, mekanisme terapi gen lain yang dapat digunakan adalah melakukan rekombinasi homolog untuk melenyapkan gen abnormal dengan gen normal, mencegah ekspresi gen abnormal melalui teknik peredaman gen, dan melakukan mutasi balik selektif sehingga gen abnormal dapat berfungsi normal kembali. Sebuah gen normal dapat dimasukkan ke lokasi yang spesifik dalam genom untuk mengganti gen berfungsi. Pendekatan ini yang paling umum :

a)      Sebuah gen abnormal bisa ditukar gen normal melalui rekombinasi homolog.

b)      Gen abnormal bisa diperbaiki melalui mutasi reverse selektif, yang mengembalikan gen berfungsi normal.

c)      Peraturan (sejauh mana gen diaktifkan atau dimatikan) gen tertentu dapat diubah.”’

d)     Spindle transfer digunakan untuk menggantikan seluruh mitokondria yang membawa DNA mitokondria cacat

Secara garis besar ada dua macam cara yang biasa digunakan untuk memasukkan gen baru ke dalam sel.

  1. Terapi Gen Ex Vivo

Sel dari sejumlah organ atau jaringan ( seperti kulit, system hemopoietik, hati ) atau jaringan tumor dapat diambil dari pasien dan kemudian dibiakkan dalam laboratorium. Selama pembiakkan, sel itu dimasuki suatu gen tertentu untu kterapi penyakit itu. Kemudian diikuti dengan reinfusi atau reimplementasi dari sel tertransduksi itu ke pasien. Penggunaan sel penderita untuk diperlakukan adalah untuk meyakinkan tidak ada respon imun yang merugikan setelah infuse atau transplantasi. Terapi gen ex vivo saat ini banyak digunakan pada uji klinis, kebanyakan menggunakan vector retrovirus untuk memasukkan suatu gen ke dalam sel penerima.

  1. Terapi Gen In Vivo

Organ seperti paru paru, otak, jantung tidak cocok untuk terapi gen ex vivo, sebab pembiakan sel target dan retransplantasi tidak mungkin dilakukan. Oleh karena itu terapi gen somatic, dilakukan dengan pemindahan gen in vivo. Dengan kata lain dengan memberikan gen tertentu baik secara local maupun sistemik. Penggunaan vector retrovirus memerlukan kondisi sel target yang sedang membelah supaya dapat terinfeksi. Akan tetapi, banyak jaringan yang merupakan target terapi gen, sebagian besar selnya dalam keadaan tidak membelah. Akibatnya, sejumlah strategi diperlukan baik penggunaan system vector virus maupun non-virus untuk menghantarkan gen terapetik ke sel target yang sangat bervariasi seperti kulit, otot, usus, liver dan sel darah. System penghantar gen in vivo yang ideal adalah efisiensi tinggi masuknya gen terapetik dalam sel target. Gen itu dapat masuk ke inti sel dengan sedikit mungkin terdegradasi, dan gen itu tetap terekspresi walaupun ada perubahan kondisi

Penyakit kanker

Kanker adalah suatu penonjolan atau pertumbuhan tidak wajar yang dapat terjadi pada setiap bagian tubuh. Kanker adalah pertumbuhan sel-sel jaringan tubuh yang tidak normal, berkembang dengan cepat, tidak terkendali, dan akan terus membelah diri, selanjutnya menyusup ke jaringan sekitar (invasive) dan terus menyebar melalui jaringan ikat, darah, dan menyerang organ organ penting serta syaraf tulang belakang. Sel-sel yang berkembang ini akan menumpuk, mendesak dan merusak jaringan dan organ yang ditempati. Penumpukan sel baru disebut tumor ganas. Kanker dapat mengenai seluruh bagian tubuh manusia, misalnya mata, kulit, mulut, leher (thyroid), jantung, paru, usus, hati, sistem reproduksi dan sebagainya

Dalam keadaan normal, sel hanya akan membelah diri jika ada penggantian sel-sel yang telah mati dan rusak. Sebaliknya sel kanker akan membelah terus meskipun tubuh tidak memerlukannya, sehingga akan terjadi penumpukan sel baru yang disebut tumor ganas. Penumpukan sel tersebut mendesak dan merusak jaringan normal, sehingga mengganggu organ yang ditempatinya.

Jenis jenis kanker yaitu kanker otak, kanker mulut, kanker tenggorokan, kanker paru-paru, kanker payudara, kanker saluran pencernaan, kanker rahim, kanker indung telur (ovarium), kanker kolon, kanker kandung kemih, kanker prostat, kanker testis, kanker kulit

kanker usus besar

(sumber : http://www.squidoo.com)

kanker cervix

(sumber : http://lpkijateng.wordpress.com)

Klasifikasi kanker kemudian dilakukan pada kategori yang lebih umum, misalnya:

1)        Karsinoma, merupakan kanker yang terjadi pada jaringan epitel, seperti kulit atau jaringan yang menyelubungi organ tubuh, misalnya organ pada sistem pencernaan atau kelenjar. Contoh meliputi kanker kulit, karsinoma serviks, karsinoma anal, kanker esofageal, karsinoma hepatoselular, kanker laringeal, hipernefroma, kanker lambung, kanker testiskular dan kanker tiroid.

2)        Sarkoma, merupakan kanker yang terjadi pada tulang seperti osteosarkoma, tulang rawan seperti kondrosarkoma, jaringan otot seperti rabdomiosarcoma, jaringan adiposa, pembuluh darah dan jaringan penghantar atau pendukung lainnya.

3)        Leukemia, merupakan kanker yang terjadi akibat tidak matangnya sel darah yang berkembang di dalam sumsum tulang dan memiliki kecenderungan untuk berakumulasi di dalam sirkulasi darah.

4)        Limfoma, merupakan kanker yang timbul dari nodus limfa dan jaringan dalam sistem kekebalan tubuh

Faktor penyebab penyakit kanker ada beberapa macam yaitu dikarenakan dari keturunan (genetik)/riwayat keluarga, lingkungan, makanan, diet, virus, infeksi parasit, gangguan keseimbangan hormonal, faktor perilaku dan gaya hidup, faktor kejiwaan dan gaya hidup serta dari radikal bebas.

Sel – sel kanker dibentuk dari sel – sel normal dalam suatu proses rumit yang disebut transformasi. Ada pun peruses transformasi ini terdiri atas :

  • Tahap inisisasi

Pada tahap inisiasi terjadi suatu perubahan dalam bahan genetik sel yang memancing sel menjadi ganas. Perubahan dalam bahan genetik sel ini disebabkan oleh suatu agen yang disebut karsinogen, dapat berupa bahan kimia, virus, radiasi (penyinaran) atau sinar matahari. Kelainan genetik dalam sel atau bahan lainnya yang disebut promotor, menyebabkan sel lebih rentan terhadap suatu karsinogen.

  • Tahap promosi

Pada tahap promosi, sel yang telah mengalami inisiasi tadi akan berubah menjadi ganas. Contoh promotor berupa : ko-karsinogenik (gaya hidup tak sehat). Karena itu diperlukan beberapa faktor untuk terjadinya keganasan (faktor penyebab dan resiko). Sel yang belum melewati tahap inisiasi tidak akan terpengaruh oleh promosi.

Sel – sel kanker dapat merusak barier tempat asalnya dan kemudian menyebar ke bagian tubuh yang lain, disebut dengan metastasis. Penamaan metastasis dari sel kanker tersebut disesuaikan dengan tempat asal sel tersebut. Penyebaran kanker dapat melalui :

1)             Menyebar melalui rongga tubuh

Penyebaran ini maksudnya sel kanker menyebar pada bagian tubuh yang memiliki rongga (misalnya, usus, ovarium dan lainnya), di mana kanker ini dapat menembus organ berrongga tersebut dengan mengadakan invasi dan tertanam pada tempat yang baru.

2)             Menyebar melalui limfogen (melalui aliran limfe)

Bila kelenjar getah bening rusak atau tidak lagi dapat melaksanakan fungsinya dengan baik, maka kelenjar ini menjadi satu media yang membantu penyebaran kanker. Kelenjar getah bening ini pun dapat menjadi ukuran dalam menentukan prognosis (harapan kesembuhan) kanker. Dan melalui aliran limfe ini pula, sel kanker dapat menyebar secara hematogen (aliran darah) melalui pertemuan di ductus thorasicus.

3)             Secara hematogen (melalui aliran darah)

Penyebaran melalui aliran darah ini merupakan hal yang paling ditakuti karena dapat menyebar ke seluruh bagian tubuh lain, dekat atau jauh.

(sumber:http://obatpropolis.com/kanker)

(sumber:http://distributor4lifeindonesia.wordpress.com )

Salah satu pengobatan kanker yaitu dengan anti-angiogenesis adalah terapi yang bertujuan untuk menghentikan pembentukan pembuluh darah baru pada sel kanker. Karena tanpa suplai darah, sel tumor/kanker akan mati. Mereka bekerja dengan cara yang berbeda-beda. Ada yang menghambat pembentukan pembuluh darah baru, ada yang menyerang pembuluh darah lama yang memberi suplai darah ke jaringan kanker (sehingga mati kelaparan), ada juga yang langsung menyerang sel kanker sekaligus menghentikan suplai darahnya.

Pengobatan lainnya yaitu terapi hipertermia yaitu pengobatan kanker dengan cara memanaskan jaringan tubuh sampai mencapai 44o  bahkan 45oC. Riset membuktikan bahwa suhu yang tinggi dapat menghancurkan dan membunuh sel kanker, dengan kerusakan minimal pada jaringan normal. Dengan merusak protein maupun struktur sel, hipertermia dapat membunuh sel kanker dan memperkecil ukuran tumor. Biasanya hipertermia digunakan bersamaan dengan terapi radioterapi, kemoterapi, atau imunoterapi.

Virus sebagai vektor dalam terapi gen

Semua virus mengikat tuan rumah mereka dan memperkenalkan materi genetik mereka ke dalam sel inang sebagai bagian dari siklus replikasi mereka. Bahan genetik ini berisi dasar ‘petunjuk’ tentang bagaimana untuk menghasilkan lebih banyak salinan virus ini, pembajakan produksi normal tubuh mesin untuk melayani kebutuhan virus. Sel inang akan melaksanakan petunjuk dan menghasilkan salinan tambahan virus, menyebabkan sel lebih dan lebih menjadi terinfeksi. Beberapa jenis gen virus memasukkan mereka ke genom inang. Lain menembus membran sel menyamar sebagai molekul protein dan masuk ke dalam sel.

Sesaat setelah memasukkan DNA-nya, virus dari siklus litik cepat menghasilkan lebih banyak virus, meledak dari sel dan menginfeksi sel lebih. Virus  lisogenik DNA mengintegrasikan mereka ke dalam DNA sel inang dan dapat hidup dalam tubuh selama bertahun-tahun sebelum menanggapi pemicu. Virus mereproduksi sebagai sel dilakukan dan tidak menimbulkan kekerasan fisik sampai dipicu. Pemicunya melepaskan DNA dari bahwa dari penderita dan mempekerjakan untuk menciptakan virus baru.

(sumber : http://id.wikipedia.org )

Terapi Gen untuk penyakit kanker

Pengobatan dengan terapi gen telah berkembang dengan pesat sejak clinical trial terapi ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1990. Terapi gen adalah teknik untuk mengoreksi gen-gen yang cacat yang bertanggung jawab terhadap suatu penyakit. Selama ini pendekatan terapi gen yang berkembang adalah menambahkan gen-gen normal ke dalam sel yang mengalami ketidaknormalan.

Pendekatan lain adalah melenyapkan gen abnormal dengan gen normal dengan melakukan ekombinasi homolog. Pendekatan ketiga adalah mereparasi gen abnormal dengan cara mutasi balik selsektif, sedemikian rupa sehingga akan mengembalikan fungsi normal gen tersebut. Selain pendekatan-pendekatan tersebut ada pendekatan lain untuk terapi gen tersebut, yaitu mengendalikan regulasi ekspresi gen abnormal tersebut.

Saat ini para ilmuwan sedang mencoba beberapa cara kerja terapi gen untuk pengobatan kanker:

  1. Menambahkan gen sehat pada sel yang memiliki gen cacat atau tidak lengkap. Contohnya, sel sehat memiliki “gen penekan tumor” seperti p53 yang mencegah terjadinya kanker. Setelah diteliti, ternyata pada kebanyakan sel kanker gen p53 rusak atau bahkan tidak ada. Dengan memasukkan gen p53 yang normal ke dalam sel kanker, diharapkan sel tersebut akan normal dan sehat kembali.
  2. Menghentikan aktivitas “gen kanker” (oncogenes). “Gen kanker” merupakan hasil mutasi dari sel normal, yang menyebabkan sel tersebut membelah secara liar menjadi kanker. Ada juga gen yang menyebabkan sel kanker bermetastase (menjalar) ke bagian tubuh lain. Menghentikan aktivitas gen ini atau protein yang dibentuknya, dapat mencegah kanker membesar maupun menyebar.
  3. Menambahkan gen tertentu pada sel kanker sehingga lebih peka terhadap kemoterapi maupun radiasi, atau menghalangi kerja gen yang dapat membuat sel kanker kebal terhadap obat-obat kemoterapi. Juga dicoba cara lain, membuat sel sehat lebih kebal terhadap kemoterapi dosis tinggi, sehingga tidak menimbulkan efek samping.
  4. Menambahkan gen tertentu sehingga sel-sel tumor/kanker lebih mudah dikenali dan dihancurkan oleh sistem kekebalan tubuh. Sebaliknya, menambahkan gen pada sel-sel kekebalan tubuh sehingga lebih mudah mendeteksi dan menghancurkan sel-sel kanker.
  5. Menghentikan gen yang berperan dalam pembentukan jaringan pembuluh darah baru (angiogenesis) atau menambahkan gen yang bisa mencegah angiogenesis. Jika suplai darah dan makanannya terhenti, kanker akan berhenti tumbuh,bahkan mengecil lalu mati.
  6. Memberikan gen yang mengaktifkan protein toksik tertentu pada sel kanker, sehingga sel tersebut melakukan aksi “bunuh diri” (apoptosis). Satu dari banyak tantangan dalam pengembangan pendekatan DNA rekombinan adalah bagaimana mengantarkan “gen pembunuh” hanya ke dalam sel tumor dan tidak ke sel normal.

Sejak kanker diketahi sebagai suatu penyakit genetik yang disebabkan oleh mutasi atau perubahan – perubahan lain pada gen. penggunaan teknik DNA rekombinan semakin sering digunakan dalam menghambat perkembangan penyakit tersebut. Salah satu metode yang sering diandalkan adalah pendekatan terapi gen.. Sejak diketahui bahwa kanker merupakan penyakit akibat mutasi gen, para ahli mulai berfikir bahwa terapi gen tentu efektif untuk mengobatinya. Apalagi kanker jauh lebih banyak penderitanya dibandingkan dengan penyakit keturunan akibat kelainan genetis yang selama ini diobati dengan terapi gen.

(sumber : http://rumahkanker.com)

 (sumber : http://abgnet.blogspot.com)

Terapi gen yang dilakukan adalah yang menggunakan pendekatan ex vivo (di luar organisme hidup), di mana sel dipindahkan dari tubuh, dimanipulasi, dan selanjutnya dikembalikan ke tubuh, tetapi pendekatan ex vivo tidak dapat digunakan pada sel tumor karena sel tumor tidak dapat dipindahkan secara total dari tubuh.Walau demikian, suatu pendekatan in vivo (di dalam organisme hidup) yang menjanjikan telah berhasil dilakukan dalam mengatasi sel tumor, yaitu menggunakan gen virus herpes simplex-timidin kinase (HSV-tk) sebagai “gen pembunuh”.

Terapi gen pada prinsipnya adalah menyisipkan materi genetik ke dalam sel kanker di tubuh untuk mengganti atau memperbaiki gen yang rusak/tidak normal karena kanker dalam rangka pengobatan penyakit. Materi genetik atau gen yang berupa kumpulan asam amino disintesa di laboratorium. Untuk memasukkan gen ke tubuh digunakan pelbagai bahan pembawa  yaiyu virus(vektor). Bahan itu antara lain protein yang sesuai dengan sel organ yang dituju. Materi genetik ditempelkan ke protein kemudian dimasukkan tubuh lewat mulut, injeksi maupun inhalasi (dihirup). Dalam tubuh protein akan menempel ke reseptor sel organ sehingga DNA bisa masuk ke dalam sel kanker. Sebagaimana untuk imunisasi, kemampuan bereplikasi virus dihilangkan untuk mencegah infeksi.

Prosedur dan proses terapi gen

            Terapi genetik adalah pengobatan yang dilakukan setelah menentukan tempat yang menjadi penyebab kanker secara tepat ( tempat ini dapat berupa molekul protein dalam sel tumor, dan juga dapat berupa bagian dari gen ), lalu dirancang obat yang efektif untuk pengobatan jenis tumor tersebut, setelah obat masuk ke dalam tubuh akan secara otomatis memilih tempat yang menjadi penyebab kanker dan membunuh sel tumor, tanpa merusak atau mempengaruhi jaringan normal sekitarnya.

Tahap-tahap medis dalam terapi gen menggunakan gen HSV-tk untuk mematikan sel-sel kanker melalui suatu pendekatan in vivo (di dalam organisme hidup) karena sel sisa tumor oleh penyakit  kanker tidak dapat dipindahkan secara total dari tubuh, secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut:

  • Operasi pembuangan bagian sel tumor dari penyebab kanker yang dapat dibuang dari organ tubuh.
  • Pemasukan sel penghasil vektor yang membawa gen pembunuh (gen HSV-tk) secara injeksi atau implantasi sisa tumor yang tidak dapat dibuang dari organ tubuh.
  1. Pengantaran “gen pembunuh” (gen HSV-tk) secara selektif ke sel-sel kanker memerlukan vector suatu retrovirus (virus berselubung yang genomnya berupa RNA untai tunggal)
  2. Di dalam vektor retrovirus yang akan digunakan untuk membawa gen HSV-tk ke dalam sel kanker, beberapa “gen non-esensial”, mengkode protein-protein capsid, enzim-enzim untuk replikasi serta protein-protein pada selubung, digantikan oleh gen HSV-tk.
  3. VPC berisi gen HSV-tk (vektor retroviral rekombinan ) yang mengode suatu “prodruk” (HSV-tk) kemudian dimasukkan ke dalam sel kanker dengan cara disuntikkan.
  4. Gen HSV-tk yang telah berhasil masuk ke dalam sel kanker selanjutnya terekspresi dan menghasilkan HSV-tk (enzim virus yang berperan sebagai katalisator reaksi fosforilasi).
  5. HSV-tk di dalam sel kanker berubah sensitivitasnya terhadap “drug” ganciclovir (GCV) yang dimasukkan secara intra-venous (infus) ke dalam tubuh pasien.
  6. GCV-P selanjutnya diubah oleh enzim kinase dalam sel menjadi ganciclovir trifosfat (GCV-PPP), suatu inhibitor poten terhadap enzim DNA polymerase.
  7. Kematian sel kanker terjadi karena DNA polimerase yang memiliki fungsi vital pada proses replikasi DNA di dalam sel kanker terhambat oleh GCV-PPP.
  8. Retrovirus menginfeksi hanya sel-sel yang sedang membelah, tetapi tidak menginfeksi sel-sel otak terdiferensiasi normal.
  9. Selanjutnya GCV-PPP berdifusi dari sel-sel terinfeksi ke sel-sel kanker tetangga yang belum terinfeksi dan mematikan sel-sel kanker tetangga sampai semua sel-sel tumor mati.
  • Pemulihan setelah operasi serta pemeriksaan hasil menggunakan Magnetik Resonance Imaging-Scan (MRI-Scan)
  • Pemberian ganciclovir (GCV / turunan Acyclovir untuk pengobatan infeksi virus herpes simplex) secara intra-venous sesuai dosis.

GCV merupakan turunan Acyclovir untuk pengobatan infeksi virus herpes simplex. Obat ini merupakan analog nukleosida yang dapat difosforilasi oleh kinase timidin virus menjadi bentuk GCV-monofosfat.kemudian enzim seluler dapat mengubah bentuk monofosfat itu menjadi bentuk GCV-di dan trifosfat yang bersifat toksik, dengan fungsi sebagai terminator sintesis DNA yang berarti menghambat polimerasi DNA.

Resiko Terapi Gen

1)        Virus yang disuntikkan ke dalam tubuh bisa saja virus tersebut memasuki sel tubuh yang lain (bukan hanya sel kanker seperti yang diharapkan) dan bila mengenai sel reproduksi, maka mutasi ini akan diturunkan juga pada keturunan penderita

2)        Gen yang ditransfer dan menempel pada lokasi yang salah dalam rantai DNA, bisa menimbulkan mutasi genetik yang berbahaya merusak DNA, bahkan kanker jenis baru.

3)        Gen yang ditransfer bila bereaksi berlebihan di lingkungan barunya (sel kanker) sehingga akan menimbulkan peradangan, atau memicu reaksi pertahanan/perlawanan sel kankernya.

4)        Terapi gen melalui virus vector dapat menyebabkan infeksi dan / atau peradangan dari jaringan, dan pengenalan buatan virus ke dalam tubuh dapat memulai proses penyakit lain.

Kajian Religius

Surat Al Baqarah ayat 153 :

 

Artinya : Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar.

 

HR.Muslim,  ” Setiap Penyakit itu pasti ada obatnya,  jika tepat obatnya maka Penyakit akan Sembuh dengan izin Allah ‘Azza wa Jalla “.

HR. Abu Hurairah , ” Allah tidak akan menurunkan suatu penyakit melainkan Allah juga menurunkan obatnya “

Kandungan yang terdapat diatas menjelaskan bahwa Allah memberikan cobaan kepada manusia doiantaranya dalam bentuk sakit, tetapi manusia harus bersabar dan terus berusaha untuk sembuh sehingga Allah akan memberinya petunjuk dan kesembuhan kepada manusia. Dengan ridha dan ijinNya Allah akan memberikan jalan terhadap penyakitnya melalui berbagai cara pengobatan yang salah satunya dengan terapi gen untuk penyakit yang ada pada manusia. Karena Allah tidak akan memberikan cobaan pada manusia di luar batas kemampuannya dan pasti akan memberinya obat dengan berbagai cara yang diridhoinya.

DAFTAR PUSTAKA

Achamadullah.2007.Penggunaan Terapi Gen Sebagai Pengobatan Kanker.Bandung : Buletin Biotehnologi dan Genetika

Mulyadi, Masan.2007.Buku Patologi dan Kedokteran II.Semarang : PT.Karya Toha Putra

Anonymous.2009.Anti-angiogenesis Kanker. http://rumahkanker.com/pengobatan/komplementer/17-anti-angiogenesis-kanker-mati-kelaparan. Diakses tanggal 26 Desember 2011

Anonymous.2010.Gen Terapi. http://biologiuinmks.blogspot.com/terapi-gen. Diakses tanggal 26 Desember 2011

Anonymous.2011.Kanker.  http://obatpenyakitkanker.com/penyakit-kanker. Diakses tanggal 26 Desember 2011

Anonymous.2011.Kanker.  http://id.wikipedia.org/wiki/kanker. Diakses tanggal 26 Desember 2011

Anonymous.2011.Terapi Genetik  Bagi Penderita Penyakit Kanker. http://beritaiptek.istesc.org/Terapi-gen-untuk-kanker. Diakses tanggal 26 Desember 2011

Anonymous.2011.Terapi Gen Senjata Kanker. http://rumahkanker.com/pengobatan/komplementer/18-terai-gen-senjata-baru-melawan-kanker. Diakses tanggal 26 Desember 2011

PENGEMBANGAN PEMULIAAN TANAMAN PADI SRI KUNING MENGGUNAKAN TEKNIK POLIMERI

PENGEMBANGAN PEMULIAAN TANAMAN PADI

SRI KUNING MENGGUNAKAN TEKNIK POLIMERI

(Development Of Rice Plant Sri Kuning Systems Breeding Using Polimeri)

 

Fathiah (09330017) & Ariyanti Dianita (09330041) ) , Dr. H. Moch. Agus Krisno B, M. Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

 

 

Abstract


Experiments aimed at the trial this time only to assume the role of inheritance and the genes that control a number of quantitative characters in rice plants Sri kuning.

One way to overcome problems in the development of superior rice crop is to assemble a high production of new varieties, excellent quality and resistant to pests, diseases and abiotic stresses. Some ways that can be applied to obtain new varieties, among others, doing crosses with certain species, perform artificial mutation, the application of methods of transformation or protoplast fusion in breeding improved crop production techniques polimeri in sri kuning rice.

Seeds in the world of agriculture is an important part that can not be separated in the agricultural business. In recent decades local genetic resources has been greatly decreased and vice versa farmers heavily dependent on new varieties. This is indirectly supported the creation of extinction of local varieties that have resistance to your Site ecosystem and the best quality. In the development of sri Kuning rice plant breeding technique can polimeri tendorong expected to be the alternative use of better quality rice.

Key words: Breeding, Sri Kuning Rice, Engineering Polimeri.

 

Abstrak

Percobaan yang ditujukan pada percobaan kali ini hanya untuk menduga pewarisan dan peran gen yang mengendalikan sejumlah karakter kuantitatif pada tanaman padi Sri Kuning.

Salah satu cara untuk mengatasi masalah dalam pengembangan tanaman padi unggul adalah dengan merakit varietas baru yang berproduksi tinggi, kualitas bagus dan tahan terhadap hama, penyakit serta cekaman abiotik. Beberapa cara yang dapat diterapkan untuk mendapatkan varietas baru antara lain melakukan persilangan dengan spesies tertentu, melakukan mutasi buatan, penerapan metode transformasi atau melakukan fusi protoplas dalam perbaikan pemuliaan produksi teknik polimeri dalam  tanaman padi sri kuning.

Benih dalam dunia pertanian merupakan bagian penting yang tidak bisa terpisah dalam usaha pertanian. Dalam beberapa dekade terakhir ini sumber genetik lokal sudah sangat menurun dan sebaliknya petani sangat tergantung oleh varietas unggul baru. Hal ini yang secara tidak langsung telah mendukung terciptanya kepunahan varietas-varietas lokal yang mempunyai ketahanan terhadap ekosistem setempa dan kualitas terbaik. Dalam pengembangan pemuliaan tanaman padi sri kuning menggunakan teknik polimeri dapat diharapkan menjadi alternative penggunaan tendorong kualitas padi yang lebih baik.

Kata kunci : Pemuliaan, Tanaman Padi Sri Kuning, Teknik Polimeri


 


PENDAHULUAN

Pemuliaan tanaman padi bertujuan untuk menghasilkan berbagai varietas padi ungul baru yang memiliki sifat lebih baik dibandingkan dengan varietas ungul yang telah ada, antara lain hasil dan kualitas hasil lebih baik, toleran terhadap faktor pembatas biotik dan abiotik, adaptif terhadap spesifik lokasi serta sesuai dengan preferensi konsumen.  Sebagian besar dari varietas padi unggul yang telah dilepas dihasilkan melalui program persilangan dan seleksi yang memerlukan waktu cukup lama hingga 5-7 tahun bahkan lebih. Dalam upaya menyediakan varietas unggul baru dengan waktu yang relatif lebih cepat dan banyak yang  dapat dilakukan antara lain melalui pemanfaatan teknik metode polimeri.

Padi merupakan tanaman pangan berupa rumput berumputan. Tanaman pertanian kuno berasal dari dua benua yaitu Asia dan Afrika barat tropis dan subtropis. Bukti sejarah memperlihatkan bahwa penanaman padi Zhejiang (Cina) sudah dimulai pada 3.000 tahun sebelum masehi. Fosil butir padi dan gabah ditemukan di Hastinapur Uttar Pradesh India sekita sekitar 100-600 SM. Selain Cina dan India, beberapa wilayah asal  padi adalah, Bangladesh Utara, Birma, Thailand, Laos, Vietman (Anonim, 2007).

Sumber : Anonyim, 2007

Padi (Oryza sativa) tumbuh baik di daerah tropis maupun sub-tropis untuk padi sawah, ketersediaan air mampu menggenangi lahan tempat penanaman sangat penting. Oleh kerana iar menggenang terus menerus maka lahan sawah harus memiliki kemampuan yang tinggi, seperti tanah lempung. Untuk kebutuhan air tersebut, diperlukan sumber mata air yang besar, kemudian ditampung dalam bentuk waduk. Dari waduk inilah sewaktu – waktu air dapat dialirkan selama periode pertumbuhan padi sawah.

Pentinganya padi sebagai sumber utama makanan pokok dan dalam perekonomian bangsa Indonesia tidak seorangpun yang menghasilkannya. Oleh karena itu setiap faktor yang mempengaruhi tingkat produksinya sangat penting diperhatikan. Salah satu faktor itu adalah kualitas produktif hama dan penyakit (Harahap, 1989).

Sifat kuantitatif merupakan lawan dari sifat kualitatif atau sifat Mendel. Pada kenyataannya hanya sebagian kecil dari sifat yang teramati pada organisme yang bersifat kualitatif, dapat dibedakan dengan jelas ekspresinya, seperti biji berpermukaan halus dan kasar atau warna mahkota bunga putih dan merah, sebagaimana dalam percobaan klasik oleh Mendel. Banyak sifat yang bervariasi secara halus, seperti tinggi badan atau warna kulit. Sifat yang demikian disebut sifat kuantitatif atau dikenal pula sebagai sifat rumit (complex trait). dan dibatasi sebagai sifat pada organisme yang tidak dapat dipisahkan secara jelas variasinya. Perbedaan itu hanya bisa dilihat melalui pengukuran karena itu disebut kuantitatif.

Dalam genetika kuantitatif, konsep poligen (polimeri), digunakan untuk menjelaskan terbentuknya sifat kuantitatif. Ronald Fisher (1918) dapat menjelaskan bahwa sifat kuantitatif terbentuk dari banyak gen dengan pengaruh kecil, yang masing-masing bersinggunan pada teori Mendel. Karena pengaruhnya kecil, fenotipe yang diatur oleh gen-gen ini dapat dipengaruhi oleh lingkungan. Meskipun demikian, penjelasan Fisher ini tetap menempatkan gen-gen yang mengatur sifat kuantitatif sebagai sesuatu yang abstrak karena hanya merupakan konsep.

Langkah pembuktian mengenai adanya gen-gen yang mengatur sifat kuantitatif mulai terbuka setelah tersedianya banyak penanda genetik sehingga memungkinkan orang membuat peta pautan genetik yang dapat menjangkau sebagian besar kromosom. Penanda-penanda genetik digunakan sebagai titik rambu (flanking markers) yang menunjukkan situasi alelik pada bagian kromosom tertentu. Variasi alel pada suatu penanda menjadi genotipe bagi kromosom atau kelompok pautan (apabila kromosomnya belum teridentifikasi).

 

METODE

Pendekatan percobaan yang digunakan dalam percobaan ini adalah percobaan kuantitatif. Jenis penelitian yang digunakan dalam percobaan ini adalah pengembangan pemuliaan tanaman padi sri kuning menggunakan teknik polimeri yang ingin menjelaskan tentang fenomena teknik memperbanyak atau gen ganda.

Sumber : Anonyim, 2011

Sifat dikendalikan oleh gen resesif dan system polgen (polimeri). Pemuliaan untuk sifat berdasarkan sistem genetik poligeni adalah proses yang panjang.  Diharapkan kemajuan dalam pemuliaan. Kemajuan yang dibuat dalam pemuliaan tergantung pada jumlah dan sifat karakteristik yang akan diperkenalkan.

Pada pewarisan sifat, kita dapat menemukan adanya variasi sifat yang diturunkan. Hal ini disebabkan oleh gen ganda (multiple gen / poligen). Poligen merupakan suatu seri gen ganda yang menentukan sifat secara kuantitatif. Dalam hal ini, pewarisan sifat dikendalikan oleh lebih dari satu gen pada lokus yang berbeda dalam kromosom yang sama atau berlainan. Pewarisan sifat yang dikendalikan oleh poligen tersebut pertama kali ditemukan pada tanaman tembakau (Nicotiana tabacum) oleh J. Kolreuter (1760). Saat menyilangkan tanaman dengan dua sifat beda, keturunan yang didapat pada F1 adalah intermediet, sedangkan F2 terdapat banyak variasi antara kedua tanaman induknya. Sifat keturunan terlihat berderajat berdasarkan intensitas dari ekspresi sifat itu.

Pewarisan sifat yang dikendalikan oleh poligen dapat terjadi baik pada tumbuhan, hewan, maupun manusia. Contoh poligen pada tumbuhan adalah warna biji pada tanaman gandum, panjang bunga tembakau serta berat buah tomat. Contoh poligen pada manusia adalah perbedaan pigmentasi kulit, jumlah rigi dermal dan tinggi badan.

 

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil percobaan dapat dinyatakan bahwa Penyediaan bibit yang berkualitas baik merupakan salah satu faktor yang menentukan keberhasilan dalam pengembangan pertanian di masa mendatang. Pengadaan bibit pada suatu tanaman yang akan dieksploitasi secara besar-besaran dalam waktu yang cepat akan sulit dicapai dengan perbanyakan melalui teknik konvensional.

Sumber : Anonyim, 2011

Data yang akan diambil dari karakter kuantitatif melalui pengembangan pemuliaan tanaman padi sri kuning menggunakan teknik polimeri yaitu pada jumlah anakan produktifnya. Sehingga dengan persialangan dalam teknik poligenik (polimeri) dapat menciptakan gen ganda dan dapat memperbanyak jumlah anakn produktif dalam pengembang padi Sri kuning.

Karakter kuantitatif yang dimiliki oleh varietas Sri Kuning yang diperoleh menunjukkan karakter dari varietas adalah sebagai berikut :

 

 

Berdasarkan persilangan di atas, terbentuknya gradasi jumlah anakan produktif pada tanaman Padi  disebabkan banyak sedikitnya akumulasi gen-gen dominan, sehingga rasio fenotipnya adalah produktif : tidak produktif = 15 : 1.

Berdasarkan hasil percobaan, maka dapat ditarik kesimpulan percobaan perhitungan yaitu sebagai berikut: Karakteristik merupakan kegiatan untuk mengenali karakter dari suatu tanaman dalam suatu populasi. Sedangkan karakter yang diamati memiliki dua macam yang berbeda yaitu karakter kualitatif dan karakter kuantitatif. Karakter kualitatif merupakan karakter yang nampak dan tidak melalui proses pengukuran. Sedangkan Genetika Kuantitatif Cabang genetika yang membahas pewarisan sifat-sifat terukur (kuantitatif atau metrik), yang tidak bisa dijelaskan secara langsung melalui hukum pewarisan Mendel. Sifat-sifat yang tergolong sifat kuantitatif misalnya tinggi atau berat badan, hasil panen, atau produksi susu.

Untuk varietas Padi Sri kuning meliki karakteristik yang diketahui karakter khasnya yaitu:

  • Warna daun: hijau
  • Permukaan daun: berambut
  • Eksersi Malai: Seluruh malai keluar; leher sedang;
  • Cabang Malai Sekunder: Banyak

Dimana pada ciri-ciri tertentu padi sri kuning harus melakukan perhitungan terlebih dahulu. Missal:

  • Jumlah anakan
  • Produktif Tinggi tanaman
  • Panjang daun
  • Panjang daun bendera
  • Panjang malai
  • Jumlah bulir per malai
  • Umur berbunga
  • Umur masak fisiologis

 

Sumber : Anonyim, 2011

            Sehingga dari keseluruhan varietas sri kuning diambil data jumlah anakan produktif untuk dikalian dengan jumlah anankan yang tidak produktif dari varietas padi sri kuning dengan menggunakan teknik Perhitungan dan teknik polimeri.

            Padi Sri kuning termasuk jenis padi gogo, yang termasuk dalam jenis-jenis pembudi dayaan padi.  Di beberapa daerah tadah hujan orang mengembangkan padi gogo, suatu tipe padi lahan kering yang relatif toleran tanpa penggenangan seperti di sawah. Di Lombok dikembangkan sistem padi gogo rancah, yang memberikan penggenangan dalam selang waktu tertentu sehingga hasil padi meningkat.

Oleh karena itu dapat diperoleh hasil dan terbentuknya gradasi jumlah anakan produktif pada tanaman Padi  disebabkan banyak sedikitnya akumulasi gen-gen dominan, sehingga rasio fenotip nya adalah produktif : tidak produktif = 15 : 1

Genetika kuantitatif menerapkan hukum pewarisan Mendel untuk gen dengan pengaruh yang kecil/lemah (minor gene). Selain itu, diasumsikan pula bahwa tidak hanya sedikit gen yang mengendalikan suatu sifat melainkan banyak gen, karena itu, sifat kuantitatif sering dasamakan dengan sifat poligenik.

KESIMPULAN 

 

  • Sifat dikendalikan oleh gen resesif dan system polgen (polimeri). Pemuliaan untuk sifat berdasarkan sistem genetik poligeni adalah proses yang panjang.  Diharapkan kemajuan dalam pemuliaan. Kemajuan yang dibuat dalam pemuliaan tergantung pada jumlah dan sifat karakteristik yang akan diperkenalkan.
  • Untuk varietas Padi Sri kuning meliki karakteristik yang diketahui karakter khasnya yaitu:
  • Warna daun: hijau;
  • Permukaan daun: berambut;
  • Eksersi Malai: Seluruh malai keluar; leher sedang; Cabang
  • Malai Sekunder: Banyak

Dimana pada ciri-ciri tertentu padi sri kuning harus melakukan perhitungan terlebih dahulu. Missal:

  • Jumlah anakan
  • Produktif Tinggi tanaman
  • Panjang daun
  • Panjang daun bendera
  • Panjang malai
  • Jumlah bulir per malai
  • Umur berbunga
  • Umur masak fisiologis

  • Sifat yang terbentuk dari percobaan pengembangan pemuliaan tanaman padi sri kuning menggunakan teknik polimeri yaitu dengan terbentuknya gradasi jumlah anakan produktif pada tanaman Padi  disebabkan banyak sedikitnya akumulasi gen-gen dominan, sehingga rasio fenotip nya adalah produktif : tidak produktif = 15 : 1.

 

Sumber : Anonyim, 2011

  • Genetika Kuantitatif Cabang genetika yang membahas pewarisan sifat-sifat terukur (kuantitatif atau metrik), yang tidak bisa dijelaskan secara langsung melalui hukum pewarisan Mendel. Sifat-sifat yang tergolong sifat kuantitatif misalnya tinggi atau berat badan, hasil panen, atau produksi susu.

DAFTAR PUSTAKA

 

Anonymous, 2011. Variabilitas Genetik Padi http://id.wikipedia.org/wiki/Variabilitas_genetik. Di akses 27 Maret 2011

Anonymous, 2007. Poligenik http://blogspot.org.poligenik-806 tanaman.com.  Di akses 27 Maret 2011

Anderson. 2000. Effect of Level and Duration Suplemantary Light on Development of Chrysanthemum. Hort.

Glaszmann, J.C. 1987. Isozymes and classification of asian rice varieties. Theor. Appl. Genet.

Hendaryono, D. P. S. dan A Wijayani. 2002. Teknik Kultur Jaringan. Kanisius. Yogyakarta.

Kartha, K.K. 1977. Meristem Culture. Culture Methods. Published by the National Research Council of Canada Praire Regional Laboratory. Saskhatoon Saskachewan.

Moeljopawira, S., dan Bustaman M., 1993. Pemuliaan dan Biologi Molekuler. Prosinding.

Sitepoe M., 2001. Rekayasa Genetika. Penerbit Gransindo. Jakarta.

Sriyanti D.P. dan Wijayani A. 1994. Teknik Kultur Jaringan. Yayasan Kansius.      Yogyakarta.

Yoeman, M.M. 1973. Tissue (Callus) Culture – Technique Plant Tissue and Cell Culture. Botanical Monographs. Blackwell Scientific. Publication Oxford London.

 

 

PENERAPAN ILMU PEMULIAAN DALAM UPAYA MENCIPTAKAN KULTIVAR TANAMAN PADI YANG TOLERAN TERHADAP KONDISI SUHU EKSTRIM

Pemanfaatan Bakteri Pseudomonas sp dalam Teknologi Bioremediasi

    Hidrokarbon (Minyak Bumi)

Utilization of  Bacteria Pseudomonas sp in Bioremediation Technology
Hydrocarbons (Crude Oil)

Dhita windhi Y, Ikvina Bil I, Heni Tri U, Niken Kurnia T, Dr. H. Moch. Agus Krisno B, M. Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP

Universitas Muhammadiyah Malang

 Jl. Tlogomas 246 Malang

Telp 464318

Abstract

Contamination or pollution is not a new thing, even not a few of us who already understand the influence caused by contamination or pollution of the environment on the continuity and balance of the ecosystem. Pollution can be defined as the environmental contamination by substances that can impair human health, quality of life, and also the natural function of ecosystems Based on the ability of degradation in the environment, pollutants listed above are easily degraded pollutants (biodegradable pollutant), and the pollutants that are difficult or very slowly degraded (non-degradable pollutant).

Problems occur when petroleum hydrocarbon products that humans harnessed bring undesirable effects to the man himself or for the environment. An example is the petroleum products plastics, which cause environmental pollution problems due to difficult to degrade.

Based on the above, bioremediation is one solution that can be offered, that is by using the bacterium Pseudomonas sp hidrokarbonoklastik which is a bacteria that can degrade various types of hydrocarbons with a regulatory enzyme that plays a role in the synthesis of biosurfactant that reduces surface tension, stabilizing the emulsion.

 Key word : hydrocarbons, bioremediation, bacteria, Pseudomonas sp, biosurfactant

Abstrak

            Pencemaran atau polusi bukanlah merupakan hal baru, bahkan tidak sedikit dari kita yang sudah memahami pengaruh yang ditimbulkan oleh pencemaran atau polusi lingkungan terhadap kelangsungan dan keseimbangan ekosistem. Berdasarkan kemampuan terdegradasinya di lingkungan, polutan digolongkan atas Polutan yang mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), dan Polutan yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi (nondegradable pollutant).

Permasalahan terjadi ketika produk hidrokarbon minyak bumi yang dimanfaatkan manusia memunculkan efek yang tidak diinginkan bagi manusia itu sendiri ataupun bagi lingkungan sekitar. Sebagai contoh adalah produk minyak bumi plastik, yang menimbulkan masalah pencemaran lingkungan karena sulit didegradasi.

Berdasarkan hal tersebut di atas,  bioremediasi merupakan salah satu solusi yang dapat ditawarkan, yaitu dengan menggunakan bakteri Pseudomonas sp yang merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon dengan enzim regulatori yang berperan dalam sintesis biosurfaktan yang mengurangi tegangan permukaan, menstabilkan emulsi.

PENDAHULUAN

Pencemaran atau polusi bukanlah merupakan hal baru, bahkan tidak sedikit dari kita yang sudah memahami pengaruh yang ditimbulkan oleh pencemaran/polusi lingkungan terhadap kelangsungan dan keseimbangan ekosistem. Polusi didefinisikan sebagai kontaminasi suatu lingkungan oleh bahan-bahan yang dapat mengganggu kesehatan manusia, kualitas kehidupan, dan juga fungsi alami dari ekosistem. Walaupun pencemaran lingkungan dapat disebabkan oleh proses alami, aktivitas manusia yang notabenenya sebagai pengguna lingkungan adalah sangat dominan sebagai salah satu penyebabnya, baik yang dilakukan secara sengaja ataupun tidak.

Berdasarkan dari kemampuan terdegradasinya pada lingkungan, polutan digolongkan menjadi dua golongan, yaitu: 1).  Polutan yang mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), yaitu bahan seperti sampah yang mudah terdegradasi di lingkungan. Jenis polutan ini akan menimbulkan masalah lingkungan bila kecepatan produksinya lebih cepat dari kecepatan degradasinya. 2).  Polutan yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi (nondegradable pollutant), dapat menimbulkan masalah lingkungan yang cukup serius (Anonymous, 2010).

Pencemaran lingkungan oleh hidrokarbon minyak bumi terus mengalami peningkatan dan telah menimbulkan dampak yang berarti bagi makhluk hidup. Bioremediasi adalah salah satu upaya untuk mengurangi polutan tersebut dengan bantuan organisme. Biodegradasi senyawa hidrokarbon dari minyak bumi ini dapat dilakukan oleh mikroorganisme, salah satunya adalah bakteri Pseudomonas sp.

Bioremediasi merupakan pengembangan dari suatu  bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran dengan mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik yang berasal dari limbah rumah tangga maupun dari industri (Anonymous, 2009).

BIOREMIDIASI

Bioremediasi adalah proses pembersihan pencemaran tanah dengan cara menggunakan mikroba seperti  (jamur, bakteri). Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air). Ada dua jenis bioremediasi, yaitu in-situ (atau on-site) dan ex-situ (atau off-site). Pembersihan on-site adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting atau injeksi, dan bioremediasi. Sementara bioremediasi ex-situ (pembersihan off-side) dilakukan dengan cara tanah yang tercemar digali dan dipindahkan ke dalam penampungan yang lebih terkontrol, kemudian diberi perlakuan khusus dengan menggunakan mikroba (Anonymous, 2009).

Bioremediasi ex-situ dapat berlangsung lebih cepat, mampu me-remediasi jenis kontaminan dan jenis tanah yang lebih beragam, dan lebih mudah dikontrol dibandingkan dengan bioremediasi in-situ. 4 teknik dasar yang biasa digunakan dalam prose bioremediasi, antara lain: 1) stimulasi aktivitas mikroorganisme asli (di lokasi tercemar) dengan cara penambahan nutrien, pengaturan kondisi redoks, optimasi pH, dsb. 2) Dengan inokulas atau penanaman mikroorganisme di lokasi tercemar, yaitu mikroorganisme yang memiliki kemampuan biotransformasi khusus. 3) penerapan immobilized enzymes 4)Dengan  penggunaan tanaman (phytoremediation) untuk mengubah atau menghilangkan pencemaran. Prose Bioremediasi ex-situ meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian dibawa ke daerah yang aman (Anonymous, 2009).

BAKTERI Pseudomonas sp

Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Keberhasilan penggunaan bakteri Pseudomonas  sp dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran  dari hidrokarbon ini membutuhkan pemahaman tentang mekanisme interaksi antara Pseudomonas sp dengan senyawa hidrokarbon (Anonymous,2011).

Gambar1.1 bakteri pedegradasi Pseudomonas sp.

Sumber1 :bp.blogspot.com

Pseudomonas sp merupakan bakteri berbentuk batang, bersifat gram negatif, mempunyai flagel, tidak berkapsul. Membentuk pigmen biru yang meresap masuk dalam perbenihan terdiri dari zat : flouresens warna hijau yang larut dalam air dan pyocianin warna biru kehijauan larut dalam kloroform (Anonymous, 2011).

Dalam jumlah kecil bakteri ini hidup sebagai flora normal tractus intestinalis manusia dan hewan, juga ditemukan pada kulit manusia sehat. Infeksi terjadi pada : 1) Bila bekteri masuk ke dalam tubuh yang daya tahannya menurun, misalnya : penyakit menahun, 2) Pseudomonas aeruginosa biasanya pathogen bila bersama-sama kuman lain, infeksi campuran dengan kuman lain (coccus pyogen) atau dengan salah satu kuman Enterobacteriaceae, misalnya : luka bakar, 3) Kuman ini menular melalui debu dan udara. Di rumah sakit Pseudomonas menjadi kontaminan misalnya : pada alat bedah akan menyebabkan infeksi dan hal ini sangat berbahaya sebab pasien dalam keadaan lemah (Anonymous, 2011).

 ORGANISME PENDEGRADASI HIDROKARBON

Pengguanaan   Pseudomonas sp sebagai organisme pendegradasi dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran minyak bumi. Bahan utama minyak bumi adalah hidrokarbon alifatik dan aromatik. Selain itu, minyak bumi juga mengandung senyawa nitrogen antara 0-0,5%, belerang 0-6%, dan oksigen 0-3,5% (Anonymous, 2011).

Terdapat sedikitnya empat seri hidrokarbon yang terkandung di dalam minyak bumi, yaitu seri n-paraffin (n-alkana) yang terdiri atas metana (CH4) sampai aspal yang memiliki atom karbon (C) lebih dari 25 pada rantainya, seri iso-paraffin (isoalkana) yang terdapat hanya sedikit dalam minyak bumi, seri neptena atau sikloalkana yang merupakan komponen kedua terbanyak setelah n-alkana, dan seri aromatik (benzenoid). Oleh karena itu, akan dijelaskan mengenai mekanisme kerja dari bakteri  Pseudomonas sp dalam proses bioremediasi pada pencemaran minyak bumi (Anonymous, 2008).

Bakteri pseudomonas yang umum digunakan antara lain yaitu:  1) Pseudomonas aeruginosa, 2) Pseudomonas stutzeri, 3) Baktei Pseudomonas diminuta. Salah satu factor yang sering membatasi kemampuan bakteri Pseudomonas dalam mendegradasi suatu  senyawa hidrokarbon  adalah sifat kelarutannya yang rendah, sehingga sulit mencapai sel bakteri. Oleh karena itu, untungnya, bakteri Pseudomonas dapat memproduksi biosurfaktan (Anonymous, 2011).

Biosurfaktan adalah zat permukaan aktif yang disintesis oleh sel hidup dan memiliki sifat-sifat mengurangi tegangan permukaan, menstabilkan emulsi, pembentukan busa, pada umumnya tidak beracun, dan biodegradable. ( Banat et al, 2000).

Merupakan molekul ampipilik dengan dua daerah hidrofilik dan hidrofobik akan menyebabkan pembentukan agregat pada permukaan antara cairan dengan berbagai polaritas seperti air dan hidrokarbon (Banat, 1995a; Fiechter, 1992; Georgiou, 1992; Kosaric, 1993; Karanth et al, 1999).

Biosurfaktan adalah molekul amphiphilic permukaan aktif diperoleh baik melalui rute fermentasi mikroba atau melalui reaksi katalis enzim in-vitro (Sen, 2010).

Gambar 1.2 Pembentukan Biosurfaktan

Sumber2 :landesbioscience.com

 Kemampuan Pseudomonas   sp dalam memproduksi biosurfaktan berkaitan dengan keberadaan enzim regulatori yang berperan dalam sintesis biosurfaktan. Ada  2 (dua)  macam biosurfaktan yang dihasilkan bakteri Pseudomonas : 1) Surfaktan dengan berat molekul rendah (seperti glikolipid, soforolipid, trehalosalipid, asam lemak dan fosfolipid) yang terdiri dari molekul hidrofobik dan hidrofilik. Kelompok ini bersifat aktif permukaan, ditandai dengan adanya penurunan tegangan permukaan medium cair, 2) Polimer dengan berat molekul besar, yang dikenal dengan bioemulsifier polisakarida amfifatik. Dalam medium cair, bioemulsifier ini mempengaruhi pembentukan emulsi serta kestabilannya dan tidak selalu menunjukkan penurunan tegangan permukaan medium ( Pikoli, M. R., P. Aditiawati, & D. I. Astuti, 2000)

Selain itu biosurfaktan secara ekstraseluler menyebabkan emulsifikasi hidrokarbon sehingga mudah untuk didegradasi oleh bakteri. Biosurfaktan meningkatkan ketersediaan substrat yang tidak larut melalui beberapa mekanisme. Dengan adanya biosurfaktan, maka substrat yang berupa cairan akan teremulsi dibentuk menjadi misel-misel, dan menyebarkannya ke permukaan sel bakteri. Substrat yang padat dipecah oleh biosurfaktan, sehingga lebih mudah masuk ke dalam sel (Anonymous, 2008).

Pelepasan biosurfaktan ini tergantung dari substrat hidrokarbon yang ada. Ada substrat (misal seperti pada pelumas) yang menyebabkan biosurfaktan hanya melekat pada permukaan membran sel, namun tidak diekskresikan ke dalam medium. Namun, terdapat beberapa substrat hidrokarbon (misal heksadekan) menyebabkan biosurfaktan juga dilepaskan ke dalam medium. Hal ini terjadi karena heksadekan menyebabkan sel bakteri lebih bersifat hidrofobik. Senyawa hidrokarbon  pada komponen permukaan sel yang hidrofobik itu dapat menyebabkan sel tersebut kehilangan integritas struktural selnya sehingga melepaskan biosurfaktan untuk membran sel itu sendiri dan juga melepaskannya ke dalam medium (Anonymous, 2008).

TRANSPOR HIDROKARBON OLEH BAKTERI

Terdapat  3 (tiga) cara transpor hidrokarbon ke dalam sel bakteri secara umum yaitu : 1) Interaksi sel dengan hidrokarbon yang terlarut dalam fase air. Pada kasus ini, umumnya rata-rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah sehingga tidak dapat mendukung, 2) Kontak langsung sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar dari pada sel mikroba. Pada kasus yang kedua ini, perlekatan dapat terjadi karena sel bakteri bersifat hidrofobik. Sel mikroba melekat pada permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar dari pada sel dan pengambilan substrat dilakukan dengan difusi atau transpor aktif. Perlekatan ini terjadi karena adanya biosurfaktan pada membran sel bakteri Pseudomonas, 3) Interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang telah teremulsi atau tersolubilisasi oleh bakteri. Pada kasus ini sel mikroba dapat berinteraksi dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil daripada sel. Hidrokarbon dapat teremulsi dan tersolubilisasi dengan adanya biosurfaktan yang dilepaskan oleh bakteri pseudomonas ke dalam medium (Pikoli, M. R., P. Aditiawati, & D. I. Astuti, 2000).

MEKANISME DEGRADASI HIDROKARBON DI DALAM SEL BAKTERI Pseudomonas sp

1)    Hidrokarbon Alifatik

Bakteri Pseudomonas  menggunakan hidrokarbon alifatik tersebut untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobic atau menggunakan oksigen. Dengan tanpa adanya O2, hidrokarbon ini tidak didegradasi. Langkah dari pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh  Pseudomonas sp  meliputi oksidasi molekuler (O2) sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi (Mustofa, 2010).

Gambar 1.3  Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik

Sumber3:http://orpipu.blogspot.com/2008/

 1)   Hidrokarbon Aromatik Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh bakteri Pseudomonas. Metabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs (siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat (Mustofa, 2010).

Gambar 1.4 Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik

Sumber4:http://orpipu.blogspot.com/2008/

TEKNOLOGI  BIOSURFAKTAN

Peluang dari tehnologi bioremediasi kedepan adalah pengembangan green business yang berbasis pada teknologi bioremediasi dengan system one top solution (close system) dan dengan pendekatan multiproses remediation technologies, artinya pemulihan (remediasi) kondisi lingkungan yang terdegradasi dapat diteruskan sampai kepada kondisi lingkungan seperti kondisi awal sebelum kontaminasi ataupun pencemaran terjadi. Usaha mencapai total grenning program ini dapat dilanjutkan dengan rehabilitasi lahan dengan melakukan kegiatan phytoremediasi dan penghijauan (vegetation establishement) untuk lebih efektif dalam mereduksi, mengkontrol bahkan mengeliminasi B3 hasil bioremediasi kepada tingkatan yang sangat aman lagi buat lingkungan (Aguskrisno, 2011).

Saat ini hanya tersedia terbatas biosurfaktan komersial, misalnya surfactin, sophorolipid dan rhamnolipid.

Gambar 1.5 sebuah model biosurfaktan rhamnolipid

Sumber5 : flinn.org

Strategi skrining yang efisien adalah kunci sukses dalam mengisolasi mikroba baru dan menarik atau varian mereka, karena sejumlah besar strain perlu ditandai.Sebuah strategi lengkap untuk pemutaran biosurfactants baru atau strain produksi terdiri dari tiga langkah: sampling, isolasi strain dan penyelidikan strain ( Walter et al, 2010 ).

Dalam hal ini juga perlu diperhatikan faktor-faktor lingkungan yang meliputi kondisi lingkungan, temperature, oksigen, dan nutrient yang tersedia (Munir, 2006).

Sesuai dengan firman Allah:

Qs. Al-Baqarah:164

 

 

 

 

 

Artinya :

Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan.

Qs.Thaahaa: 6

Artinya :

Kepunyaan-Nya-lah semua yang ada di langit, semua yang di bumi, semua yang di antara keduanya dan semua yang di bawah tanah.

Dari ayat diatas dapat kita ketahui bahwa Allah menciptakan makhluk hidup bermacam-macam. Ada yang bisa dilihat dengan mata telanjang dan ada pula yang hanya bisa dilihat dengan alat bantu misalnya saja dengan mikroskop. Salah satu contoh dari makhluk mikroskopis  yaitu mikroorganisme. Allah menciptakan makhluk hidup tidak hanya merugikan tetapi juga menguntungkan. Seperti halnya  jenis makhluk hidup hingga yang terkecil sekalipun (mikroorganisme) dan semuanya membawa manfaat atau faedah bagi kepentingan manusia di bumi. Seperti halnya jenis bakteri,  protozoa dan lain sebagainya yang bermanfaat untuk bioremediasi pelestarian lingkungan.

SIMPULAN  

Berdasarkan pembahasan diatas,   maka dapat disimpulan yaitu sebagai berikut: 1) Polusi dapat didefinisikan sebagai kontaminasi lingkungan oleh bahan-bahan yang dapat mengganggu kesehatan manusia, kualitas kehidupan, dan juga fungsi alami dari ekosistem. Berdasarkan dari kemampuan terdegradasinya di lingkungan, polutan digolongkan atas Polutan mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), dan Polutan yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi yang biasanya disebut nondegradable pollutant. 2) Bioremediasi merupakan proses pembersihan pencemaran tanah  dengan menggunakan mikroba seperti  jamur, bakteri. Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi suatu zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau bahan tidak beracun. 3) Bakteri Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Kemampuan bakteri Pseudomonas sp dalam memproduksi biosurfaktan (zat aktif yang disintesis untuk mengurangi tegangan permukaan dan untuk menstabilkan emulsi) yang berkaitan dengan keberadaan enzim regulatori yang berperan, 4) Ketersediaan biosurfaktan komersial (produksi strain), misalnya surfactin, sophorolipid dan rhamnolipid yang didapatkan dengan metode sampling, isolasi strain dan penyelidikan strain.

DAFTAR PUSTAKA

Agus, A. 1984. Mengerti Kimia 1. Jurusan Kimia FMIPA ITB, Bandung.

Aguskrisno, 2011. Bioremidiasi Lingkungan Berpolutan. http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/11/bioremediasi-lingkungan-berpolutan/, diakses 8 Desember 2011.

Anonymous, 2008. Mekanisme Kerja Bakteri Pseudomonas sp dalam Proses Bioremediasi Minyak Bumi. http://orpipu.blogspot.com/2008/11/mekanisme-kerja-bakteri-pseudomonas-sp.html, diakses 8 Desember 2011.

Anonymous, 2009. Bioremidiasi.

http://forum.upi.edu/v3/index.php?topic=14107.0, Diakses 8 Desember 2011.

Anonymous, 2010. Bioremidiasi. http://ajo-ilmulingkungan ajo.blogspot.com/20100901_archive.html, Diakses 8Desember 2011.

Anonymous, 2011. Media untuk Pseudomonas sp. http://crymata.blogspot.com/2011/03/media-untuk-pseudomonas-sp.html, diakses 8 Desember 2011.

Banat et al, 1999). Bioremediation: A Case Study in East Kalimantan, Indonesia. Proceeding the 1st COE International Symposium “Environmental Degradation and Ecosystem Restoration in East Asia” Tokyo University – Japan. 9 p.

Baker, J. M., Clark, R. B., Kingston, P. F. and Jenkins, R. H. (1990).Natural Recovery of Cold Water Marine Environments after an Oil Spill. 13th AMOP Seminar, June 1990.

Cookson, J.T. 1995. Bioremediation Engineering : Design and Application. McGraw-Hill, Inc. Toronto.

Chapman, P.J., M. Shelton, M. Grifoll, & S. Selifonov. 1995. Fossil fuel biodegradation: Laboratory study. Environmental Health perspectives. 103.

Munir E.  2006. Pemanfaatan Mikroba dalam bioremidiasi. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/712/1/08E00116.pdf, diakses 8 Desember 2011

 

Penerapan Rekayasa Genetika pada Saccharomyces cereviceae dalam Produksi Vaksin Hepatitis B

Penerapan Rekayasa Genetika pada Saccharomyces cereviceae dalam Produksi Vaksin Hepatitis B

 

Application of Genetic Engineering in Saccharomyces cereviceae in the production of Hepatitis B Vaccine

 

Dian Mayangsari dan DR. H. Moch. Agus Krisno B, M.Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

 

Abstract

The role of genetic engineering to produce new combinations of genetic material through the insertion of nucleic acid molecules into a system of vector DNA (plasmid of bacteria, viruses, etc.) and then insert this vector into a host so it will produce a gene product in large quantities.

The purpose of writing this article is to investigate the role of genetic engineering in the health sector especially in addressing hepatitis B. One of the products of genetic engineering is a Hepatitis B vaccine produced by yeast (Saccharomyces cereviceae) through recombinant DNA techniques using hepatitis B surface antigen (HBsAg).

The use of this vaccine has been widespread throughout the world and proved effective in suppressing hepatitis B virus infection (HVB). Recombinant vaccines are the most commonly used are Recombivax HB and Energix-B, administered intramuscularly in newborns, children, and adults.
Key word: Genetic engineering, vaccine, HBsHg, Saccharomyces cereviceae

Abstrak

Peranan rekayasa genetika akan menghasilkan kombinasi baru dari materi genetik melalui penyisipan molekul asam nukleat kedalam suatu sistem DNA vektor (plasmid bakteri, virus dan lain-lain) dan kemudian memasukkan vektor ini kedalam suatu inang sehingga akan dihasilkan suatu produk gen dalam jumlah banyak.

Tujuan penulisan artikel ini adalah untuk mengetahui peranan rekayasa genetika dalam bidang kesehatan khususnya dalam menangani penyakit Hepatitis B. Salah satu produk rekayasa genetika adalah Vaksin Hepatitis B yang dihasilkan oleh yeast (Saccharomyces cereviceae) melalui teknik rekombinan DNA menggunakan hepatitis B surface antigen (HBsAg).

Penggunaan vaksin ini telah meluas di seluruh dunia dan terbukti efektif dalam menekan jumlah infeksi virus Hepatitis B (HVB). Jenis vaksin rekombinan yang paling umum digunakan adalah Recombivax HB dan Energix-B, diberikan secara intramuscular pada bayi yang baru lahir, anak-anak, dan dewasa.

 

PENDAHULUAN

Teknologi DNA rekombinan atau sering juga disebut rekayasa genetika merupakan teknologi yang memanfaatkan proses replikasi, transkripsi dan translasi untuk memanipulasi, mengisolasi dan mengekspresikan suatu gen dalam organisme yang berbeda. Biasanya gen dari organisme yang lebih tinggi diekspresikan pada organisme yang lebih rendah. Teknologi ini juga memberikan kesempatan yang tidak terbatas untuk menciptakan kombinasi baru dari gen yang tidak ada pada kondisi normal.

Melalui rekayasa genetika, akan dihasilkan kombinasi baru dari materi genetik melalui penyisipan molekul asam nukleat kedalam suatu sistem DNA vektor (plasmid bakteri, virus dan lain-lain) dan kemudian memasukkan vektor ini kedalam suatu inang sehingga akan dihasilkan suatu produk gen dalam jumlah banyak.

Rekayasa genetika telah banyak digunakan dalam berbagai bidang diantaranya dalam bidang pertanian (tanaman transgenik), pangan, pembuatan antibiotic, peternakan (kloning hewan), pengolahan limbah, pembuatan protein rekombinan, pembuatan enzim (streptokinase, rekombinase), pembuatan hormone (growth hormone) serta pembuatan vaksin (polio, hepatitis B, dan cacar). Dalam hal ini, produksi vaksin salah satunya vaksin hepatitis B dapat diterapkan dengan teknik rekayasa genetik dari sel ragi.

Infeksi virus hepatitis B dapat menyebabkan penyakit hati menahun, sirosis dan karsinoma hepatoselular. Di seluruh dunia diperkirakan ada lebih 200 juta orang sebagai carrier virus hepatitis B. Oleh karena itu, vaksin dalam imunisasi diperlukan terutama bagi yang mempunyai resiko infeksi tinggi, antara lain berdasarkan pola epidemiologi, faktor sisio ekonomi, budaya dan lingkungan.

Selain itu adanya transmisi perinatal virus hepatitis B di beberapa tempat menunjukan pentingnya imunisasi bayi, terutama yang lahir dari ibu karier (Poland, 2009).

Tujuan vaksinasi hepatitis B antara lain untuk mencegah penyakit klinis dan transmisi virus hepatitis B ke individu lain. Faktor yang mempengaruhi imunogenisitas pada waktu imunisasi antara lain faktor host dan faktor imunisasi. Faktor host meliputi umur, lingkungan dan genetik, sedang faktor imunisasi meliputi tempat inokulasi, dosis, vaksin dan program imunisasi.

Kemajuan di bidang genetika molekuler dan kimia asam nukleat, telah memungkinkan identifikasi dan analisis gen pengkode substansi aktif, transfer di antara organisme dan memproduksinya di bawah kondisi terkontrol. Gen pengkode produk tertentu dapat diisolasi dan dibiakkan untuk memproduksi zat tersebut, dengan cara memasukkan molekul DNA (alami atau sintetik) ke dalam vektor yang sesuai, kemudian dimasukkan ke dalam host.

Teknik rekombinan ini telah membuka jalan untuk mengembangkan produksi vaksin, terutama sumber infeksi yang belum tersedia vaksinnya dan untuk meningkatkan vaksin yang ada. Pendekatan baru terhadap perkembangan vaksin ini sangat berharga terutama untuk mikroorganisme/virus yang tidak dapat dibiakkan dengan metode yang ada, seperti virus hepatitis B.

Teknologi rekombinan DNA ini telah berhasil digunakan untuk memproduksi HBs Ag dengan berbagai sel antara lain sel prokariot seperti E. coli dan B. subtilis, sel eukariot seperti sel S. cerevisiae, sel CHO dan sebagainya (Heriansyah, 2011).

Vaksin hepatitis B yang diproduksi sel ragi rekombinan telah menjalani pengujian keamanan, imunogenisitas dan evaluasi klinis. Hasilnya menunjukkan bahwa vaksin ini aman, antigenik dan relatif bebas efek samping yang merugikan, bahkan vaksin ini telah dilisensikan dan diproduksi di berbagai negara (Poland, 2009).

Salah satu keuntungan vaksin dari sel ragi dibanding dari plasma yaitu siklus produksinya dapat dikurangi, dan konsistensi dari batch ke batch lebih mudah diperoleh. Bahkan antigen yang berasal dari sel ragi juga telah dicoba disiapkan dalam bentuk micellar. Vaksin polipeptida micelle ini di dalam laboratorium dilaporkan lebih antigenik (Isbagyo, 2005).

Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang di inginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA.

Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun. Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyak cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid, dan rekombinasi DNA

Adapun peranan rekayasa genetik dalam produksi vaksin digunakan teknologi transplantasi gen atau fusi dari sel ragi.

Transplantasi gen
adalah pemindahan gen dari satu organisme kedalam organisme lain. Penerapan teknik ini dapat memberikan banyak manfaat dan dapat digunakan untuk menyembuhkan penyakit yang diturunkan atau untuk menghasilkan berbagai macam tanaman panen yang lebih baik.

Pada organisme tingkat tinggi, seperti tanaman dan hewan, gen yang dicangkok terlebih dahulu harus disambung ke dalam alat mengangkut, yaitu vektor seperti virus dan plasmid. Suatu vektor harus mampu memasuki suatu sel yang selanjutnya menjadi bagian dari genom sel sehingga mentaati kontrol sel secara normal pada transkripsi dan replikasi DNA. Tentu saja sangat penting bahwa setiap gen tambahan di mana vektor bisa membawa masuk ke dalam sel harus tidak berbahaya bagi sel. Pada masa sekarang, secara rutin gen-gen dicangkokan ke dalam sel-sel di kultur laboratorium.

Pengertian Vaksin

Vaksin (dari kata vaccinia, penyebab infeksi virus hepatitis yang ketika diberikan kepada manusia, akan menimbulkan pengaruh kekebalan terhadap hepatitis B), adalah bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit sehingga dapat mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh organisme alami atau “liar”.

Vaksin dapat berupa galur virus atau bakteri yang telah dilemahkan sehingga tidak menimbulkan penyakit. Vaksin dapat juga berupa organisme mati atau hasil-hasil pemurniannya (protein, peptida, partikel serupa virus, dan sebagainya). Vaksin akan mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau hewan untuk bertahan terhadap serangan patogen tertentu, terutama bakteri, virus, atau toksin. Vaksin juga bisa membantu sistem kekebalan untuk melawan sel-sel degeneratif (kanker).

Penyakit Hepatitis

Penyakit Hepatitis B banyak ditemukan diseluruh dunia, terutama di daerah Asia, Afrika, Pasifik Selatan, Amerika Selatan, Timur Tengah. Diketahui bahwa penyakit ini disebabkan oleh virus Hepatitis setelah ditemukan pada liver mumi anak kecil 500 tahun yang lalu di Korea.

Penyakit hepatitis merupakan penyakit infeksi yang

menyerang hati dan disebabkan oleh virus hepatitis B (HVB). Virus ini berasal dari genus Orthohepadnavirus, dan familinya

adalah Hepadnaviridae. Mula-mula, virus ini dikenal sebagai serum hepatitis. Bila dibandingkan dengan virus AIDS (HIV), HBV seratus kali lebih ganas dan sepuluh kali lebih banyak menularkan. Di bawah mikroskop elektron, HBV tampak sebagai partikel dua lapis berukuran 42 nm yang disebut partikel Dane (Chang, 2000).

 

 

 

Gambar 1: Virus Hepatitis B

(Sumber:www.hon.ch/Library/Theme/HepB/virology.html).

Lapisan luarnya terdiri atas antigen, yang disingkat HBsAg. Antigen ini membungkus bagian dalam virus yang disebut partikel inti atau core yang berukuran 27 nm. Masa inkubasi HBV kira-kira selama 6 sampai 25 minggu. Virus ini juga tidak dapat tumbuh dalam kultur jaringan, dan memiliki 7 genotip (A – G), serta 9 serotype (ayw1, ayw2, ayw3, ayw4, ayr, adw2, adw4, adrq+, adrq-).

HBV terdapat dalam semua cairan tubuh dari penderitanya, baik dalam darah, sperma, cairan vagina dan air ludah. Virus ini mudah menular pada orang-orang yang hidup bersama dengan orang yang terinfeksi melalui cairan tubuh tadi. Secara umum, seseorang dapat tertular HBV melalui hubungan seksual, penggunaan jarum suntik, penggunaan alat yang terkontaminasi darah dari penderita (pisau cukur, tato, tindik), 90% berasal dari ibu yang terinfeksi HBV, transfusi darah yang terinfeksi HBV, lewat peralatan dokter gigi dan peralatan dokter bedah, jika sterilisasi peralatannya kurang sempurna.

Sejarah Pembuatan Vaksin Hepatiitis B

Blumberg dan kawan- kawan di Philadelphia menemukan suatu antibodi pada pasien yang ditransfusi yang berasal dari suku Aborigin Australia, sehingga antigen tersebut dikenal dengan nama Antigen Australia. Pada tahun 1977, Blumberg mendapat hadiah nobel untuk penemuannya itu. Sekarang antigen tersebut dikenal dengan nama hepatitis B surface antigen atau disebut HbsAg (Zain, 2006).

Vaksin hepatitis B pertama kali diperkenalkan oleh Krugman dan koleganya pada tahun 1971. Mereka menggunakan serum yang mengandung virus Hepatitis B. Serum diencerkan dan diinaktivasi panas 90ºC selama 1

menit. Vaksinasi dilakukan pada 29 orang anak, hasilnya separuh dari anak terlindung dari infeksi Hepatitis B.

Pengembangan vaksin ini selanjutnya menggunakan antigen lain untuk imunisasi aktif yaitu “Hepatitis B surface antigen (HBsAg)”. Vaksin HBsAg ini merupakan partikel yang berukuran 22 nm, diinaktivasi panas, diadsobsi dan bebas dari asam nukleat. Dimurnikan melalui tahap presipitasi, ultrasentrifusasi, gel filtrasi dan afinitas kromatografi.

Tahun 1973 diketahui bahwa HBV dapat menginfeksi simpanse, tahun 1981 dibuatlah vaksin hepatitis B yang berasal dari plasma darah penderita, seiring dengan perkembangan teknologi maka pada tahun 1986 dibuatlah vaksin rekombinan dengan menggunakan yeast Saccharomyces cereviceae. Penggunaan vaksin ini secara besar-besaran pada tahun 1991 dan dianjurkan pada bayi yang baru lahir dan tahun 1996 penggunaan vaksin secara umum untuk dewasa.

Sel Ragi atau Saccharomyces cereviceae

Saccharomyces adalah genus dalam kerajaan jamur yang mencakup banyak jenis ragi. Saccharomyces adalah dari berasal dari bahasa Latin yang berarti gula jamur. Banyak anggota dari genus ini dianggap sangat penting dalam produksi makanan. Salah satu contoh adalah Saccharomyces cerevisiae, yang digunakan dalam pembuatan anggur, roti, dan bir.

Koloni dari Saccharomyces tumbuh pesat dan jatuh tempo dalam 3 hari. Mereka adalah unicellular, bundar, dan ellipsoid untuk memperpanjang dalam bentuk. Multilateral (multipolar) budding ciri khasnya. Ascospores ini adalah bundar dan terletak di asci. Setiap ascus berisi 1-4 ascospores. Asci tidak menimbulkan perpecahan.

Jamur Saccharomyces cerevisiae, atau di Indonesia lebih dikenal dengan nama jamur ragi, telah memiliki sejarah yang luar biasa di industri fermentasi. Karena kemampuannya dalam menghasilkan alkohol inilah, S. cerevisiae disebut sebagai mikroorganisme aman (Generally Regarded as Safe) yang paling komersial saat ini.

Seiring dengan berkembangnya genetika molekuler, S. cerevisiae juga digunakan untuk menciptakan revolusi terbaru manusia di bidang rekayasa genetika. S. cerevisiae yang sering mendapat julukan sebagai super jamur telah menjadi mikroorganisme frontier di berbagai bioteknologi modern.

Penerapan Sel Ragi dalam Perspektif Islam

Seperti dalam Al-Qur’an Allah telah menjelaskan dalam Surat Al-Furqan ayat 2 yang berbunyi:

 

 

Artinya: yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya.

Pada ayat tersebut menjelaskan segala sesuatu yang diciptakan Allah SWT mempunyai sifat-sifat dan fungsinya masing-masing dalam hidup. Dimana yang ada dibumi ini terdapat keanekaragaman organisme baik yang mikro ataupun makro yang tiap-tiap individu tersebut dapat menunjukkan karakteristik dan kelompoknya berdasarkan bentuk ukurannya. Misalnya sel ragi atau Saccharomyces cerevisiae yang memberikan kontribusi dalam produksi vaksin hepatitis B dengan teknologi rekayasa genetika.

Pembuatan Vaksin Hepatitis B

Seperti yang kita ketahui cara yang dilakukan dengan memasukan mikroorganisme yang dilemahkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan kekabalan terhadap mikroorganisme berbahaya disebut vaksinasi. Pembuatan vaksin Hepatitis B dengan rekayasa genetika sama dengan pembuatan insulin dari babi yang membedakannya hanya vaksin hepatitis B menggunakan sel ragi.

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2: Virus yang dilemahkan (Sumber: Chang, Mei-Hwei. 2000)

Untuk menghasilkan vaksin dibutuhkan HBsAg yang berasal dari virus Hepatitis B, virus diperbanyak dalam medium tertentu sehingga nantinya dihasilkan virus yang tidak menyebabkan penyakit namun mampu merangsang system imun. Strain ini selanjutnya dikultur pada kondisi yang sesuai dan virusnya diinaktifkan melalui pemanasan dan proses kimia. Tahapan berikutnya virus yang telah dilemahkan ini diinjeksikan ke dalam tubuh.

 

 

 

 

 

Gambar 3: Penyisupan DNA virus ke sel ragi

(Sumber: http://www.health.gov.sk.ca/hepatitis-b-tearsheet).

Awalnya, unsur genetik yang bertanggung jawab memproduksi HBsAg diambil dari virus penimbul hepatitis. Caranya, memotong bagian itu dari DNA (deoxyribonucleic acid), untaian asam amino yang mengandung unsur-unsur genetik yang terdapat pada inti sel virus. Potongan inilah yang kemudian dijahitkan pada ragi Saccharomyces, jasad renik bersel satu. Ragi kemudian dipelihara dan dikembangbiakkan. Ternyata, dalam proses multiplikasi, ragi memproduksi pula HBsAg, berdasar Instruksi unsur genetik virus yang dijahitkan pada tubuhnya (Zain, 2006).

Tahap-tahap seperti pembuatan insulin adalah sebagai berikut:

  1. Tahap pertama dalam membuat sel ragi  yang bisa menghasilkan vaksin adalah dengan mengisolasi plasmid pada sel ragi tersebut yang akan direkayasa. Plasmid adalah materi genetik berupa DNA yang terdapat pada bakteria namun tidak tergantung pada kromosom karena tidak berada di dalam kromosom.
  2. Kemudian plasmid tersebut dipotong dengan menggunakan enzim di tempat tertentu sebagai calon tempat gen baru yang nantinya dapat membuat vaksin.
  3. Gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) vaksin diambil dari kromosom yang berasal dari sel manusia.
  4. Gen yang telah dipotong dari kromosom sel manusia itu kemudian ‘direkatkan’ di plasmid tadi tepatnya di tempat bolong yang tersedia setelah dipotong tadi.
  5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia itu kemudian dimasukkan kembali ke dalam sel ragi
  6. Sel ragi yang telah mengandung gen manusia itu selanjutnya berkembang biak dan menghasilkan vaksin yang dibutuhkan. Dengan begitu diharapkan vaksin dapat diproduksi dalam jumlah yang tidak terbatas di pabrik-pabrik.

Gambar 4: Tahap pemurnian oleh HBs Ag yang dilepaskan dari sel (Sumber: Chang, Mei-Hwei. 2000)

HBs Ag dilepaskan dari sel dengan homogeniser atau disruption menggunakan glass bead. Pemurnian melalui tahap klarifikasi, ultrafiltrasi, kromatografi dan ultrasentrifugasi serta diabsorbsi dengan alum hidroksida; sebagai pengawet ditambahkan thiomerosal. Karakterisisasi partikel dilakukan dengan membandingkan HBs Ag dari plasma antara lain meliputi berat molekul, komposisi asam amino, densitas dalam CsC12 dan sebagainya. Analisis imunologis menggunakan antibodi monoklonal memperlihatkan vaksin dari plasma dan ragi mengandung epitop yang berperan menginduksi antibodi setelah vaksinasi (Heriansyah, 2010).

Vaksin Hepatitis B rekombinan (Recombivax HB)

Recombivax HB® vaccine mengandung antigen Hepatitis B, amorphous aluminum hidroksiphosfat, yeast protein yang diberi formaldehid, dan thimerosal sebagai pengawet.

Vaksin Hepatitis B rekombinan ini berasal dari Hepatitis B surface antigen (HBsAg) yang diproduksi dalam sel yeast. Bagian virus yang mengkode HBsAg dimasukkan ke dalam yeast, dan selanjutnya dikultur. Antigen kemudian dipanen dan dipurifikasi dari kultur fermentasi yeast Saccharomyces cereviceae, antigen HBsAg mengandung gen adw subtype. Proses fermentasi meliputi pertumbuhan Saccharomyces cereviceae pada medium kompleks yang mengandung ekstrak Yeast, soy pepton, dextrose, asam amino, dan garam mineral. Protein dilepaskan dari sel yeast melalui pengrusakan sel kemudian dipurifikasi dengan metode fisika dan kimia. Selanjutnya potein dimasukkan ke larutan buffer posfat dan formaldehid, dipercepat dengan menggunakan alum (potassium aluminium sulfat).

Kesimpulan

  1. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun.
  2. Vaksin rekombinan memungkinkan produksi protein virus dalam jumlah besar. Gen virus yang diinginkan diekspresikan dalam sel prokariot atau eukariot. Sistem ekspresi eukariot meliputi sel bakteri E.coli, yeast, dan baculovirus. Dengan teknologi DNA rekombinan selain dihasilkan vaksin protein juga dihasilkan vaksin DNA.
  3. Penggunaan virus sebagai vektor untuk membawa gen sebagai antigen pelindung dari virus lainnya, misalnya gen untuk antigen dari berbagai virus disatukan ke dalam genom dari virus vaksinia dan imunisasi hewan dengan vaksin bervektor ini menghasilkan respon antibodi yang baik.
  4. Salah satu keuntungan vaksin dari sel ragi dibanding dari plasma yaitu siklus produksinya dapat dikurangi, dan konsistensi dari batch ke batch lebih mudah diperoleh. Bahkan antigen yang berasal dari sel ragi juga telah dicoba disiapkan dalam bentuk micellar. Vaksin polipeptida micelle ini di dalam laboratorium dilaporkan lebih antigenik.

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Pemanfaatan Bioteknologi Bidang Pertanian melalui Perbanyakan Padi Transgenik dengan Teknik Kultur Anther

Pemanfaatan Bioteknologi Bidang Pertanian melalui Perbanyakan Padi Transgenik dengan Teknik Kultur Anther

 

Utilization of Agricultural Biotechnology through the Propagation of Transgenic Rice by Anther Culture Technique

 

 

Dian Mayangsari, Ratna Ayu M, Winnie Ayu H, Husnul Aldeno F, dan DR. H. Moch. Agus Krisno B, M.Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Genetic engineering of rice to be important research area in recent years. Rice is staple food for almost half of world population and has been extensively used as a plant model system for monocotyledonous plant. Compare to direct DNA transfer techniques (PEG, electroporation, and DNA bombardment), Agrobacterium tumefaciens mediated transformation was considered to be more advantageous because it is easy to handle, integration and segregation pattern are more predictable, and the likelihood to get transgenic plant with low copy number is high, thus decreasing gene silencing phenomena. Various important genes have been introduced into rice genome via Agrobacterium transformation.

Rice breeding program that led to the establishment of pest-resistant varieties for improved results to date continue to be made. This is the most effective and efficient in tackling pests and diseases to increase productivity. Thus, breeding pest-resistant rice varieties that can be done with the multiplication of rice anther culture technique or pollen culture.

Anther culture, rather, referred to as culture is the induction of pollen embryogenesis from pollen cells that produce haploid plants. Tues pollen or male gamete cells derived from stem cells of male gamete (mikrospor) diploid (2n). In the formation of gametes through meiosis, mikrospor cell divides into 4 daughter cells (haploid) with half the number of chromosomes parent cell. Chromosome recombination elders (of high yielding varieties of transgenic rice yield) during meiosis will result in genetic recombination on chromosome haploidnya.

Keyword: Genetic engineering, Agrobacterium tumefaciens,Rice, Anther culture, Haploid.

Abstrak

Rekayasa genetik beras menjadi bidang penelitian yang penting dalam beberapa tahun terakhir. Beras merupakan makanan pokok bagi hampir setengah dari penduduk dunia dan telah banyak digunakan sebagai sistem model tanaman untuk tanaman monocotyledonous. Bandingkan dengan langsung teknik transfer DNA (PEG, elektroporasi, dan penembakan DNA), transformasi Agrobacterium tumefaciens dimediasi itu dianggap lebih menguntungkan karena mudah untuk menangani, integrasi dan pola segregasi yang lebih dapat diprediksi, dan kemungkinan untuk mendapatkan tanaman transgenik dengan rendah jumlah salinan yang tinggi, sehingga menurunkan fenomena gen silencing. Berbagai gen penting telah diperkenalkan ke dalam genom padi melalui transformasi Agrobacterium.

Program pemuliaan padi yang mengarah pada pembentukan varietas tahan hama untuk peningkatan hasil sampai saat ini terus dilakukan. Hal ini merupakan cara yang paling efektif dan efisien dalam menanggulangi hama penyakit untuk peningkatan produktivitas. Dengan demikian, pemuliaan varietas padi tahan hama tersebut dapat dilakukan perbanyakan padi dengan teknik kultur anther atau kultur pollen.

Kultur anther lebih tepatnya, disebut sebagai kultur pollen adalah induksi embriogenesis dari sel pollen yang menghasilkan tanaman haploid. Sel pollen atau sel gamet jantan berasal dari sel induk gamet jantan (mikrospor) diploid (2n). Pada pembentukan gamet melalui pembelahan meiosis, sel mikrospor membelah menjadi 4 sel anak (haploid) dengan jumlah kromosom setengah sel induknya. Rekombinasi kromosom tetua (dari varietas unggul hasil padi transgenik) selama meiosis akan menghasilkan rekombinasi genetik pada kromosom haploidnya.

PENDAHULUAN

Padi merupakan komoditi penting karena merupakan makanan pokok hampir setengah penduduk dunia di mana sebagian besar berasal dari negara berkembang termasuk Indonesia. Penyediaan beras bagi penduduk dunia yang tumbuh pesat merupakan tantangan berat. Ketersediaan pangan harus dipenuhi dalam kondisi di mana lahan subur berkurang setiap tahun, ketersediaan air terbatas, dan ada serangan hama penyakit. Salah satu hama yang menyerang tanaman padi adalah hama penggerek batang padi kuning (Scirpophaga incertulas) merupakan hama perusak tanaman padi peringkat satu di Indonesia.

Penurunan produktivitas padi di Jawa saja diperkirakan terjadi karena beberapa hal diantaranya sebagian tanaman yang ditanam pada musim kemarau 2011 mengalami kekurangan air. Kekurangan air pada fase tertentu atau pertumbuhan dapat menyebabkan jumlah anakan padi menjadi berkurang dan pembentukan bulir gabah kurang optimal atau bulir hampa meningkat. Peningkatan luas tanaman yang terkena dampak perubahan iklim (banjir atau kekeringan) dan terserang hama/OPT periode Januari-Agustus 2011 seluas 105,67 ribu ha, yaitu dari 522,21 ribu ha tahun 2010 menjadi 627,88 ribu ha tahun 2011 (BPS, 2011).

Untuk mengantisipasi ketersediaan dan menjaga ketahanan pangan secara berkesinambungan perlu dikembangkan varietas tanaman yang mempunyai kemampuan adaptasi yang baik dengan daya hasil tinggi, kualitas biji dan kandungan nutrisi baik, serta tahan terhadap cekaman hama penyakit.

Upaya perbaikan sifat-sifat penting tanaman telah dimulai sejak manusia mengenal cara bercocok tanam dengan melakukan persilangan dan seleksi benih. Penemuan gen, yaitu penentu sifat yang diwariskan pada turunan berikutnya oleh Gregor Mendel pada tahun 1866 dilanjutkan dengan berbagai penemuan berikutnya di mana gen dapat diisolasi, ditransfer, dan diekspresikan dalam sel lain telah membuka peluang yang besar dalam upaya perbaikan sifat genetik tanaman. Penerapan teknologi transfer gen ini memungkinkan penyisipan hanya gen-gen penting saja, sehingga sifat lain diharapkan tidak berubah.

Pada tanaman padi, secara garis besar ada dua teknik transfer gen yang telah berhasil diterapkan, yaitu transfer gen secara langsung (misalnya dengan senyawa kimia polyethylene glycol (PEG), alat elektroporator, atau penembak DNA), atau secara tidak langsung dengan menggunakan bantuan bakteri tanah Agrobacterium tumefaciens (Slamet-Loedin, 1994).

Masing-masing teknik memiliki kelemahan dan keunggulan. Namun, adanya kecenderungan teknik transfer DNA secara langsung menyisipkan DNA dengan jum-lah salinan yang banyak menyebabkan teknik transfor-masi Agrobacterium menjadi alternatif pilihan. Semakin banyak jumlah salinan gen yang disisipkan maka ekspresi gen kurang stabil akibat dari adanya pembungkaman gen dan proses penyusunan kembali (rearrangement) semakin tinggi yang mengakibatkan ekspresi gen kurang stabil (Dai et al, 2001).

Secara alami A. tumefaciens hanya menginfeksi tanaman dari kelompok dikotil (biji berkeping dua), sehingga keberhasilan transformasi Agrobacterium pada awalnya hanya terbatas pada kelompok tanaman dikotil. Penelitian secara intensif dan mendasar telah membuahkan pemahaman yang baik mengenai biologi dan mekanisme transfer gen A. tumefaciens.

Keberhasilan transformasi gen pada tanaman padi (monokotil) menggunakan Agrobacterium pertama kali dilaporkan oleh Hiei et al (1994;1997). Manipulasi berbagai faktor penting menentukan keberhasilan transformasi. Saat ini berbagai kultivar tanaman padi telah berhasil ditransformasi menggunakan Agrobacterium (Toki 1997; Yara et al, 2001; Saharan et al, 2004).

Di Indonesia, penelitian mengenai manipulasi genetik padi telah dimulai sejak tahun 1995. Pada awalnya teknik transfer gen yang digunakan adalah penembakan DNA. Baru pada tahun 1996 mulai dirintis pengembangan sistem transformasi Agrobacterium untuk padi jenis Indica dan Javanica yang banyak ditanam di Indonesia (Slamet Loedin et al, 1997), namun hingga saat ini hanya padi kultivar Rojolele yang sudah berhasil ditransformasi.

Program pemuliaan padi yang mengarah pada pembentukan varietas tahan hama untuk peningkatan hasil sampai saat ini terus dilakukan. Hal ini merupakan cara yang paling efektif dan efisien dalam menanggulangi hama penyakit untuk peningkatan produktivitas. Dengan demikian, pemuliaan varietas padi tahan hama tersebut dapat dilakukan perbanyakan padi dengan teknik kultur anther atau kultur pollen.

Aplikasi teknik kultur anther dalam pemuliaan padi telah berhasil merakit berbagai varietas unggul terutama di Cina dan Korea (Hu, 1985). Teknik ini telah dikembangkan pula di negara-negara produsen padi lainnya seperti di India, Jepang, dan Filipina (Niizeki, 1997).

Melalui kultur anther, sel pollen haploid dapat diinduksi menjadi tanaman haploid. Kombinasi karakter tetua yang unggul akan dimiliki oleh tanaman haploid, sehingga bila kromosomnya digandakan atau terjadi penggandaan spontan selama kultur akan diperoleh tanaman-tanaman haploid ganda yang homozigot atau galur murni.

Secara teknis kultur anther padi telah dapat dilakukan di Indonesia. Namun demikian keberhasilan memperoleh sejumlah galur haploid ganda yang diinginkan masih perlu ditingkatkan. Oleh karena itu, diperlukan perbaikan secara genetik (menyiapkan materi eksplan yang berpeluang dikulturkan) maupun secara teknis (modifikasi media, ruang kultur, dan keterampilan).

Agrobacterium tumefaciens

A. tumefaciens adalah bakteri patogen pada tanaman yang banyak digunakan untuk memasukkan gen asing ke dalam sel tanaman untuk menghasilkan suatu tanaman transgenik. Secara alami, A. tumefaciens 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 tersebut pada tanaman.D:\Agrobacterium_tumefaciens.htm – cite_note-1  Untuk memulai pembentukan tumor, A. tumefaciens harus menempel terlebih dahulu pada permukaan sel inang dengan memanfaatkan polisakarida asam yang akan digunakan untuk mengkoloniasi atau menguasai sel tanaman.

Selain tanaman dikotil, tanaman monokotil seperti jagung, gandum, padi, dan tebu telah digunakan untuk memasukkan sel asing ke dalam genom tanaman. Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri patogen pada tanaman yang banyak digunakan untuk memasukkan gen asing ke dalam sel tanaman untuk menghasilkan suatu tanaman transgenik.

Spesies Agrobacterium tergolong bakteri gram negatif yang hidup sebagai saprofit maupun parasit. Bakteri ini berbentuk batang, berukuran 0,6-1,0 µm sampai 1,5-3,0 µm dalam bentuk tunggal atau berpasangan. Bakteri ini juga mudah bergerak atau motile dan memiliki 16 flagel serta merupakan bakteri tidak berspora. Suhu optimal pertumbuhan bakteri ini adalah 25-28°C. Adapun kumpulan bakteri ini biasanya berbentuk cembung, bulat, lembut, dan tidak berpigmen.

Peranan  Agrobacterium dalam Transfer Gen

Teknologi pemindahan gen atau transfer gen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu langsung dan tidak langsung. Contoh transfer gen secara langsung adalah perlakuan pada protoplas tanaman dengan elektroporasi melalui PEG atau polyethyleneglycol, penembakan eksplan gen dengan gene gun atau di vortex dengan karbit silikon. Sedangkan Teknik pemindahan gen secara tak langsung dilakukan dengan bantuan bakteri Agrobacterium.

Dari banyak teknik transfer gen yang berkembang, teknik melalui media vector A. tumefaciens  paling sering digunakan untuk metransformasi tanaman, terutama tanaman kelompok dikotil. Bakteri ini mampu mentransfer gen ke dalam genom tanaman melalui eksplan baik yang berupa potongan daun (leaf disc ) atau bagain lain dari jaringan tanaman yang mempunyai potensi beregenerasi tinggi. Namun dapat juga dilakukan pada tanaman monokotil, seperti jagung, gandum, padi, dan tebu.

Proses Transformasi Gen oleh Agrobacterium tumefaciens

Dasar dari transformasi genetik oleh Agrobacterium adalah transfer dan integrasi T-DNA ke dalam genom di dalam inti sel tanaman. T-DNA adalah suatu bagian pada tumor inducing (Ti) plasmid yang terdapat di dalam sel

Agrobacterium. Ti-plasmid berukuran sekitar 200-800 kbp dan T-region (T-DNA) nya sendiri berukuran sekitar 10% nya (10-30 kbp). T-region ini dibatasi oleh dua sekuen pembatas (border) yaitu right border dan left border yang mengapit T-region. Bagian lain dari Ti-plasmid yang tidak kalah pentingnya adalah vir-region yang mengandung sejumlah gen-gen virulen (virA, virB, virC, virD, virE, virF,virG dan virH) yang berfungsi didalam proses transfer T-DNA ke dalam sel tanaman.

Proses transformasi dimulai dengan melekatnya Agrobacterium pada sel tanaman. Kejadian awal ini dimediasi oleh gen-gen yang berlokasi pada kromosom bakteri (gen chvA, chvB dan att). Langkah berikutnya adalah terinduksinya gen-gen pada vir-region oleh suatu signal yang spesifik didalam sel bakteri sehingga dihasilkan produk dari expresi gen-gen virulen untuk memproses T-DNA dan mentransfernya dari dalam sel bakteri.

Prosesing dan transfer T-DNA dimediasi oleh berbagai protein yang dikode pembentukannya oleh gen-gen virulen. Prosesing T-DNA dimulai dari suatu kejadian memproduksi T-DNA untai tunggal yang disebut T-strand yang ditransfer ke dalam sel tanaman. Kejadian ini dimediasi oleh produk dari genvirD1 dan virD2 yang berfungsi memotong T-DNA di bagian left border dan right border. Salah satu produk yaitu molekul VirD2 tetap melekat secara kovalen pada 5’ end dari T-strand dan membentuk apa yang disebut T-complex yang masih setengah jadi.

Pembentukan T-complex ini dilaporkan berfungsi untuk menjaga T-DNA dalam perjalanannya menuju inti sel tanaman inang. Tahap akhir dari transformasi genetik oleh Agrobacterium adalah integrasi T-DNA ke dalam genom sel tanaman inang.

Kultur Jaringan

Prinsip utama kulltur jaringan adalah perbanyakan tanaman menggunakan bagian jaringan tanaman (jaringan akar, tunas, pollen dan sebagainya) menjadi tanaman utuh (sempurna) dikondisi in vitro (didalam gelas), menggunakan media buatan yang dilakukan di tempat steril. Jadi Kultur in vitro dapat diartikan sebagai bagian jaringan yang dibiakkan di dalam tabung inkubasi atau cawan petri dari kaca atau material tembus cahaya lainnya (Santoso, 2005).  

Landasan kultur jaringan didasarkan atas tiga kemampuan dasar dari tanaman, yaitu: totipotensi, rediferensiasi, dan kompetensi.

Pekerjaan kultur jaringan meliputi: persiapan media, isolasi bahan tanam (eksplan), sterilisasi eksplan, inokulasi eksplan, aklimatisasi dan usaha pemindahan tanaman hasil kultur jaringan ke lapang. Pelaksana harus bekerja dengan teliti dan serius, karena setiap tahapan pekerjaan tersebut memerlukan penanganan tersendiri dengan dasar pengetahuan tersendiri.

Teknik kultur jaringan sebenarnya sangat sederhana, yaitu suatu sel atau irisan jaringan tanaman yang sering disebut eksplan secara aseptik diletakkan dan dipelihara dalam medium pada atau cair yang cocok dan dalam keadaan steril. dengan cara demikian sebagian sel pada permukaan irisan tersebut akan mengalami proliferasi dan membentuk kalus. Apabila kalus yang terbentuk dipindahkan kedalam medium diferensiasi yang cocok, maka akan terbentuk tanaman kecil yang lengkap dan disebut planlet. Dengan teknik kultur jaringan ini hanya dari satu irisan kecil suatu jaringan tanaman dapat dihasilkan kalus yang dapat menjadi planlet dalam jumlah yang besar (George, 1995).

Dengan kultur jaringan dapat membantu program pemuliaan tanaman untuk menghasilkan tanaman yang lebih baik melalui : keragaman somaklonal, kultur haploid, embryo rescue, seleksi in vitro, fusiprotoplas, transformasi gen atau rekayasa genetika tanaman dan lain-lain (William, 1997).

Dalam pelaksanaannya dijumpai beberapa tipe-tipe kultur, yakni:

  1. Kultur biji (seed culture), kultur yang bahan tanamnya menggunakan biji atau seedling.
  2. Kultur organ (organ culture), merupakan budidaya yang bahan tanamnya menggunakan organ, seperti: ujung akar, pucuk aksilar, tangkai daun, helaian daun, bunga, buah muda, inflorescentia, buku batang, akar dll.
  3. Kultur kalus (callus culture), merupakan kultur yang menggunakan jaringan (sekumpulan sel) biasanya berupa jaringan parenkim sebagai bahan eksplannya.
  4. Kultur suspensi sel (suspension culture) adalah kultur yang menggunakan media cair dengan pengocokan yang terus menerus menggunakan shaker dan menggunakan sel atau agregat sel sebagai bahan eksplannya, biasanya eksplan yang digunakan berupa kalus atau jaringan meristem.
  5. Kultur protoplasma. eksplan yang digunakan adalah sel yang telah dilepas bagian dinding selnya menggunakan bantuan enzim. Protoplas diletakkan pada media padat dibiarkan agar membelah diri dan membentuk dinding selnya kembali. Kultur protoplas biasanya untuk keperluan hibridisasi somatik atau fusi sel soma (fusi 2 protoplas baik intraspesifik maupun interspesifik).
  6. Kultur haploid adalah kultur yang berasal dari bagian reproduktif tanaman, yakni: kepalasari/ anther (kultur anther/kultur mikrospora), tepungsari/ pollen (kutur pollen), ovule (kultur ovule), sehingga dapat dihasilkan tanaman haploid (Sriyanti, 1994)

Kultur Anther

Dalam kultur jaringan, terdapat teori yang biasa disebut totipotensi (total genetik potensi). Teori tersebut menyatakan bahwa setiap sel mengandung rangkaian genetik yang lengkap untuk dapat tumbuh menjadi tanaman yang lengkap. Berarti setiap sel apapun dapat tumbuh menjadi tanaman yang lengkap dan sempurna.

Berdasarkan hal tersebut maka sel gamet dapat juga dikulturkan dan dapat tumbuh menjadi tanaman yang lengkap. Hanya bedanya karena sel gamet merupakan sel dengan genetik 1n maka tanaman yang tumbuh merupakan tanaman yang mempunyai genetik 1n.

Seperti diketahui bahwa sel pada mahluk hidup dibagi menjadi dua macam yaitu sel vegetatif dan sel generatif (sel gamet jantan dan sel gamet betina). Pada sel somatik mempunyai genetik 2n (diploid) sedangkan sel generatif mempunyai genetik n (haploid). Secara normal sel generatif apabila disatukan dalam proses perkawinan maka akan menghasilkan embrio yang merupakan sel gamet jantan dan sel gamet betina (1n + 1n = 2n).

Anther adalah kepala sari. Anther mengandung serbuk sari (pollen), sehingga kultur anther berarti mengikutsertakan pollen di dalamnya. Pollen yang masih muda (immature) atau mikrospora yang terkandung dalam anther dapat secara langsung beregenerasi membentuk embrio, disebut androgenesis, atau membentuk jaringan kalus yang selanjutnya dapat diinduksi untuk bergenerasi menjadi tanaman di bawah pengaruh zat pengatur tumbuh yang terkandung dalam media tanam. Pollen bersifat haploid, dan tentunya sel-sel yang diproduksi oleh pollen selama dikultur adalah haploid pula (Iswari, 2010).

Tanaman haploid dapat dikembangkan dengan menggunakan teknik kultur in vitro anther dan pollen. Anther diperoleh dari tunas bunga dan dapat dikulturkan pada medium padat atau cair sehingga terjadi embriogenesis. Selain itu pollen juga dapat diambil secara aseptik dan dikulturkan pada medium cair. Proses perbanyakan tanaman haploid dengan menggunakan gametofit jantan semacam ini disebut sebagai androgenesis.

Ada dua macam androgenesis yaitu androgenesis langsung dan tidak langsung. Androgenesis langsung adalah proses pembentukan plantlet haploid dengan menggunakan kultur anther, sedangkan pada androgenesis tidak langsung adalah plantlet terbentuk melalui pembentukan kalus yang kemudian mengalami regenerasi menjadi plantlet (Yuwono, 2008).

Kultur anther merupakan teknik yang paling efisien untuk menghasilkan tanaman haploid. Haploid pada tanaman digolongkan dalam dua kategori, yaitu monohaploid (dengan jumlah kromosom setengah dari spesies diploid), dan polihaploid (dengan jumlah kromosom setengah dari kromosom spesies poliploidi).

Kultur anther merupakan salah satu metode perbanyakan tanaman dengan teknik in-vitro dengan tujuan untuk mendapatkan tanaman haploid yang unggul yang dapat dipergunakan untuk menghasilkan kultivar-kultivar baru. Tanaman haploid adalah tanaman yang mempunyai jumlah kromosom yang sama dengan kromosom gamet (N).

Tanaman haploid yang diperoleh dari kultur anther dapat digunakan untuk mendeteksi mutasi rekombinan yang unik, karena mutasi yang resesif tidak muncul dalam keadaan diploid, dan pada penggandaan jumlah kromosom akan diperoleh tanaman yang homozygot. Tanaman yang homozigot sangat penting untuk menghasilkan hibrida terkendali (Anonymous, 2011).

Kegunaan kultur anter dapat menghasilkan tanaman monohaploid, yang bisa dikombinasikan dengan mutagen kimiawi atau mutagen fisik dapat menghasilkan mutan mutan yang tahan terhadap penyakit rebah, toleran terhadap kadar garam tinggi di tanah, toleran terhadap kekeringan, tanaman cepat berbunga dan lain-lain.

Prosedur Aplikasi Pebanyakan Padi Transgenik dengan Kultur Anther

Prosedur teknik kultur anther pada pemuliaan tanaman padi terbagi ke dalam tahapan-tahapan sebagai berikut: pemilihan tetua atau hasil dari padi transgenik, pemeliharaan tanaman unggul/ padi transgenik sumber eksplan, penyiapan eksplan, kultur anthera in vitro, aklimatisasi, dan penanganan tanaman pasca aklimatisasi, karakterisasi tanaman haploid ganda, perbanyakan benih haploid ganda dan seleksi untuk karakter yang diinginkan.

a)     Pemilihan Bahan Tetua

Bahan tetua dapat berupa varietas unggul dari padi transgenik yang telah diidentifikasi memiliki satu atau lebih karakter yang diunggulkan. Setiap bahan tetua ditanam di lapang  atau pada pot/ember di rumah kaca. Pada saat fase pembungaan dimana tanaman padi transgenik yang siap berbunga .

b)     Kultur Anther In Vitro

Secara in vitro kultur anther padi dilakukan di laboratorium. Pada saat tanaman mencapai fase subur dan sesuai kriteria bahan eksplan, malai yang masih terbungkus dalam pelepah dipanen sebagai sumber eksplan. Malai yang masih dalam selubung pelepah tersebut dicuci bersih dan dibungkus dengan kertas tissue basah, selanjutnya dimasukkan ke dalam kantong plastik, kemudian diberi perlakuan dingin dengan memyimpannya dalam lemari pendingin pada suhu 10°C selama 8 hari.

c)     Penyiapan Media

Penyiapan media dapat dilakukan sambil menunggu eksplan saat diberi perlakuan dingin. Media kultur anther padi yang cocok untuk subspesies Javanica adalah media N6 dan media MS dengan berbagai modifikasinya, masing-masing sebagai media induksi kalus dan regenerasi tanaman. Hasil penelitian (Dewi et al, 1996; Purwoko et al, 2001) menunjukkan bahwa modifikasi N6 dengan penambahan 2 mg/l NAA; 0,5 mg/l kinetin, 60 g sukrosa, dan 0,1644 g/l putresin cocok untuk kultur anther subspesies Indica.

Pembuatan media N6 dimulai dengan melarutkan putresin ke dalam ± 700 ml air, kemudian semua bahan (kecuali phytagel) dicampur dan diatur pHnya sehingga pH campuran mencapai 5,8. Kedalam media ditambahkan 3 gr/l phytagel sebagai pemadat, kemudian diautoklaf selama 20 menit. Selesai diautoklaf, tiap 1 liter media dituangkan ke dalam ±30-50 cawan petri di dalam laminar air flow cabinet. Setiap cawan petri yang telah diisi media kemudian ditutup dan direkatkan dengan parafin.

Pembuatan media MS dilakukan seperti pembuatan media N6, namun setelah ditambahkan phytagel media tidak diautoklaf melainkan dipanaskan ke dalam ± 50 botol kultur dan ditutup dengan alumunium foil. Media dalam botol kultur kemudian diautoklaf selama 20 menit pada temperatur 120°C dan tekanan 18-20 psi.

d)     Penyiapan Eksplan

Malai yang telah diinkubasi selama delapan hari, dibuka dan dipilih (disortir) bagian percabangan tengah dan atasnya. Malai yang terpilih adalah malai dengan bulir yang memiliki panjang anthera dan filamennya tidak melebihi setengah panjang bulir dan berwarna kuning muda kehijauan. Malai-malai yang terpilih disterilkan dengan Bayclin 20 % yang mengandung bahan aktif 5,25 % NaClO selama 20 menit, lalu dicuci dengan air steril.

Induksi kalus

Sebelum diregenerasikan menjadi tanaman, pollen dalam anthera diinduksi menjadi kalus (massa sel). Induksi kalus dimulai dengan inokulasi anthera pada media induksi kalus. Bulir gabah muda (spikelet) dari malai yang sudah steril kemudian sepertiga dari pangkalnya dipotong dengan gunting dan dikumpulkan pada cawan petri steril. Selanjutnya anthera diinokulasikan ke dalam media induksi kalus (media N6) yang telah disiapkan sebelumnya.

Inokulasi dilakukan dengan cara mengetukkan spikelet pada tepi cawan petri menggunakan pinset. Setiap cawan petri diisi sebanyak 120-150 anthera yang berasal dari 25 spikelet. Selanjutnya anthera yang diinokulasi pada media disimpan pada rak kultur dalam ruangan gelap pada suhu ±25°C. (Sasmita, 2007) pada umumnya kalus terbentuk 2-10 minggu sejak anthera berada pada media inkubasi.

e)     Regenerasi Tanaman

Secara teknis regenerasi tanaman dilakukan dengan memindahkan kalus yang terbentuk pada tahap induksi kalus ke media regenerasi tanaman (media MS). Kalus yang telah berukuran 1-2 mm pada media induksi kalus dipindahkan ke media regenerasi (MS) dalam botol kultur. Kalus yang dapat beregenerasi menjadi tanaman adalah kalus generasi minggu pertama hingga keempat (Sasmita et al, 2002).

Pemindahan kalus dilakukan dalam laminar air flow cabinet. Kalus yang telah dipindah ke dalam media regenerasi tanaman kemudian diinkubasi dalam ruang terang dengan cahaya kuat (1000-3000 lux) serta suhu ± 22°C (Chen et al, 1986). Tiga minggu sejak kalus dipindah ke media regenerasi biasanya belum memiliki akar yang cukup bahkan sama sekali tidak memiliki akar. Setelah tanaman regeneran mencapai tinggi 3-5 cm tanaman tersebut dapat diinduksi perakarannya dengan cara memindahkannya ke media MS ditambah dengan 40 g/l maltosa dan 0,5 mg/l IBA (Dewi et al, 1994).

Untuk induksi kalus dan regenerasi tanaman pada kultur anthera padi dilakukan kondisi ruang yang berbeda. Untuk kondisi kalus diperlukan ruang gelap total dengan tujuan menghindari proses fotosintesis sehingga polen androgenik membelah dan membentuk kalus. Sedangkan untuk regenerasi diperlukan ruang terang dengan cahaya kuat (1000-3000 lux) agar kalus dapat tumbuh, mengandung klorofil, dapat berfotosintesis dan mampu beregenerasi menjadi tanaman seutuhnya (Chen et al, 1996). Temperatur ruanagn yang stabil (25-30°C) diperlukan pula untuk menghasilkan respon kultur anther yang optimal.

f)       Aklimatisasi

Aklimatisasi dilakukan untuk menyesuaikan kondisi lingkungan tumbuh tanaman kultur yang aseptik dari heterotrof ke lingkungan alami yang autotrof. Aklimatisasi meliputi tiga tahap yaitu tahap pertama aklimatisasi dalam tabung reaksi berisi air bersih selama 1-2 minggu, tahap kedua aklimatisasi dilakukan pada media tanah lumpur dalam bak selama 1-2 minggu, dan tahap ketiga aklimatisasi dilakukan pada media tanah dalam ember atau pot di rumah kawat. Pada penanaman dan pemeliharaan di rumah kawat, tanaman yang berasal dari kalus yang sama dan ditanam pada pot yang berbeda dikelompokkan dan diberi nomor yang sama. Pemberian cahaya dilakukan secara berangsur untuk melatih tanaman agar dapat tumbuh pada kondisi normal.

g)     Penanganan Tanaman Pascaaklimatisasi

Pemeliharaan tanaman dilakukan sesuai dengan anjuran budidaya padi sawah. Individu tanaman yang berasal dari kalus yang sama dikelompokkan menjadi satu putatif galur. Pada fase pertumbuhan anakan aktif, masing-masing galur hasil kultur anthera dievaluasi ploidinya secara morfologi. Pertama-tama evalusi dilakukan terhadap tanaman haploid ganda. Pada fase pertumbuhan ini secara morfologi tanaman haploid ganda tumbuh normal seperti tanaman diploid yang dicirikan dengan adanya auricle dan ligule, serta pada fase generatif menghasilkan biji fertil (Chu, 1994).

Populasi tanaman haploid ganda dipelihara serta dievaluasi karakter morfologi dan agronominya hingga dapat dipanen bijinya. Benih yang dihasilkan dari populasi tanamn tersebut selanjutnya dapat diberbanyak untuk menghasilkan benih. Selanjutnya evaluasi dilakukan terhadap tanaman haploid yang dicirikan dengan pertumbuhan yang kerdil, anakan banyak, serta tidak memiliki auricle dan ligule. Tanaman tersebut dikelompokkan dan dipelihara pula untuk digandakan kromosomnya dengan cara diberi perlakuan kolkhisin agar dapat menghasilkan biji yang berkarakter unggul.

Penerapan Bakteri A. tumefaciens dalam Perspektif Islam

Seperti dalam Al-Qur’an Allah telah menjelaskan dalam Surat An-Nahl ayat 13 yang berbunyi:

وَمَاذَرَأَلَكُمْفِىٱلْأَرْضِمُخْتَلِفًاأَلْوَٰنُهُۥٓۗإِنَّفِىذَٰلِكَلَءَايَةًۭلِّقَوْمٍۢيَذَّكَّرُونَ

Artinya : Dan Dia (menundukkan pula) apa yang Dia ciptakan untuk kamu di bumi ini dengan berlain-lainan macamnya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda (kekuasaan Allah) bagi kaum yang mengambil pelajaran.

            Dijelaskan pula dalam Surat Al-Furqaan ayat 2:

Artinya: yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya.

Berdasarkan ayat diatas dijelaskan Allah telah menciptakan berbagai macam makhluk hidup di bumi ini mulai dari yang bisa dilihat dengan mata sampai yang kasat mata. Itu merupakan tanda-tanda kekuasaan Allah. Misalnya saja bakteri Agrobacterium tumefaciens yang merupakan makhluk hidup mikroskopis yang diciptakan oleh Allah yang tidak hanya memberikan dampak negative yaitu bersifat patogen tetapi juga memberikan dampak positif yaitu kita dapat mempelajarinya dalam rekayasa genetika untuk menghasilkan padi tahan hama.

Perbanyakan Tanaman dalam Perspektif Islam

Pada Q.S A’basa ayat 25-32 yang

Artinya: Kamilah yang telah mencurahkan air melimpah (dari langit), kemudian Kami belah bumi dengan sebaik-baiknya, lalu disana Kami

tumbuhkan biji-bijian dan anggur dan sayur-sayuran dan zaitun dan pohon kurma dan kebun-kebun yang indah dan buah-buahan serta rerumputan. (Semua itu) untuk kesenangan dan untuk hewan-hewan ternakmu.

Dijelaskan pula pada Q.S Ar-rahman ayat 10-13 yang

Artinya: Dan bumi telah dibentangkan-Nya untuk makhluk-Nya, didalamnya ada buah-buahan dan pohon kurma yang mempunyai kelopak mayang, dan biji-bijian yang berkulit dan bunga-bunga yang harum baunya. Maka nikmat Tuhanmu yang manakah yang kamu dustakan?

Menurut ayat-ayat diatas dijelaskan bahwa Allah menciptakan langit dan bumi, serta menurunkan air hujan menjadi sumber-sumber air di bumi kemudian ditumbuhkan-Nya bermacam-macam tanaman yang memiliki bunga, biji, dan buah.. Dari tanaman-tanaman tersebut dapat berkembang biak baik secara vegetatif maupun generatif. Maka semakin berkembangnya ilmu pengetahuan perbanyakan tanaman dapat dilakukan dengan kultur anther atau pollen yang dapat memberi keunggulan dan manfaat bagi bidang pertanian.

Kesimpulan

  1. Pada tanaman padi ada dua teknik transfer gen yang telah berhasil diterapkan, yaitu transfer gen secara langsung dan secara tidak langsung dengan menggunakan bantuan bakteri tanah Agrobacterium tumefaciens untuk resisten terhadap hama penyakit.
  2. Aplikasi teknik kultur anther dalam program pemuliaan tanaman padi bertujuan untuk mempercepat pembentukan galur murni sehingga mempersingkat waktu perakitan varietas unggul.
  3. Kultur haploid adalah kultur yang berasal dari bagian reproduktif tanaman, yakni: kepalasari/ anther (kultur anther/kultur mikrospora), tepungsari/ pollen (kutur pollen), ovule (kultur ovule), sehingga dapat dihasilkan tanaman haploid
  4. Prosedur teknik anther dilakukan secara in vitro melalui dua tahap, yaitu tahap induksi kalus dari polen yang terdapat dalam anthera tanaman varietas unggul (hasil padi transgenik) dan tahap regenerasi tanaman dari kalus menjadi tanaman haploid (plantet).

DAFTAR PUSTAKA

  • Anonymous. 2011. Pengaruh Beberapa Media Kultur Jaringan.http://kalbar.litbang.deptan.go.id Diakses 5 Desember 2011
  • Anonymous. 2011. Kultur Anther.http://akubesertakamu.blogspot.com Diakses 25 Desember 2011
  • Anonymous. 2011. Transformasi Gen oleh Bakteri. http://anggunhannes.blogspot.com. Diakses 30 Desember 2011
  • Chen, Y.1996. Anther and Pollen Culture of Rice in China. Beijing: Science Press
  • Chung, G.S. 1992. Anther Culture for Rice Improvement in Korea. China: Hangzhou
  • Dewi,L.S, A.D Ambarawati, M.F Masyudi, T.Soewito dan Suwarno. 1994. Induksi Kalus dan Regenerasi Kultur Anthera Padi. Risalah Hasil Penelitian Tanaman Pangan 2:136-143
  • Iswari et all. 2010. Galur Padi Beras Hitam Hasil Kultur Anthera.http://pustaka.litbang.deptan.go.id. Diakses 25 Desember 2011
  • Masyudi, M.F. 1994. Kultur Anthera Tanaman Padi. Bogor: Badan Litbang Pertanian
  • Nugroho, A dan Sugito, H., 2000. Pedoman Pelaksanaan Teknik Kultur Jaringan. Jakarta: Penebar Swadaya
  • Nugroho, Arinto. 2010. The Essential of Biology. Solo: Evo
  • Prihatman, Kemal. 2000. Budidaya Pertanian. Jakarta: Bappenas
  • Sasmita, Priatna. 2007. Aplikasi Teknik Kultur Antera Pada Pemuliaan Tanaman Padi. Bogor: Balai Besar Penelitian Tanaman Padi
  • Smith, R.H. 2000. Plant Tissue Culture: Techniques and Experiments. London: Academic Press
  • Sriyanti, D. H. dan A, Wijayani. 1994. Teknik Kultur Jaringan “Pengenalan dan Petunjuk Perbanyakan Tanaman Secara Vegetatif Modern”. Yogyakarta: Kanisius
  • Suryowinoto, M., 1996. Pemuliaan Tanaman Secara in Vitro. Yogyakarta: Kanisius
  • Taji, A., Dodd, W., Williams, R.R. 1997. Plant  Tissue Culture Practice. Australia: University of New England, Armidale,NSW
  • Yuwono, T., 2008. Bioteknologi Pertanian. Yogyakarta: UGM Press
  • Usyati, N. Damayanti. Syafrida.Purnama.dan Inez. 2009. Keefektivan Padi Transgenik terhadap Hama Penggerek Batang Padi Kuning Scirpophaga incertulas. Bogor:Institut Pertanian Bogor. http://pei-pusat.org/jurnal/wp-content/uploads/2011/06/Keefektivan-Padi-Transgenik.pdf. Diakses 30 Desember 2011
  • Zulkarnain, H., 2000. Kultur Jaringan Tanaman-Solusi Perbanyakan Tanaman Budidaya. Jakarta: Bumi Aksara

 

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 61 other followers