Archive for the ‘Uncategorized’ Category

Aplikasi DNA Rekombinan Oleh Bakteri Escherichia coli Dalam Produksi Hormon GH Untuk Mengatasi Masalah Kekerdilan

Aplikasi DNA Rekombinan Oleh Bakteri Escherichia coli Dalam Produksi Hormon GH Untuk Mengatasi Masalah Kekerdilan

 

Application of Recombinant DNA by Escherichia coli Bacteria in the Production of Hormones GH To Troubleshooting Stunt

 

 Ninuk Juni Rahayu 09330144, DR.H.Moch. Agus Krisno B, M. Kes.

Program Studi Pendidikan Biologi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Muhammadiyah Malang

 

Abstract

 

Recombinant DNA technology or genetic engineering has spawned a new revolution in many fields of human life, known as the gene revolution. Recombinant DNA is the genetic engineeringto produce new traits in a way merekombinasikan specific geneswith genomic DNA. The application of recombinant DNA technology is not only a direct use transgenic organisms, but also the products produced by transgenic organisms, which are used to meet human welfare.

In health, genetic engineering techniques allow obtaining a variety of products the pharmaceutical industry with a more efficient manner. Recombinant DNA can be used to produce growth hormone (GH) using the bacterium Escherchia coli in addressing the problem ofdwarfism (dwarfism), that are the technique of DNA isolation, DNA cutting, a technique combining DNA, techniques to insert DNA into living cells (Escherichia coli), and analysis of recombinant DNA producing growth hormone (GH).

 

Key word : Recombinant DNA, Escherichia coli, GH hormone, dwarfism

 

 

Abstrak

 

Teknologi DNA rekombinan atau rekayasa genetika telah melahirkan revolusi baru dalam berbagai bidang kehidupan manusia, yang dikenal sebagai revolusi gen. DNA rekombinan adalah rekayasa genetika untuk menghasilkan sifat baru dengan cara merekombinasikan gen tertentu dengan DNA genom. Aplikasi teknologi DNA rekombinan bukan hanya berupa pemanfaatan langsung organisme transgeniknya, melainkan juga produk yang dihasilkan oleh organisme transgenik, yang digunakan untuk memenuhi kesejahteraan manusia.

Di bidang kesehatan, teknik rekayasa genetika memungkinkan diperolehnya berbagai produk industri farmasi dengan cara yang lebih efisien. DNA Rekombinan dapat digunakan untuk memproduksi hormon pertumbuhan (GH) menggunakan  Escherichia coli dalam mengatasi masalah kekerdilan (dwarfisme), yaitu dengan teknik isolasi DNA, teknik memotong DNA, teknik menggabung DNA, teknik untuk memasukan DNA ke dalam sel hidup (Escherichia coli) , dan analisis DNA rekombinan penghasil hormon pertumbuhan (GH).

Kata kunci : DNA Rekombinan, Escherichia coli, Hormon GH, Kekerdilan

 

PENDAHULUAN

Semakin berkembangnya ilmu genetika dan ditemukannya gen, maka manusia pun memiliki alternatif lain yang lebih efektif yaitu melalui teknik rekayasa genetika (Genetic Engineering) dengan cara melakukan perubahan langsung pada DNA. Salah satu upaya yang dilakukan adalah dengan DNA rekombinan. Teknologi yang dikenal sebagai teknologi DNA rekombinan, atau dengan istilah yang lebih populer rekayasa genetika, ini melibatkan upaya perbanyakan gen tertentu di dalam suatu sel yang bukan sel alaminya sehingga sering pula dikatakan sebagai kloning gen.

Teknologi DNA rekombinan atau rekayasa genetika telah melahirkan revolusi baru dalam berbagai bidang kehidupan manusia, yang dikenal sebagai revolusi gen. Produk teknologi tersebut berupa organisme transgenik atau organisme hasil modifikasi genetik (OHMG), yang dalam bahasa Inggris disebut dengan genetically modified organism (GMO). Namun, sering kali pula aplikasi teknologi DNA rekombinan bukan berupa pemanfaatan langsung organisme transgeniknya, melainkan produk yang dihasilkan oleh organisme transgenik. Dewasa ini cukup banyak organisme transgenik atau pun produknya yang dikenal oleh kalangan masyarakat luas. Beberapa di antaranya bahkan telah digunakan untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari.

Di bidang kesehatan, rekayasa genetika terbukti mampu menghasilkan berbagai jenis obat dengan kualitas yang lebih baik sehingga memberikan harapan dalam upaya penyembuhan sejumlah penyakit di masa mendatang. Bahan-bahan untuk mendiagnosis berbagai macam penyakit dengan lebih akurat juga telah dapat dihasilkan. Teknik rekayasa genetika memungkinkan diperolehnya berbagai produk industri farmasi penting seperti insulin, interferon, dan beberapa hormon pertumbuhan dengan cara yang lebih efisien. Hal ini karena gen yang bertanggung jawab atas sintesis produk-produk tersebut diklon ke dalam sel inang bakteri tertentu yang sangat cepat pertumbuhannya dan hanya memerlukan cara kultivasi biasa.

 

PEMBAHASAN

Teknologi DNA rekombinan

Teknologi DNA rekombinan atau yang sering disebut rekayasa genetika adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang pembentukan kombinasi materi genetik baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkan untuk  terjadinya integrasi dan mengalami perbanyakan dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang. Teknik DNA rekombinan adalah rekayasa genetika untuk menghasilkan sifat baru dengan merekombinasikan gen tertentu dengan DNA genom. DNA rekombinan adalah alat dalam memahami struktur, fungsi, regulasi gen dan produk nya.

Pada dasarnya, upaya untuk mendapatkan suatu produk yang diinginkan melalui teknologi DNA rekombinan melibatkan beberapa tahapan tertentu. Tahapan-tahapan tersebut adalah isolasi DNA genomik atau kromosom yang akan diklon, pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen dengan berbagai ukuran, isolasi DNA vektor, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan, transformasi sel inang menggunakan molekul DNA rekombinan, reisolasi molekul DNA rekombinan dari sel inang, dan analisis DNA rekombinan.

Dalam teknologi DNA rekombinan, transfer DNA atau perpindahan DNA ke dalam bakteri dapat melalui tiga cara, yaitu konjugasi, transformasi, dan transduksi. Konjugasi merupakan perpindahan DNA dari satu sel (sel donor) ke dalam sel bakteri lainnya (sel resepien) melalui kontak fisik antara kedua sel. Sel donor memasukkan sebagian DNA-nya ke dalam sel resepien. Transfer DNA ini melalui pili seks yang dimiliki oleh sel donor. Sel resepien tidak memiliki pili seks. DNA dari sel resepien berpindah ke sel resipien secara replikatif sehingga setelah proses ini selesai, sel jantan tidak kehilangan DNA. Ke dua sel tidak mengalami peningkatan jumlah sel dan tidak dihasilkan sel anak. Oleh karena itu, proses konjugasi disebut juga sebagai proses atau mekanisme seksual yang tidak reproduktif.

Gambar 1. Proses Konjugasi pada Bakteri

Transformasi merupakan pengambilan DNA oleh bakteri dari lingkungan di sekelilingnya. DNA yang berada di sekitar bakteri (DNA asing) dapat berupa potongan DNA atau fragmen DNA yang berasal dari sel bakteri yang lain atau organisme yang lain. Masuknya DNA dari lingkungan ke dalam sel bakteri ini dapat terjadi secara alami. Tahun 1944 ditemukan bahwa perubahan sifat atau transformasi dari bakteri yang tidak virulen menjadi virulen disebabkan oleh adanya DNA dari sel bakteri strain virulen yang masuk ke dalam bakteri strain yang tidak virulen.

Gambar 2. Proses Transformasi Pada Sel Bakteri

Transduksi adalah cara pemindahan DNA dari satu sel ke dalam sel lainnya melalui perantaraan bakteriofage. Beberapa jenis virus berkembang biak di dalam sel bakteri. Virus-virus yang inangnya adalah bakteri sering disebut bakteriofage. Ketika virus menginfeksi bakteri, fage memasukkan DNA-nya ke dalam sel bakteri. DNA tersebut kemudian akan bereplikasi di dalam sel bakteri atau berintegrasi dengan kromosom bakteri. DNA fage yang dikemas ketika membentuk partikel fage baru akan membawa sebagian DNA bakteri yang menjadi inangnya. Selanjutnya jika fage tersebut menginfeksi bakteri yang lain, maka fage akan memasukkan DNA-nya yang sebagian mengandung DNA sel inang sebelumnya. Jadi, secara alami fage memindahkan DNA dari satu sel bakteri ke bakteri yang lain.

Gambar 3. Proses Transduksi Pada Sel Bakteri

Setelah DNA rekombinan terbentuk, maka dilakukan proses transformasi ke host cell kemudian dilakukan proses inkubasi sel bakteri tersebut. Setelah dilakukan inkubasi maka sel bakteri dapat diuji kehadiran DNA rekombinannya yaitu melalui uji antibiotik, uji medium seleksi dan seleksi putih biru. Setelah didapatkan bakteri dengan DNA rekombinan maka dilakukan purifikasi untuk mengisolasi gen yang direplikasi.

Perangkat yang digunakan dalam teknik DNA rekombinan diantaranya enzim restriksi untuk memotong DNA, enzim ligase untuk menyambung DNA dan vektor untuk menyambung dan mengklonkan gen di dalam sel hidup, transposon sebagai alat untuk melakukan mutagenesis dan untuk menyisipkan penanda, pustaka genom untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang telah diklonkan, enzim transkripsi balik untuk membuat DNA berdasarkan RNA, pelacak DNA atau RNA untuk mendeteksi gen atau fragmen DNA yang diinginkan atau untuk mendeteksi klon yang benar. Vektor yang sering digunakan diantarnya plasmid, kosmid dan Bakteriofage.

Teknologi DNA rekombinan mempunyai dua segi manfaat. Pertama, dengan mengisolasi dan mempelajari masing-masing gen akan diperoleh pengetahuan tentang fungsi dan mekanisme kontrolnya. Kedua, teknologi ini memungkinkan diperolehnya produk gen tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional. Hal ini sesui dengan firman Allah SWT dalam QS. Al Imran ayat 190, yang berbunyi :

 

Artinya : Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal (Ali ‘Imran : 190).

Dari ayat tersebut, dapat disimpulkan bahwa langit dan segala sesuatu yang ada di bumi, diciptakan oleh Allah untuk kelanjutan kehidupan manusia yang wajib disyukuri, seperti penerapan DNA Rekombinan.

 

Bakteri Escherichia coli

Escherichia coli atau biasa disingkat E. coli adalah salah satu jenis spesies utama bakteri gram negatif yang berbentuk basil atau batang. Ukuran panjang sel E.coli rata-rata sekitar 2 mikrometer, dengan volume sel sekitar 0,7 mikrometer kubik. E.coli hidup pada suhu di antara 20 hingga 45 oC. Pada umumnya, bakteri yang ditemukan oleh Theodor Escherich ini dapat ditemukan dalam usus besar manusia, berfungsi membusukkan sisa-sisa makanan yang melewati saluran usus besar dengan memadatkannya hingga dikeluarkan dalam bentuk feses.

Kebanyakan E. Coli tidak berbahaya, tetapi beberapa seperti E. Coli tipe O157, H7, dapat mengakibatkan keracunan makanan yang serius pada manusia yaitudiare berdarah karena eksotosin yang dihasilkan bernama verotoksin. Toksin ini bekerja dengan cara menghilangkan satu basa adenin dari unit 28S rRNA, sehingga menghentikan sintesis protein.  Sumber bakteri ini contohnya adalah daging yang belum masak, seperti daging hamburger yang belum matang.

E. Coli yang tidak berbahaya dapat menguntungkan manusia dengan memproduksi vitamin K, atau dengan mencegah bakteri lain di dalam usus. E. coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetika. Yaitu digunakan sebagai vektor untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan untuk dikembangkan.  Pertumbuhannya yang sangat cepat dan penanganan yang sangat mudah , membuat E. coli menjadi bakteri pilihan untuk proses rekayasa genetika. Keberadaan rekayasa genetika di seluruh dunia tidak pernah terlepas dari E.coli, karena struktur DNA-nya yang sangat sederhana dan mudah dimodifikasi. E.coli juga sering digunakan sebagai media untuk cloning atau rekombinasi DNA. Tidak sedikit pula industri bahan kimia yang mengaplikasikan teknologi fermentasi dengan menggunakan E.coli pada produksi obat-obatan, misalnya seperti insulin dan antibiotik.  Tercermin dalam QS. 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 (QS. Al Furqaan ayat 2)

 

Hormon Pertumbuhan (GH)

Hormon pertumbuhan atau Growth Hormone (GH) adalah hormon peptida yang merangsang pertumbuhan, reproduksi sel dan regenerasi pada manusia dan hewan lainnya. Hormon pertumbuhan adalah asam 191-amino rantai polipeptida tunggal yang disintesis, disimpan, dan disekresi oleh sel-sel somatotroph dalam sayap lateral kelenjar hipofisis anterior. Somatotropin (STH) mengacu pada hormon pertumbuhan -1 yang diproduksi secara alami dalam tubuh hewan, sedangkan somatropin merujuk pada hormon pertumbuhan yang diproduksi oleh teknologi DNA rekombinan dan disingkat “HGH” pada manusia.

Efek hormon pertumbuhan pada jaringan tubuh secara umum dapat digambarkan sebagai anabolik (membangun). Seperti kebanyakan hormon protein lain, aksi GH adalah dengan berinteraksi dengan reseptor spesifik pada permukaan sel. Growth Hormon (GH) diperlukan untuk pertumbuhan dan menambah pertumbuhan tulang, terutama bagian epifisis dari tulang pipa,  meningkatkan vitalitas dan energi, memperbaiki kadar/ komposisi lemak, meningkatkan masa otot, menebalkan kulit, memperbaiki tidur, dan menambah panjang usia.  Pada proses penuaan, pemberian HGH akan membuat organ-organ tubuh lebih muda kembali 10-20 tahun

Melihat  pentingnya peranan GH dalam metabolisme tubuh, sangat diinginkan bahwa kondisi produksi GH oleh kelenjar hipofisis dalam keadaan normal pada setiap usia seseorang. Namun, kondisi seperti itu tidak akan pernah terjadi. Produksi GH pada seseorang berangsur-angsur berkurang sejalan dengan bertambahnya usia. Kadar GH meningkat secara alami pada waktu pubertas, dengan puncak pada usia 20 tahun, kemudian akan menurun secara perlahan. Pada saat usia 20 tahun GH di keluarkan berkurang sekitar 14% per dasawarsa, dan pada saat usia 60 tahun GH yang dikeluarkan hanya 25% dari jumlah GH yang dikeluarkan pada waktu usia 20 tahun. Penurunan hormon pertumbuhan manusia merupakan faktor utama mempercepat proses penuaan.

Efek dari kekurangan hormon pertumbuhan bervariasi tergantung pada usia di mana mereka terjadi. Pada anak-anak, dapat mengakibatkan kegagalan pertumbuhan/kekerdilan dan perawakan pendek yang merupakan manifestasi utama dari kekurangan GH, ditambah penyebab lainya seperti kondisi genetik dan malformasi kongenital. Kekurangan GH juga dapat menyebabkan kematangan seksual tertunda. Pada orang dewasa, kekurangan GH akan meningkatkan resiko terkena  kardiovaskular, lemak bertambah, densitas tulang menurun, fungsi ginjal menurun, radang sendi, diabetes, rambut rontok dan mudah lelah. Efek paling parah kekurangan GH kebanyakan disebabkan oleh  tumor hipofisis, diperkirakan terjadi 10 per juta orang.

Sedangkan jika kelebihan hormon GH dapat mengakibatkan pertumbuhan menjadi raksasa (gigantisme). Bila kelebihan hormon ini terjadi pada saat sudah dewasa, dapat mengakibatkan penebalan tulang-tulang wajah, tengkorak, tangan, dan kaki. Keadaan ini disebut akromegali.

Dahulu, kekurangan GH dapat diatasi dengan melakukan terapi, yaitu mengganti GH dengan suntikan setiap hari di bawah kulit atau ke otot. Sampai tahun1985, hormon pertumbuhan (GH) untuk pengobatan diperoleh dengan ekstraksi dari kelenjar hipofisis manusia yang telah meninggal kemudian dikumpulkan dan di otopsi.

Namun, Sejak tahun 1985 produksi GH berkembang yaitu dengan pengembangan rekombinan GH (rhGH), yaitu bentuk rekombinan GH yang diproduksi oleh bakteri rekayasa genetika, yang diproduksi oleh teknologi DNA rekombinan. Di Amerika Serikat, hormon pertumbuhan hanya tersedia secara legal di apotek, dengan resep dari dokter. Dalam beberapa tahun terakhir di Amerika Serikat, beberapa dokter sudah mulai meresepkan hormon pertumbuhan dalam hal kekurangan GH pada pasien yang lebih tua (tapi tidak pada orang sehat) untuk meningkatkan vitalitas. Bottom of Form

 

Kekerdilan

Kekerdilan (dwarfisme) adalah suatu kelainan yang mengakibatkan perawakan pendek dengan ukuran orang dewasa di bawah 4 kaki tinggi 10 inci (147,32 cm). Kekerdilan mengakibatkan ukuran tubuh lebih kecil dalam semua tahap kehidupan. Kondisi kekerdilan hingga kini belum ditemukan penyebabnya. Sebagian besar kasus manusia dengan perawakan pendek disebabkan oleh tulang atau gangguan endokrin, yaitu terjadi kerusakan pada kelenjar hipofisis anterior yang menyebabkan tubuh kekurangan hormon pertumbuhan (GH). Selain itu, kekerdilan juga diakibatkan karena adanya mutasi gen yang berasal dari orangtua. Pada Januari 2008, telah dipublikasikan bahwa mutasi pada gen pericentrin (PCNT) telah menyebabkan primordial dwarfisme. Pericentrin memiliki peran dalam pembelahan sel, segregasi kromosom yang tepat dan sitokinesis.

Secara keseluruhan, terdapat lebih dari 200 jenis dwarfisme, salah satunya primordial dwarfisme. Primordial dwarfisme merupakan gangguan pertumbuhan yang terjadi saat bayi masih berada di rahim. Bayi primordial dwarfisme akan terlahir sangat pendek. Setelah lahir, mereka akan mengalami tahap pertumbuhan yang sangat lambat. Primordial dwarfisme memiliki beberapa sub tipe, yaitu Majewski osteodysplastic primordial dwarfism (MOPD) tipe I, MOPD tipe II, MOPD tipe III, Seckel Syndrome, Russell-Silver Syndrome, dan Meyer-Gorlin Syndrome. Anak-anak dengan dwarfisme tidak tumbuh seperti anak-anak lain, karena gangguan metabolisme, kekurangan gizi atau gangguan pencernaan.

Hingga kini, belum ada pengobatan yang efektif untuk penyakit kekerdilan. Harapan hidup untuk orang-orang dengan primordial dwarfisme belum diketahui, meskipun mereka memiliki peningkatan resiko untuk aneurisme (masalah di dinding arteri) dan masalah vaskular lainnya.

Gambar 4. Manusia Kerdil (Dwarfisme)

Aplikasi DNA Rekombinan Dalam Produksi Hormon GH Oleh Bakteri E.coli

Produksi hormon pertumbuhan manusia menggunakan bakteri E.coli telah menarik perhatian orang pada beberapa prilaku rekayasa genetika. Hormon pertumbuhan manusia (HGH= Human Growth Hormone) adalah suatu rantai polipeptida tunggal yang mempunyai 191 asam amino dan diproduksi dalam kelenjar pituitaria (kelenjar pada infundibulum otak). Seperti insulin, hormone GH tidak terglirosilasi. Hormon pertumbuhan mengendalikan pertumbuhan tubuh kita. Tubuh kecil orang kerdil disebabkan karena kekurangan hormon pertumbuhan.

Secara terperinci,  pembuatan hormon pertumbuhan secara Rekombinan dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

a.   Mengekstraksi mRNA dari sample infundibulum otak manusia, dengan menggunakan pelarut untuk melepaskan protein tanpa mempengaruhi DNA/RNA. Sebagian mRNA manusia mempunyai ekor yang terdiri dari basa adenin yang berpasangan dengan timin dan sitosin dengan guanin.

b.   Hal ini mendesak mRNA untuk bergeser ke arah bead (affinity chromatography). Sebagian besar DNA dan non-mRNA tidak dapat melekat pada bead dan keduanya terpisah dari mRNA

c.   Plasmid disisipkan ke bakteri secara transformasi sehingga banyak salinan plasmid yang akan dibuat. Biasanya setiap bakteri memilki satu plasmid, seperti pada Escherichia coli. Bakteri rekombinan yang baru memiliki gen yang baru. DNA mengkode sebuah protein yang menginstruksi bakteri untuk membuat mRNA baru yang membuat protein baru. Tujuannya untuk menciptakan bakteri yang menghasilkan hormon pertumbuhan bagi manusia.

d.   Karena sejumlah mRNA telah diekstraksi, maka terdapat gen aktif pada infundibulum otak. Untuk menemukan bakteri rekombinan spesifik dengan hormon pertumbuhan (GH) sebagai target spesifik, dibutuhkan peta. Pada proses ini, perlu dibedakan baik sekuen GH DNA ataupun protein GH. Sel yang dapat mengekspresikan GH dengan benar diidentifikasi. Kemudian dapat berkembang dalam jumlah banyak dalam media yang dibuat dalam asam amino, vitamin dan gula, sehingga GH dalam jumlah banyak dapat diproduksi dengan cepat (bakteri menggandakan diri setiap 40 menit). Sel dipecah, kemudian memurnikan GH dari protein bakteri dengan kromatografi.

e.   Mengemas GH murni, lalu simpan di vial atau injeksi.

Gambar 5. Mekanisme Pembuatan Hormon Pertumbuhan secara Rekombinan

 

Dengan menggunakan kombinasi dari sintesis kimia DNA dan sintesis enzimatik cDNA, telah diproduksi suatu rangkaian yang mengkode asam-asam amino 1-14 telah disintesis secara kimia. Langsung di depan kodon pertama, ditambahkan suatu trio (triplet) basa (ATG) yang menspesifikasi asam amino metionin. Bila permulaan dari gennya telah disintesis secara kimia untuk menjamin permulaan yang tepat dari proteinnya, maka diperoleh suatu rangkaian DNA yang mengkode sisa dari rantai polipeptida yaitu, residu asam amino 25-19,1 dengan membuat kopikopi cDNA dari preparat-preparat mRNA dari sel-sel pituitaria manusia. Kedua fragmen DNA ini kemudian diklonkan secara terpisah. Fragmen-fragmen DNA-nya dimurnikan kembali dan disambung menjadi satu untuk menghasilkan rangkaian DNA lengkap untuk hormon pertumbuhan manusia mulai dengan suatu  prodon inisiator yaitu metionin, diikuti oleh rangkaian untuk 191 asam amino dalam protein masak, dan berakhir dengan sinyal untuk menghentikan sintesis protein. Kemudian gen dimasukkan ke dalam suatu vektor ekspresi dan dimasukkan ke dalam E.coli kemudian diarahkan untuk membuat pertumbuhan manusia.     

Berdasarkan sumber lain yang ditemukan, pembuatan protein rekombinan hormon pertumbuhan (GH) juga dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

Sesuai dengan firman Allah SWT dalam QS. Al Baqarah ayat 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 (Al Baqarah : 164).

Dari ayat di atas, dijelaskan bahwa segala sesuatu yang telah diciptakan di dunia ini pasti memiliki manfaat terutama dalam membantu kelangsungan hidup manusia. Sama halnya dengan hormon GH dan E.coli yang digunakan untuk mengatasi masalah kekerdilan dengan cara DNA rekombinan.

 


KESIMPULAN

Teknologi DNA rekombinan adalah ilmu yang mempelajari pembentukan kombinasi materi genetik baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga terjadi integrasi dan mengalami perbanyakan dalam sel inang. Teknik DNA rekombinan meliputi isolasi DNA, teknik memotong DNA, teknik menggabung DNA, teknik untuk memasukan DNA ke dalam sel hidup, dan analisis DNA rekombinan. Dalam teknologi DNA rekombinan, transfer DNA atau perpindahan DNA ke dalam bakteri dapat melalui tiga cara, yaitu konjugasi, transformasi, dan transduksi.

Escherichia coli atau biasa disingkat E. coli adalah salah satu jenis spesies utama bakteri gram negatif yang berbentuk basil atau batang.  E. coli digunakan sebagai media untuk cloning atau rekombinasi DNA, karena struktur DNA-nya yang sangat sederhana dan mudah dimodifikasi.

Hormon pertumbuhan manusia (HGH= Human Growth Hormone) adalah suatu rantai polipeptida tunggal yang mempunyai 191 asam amino dan diproduksi dalam kelenjar pituitaria. Produksi hormon pertumbuhan manusia menggunakan bakteri E.coli dalam mengatasi masalah kekerdilan (dwarfisme) dapat dilakukan engan menggunakan kombinasi dari sintesis kimia DNA dan sintesis enzimatik cDNA, telah diproduksi suatu rangkaian yang mengkode asam-asam amino 1-14 telah disintesis secara kimia untuk menghasilkan hormon GH.

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Forum jual beli. 2011. Penyebab Manusia Kerdil Http://Forumjualbeli.Net/Health/145635-Penyebab-Manusia-Kerdil.Html?Pagenumber= Diakses 06 Januari 2012

Kimball, J. 2009. Recombinant DNA. Http://Users.Rcn.Com/ Jkimball.Ma.Ultranet/Biologypages/R/Recombinant DNA.Html. Diakses 06 Januari 2012.

Kuliah 7 . Teknologi DNA Rekombinan (PDF) Http://Web.Ipb.Ac.Id/~Tpb/Files/Materi/Biologi/Kuliah%207%20Teknologi%20DNA%20Rekombinan.Pdf . Diakses 06 Januari 2012

Rifa’i Muhaimin.2010. Buku Ajar Genetika MAB4261 Genetika Rekombinasi Dan Populasi. Malang : Universitas Brawijaya.

Scumdoctor. 2006. Rekombinan DNA Dan Faktor Pembekuan. Http://Www.Scumdoctor.Com. Diakses 06 Januari 2012

Suryo. 2008. Genetika: Strata 1.Gadjah Mada University Press: Yogyakarta

Thifa Herbal Online. 2011. Growth Hormon Http://Www.Facebook.Com/Tokoherbalz Human. Diakses 06 Januari 2012

Watson, James D., Tooze, John, Kurtz, David T. 1988. DNA Rekombinan. Penerbit Erlangga Jakarta.

Advertisements

” Implementasi Rekayasa Genetika dalam Tehnik Pencangkokan DNA Manusia terhadap Organisme Tumbuhan Sebagai Impian Revolusi Ilmiah Abad Ke-21”

” Implementasi Rekayasa Genetika dalam Tehnik Pencangkokan DNA Manusia terhadap Organisme Tumbuhan Sebagai Impian Revolusi Ilmiah Abad Ke-21”

 

“Implementation of Genetic Engineering in Human DNA Transplant Technique of Plant Organism As a Dream-Century Scientific Revolution 21”

 

Hardi Imawan (09330140) , Dr.H. Moch Agus Krisno B, M.Kes

Jurusan Pendidikan Biologi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Muhammadiyah Malang

 

Abstract

            Genetic engineering is also a transplant or AND Recombinant Genes. Genetic Engineering, stated as the most remarkable progress since the man managed to split the atom. The techniques involve highly sophisticated manipulation of genetic material and other important biological chemicals. With advances in molecular technology, gene transfer can occur even between organisms that are not related. For example human genes into bacteria or transferred to plants such as cactus (Suryo, 2008).

            In a very short gene transplantation technique has progressed far and fast, so that recombinant AND will have a glorious hope in the 21st century.

Keywords: Genetic Engineering, Transplant DNA, Dream the Scientific Revolution

Abstraks

            Rekayasa genetika juga merupakan Pencangkokan Gen atau ADN Rekombinan. Rekayasa Genetik, dinyatakan sebagai kemajuan yang paling mengagumkan semenjak manusia berhasil memisahkan atom. Teknik-teknik yang sangat canggih melibatkan manipulasi materi genetik dan bahan kimia biologis penting lainnya. Dengan kemajuan teknologi molekuler, perpindahan gen dapat terjadi meskipun antara organisme yang tidak memiliki hubungan kekerabatan. Misalnya gen manusia yang dipindahkan ke bakteri atau ke tanaman seperti kaktus (Suryo, 2008).

           Dalam waktu yang sangat singkat teknik pencangkokan gen telah mengalami kemajuan yang jauh dan cepat, sehingga ADN rekombinan akan mempunyai harapan yang gemilang di abad ke-21.

Kata Kunci: Rekayasa Genetika, Pecangkokan DNA, Impian Revolusi Ilmiah

PENDAHULUAN

               Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak ditemukannya struktur helik ganda DNA dan teknologi DNA rekombinan di awal tahun 1950-an. Ilmu pengetahuan telah sampai pada suatu titik yang memungkinkan orang untuk memanipulasi suatu organisme di taraf seluler dan molekuler. Bioteknologi mampu melakukan perbaikan galur dengan cepat dan dapat diprediksi, juga dapat merancang galur dengan bahan genetika tambahan yang tidak pernah ada pada galur asalnya. Memanipulasi organisme hidup untuk kepentingan manusia bukan merupakan hal yang baru. Bioteknologi molekuler menawarkan cara baru untuk memanipulasi organisme hidup. Perkembangan teknologi mutakhir diiringi dengan perkembangan dibidang biokimia dan biologi molekuler melahirkan teknologi enzim dan rekayasa genetika. Rekayasa genetika menandai dimulainya era bioteknologi modern.

               Rekayasa genetika mengacu pada satu set teknologi yang sedang digunakan untuk mengubah susunan genetik dari sel dan memindahkan gen melintasi batas-batas spesies untuk menghasilkan organisme baru. Teknik-teknik yang sangat canggih melibatkan manipulasi materi genetik dan bahan kimia biologis penting lainnya.

               Teknik adalah manipulasi teknologi dari objek alam dengan cara yang dianggap bermanfaat bagi orang. Istilah lain yang digunakan di tempat ‘rekayasa genetika’ istilah (GE) adalah ‘bioteknologi’ (BT). Beberapa orang berpendapat bahwa ‘bioteknologi’ terdengar tidak emosional. Bagaimana pula rekayasa genetika didefinisikan? Seperti dengan ‘gen’, istilah tersebut tergantung pada siapa yang menggunakannya dan dalam konteks seperti apa.

               Oleh karena itu, teknologi ADN sekarang diaplikasikan dalam bidang pertanian sampai ke hukum-hukum criminal, tetapi pencapaiannya sekarang sebagian besar pada tahap penelitian dasar. Teknologi ADN merangsang penemuan-penemuan yang penting dalam bidang biologi dengan jalan memberikan alat baru untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang muncul pada masa lampau.

PEMBAHASAN

Pengertian dan Ruang Lingkup Rekayasa Genetika

              Rekayasa Genetika (transgenik) atau juga yang lebih dikenal dengan Genetically Modified Organism (GMO) dapat diartikan sebagai manipulasi gen untuk mendapatkan galur baru dengan cara menyisipkan bagian gen ke tubuh organisme tertentu. Rekayasa genetika juga merupakan Pencangkokan Gen atau ADN Rekombinan. Rekayasa Genetik, dinyatakan sebagai kemajuan yang paling mengagumkan semenjak manusia berhasil memisahkan atom. Penelitian tentang rekayasa genetic sesungguhnya telah dimulai pada awal tahun 1950-an, namun teka-teki ini baru dapat memperoleh hasil 20 tahun kemudian (Suryo, 2005). Mula-mula rekayasa genetic dianggap sebagai suatu impian masa depan dalam cerita ilmiah. Tetapi kini kemampuan untuk mencangkokkan bahan genetic dan membongkar kembali informasi keturunan, memberikan hasil sangat nyata dan telah terbukti sangat bermanfaat.

             Teknologi ADN sekarang diaplikasikan dalam bidang pertanian sampai ke hukum-hukum kriminal, tetapi pencapaiannya sekarang sebagian besar pada tahap penelitian dasar. Teknologi ADN merangsang penemuan-penemuan yang penting dalam bidang biologi dengan jalan memberikan alat baru untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang muncul pada masa lampau. Teknologi ADN telah menyumbangkan informasi yang sangat penting dalam hal genom manusia yang merupakan pertanyaan besar pada beberapa dekade yang lalu.

 Mekanisme dan Tehnik dasar Pencangkokan Gen

             Prinsip rekayasa genetika sama dengan pemuliaan tanaman, yaitu memperbaiki sifat-sifat tanaman dengan menambahkan sifat-sifat ketahanan terhadap cekaman mahluk hidup pengganggu maupun cekaman lingkungan yang kurang menguntungkan serta memperbaiki kualitas nutrisi makanan. Rekayasa genetika adalah kelanjutan dari pemuliaan secara tradisional. Dalam arti paling luas merupakan penerapan genetika untuk kepentingan manusia akan tetapi masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih sempit, yaitu penerapan teknik-teknik genetika molekuler 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 bermain pada tingkat molekuler khususnya DNA. Beberapa tahapan yang digunakan dalam rekayasa genetika yaitu isolasi DNA, manipulasi DNA, perbanyakan DNA dan visualisasi hasil manipulasi DNA, DNA rekombinan, dan Kloning Gen.

 Pembuatan DNA Rekombinan terhadap Organisme Tumbuhan Baru

          Secara alami, proses rekombinasi dapat terjadi sehingga memungkinkan suatu gen dapat berpindah dari satu organisme ke organisme lain. Persitiwa tersebut biasanya terjadi diantara organisme yang memiliki kekerabatan yang dekat. Dengan kemajuan teknologi molekuler, perpindahan gen dapat terjadi meskipun antara organisme yang tidak memiliki hubungan kekerabatan. Misalnya gen manusia yang dipindahkan ke bakteri atau ke tanaman seperti kaktus. Teknik penggabungan molekul DNA tersebut dikenal sebagai Teknik rekombinan DNA atau pencangkokan Gen.

GambarGambar 1. DNA Rekombinan terjadi karena ada penggabugan DNA dari sumber yang berbeda

 

GambarGambar 2. Teknologi DNA Rekombinan terjadi karena ada penggabugan DNA dari sumber yang berbeda, tetapi pada gen   yang diinginkan.

               Untuk membuat DNA rekombinan digunakan dua macam enzim yaitu enzim restriksi yang berfungsi memotong molekul DNA dan enzim ligase yang berfungsi menggabungkan molekul DNA. Biasanya DNA rekombinan merupakan gabungan antara DNA vektor dan DNA asing yang merupakan gen target. Selanjutnya adalah memasukkan DNA vektor yang mengandung DNA asing ke dalam sel bakteri. Proses masuknya DNA rekombinan ke sel bakteri disebut transformasi, dan proses ini dapat menyebabkan fenotip sel bakteri mengalami perubahan. Untuk mengetahui sel bakteri telah mengandung DNA rekombinan, maka sel bakteri ditumbuhkan dalam medium padat yang mengandung antibiotik, X-gal (zat kimia yang berfungsi sebagai indikator) dan IPTG (zat kimia yang berfungsi sebagai inducer).

 Pembuatan Klon DNA terhadap Organisme Tumbuhan Baru

               Untuk memproduksi tanaman klon dilakukan dengan cara membuat potongan. Potongan adalah bagian kecil dari tanaman, seperti daun atau batang, yang dipotong dari tanaman. Potongan dapat tumbuh menjadi tanaman baru yang utuh. Tanaman baru identik secara genetik  terhadap tanaman yang dipotong.

Gambar

Gambar 3. Kloning Tanaman dilakukan pemotongan gen dalam tempat isolasi.

Sesuai dengan firman Allah dalam (QS. Al-Furqon : 02)

Gambar

               Berdasarkan ayat di atas, dijelaskan bahwa semua yang ada di muka bumi ini sudah ditetapkan keadaan masing-masing makhlukNya. Dan sungguh agung dan maha besar atas penciptaanNya, yang memiliki potensi dan karakterisitik yang berbeda di dalam diri. Agar kita selalu dapat bersyukur dan memanfaatkan anugerah dari-Nya.

 Impian Rekayasa Genetika Abad Ke-21

                 Dalam waktu yang sangat singkat teknik pencangkokan gen telah mengalami kemajuan yang jauh dan cepat, sehingga ADN rekombinan akan mempunyai harapan yang gemilang di abad ke-21. Dari pengalaman yang diperoleh, para ahli rekayasa genetika kini berpendapat bahwa teknik pencangkokan ADN akan lebih mudah berhasil bila dilakukan pada tumbuhan. Di dunia yang selalu haus akan adanya perubahan-perubahan sehingga akan terjadi perubahan-perubahan dalam kehidupan, maka para ilmuwan sejak kini sudah dapat memimpikan bahwa kelak pada akhir abad ke-21 akan tercipta manusia tanaman, yaitu tumbuhan tertentu yang dapat melakukan fungsi manusia. Sebagai contoh dapat diramal akan terciptanya:

1. Tumbuhan Kaktus Pembunuh. Sebagian dari ADN manusia diharapkan dapat dicangkokkan ke dalam sel-sel tanaman kaktus. Bilamana ini kelak berhasil diciptakan, maka manusia tanaman ini dapat dimanfaatkan sebagai tentara, sehingga diwaktu ada peperangan tidak perlu mengorbankan jiwa manusia. Tanaman kaktus yang sudah dicangkok dengan ADN manusia itu dapat membunuh dengan menggunakan senjata istimewa, yaitu menembakkan biji-bijinya sebagai peluru, yang akan mematikan orang yang dipandang sebagai musuhnya.

2. Tanaman Pengisi Bahan Bakar Minyak. Bahan bakar minyak tidak lagi dijual melalui pompa bensin, melainkan dijual oleh suatu jenis tanaman tertentu, sampai pelayanannyapun dilakukan oleh tanaman tersebut. Siapa tahu impian ini kelak akan dapat terwujud, mengingat bahwa baru-baru ini di Brazil ditemukan sejenis tanaman yang menghasilkan cairan yang susunan kimianya sangat mirip dengan minyak solar. Alangkah bahagianya orang yang akan dapat menikmati zaman revolusi ilmiah sebagai akibat dari kemajuan-kemajuan yang diciptakan oleh teknik rekayasa genetika.

Gambar

Gambar 4. Karangan-karangan ilmiah popular di dalam majalah atau surat kabar mingguan atau harian kadang-kadang dihiasi dengan gambar-gambar sensasi mengenai kemampuan teknologi pencangkokan gen. (A) Tumbuhan Kaktus Pembunuh; (B) Tumbuhan yang dapay melayani pengisian bahan bakar minyak (Dikutip dari buku EDLIN, G. : “Genetic Principlies. Human and Social Consequences”)

3. Tanaman Transgenik Tahan Kekeringan. Tanaman tahan kekeringan memiliki akar yang sanggup menembus tanah kering, kutikula yang tebal sehingga mengurangi kehilangan air dan kesanggupan menyesuaikan diri dengan garam di dalam sel. Tanaman toleran terhadap kekeringan ditransfer dari gen kapang yang mengeluarngkan enzim trehalose. Tembakau adalah salah satu tanaman yang dapat toleran terhadap suasana kekeringan.

4. Tanaman Transgenik Resisten Hama. Bacillus thuringiensis menghasilkan protein toksin sewaktu terjadi sporulasi atau saat bakteri memberntuk spora. Dalam bentuk spora, berat toksin mencapai 20% dari berat spora. Apabila larva serangga memakan spora, maka di dalam alat pencernaan larva serangga tersebut, spora bakteri pecah dan mengeluarkan toksin. Toksin yang masuk ke dalam membran sel alat pencernaan larva mengakibatkan sistem pencernaan tidak berfungsi dengan baik dan pakan tidak dapat diserap sehingga larva mati. Dengan membiakkan Bacillus thuringiensis kemudian diekstrak dan dimurnikan, makan akan diperoleh insektisida biologis (biopestisida) dalam bentuk kristal. Pada tahun 1985 dimulai rekayasa gen dari Bacillus thuringiensis dengan kode gen Bt toksin (Winarno dan Agustina, 2007). Tanaman tembakau untuk pertama kali merupakan tanaman transgenik pertama yang menggunakan gen Bt toksin. Jagung juga telah direkayasa dengan menggunakan gen Bt toksin, tetapi diintegrasikan dengan plasmid bakteri Salmonella parathypi yang menghasilkan gen yang menonaktifkan ampisilin. Pada jagung juga direkayasa adanya resistensi herbisida dan resistensi insektisida sehingga tanaman transgenik jagung memiliki berbagai jenis resistensi hama tanaman. Gen Bt toksin juga direkayasa ke tanaman kapas, bahkan multiplegene dapat direkayasa genetika pada tanaman transgenik. Toksin yang diproduksi dengan tanaman transgenik menjadi nonaktif apabila terkena sinar matahahari, khususnya sinar ultraviolet.

5. Tanaman Transgenik Resisten Penyakit. Perkembangan yang signifikan juga terjadi pada usaha untuk memproduksi tanaman transgenik yang bebas dari serangan virus. Dengan memasukkan gen penyandi tanaman terselubung (coat protein) Johnson grass mosaic poty virus (JGMV) ke dalam suatu tanaman, diharapkan tanaman tersebut menjadi resisten apabila diserang oleh virus yang bersangkutan. Potongan DNA dari JGMV, misalnya dari protein terselubung dan protein nuclear inclusion body (NIB) mampu diintegrasikan pada tanaman jagung dan diharapkan akan menghasilkan tanaman transgenik yang bebas dari serangan virus. Virus JGMV menyerang beberapa tanaman yang tergolong dalam famili Graminae seperti jagung dan sorgum yang menimbulkan kerugian ekonomi yang cukup besar. Gejala yang ditimbulkan dapat diamati pada daun berupa mosaik, nekrosa atau kombinasi keduanya. Akibat serangan virus ini, kerugian para petani menjadi sangat tinggi atau bahkan tidak panen sama sekali.

Masalah Keamanan Revolusi Ilmiah

            Revolusi ilmiah biasanya menimbulkan kekhawatiran, demikian pula halnya dengan rekayasa genetika.sekitar tahun 1970 terdapat kekhawatiran di kalangan masyarakat umum maupun di kalangan para peneliti, bahwa organisme-organisme yang memilki gen-gen berbahaya itu akan membuat sakit para pegawai di laboratorium, kemudian menyebar di luar sampai timbul suatu wabah.

            Dalam bulan Februari 1975 banyak ahli dari hampir seluruh dunia berkumpul di kota Asilomar, California, USA, untuk membicarakan dan menerima petunjuk-petunjuk yang harus ditaati oleh semua penelitian pencangkokan gen. kebanyakan dari para peneliti itu mengharapakan dapat melanjutkan pekerjaan mereka sehingga dapat memperoleh hasil yang mengagumkan tentang bagaimanakah keterangna genetic itu tersimpan di dalam ADN dan bagaimanakah gen-gen itu diatur dan dapat memperlihatkan ekspresinya dalam berbagai macam sel. Petunjuk-petunjuk tersebut telah diterima resmi oleh Lembaga Kesehatan Nasional di Washington, D.C., yang telah menyediakan banyak biaya untuk keperluan penelitian biologi dasar di Amerika Serikat. Dalam petunjuk bagi keselamatan orang-orang yang bekerja di laboratorium maupun lingkungan disebutkan antara lain (Suryo, 2005):

1. Ruangan tempat bekerja harus tertutup untuk mencegah meluasnya mikroorganisme yang sudah diubah genetiknya ke lingkungan sekelilingnya.

2.  Mikroorganisme yang dipergunakan sebaiknya memilih bakteri Escherichia coli, karena bakteri ini hanya dapat hidup dalam suasana laboratorium saja. Andaikata bakteri ini sampai lolos dari laboratorium, maka bakteri tidak akan hidup, sebab plasmid yang telah mengandung ADN asing akan rusak bersama bakteri itu.

             Kini para ilmuwan yang menekuti rekayasa genetika sudah yakin bahwa pekerjaan mereka tidak akan menimbulkan bahaya, baik bagi mereka sendiri maupun bagi kesehatan masyarakat.

 KESIMPULAN 

             Berdasarkan uraian isi pembahasan di atas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1) Rekayasa Genetika (transgenik) dapat diartikan sebagai manipulasi gen untuk mendapatkan galur baru dengan cara menyisipkan bagian gen ke tubuh organisme tertentu. 2) Implementasi Rekayasa genetika dalam tehnik pencangkokan DNA manusia terhadap organisme tumbuhan dapat dilakukan dengan Tegnologi DNA Rekombinan dan Klon DNA, dan lain-lain.

 DAFTAR PUSTAKA

Drlica, K. 1984. Understanding DNA and Gene Cloning. A Guide for the Curious. John Wiley & Sons,Inc.,New York.

Edlin, G. 1984. Genetic Principles. Human and Social Consequences. Jones and Bartlett Publ. Inc., Boston.

Steinhart, P. 1981. The second Green Revolution. New York Time Magazine, 25 Oct., New York.

Suryo (2008). Genetika. Yogyakarta : Gadjah Mada University Press.

Susan E dan William S, 2009. GENETIKA Edisi Keempat. Schaum’s outlines : Jakarta.

Anonim, 2011. Rekayasa Genetika. http ://www.Genetika.com/ rekayasa-genetik-dan-genetically.html (diakses 31 Desember 2011)

Pemanfaatan Gen Myostatin Untuk Meningkatkan Kualitas Peternakan Hewan Di Indonesia

Pemanfaatan Gen Myostatin Untuk Meningkatkan Kualitas Peternakan Hewan Di Indonesia

Utilization of Myostatin Gene To Improve Quality of Animal Husbandry in Indonesia

 

Lady Agustina S. (09330143), Dr. H. Moch. Agus Krisno B, M. Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

 

Efforts in improving the process of growth and differentiation of muscle tissu or the body is controlled by Myostatin Differentiations Growth Factor 8, which is a member of the superfamily of Transforming Growth Factor-β. Hypertrophy and hyperplasia is a phenomenon that occurs when the myostatin does not exist in the cell. This phenomenon will cause the enlargement of muscle tissue that exceeds the normal, the condition is found in cases of “double muscling” Belgian Blue cattle. Then note that cause is a mutation in the gene coding for myostatin. This can open up opportunities for the existence of coding for myostatin in other farm animals.

Genotiping gene encoding myostatin in cattle sheep and local goats Indonesia could be a first step to be use as molecular markers of growth in these animals. In the process  of utilization of this potential for farmers in Indonesia are keeping livestock such as goats and sheep as a sideline for livestock farmers will get additional revenue in a faster time.

Keywords: Myostatin gene.

Abstrak

Upaya peningkatan proses pertumbuhan dan diferensiasi jaringan otot tubuh dikendalikan oleh Myostatin atau Growth Differentiations Factor 8 yang merupakan anggota dari superfamili Transforming Growth Factor-β. Hipertrofi maupun hiperplasia merupakan fenomena yang terjadi apabila myostatin tidak ada di dalam sel. Fenomena ini akan menyebabkan pembesaran jaringan otot yang melebihi normal, kondisi tersebut ditemukan pada kasus “Double Muscling” sapi Belgian Blue. Kemudian diketahui bahwa penyebabnya ialah adanya mutasi pada gen penyandi myostatin. Hal ini dapat membuka peluang akan keberadaan penyandi myostatin pada hewan ternak lain.

Genotiping gen penyandi myostatin pada ternak domba dan kambing lokal Indonesia bisa dijadikan langkah awal untuk dimanfaatkan sebagai penanda molekuler terhadap pertumbuhan hewan tersebut. Pada proses pemanfaatan ini sangat potensial bagi petani di Indonesia yang memelihara hewan ternak seperti kambing dan domba sebagai usaha sampingan karena para petani hewan ternak akan mendapat penghasilan tambahan dalam waktu yang lebih cepat.

 Kata Kunci: Gen Myostatin.

PENDAHULUAN

Negara Indonesia merupakan negara agraris yang sebagian besar masyarakatnya bekerja sebagai petani. Untuk menambah pendapatan, biasanya para petani tersebut memelihara ternak sebagai usaha sampingan. Usaha sampingan yang banyak dilakukan oleh para petani adalah memelihara hewan ternak seperti domba dan kambing. Pemeliharaan yang dilakukan oleh para petani masih secara tradisional, seperti pemilihan bibit unggul hanya dari penampakan luar. Hal ini mengakibatkan kurang maksimalnya hasil usaha ternak para petani. Oleh karena itu, langkah-langkah strategis harus dilakukan pemerintah untuk menyediakan bibit unggul ternak, misalnya ternak dengan laju pertumbuhan yang cepat dan menghasilkan daging banyak.

Karakter cepat tumbuh pada suatu makhluk hidup dikendalikan oleh banyak faktor dan bersifat multigen. Salah satu faktor yang mengendalikan pertumbuhan adalah myostatin atau Growth Differentiations Factor 8 (GDF8) yang merupakan anggota dari superfamili Transforming Growth Factor-β (TGF-β) yang mengontrol pertumbuhan dan diferensiasi jaringan otot tubuh.

Tidak adanya myostatin di dalam sel menyebabkan pembesaran jaringan otot yang melebihi normal baik hipertrofi maupun hiperplasia, kondisi tersebut ditemukan pada kasus “Double Muscling” sapi Belgian Blue (Oldham et al. 2001).

Pada keadaan geografis Indonesia yang beragam juga menyebabkan jenis gen myostatin pada domba dan kambing lokal yang dipelihara di Indonesia beragam pula.

Salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu dengan cara pemuliaan hasil ternak dengan pemanfaatan gen myostatin. Cara ini lebih terfokus dan lebih efektif dari pemuliaan konvensional karena didasarkan pada sifat genetik.

Pada pencarian tipe gen tersebut pada hewan ternak domba dan kambing lokal di Indonesia merupakan cara yang baik untuk meningkatkan kualitas dan mendapatkan bibit unggul. Dalam hal ini ternak dengan masa pertumbuhan yang cepat dan memiliki massa otot yang lebih besar dapat meningkatkan penghasilan ekonomi dan taraf kehidupan para petani.

Selain itu tidak adanya proses rekayasa genetik merupakan keutamaan agar daging yang dihasilkan aman dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia.

 

PEMBAHASAN

Gen Myostatin

Gen merupakan faktor hereditas pembawa sifat pada makhluk hidup yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Ekspresi dari berbagai gen digambarkan pada penampilan luar makhluk hidup tersebut. Sedangkan yang dimaksud dengan gen myostatin adalah merupakan gen yang mengatur pertumbuhan massa otot pada hewan seperti pada hewan ternak kambing dan domba.

Pada umumnya otot tumbuh dibagi menjadi tiga cara yaitu pertambahan serabut otot dalam jumlah, panjang, ukuran dan jumlah lilitan myostatin. Mekanisme yang mengatur perbanyakan dan ukuran sel otot salah satunya diatur oleh gen penyandi myostatin. Gen myostatin atau Growth Differentiations Factor 8 (GDF8) merupakan anggota dari superfamili Transforming Growth Factor-β (TGF-β) yang mensekresikan protein untuk mengontrol pertumbuhan dan diferensiasi jaringan tubuh.

 

Gambar: Mekanisme kerja myostatin dalam pertumbuhan otot dan diferensiasi (Langley et al. 2002).

Gambar diatas menunjukkan bahwa peranan penting gen myostatin sebagai umpan balik “feed back negative” pada pertumbuhan massa otot, dimana myostatin menghambat myogenin sehingga myoblast tidak dapat berdiferensiasi menjadi myotubes, yang akan berkembang menjadi serat otot.

Dalam hal ini myostatin disintetis dan disekresikan sebagai polipeptida tidak aktif. Myostatin yang masih muda membelah dan menjadi dewasa. Myostatin berikatan dengan folistatin dan kemudian berikatan dengan reseptor, activin receptor IIB yang ada di otot. Reseptor ini bekerja dengan memberi signal interseluler bagi jalur dan aktivitas protein gen regulator, sehingga berperan dalam pangaturan massa otot (McNally 2004).

Pada proses penghambatan atau ketidakberadaan myostatin di dalam sel menyebabkan hipertropi dan hiperplasia, yaitu pembesaran jaringan atau bagian otot yang melebihi normal atau lebih dikenal dengan “Double Muscling”, misalnya dapat dilihat pada sapi Belgian Blue (Oldham et al. 2001).

Didalam fenomena “Double Muscling” pertama kali didokumentasikan oleh seorang petani Inggris bernama George Culley pada pertengahan abad ke-18. Selama hampir 200 tahun fenomena ini telah menarik perhatian para breeders dan peneliti (Arnold H et al. 2001). Fenomena ini didapati pada sapi dan beberapa spesies lainnya seperti babi dan tikus. Gambar dibawah ini menunjukkan “Double muscling” yang terjadi pada tikus, terlihat bahwa tikus yang mengalami penghambatan gen myostatin memiliki massa otot yang jauh lebih besar.


Gambar: Proses massa pertumbuahan otot tikus yang mengalami penghambatan gen myostatin (McPherron et al. 1997).

Sedangkan pada sapi Belgian Blue fenomena ini menyebabkan peningkatan massa otot sekitar 20-25% (Cieslak et al. 2003), sehingga menghasilkan hewan dengan jumlah daging yang lebih banyak. Fenomena ini merupakan ketidaknormalan pertumbuhan massa otot dan merupakan karakteristik fenotip makhluk hidup dengan proporsi tulang yang rendah, proporsi otot yang tinggi serta proporsi lemak yang rendah (Dumont 1973).

Pada hewan ternak misalnya kambing dan domba, pertumbuhan dan perkembangan yang baik didefinisikan sebagai hewan yang sehat atau tidak rentan penyakit dan memiliki sifat-sifat unggul seperti dapat tumbuh dan berkembang dengan cepat, dapat berkembangbiak dalam waktu yang relatif singkat, berbobot besar, dan dapat menghasilkan susu dan daging dalam jumlah yang besar.

Pada penghambatan atau tidak adanya gen pengatur pertumbuhan myostatin pada hewan ternak domba dan kambing dapat menyebabkan perbesaran otot dalam waktu yang singkat seperti pada fenomena “Double muscling”. Hal ini sangat memungkinkan bagi hewan-hewan ternak tersebut untuk memiliki sifat-sifat unggul seperti yang diharapkan. Genotiping atau pencarian sifat-sifat unggul melalui Inventarisasi gen myostatin pada hewan ternak seperti pada  kambing dan domba yang ada di Indonesia merupakan langkah penting untuk meningkatkan kualitas pertumbuhan dan perkembangan keturunan selanjutnya.

Seperti yang dijelaskan dalam ayat Al-Quran dibawah ini:

Artinya: “Yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi. Dan Dia anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya” (Q.S Al Furqon : 2).

Oleh karena itu, segala sesuatu yang diciptakan Allah SWT memiliki sifat dan fungsinya masing-masing dalam hidup. Dimana dibumi ini terdapat beragam peternakan hewan yang dapat menunjukkan karakteristiknya masing-masing.

Langkah pemanfaatan gen myostatin untuk meningkatkan kualitas peternakan di Indonesia

         Adapun langkah aplikasi gen myostatin dalam meningkatkan kualitas hewan ternak yaitu sebagai berikut:

  1. Teknik radiasi, dapat dilakukan yaitu dengan cara radiasi sinar radio aktif dan sinar X, maka terjadi mutasi pada makhluk hidup tak terkecuali hewan ternak. Dengan teknik radiasi tersebut dapat mengakibatkan produk gen. Produk gen yang dihasilkan yaitu gen myostatin.
  2. Gen myostatin disintesis dan disekresikan sebagai polipeptida yang tidak aktif. Kemudian gen myostatin yang masih muda membelah dan menjadi dewasa. Setelah itu, gen myostatin berikatan dengan folistatin dan berikatan dengan activin reseptor IIB yang berada di otot. Dimana reseptor tersebut bekerja dengan member signal interseluler bagi jalur dan aktivitas protein gen regulator. Sehingga dapat mempengaruhi pengaturan pada masa otot.
  3. Teknik selanjutnya yaitu melaui metode penandaan molekuler. Hal ini dilakukan untuk mengetahui dan memilih hewan ternak seperti domba dan kambing yang memiliki sifat-sifat gen myostatin unggul serta mempunyai kualitas dan pertumbuhan yang maksimal dari berbagai jenis hewan ternak. Sehingga dapat meningkatkan kualitas peternakan hewan di Indonesia (McNally, 2004).

Prospek pemanfaatan gen myostatin terhadap peningkatan kualitas peternakan di Indonesia

keadaan geografis di Indonesia yang beragam menyebabkan jenis gen myostatin pada hewan misalnya domba dan kambing lokal yang dipelihara di Indonesia juga bermacam-macam. Hal tersebut juga menyebabkan bervariasinya tingkat massa otot yang diekspresikan. Dengan kata lain berbagai hewan ternak seperti kambing dan domba lokal di Indonesia dapat menghasilkan massa otot dengan tingkat perkembangan yang berbeda.

Untuk meningkatan kualitas massa otot pada hewan ternak di Indonesia dapat dilakukan dengan memanfaatkan serta membudidayakan hewan kambing dan domba yang memiliki gen myostatin. Sehingga dapat dengan mudah didapatkan ternak yang menghasilkan massa otot berkualitas baik dalam waktu relatif singkat tanpa menggunakan proses rekayasa genetik.

Kebutuhan pangan dengan tingkat kualitas dan kuantitas yang mencukupi sedah pasti menjadi tuntutan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat di Indonesia sebagai konsumen. Masalah yang berkembang di Indonesia saat ini adalah tidak seimbangnya jumlah pangan yang tersedia dengan yang dibutuhkan masyarakat. Rekayasa genetika dinilai sebagai salah satu jalan keluar dalam mengatasi masalah tersebut.

Rekayasa genetika juga telah berhasil meningkatkan efisiensi metabolisme dalam bidang hewan ternak, seperti peningkatan penyerapan pakan, peningkatan kualitas daging, dan produksi susu. Selain itu, tidak menutup kemungkinan terdapat efek negatif dari produk hasil rekayasa genetika. Perbedaan pendapat pro dan kontra tentang produk hasil rekayasa genetika ini masih banyak diperdebatkan diIndoneisa (Helianti 2001). Di kalangan masyarakat, khususnya masyarakat Indonesia, masih terdapat keraguan untuk mengkonsumsi produk rekayasa genetika. Hal-hal tersebut yang dapat mendesak dilakukannya metode baru dalam peningkatan kualitas produk hasil hewan ternak.

Salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu dengan cara pemuliaan hasil ternak dengan pemanfaatan gen myostatin untuk meningkatkan kualitas peternakan hewan diIndonesia. Cara ini lebih terfokus dan lebih efektif dari pemuliaan konvensional karena didasarkan pada sifat genetik.

Pada pemanfaatan gen myostatin melalui metode penandaan molekular memungkinkan masyarakat Indonesia untuk mengetahui dan memilih ternak yang memiliki sifat-sifat gen unggul. Sifat-sifat gen unggul yang mempunyai kualitas dan pertumbuhan yang baik dari berbagai jenis hewan ternak seperti domba dan kambing di Indonesia dapat diketahui sejak dini. Dengan demikian pemuliaan ternak berkualitas atau dengan sifat unggul terutama massa otot yang besar akan lebih berarti dalam memenuhi kebutuhan hidup. Selain itu, pemanfaatan  gen myostatin pada hewan ternak lokal diIndonesia merupakan cara yang efektif untuk membudidayakan ternak dengan massa otot yang besar. Dan keutamaan hasil produk yang didapat melalui cara pemuliaan dengan memanfaatkan gen myostatin ini adalah aman dikonsumsi masyarakat Indonesia. Dengan demikian peningkatan kualitas pada hewan ternak misalnya kambing dan domba akan meningkatkan pendapatan petani yang beternak hewan kambing dan domba sebagai usaha sampingan. Selain itu dapat menciptakan suatu lapangan pekerjaan bagi para peternak di Indonesia.

Pada pemanfaatan proses budi daya tentunya bukan hal yang mudah dilakukan, terutama pada gen-gen yang menyandi sifat yang tidak terlihat secara fisik. Oleh karena itu dibutuhkan metode penandaan molekular, sehingga pelaksanaan pemanfaatan gen myostatin dapat lebih mudah dan memiliki tingkat keberhasilan yang lebih tinggi. Metode penanda molekuler adalah dengan menggunakan “Marker Assisted Selection” atau seleksi dengan bantuan penanda genetik. Penanda genetik adalah gen yang dapat dideteksi atau fragmen DNA yang berada cukup dekat dengan lokus tempat gen yang diinginkan (Bourdon 1997). Melalui metode ini dapat diketahui sifat individu dengan melihat penanda gen yang ada padanya, serta sifat yang tidak atau belum terekspresi.

Dalam meningkatkan mutu hasil pemanfaatan Inventarisasi gen myostatin, pemerintah Indonesia melakukan sosialisasi kepada masyarakat khususnya peternak Indonesia untuk mengetahui pentingnya pemanfaatan gen myostatin dalam meningkatkan kualitas peternakan hewan di Indonesia  dengan cara gen myostatin disintetis dan disekresikan sebagai polipeptida tidak aktif dan berikatan dengan folistatin dan kemudian berikatan dengan reseptor, activin receptor IIB yang ada di otot sehingga dapat menghasilkan kualitas hewan ternak diIndonesia. Dengan demikian peningkatan kualitas hewan ternak akan meningkatkan pendapatan para petani hewan ternak seperti kambing dan domba sebagai usaha sampingan. Selain itu, hasil produksi hewan ternak meningkat sehingga dapat mengatasi kelaparan.

Seperti yang dijelaskan pada Surat Az- Zumar: 21 dibawah ini:

Artinya: ”Apakah kamu tidak memperhatikan, bahwa sesungguhnya Allah menurunkan air dari langit, maka diaturnya menjadi sumber-sumber air di bumi kemudian ditumbuhkan-Nya hancur berderai-derai. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat pelajaran bagi orang-orang yang mempunyai akal” (Q.S Az-Zumar: 21).

Berdasarkan surat diatas dapat diketahui bahwa Allah SWT menciptakan sesuatu yang Ia inginkan dan apapun di kehendaki. Makhluk-makhluk yang telah diciptakan dan Allah dapat menjadikannya bermakna dari masing masing penciptaan-Nya. Begitu juga dalam proses pemanfaatan gen myostatin untuk meningkatkan kualitas peternakan diIndonesia yaitu dengan cara memanfaatkan gen myostatin yang mampu mengubah hal yang tak bermanfaat menjadi hal yang lebih bermanfaat.

KESIMPULAN 

Berdasarkan uraian isi pembahasan di atas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1) Gen myostatin merupakan gen yang mengatur pertumbuhan massa otot pada hewan ternak misalnya kambing dan domba. 2) Upaya pemanfaatan gen myostatin pada hewan ternak seperti kambing dan domba lokal Indonesia merupakan cara yang efektif untuk membudidayakan ternak dengan massa otot yang besar. 3)  Hasil produk yang didapatkan pada pemanfaatan gen myostatin aman dikonsumsi oleh masyarakat. 4)  Dalam peningkatan kualitas hewan ternak seperti kambing dan domba akan meningkatkan pendapatan petani ternak hewan kambing dan domba sebagai usaha sampingan dan hasil produksi hewan ternak meningkat serta dapat mengatasi kelaparan rakyat Indonesia.

 

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2011. Gen Myostatin. http ://www. Pemuliaan Hewan Ternak.com/ (diakses tanggal  7 Desember 2012).

Bourdon RM. 1997. Understanding Animal Breeding. New Jersey: Prentice Hall.

Dumont BL, Schmitt O. 1973. Conséquences de l’hypertrophie musculaire héréditaire sur la trame conjonctive du muscle de bovin. Ann Genet Sel Anim 5: 499-506.

Helianti Is. 2001. Perang terhadap Produk Rekayasa Genetik, Haruskah?. [terhubung berkala]. http: //www.kompas.com/kompascetak/08108/iptek/ pera22.htm. [03 Maret 2006].

Langley et al. 2002. Myostatin inhibits myoblast differentiation by down-regulating MyoD expression. J Biol Chem 277(51): 49831-40.

McNally EM. 2004. Powerful genes – myostatin regulation of human muscle mass. N Engl J Med 350;26: 2642-2644.

McPherron, AC, AM Lawler, SJ Lee. 1997. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-b superfamily member. Nature 387: 83.

Oldham et al. 2001. Molecular expression of myostatin and MyoD is greater in double-muscled than normal-muscled cattle fetuses. Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol 280: R1488-R1493.

Sitepe M, 2001. Rekayasa Genetika. Jakarta: Penerbit Grasindo.

Suryo (2008). Genetika. Yogyakarta: Gadjah Mada University).

Zaifbio. 2010. Genetika Molekuler. http ://www.zaifbio.edu. Diakses tanggal 16 Desember 2011.

 

 

 

 

 

 

 

 

Peranan Terapi Gen dalam Penyembuhan Sindrom Turner (Disgenesis gonad) Role Of Gene Therapy in Turner Syndrome Healing (Disgenesis gonad)

Peranan Terapi Gen dalam Penyembuhan Sindrom Turner (Disgenesis gonad)

Role Of Gene Therapy in Turner Syndrome Healing

(Disgenesis gonad)

Vella Utary F.R(09330132), Moch. Agus Krisno Budiyanto

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP

Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Turner syndrome (gonadal dysgenesis), with karyotypes (22AA + X0). The number of chromosomes 45 and lost one sex chromosome. Patients with Turner syndrome (gonadal dysgenesis) female sex, but artificially inseminated him self did not develop (ovaricular dysgenesis). Turner syndrome (gonadal dysgenesis) one short body  webbed  neck (skin between the neck and shoulders together, such as membranes) and the hair line with the efforts of  genetic engineering approaches through gene therapy with ex vivo approach performed in patients with Turner syndrome (gonadal dysgenesis) with the transfer of genetic material into the patient.

 

Key word: Gene Therapy, Healing, Turner Syndrome

 

Abstraksi

Sindrom turner(Disgenesis gonad), dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya 45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita sindrom turner (Disgenesis gonad) berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular disgenesis). Gejala sindrom turner(Disgenesis gonad)  salah satunya tubuh pendek , webbed neck (kulit diantara leher dan bahunya menyatu, seperti selaput) dan  garis rambut dengan upaya pendekatan rekayasa genetik melalui terapi gen dengan pendekatan ex vivo yang dilakukan pada penderita sindrom turner(Disgenesis gonad) dengan melalui transfer bahan genetik ke tubuh pasien.

Kata kunci: Terapi Gen, Penyembuhan, Sindrom Turner

 

PENDAHULUAN

Sindrom turner (Disgenesis gonad) disebabkan oleh kehilangan kromosom X. Dimana jumlah kromosomnya 45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Sindrom turner (Disgenesis gonad) dengan kariotipe (22AA+X0). Penderita Sindrom turner (Disgenesis gonad) berjenis kelamin wanita(Kimbal, John W. 1989). Penderita Sindrom turner (Disgenesis gonad) tidak dapat tumbuh dengan normal atau mengalami kegagalan pada masa puberitas serta mengalami kemandulan. Oleh karena itu perlu adanya penyembuhan dengan melakukan terapi gen yaitu terapi estrogen(Roberts, J.A. Fraser, dkk. 1995).

ISI

Sindrom Turner (Disgenesis gonad) dapat menyebabkan berbagai masalah medis dan perkembangan, termasuk perawakan pendek, kegagalan untuk mulai pubertas, infertilitas, cacat jantung dan ketidakmampuan belajar tertentu. Sindrom turner (Disgenesis gonad) adalah suatu kondisi yang hanya mempengaruhi anak perempuan yang disebabkan kekurangan kromosom seks(Santosa, D.A.; 2000). Sindrom turner (Disgenesis gonad) dinamai untuk Dr Henry Turner, yang pada tahun 1938 menerbitkan sebuah laporan yang menggambarkan gangguan. Ketinggian rata-rata seorang wanita yang tidak diobati dengan sindrom Turner adalah 4 kaki 8 inci(Muladno, 2002.).

 

Gambar 1. Kurva  Pertumbuhan Penderita Sindrom turner (Disgenesis gonad)

Sindrom turner (Disgenesis gonad) disebabkan oleh hilangnya kromosom X.Sindrom turner (Disgenesis gonad) dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya 45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita Sindrom turner (Disgenesis gonad) berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular disgenesis) (Roberts, J.A. Fraser, dkk. 1995).

Gambar 2. Susunan Kromosom Penderita Sindrom turner (Disgenesis gonad)

Sindrom turner (Disgenesis gonad)disebabkan oleh hilang atau tidak lengkap kromosom X. Orang yang mempunyai sindrom turner (Disgenesis gonad) berkembang sebagai perempuan. Hal ini terlibat pada gen dalam pertumbuhan dan perkembangan seksual, itulah sebabnya mengapa gadis-gadis dengan kelainan lebih pendek dari normal dan memiliki karakteristik seksual abnormal. Biasanya, perempuan mewarisi satu kromosom X dari ibu dan satu kromosom X dari ayah mereka. Tetapi wanita yang memiliki sindrom turner(Disgenesis gonad) hilang salah satu kromosom X (Santosa, D.A.; 2000).

Gambar 3. Penderita Sindrom turner (Disgenesis gonad)

Seorang perempuan janin (biasanya XX) dapat bertahan hidup dengan hanya satu kromosom X, tapi janin laki-laki (biasanya XY) tidak dapat bertahan hidup dengan hanya satu kromosom Y. Hal ini karena tidak memiliki kromosom X jauh lebih buruk daripada tidak memiliki kromosom Y. Kromosom Y membawa sedikit gen sangat penting bagi kehidupan. Sebaliknya, kromosom X yang lebih panjang molekul DNA dan mengandung banyak, banyak gen yang dibutuhkan untuk fungsi sel.

Sindrom turner (Disgenesis gonad) biasanya disebabkan oleh apa yang disebut nondisjunction. Jika sepasang kromosom seks gagal untuk memisahkan selama pembentukan telur (atau sperma), ini disebut sebagai nondisjunction. Ketika abnormal telur menyatu dengan sperma yang normal untuk membentuk embrio, embrio yang mungkin akan berakhir dengan kehilangan satu dari kromosom seks (X bukan XX). Sebagai embrio tumbuh dan sel-sel membagi, setiap sel dari tubuh bayi akan kehilangan salah satu kromosom X. Yang kelainan tidak diwarisi dari orang tua yang terkena (bukan diturunkan dari orang tua ke anak) karena wanita dengan sindrom turner (Disgenesis gonad) biasanya steril dan tidak bisa punya anak. Pada sekitar 20 persen dari kasus-kasus sindrom turner(Disgenesis gonad), salah satu kromosom X yang abnormal. Mungkin berbentuk seperti cincin, atau hilang beberapa bahan genetik. Sekitar 30 persen anak dengan kelainan hanya hilang kromosom X dalam beberapa sel mereka. Pola kromosom campuran ini dikenal sebagai mosaicism.

Gadis dengan pola ini mungkin memiliki gejala yang lebih sedikit karena mereka masih memiliki beberapa normal (XX) sel. Salah satu gen yang hilang pada kromosom X adalah gen SHOX, yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan tulang panjang. SHOX gen yang hilang adalah alasan gadis-gadis yang memiliki kelainan yang sangat pendek. Hilang lain gen mengatur perkembangan ovarium, yang mempengaruhi karakteristik seksual.

Sindrom turner (Disgenesis gonad) mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan seksual. Gadis dengan gangguan ini lebih pendek dari biasanya, dan mungkin gagal untuk memulai pubertas ketika mereka seharusnya. Hal ini karena ovarium yang memproduksi sel telur, serta hormon seks estrogen dan progesteron gagal untuk mengembangkan secara normal.

Perempuan dengan sindrom turner (Disgenesis gonad) tampaknya memiliki penampilan yang kekar, lengan yang ternyata sedikit di siku, rahang bawah yang surut, leher berselaput pendek, dan garis rambut rendah di bagian belakang leher. Gejala medis lainnya termasuk lymphedema (pembengkakan tangan dan kaki), jantung dan / atau kerusakan ginjal, tekanan darah tinggi, dan ketidaksuburan (ketidakmampuan untuk memiliki anak). Gejala diatas dikarenakan adanya pembengkakan tangan dan kaki, atau cacat jantung. Pada masa remaja karena mereka gagal untuk tumbuh normal atau pergi melalui pubertas. Sampel darah dapat digunakan untuk membuat kariotipe (analisa kromosom) dan diagnosis dapat dikonfirmasikan.

Sindrom turner (Disgenesis gonad) dapat didiagnosis selama kehamilan dengan villus chorionic sampling (CVS) atau amniosentesis. Atau, USG (sebuah mesin yang menggunakan gelombang suara untuk melihat ke dalam rahim seorang ibu) dapat mengidentifikasi gangguan oleh gejala fisik sebelum bayi lahir.

Terapi penggantian hormon adalah cara terbaik untuk mengobati gangguan ini. Salah satu caranya dengan terapi gen. Remaja diperlakukan dengan hormon pertumbuhan untuk membantu mereka mencapai ketinggian yang normal. Mereka mungkin juga akan diberi dosis rendah androgen (hormon laki-laki yang perempuan juga memproduksi dalam jumlah kecil) untuk meningkatkan tinggi dan mendorong rambut normal dan pertumbuhan otot. Beberapa pasien mungkin mengambil hormon estrogen pada wanita untuk mempromosikan perkembangan seksual yang normal(Muladno, 2002).

Sindrom turner (Disgenesis gonad) 60.000 mempengaruhi perempuan di Amerika Serikat. Gangguan ini terlihat dalam 1 dari setiap 2000-2500 bayi lahir, dengan sekitar 800 kasus baru didiagnosa setiap tahun. Pada 75-80% kasus, satu kromosom X berasal dari telur ibu, sperma ayah yang menyuburkan telur hilang dengan seks kromosom.

Sindrom turner (Disgenesis gonad) bukan merupakan penyakit keturunan tetapi kadang diduga salah satu orang tua membawa kromosom yang telah mengalami penyusunan ulang, yang bisa menyebabkan terjadinya sindrom ini.

Gadis yang menderita gangguan ini tidak mengembangkan karakter seksual sekunder  pada masa pubertas dan terbelakang ovarium yang menyebabkan kemandulan dikemudian hari. Selain itu, perempuan menderita sindrom turner(Disgenesis gonad)  lebih rentan terhadap jantung, ginjal dan tiroid masalah. Biasanya sindrom ini ditemukan saat gadis kecil karena kurangnya pertumbuhan, yang mengarah dokter untuk melakukan tes baterai. Namun, tes genetis sindrom turner dapat dilakukan sebelum kelahiran jika gangguan dicurigai. Tes genetika ini melibatkan menganalisis sel-sel dari cairan ketuban atau plasenta. Biasanya ini dilakukan jika dokter sindrom Turner tersangka ketikamelakukan USG janin. Genetik pengujian untuk sindrom Turner menggunakan sel plasenta atau cairan ketuban biasanya 99 persen akurat. Jika diagnosisdikonfirmasikan dengan pengujian genetika, maka bayi akan diletakkan di bawah perawatan spesialis segerasetelah ia lahir.

Kemudian setelah bayi lahir, diagnosis dikonfirmasikan lebih lanjut hanya setelah bayi lahir, diagnosis dikonfirmasi lebih lanjut hanya setelah dilakukan tes darah. Tes darah ini dikenalsebagai karotype dan memeriksa jumlah kromosom dari perempuan. Seorang gadis menderita sindrom turner akan memiliki 45 kromosom bukan 46 kromosom.

Komposisi yang biasa adalah 44 kromosom autosom dan 2 kromosom X. Namun, pada anak perempuan menderita sindrom turner(Disgenesis gonad), yang sebagian atau seluruh darisalah satu kromosom X hilang atau cacat. Kromosom X adalah kromosom seks(Santosa, D.A.; 2000).

Gejalanya sindrom turner(Disgenesis gonad)  adalah tubuh pendek , webbed neck (kulit diantara leher dan bahunya menyatu, seperti selaput), garis rambut yang pendek pada leher bagian belakangnya, kelopak matanya turun, pembengkakan pada punggung tangan dan puncak kakinya (limfedema), pada leher bagian belakang seringkali ditemukan pembengkakan atau lipatan kulit yanglonggar , jari manis dan jari-jari kakinya pendek, kukunya tidak terbentuk dengan baik , perkembangan tulang abnormal (misalnya dada berbentuk seperti tameng, lebar dan datar dengan jarak yang lebar diantara kedua puting susunya). Pada kulitnya terdapat banyak tahi lalat berwarna gelap. Perkembangan seksual sekunder pada masa pubertas tidak terjadi atau mengalamiketerbelakangan (rambut kemaluan yang jarang dan tipis, payudara kecil).

Gambar 4. Gejala yang ditimbulkan sindrom turner (Disgenesis gonad)

Penderita mengalami kemandulan karena ovarium (sel indung telur) biasanya mengandung sel-sel telur yangtidak berkembang. Pembentukan air mata berkurang, amenore (tidak mengalami menstruasi) dan simian crease (pada telapak tangan hanya terdapat satu garis tangan) (Roberts, J.A. Fraser, dkk. 1995).

Sindroma turner (Disgenesis gonad) mungkin terdiagnosis pada saat bayi lahir karena adanya kelainan-kelainan tersebut diatas atau mungkin juga baru terdiagnosis pada masa pubertaskarena adanya menstruasi dan perkembangan ciri seksual sekunder yang tertunda. Pemeriksaan fisik menunjukkan payudara dan alat kelamin yang kurang berkembang, webbed neck, tubuh yang pendek dan kelainan bentuk dada.Pemeriksaan yang biasa dilakukan Kariotip, USG, pemeriksaan ginekologis, peningkatan kadar LH dan FSH.

Hampir semua gadis dan wanita dengan sindrom turner (Disgenesis gonad)  membutuhkan perawatan medisyang berkelanjutan dari berbagai spesialis. Check up rutin dan perawatan yang tepatdapat membantu sebagian besar penderita bisa relatif lebih sehat dan hidup mandiri.

Hal yang berkaitan dengan pengobatan sindrom turner tersebut sesuai dengan surat Asy Syu’araa’ ayat 80

 

 

Artinya:  dan apabila aku sakit, Dialah Yang menyembuhkan aku.

            Dalam hal ini dapat kita ketahui bahwa Allah SWT  menciptakan segala penyakit pasti ada obatnya. Pengobatan sindrom turner (Disgenesis gonad)dapat dilakukan dengan terapi gen(Smaglik, P, 2000). Terapi gen merupakan pengobatan atau pencegahan penyakit melalui transfer bahan genetik ke tubuh pasien. Dengan demikian melalui terapi gen bukan gejala yang diobati tetapi penyebab munculnya gejala penyakit tersebut. Studi klinis terapi gen pertama kali dilakukan pada tahun 1990. Kontroversi terhadap terapi gen menjadi mengemuka ketika terjadi peristiwa kematian pasien setelah menjalani terapi gen pada bulan September 1999 di University of Pennsylvania, AS. Terlepas dari kegagalan tersebut, terapi gen merupakan sistem terapi baru yang menjanjikan banyak harapan.

Pengobatannya bersifat suportif. Agar tinggi badannya bertambah, bisa diberikan hormon pertumbuhan.Terapi gen penghasil hormone estrogen dimulai pada usia 12-13 tahun untuk merangsang pertumbuhan ciri seksual sekunder sehingga penderita akan memiliki penampilan yang lebih normal pada masa dewasa nanti. Tetapi terapi estrogen tidak dapat mengatasi kemandulan. Untuk mencegah kekeringan, rasa gatal dan nyeri selama melakukan hubungan seksual, bisa digunakan pelumas vagina. Untuk memperbaiki kelainan jantung kadang perlu dilakukan pembedahan.

Seluruh uji klinis transfer gen hanya dilakukan terhadap sel-sel somatik bukan ke sperma atau ovum yang jika dilakukan pasti akan menimbulkan kecaman dan pelanggaran etika yang dianut saat ini. Transfer gen ke sel somatik dapat dilakukan melalui dua metode yaitu ex vivo atau in vitro. Melalui pendekatan ex vivo, sel diambil dari tubuh pasien, direkayasa secara genetik dan dimasukkan kembali ke tubuh pasien(Smaglik, P, 2000).

Keunggulan metode ini adalah transfer gen menjadi lebih efisien dan sel terekayasa mampu membelah dengan baik dan menghasilkan produk sasaran. Kelemahannya, yaitu memunculkan immunogenisitas sel pada pasien-pasien yang peka, biaya lebih mahal dan sel terekayasa sulit dikontrol(Smaglik, P, 2000).

Seluruh uji klinis terapi gen saat ini menggunakan teknik in vivo, yaitu transfer langsung gen target ke tubuh pasien dengan menggunakan pengemban (vektor). Pengemban yang paling sering dipakai untuk mengantarkan gen asing ke tubuh pasien adalah Adenovirus. Selain itu dikembangkan juga pengemban-pengemban lain yaitu Retrovirus, Lentivirus, Adeno-associated virus, DNA telanjang (naked DNA), lipida kationik dan partikel DNA terkondensasi. Uji-uji klinis terapi gen yang saat ini sedang berjalan dilakukan terhadap penderita kanker, penyakit monogenik turunan, penyakit infeksi, penyakit kardiovaskular, arthritis reumatoid, serta Cubital Tunnel Syndrome(Smaglik, P, 2000).

Pada beberapa tahun mendatang terapi gen dapat dilakukan juga terhadap penderita sindroma turner, paling tidak pada tahapan uji klinis. Dengan tersingkapnya hal itu maka pendekatan terapi gen untuk mengatasi penyakit tersebut dapat dikembangkan, misalnya dengan mengubah gen-gen yang ekspresinya menyebabkan kerusakan, atau membuat gen-gen tertentu lebih resisten terhadap ketidakimbangan gen yang terdapat dalam sel(Roberts, J.A. Fraser, dkk. 1995).

Berikut Bagan teknik terapi gen pada penderita turner(Disgenesis gonad) melalui pendekatan ex vivo:

Pasien penderita sindrom turner  (Disgenesis gonad)  mengubah gen-gen yang ekspresinya menyebabkan kerusakan, atau membuat gen-gen tertentu lebih resisten terhadap ketidakimbangan gen yang terdapat dalam sel melaui vektor yang mengantarkan gen asing ke tubuh pasien adalah Adenovirus (Kee, L.H.2002).

Langkah penting dalam proses terapi gen. Gen yang akan digunakan mula-mula diisolasi dan kemudian di transformasikan ke sel target dengan cara di kloning.
Strategi utama dalam transfer gen somatik manusia dibedakan dalam dua kelompok, yaitu : Ex vivo dan in vivo.

Gambar 7. Transfer Gen Somatik Teknik Ex vivo dan in Vivo

Pada ex vivo, gen dibungkus vektor kemudian dikenalkan ke sel yang diambil dari pasien (sel target) dan dikembangkan secara invitro dan kemudian di transformasi ke sel yang diinjeksi kembali. Pada invivo pengiriman gen dilakukan secara langsung ke sel pasien tanpa dikembangkan dulu secara invitro(Smaglik, P., 2000).

Pada exvivo terdapat juga cara transfer gen nonviral yaitu pengiriman gen tanpa menggunakan bakteri atau virus. Pengiriman gen dilakukan dengan cara injeksi langsung, gen gun dan liposom. Injeksi secara langsung dilakukan dengan mengirimkan DNA ke tempat ekstra seluler yang memiliki perbedaan hipertonik solution salinitas dan sukrosa. Gen gun digunakan dengan cara memanfaatkan ledakan kecil helium yang membawa potongan DNA patogen yang berukuran sangat kecil sehingga mampu masuk ke nukleus kulit dan sel otot. Teknik liposom dilakukan dengan cara memanfaatkan virus yang mampu menginjeksi DNA nya ke dalam nukleus sel target. Viral vektor yang digunakan dalam teknik ini adalah Adenovirus, Adeno-associated Virus, Lentivirus dan Retrovirus. Tipe virus tersebut digunakan dengan alasan mampu menginfeksi banyak varietas tipe sel, mudah dimanipulasi, dan sebagainya (Smaglik, P, 2000).

Salah satu vektor dalam terapi gen adalah Sleeping beauty (SB). Sleeping beauty (SB) merupakan gen yang dapat meloncat yang diisolasi dari ikan. Loncatan dari gen ini dimanfaatkan dalam terapi gen karena mampu melakukan mutasi pada transpos penerjemahan gen. Gen SB ini akan terpotong jika bertemu dengan enzim transposase, kedua ujungnya selanjutnya akan berikatan dengan enzim tersebut dan bersama-sama berpindah ke rantai DNA yang lain. Transposase akan memotong rantai DNA tersebut dan menyambungnya dengan gen SB. Apabila dalam gen SB ini ditambahkan gen yang kita inginkan, gen tersebut juga akan ikut melompat bersama dengan gen SB ke rantai DNA pasien, sehingga gen tersebut dapat diekspresikanm dan mengembalikan fungsi tubuh pasien(Smaglik, P., 2000).

Gambar 6. Bagan Teknologi Untuk Mengubah Gen-gen yang rusak

KESIMPULAN

Dari Uraian diatas dapat disimpulkan bahwa sindrom turner(Disgenesis gonad), dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya 45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita sindrom turner (Disgenesis gonad) berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular disgenesis) dengan upaya pendekatan rekayasa genetik melalui terapi gen melalui pendekatan ex vivo yang dilakukan pada penderita sindrom turner(Disgenesis gonad).

DAFTAR PUSTAKA

 

Kee, L.H.2002. The Living Science.Singapore :Pearson Education Asia Pte. Ltd.

Kimbal, John W. 1989. Biologi .Edisi kelima cetakan kedua. Jakarta:Penerbit Erlangga.

Muladno, 2002. Seputar Teknologi Rekayasa Genetika. Bogor : Penerbit Pustaka Wirausaha Muda.

Roberts, J.A. Fraser, dkk. 1995. Genetika Kedokteran. Suatu Pengantar.Edisi kedelapan Cetakan Pertama. Jakarta :Penerbit Buku kedokeran (EGC).

Santosa, D.A.; 2000; Misteri Kromosom 21 Terungkap; Media Indonesia; 29 Juni:22.

Smaglik, P.; 2000; Gene Therapy Institute Denies That Errors Led To Trial.Death; Nature 403:820.

Smaglik, P.; 2000; NIH Tightens Up Monitoring Of Gene-Therapy Mishaps;Nature 404:5.

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

Application of Science In Breeding Efforts To Create The Paddy Cultivar Tolerant To Extreem Temperature Condition

 

Dwi Rahmawati, Lailina A, Ifa Ismawati, Nurul Hidayah dan Moch. Agus Krisno Budianto

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Rice is one of the important food crop in the world including Indonesia. The high level of rice consumption causes growing rice breeding superior cultivars to increase to meet the needs of the population. The presence of biotechnology and genetic engineering in the 1980’s allows improvement of rice quality. Breeding aimed at improving the quality of rice is also done, for example by assembling cultivars contain carotene (provitamin A).

One of the critical success factors of plant breeding programs in order to increase rice production and tolerance to environmental stress is a selection technique. The general objective in plant breeding is to increase the certainty of high yield and improved quality of product produced.

Another important genetic parameters in breeding is the heritability. From the results of observational studies, the narrow sense heritability values ​​and broad sense heritability ranged from low to high. The role of dominant genes is greater than additive genes on the character of plant height, flag leaf length, age of harvest, number of tillers and length of fur, while the other characters a greater role additive genes.

Keyword: genetic engineering, heritability, breeding

Abstrak

Padi merupakan salah satu tanaman pangan penting di dunia termasuk Indonesia. Tingginya tingkat konsumsi nasi menyebabkan pemuliaan padi terus berkembang untuk meningkatkan kultivar unggul untuk memenuhi kebutuhan penduduk. Hadirnya bioteknologi dan rekayasa genetika pada tahun 1980-an memungkinkan perbaikan kwalitas nasi. Pemuliaan yang diarahkan pada peningkatan kualitas nasi juga dilakukan, misalnya dengan perakitan kultivar mengandung karoten (provitamin A).

Salah satu faktor penentu keberhasilan program pemuliaan tanaman padi dalam rangka peningkatan produksi dan toleransi terhadap cekaman lingkungan adalah teknik seleksi. Tujuan umum dalam pemuliaan tanaman adalah peningkatan kepastian terhadap hasil yang tinggi dan perbaikan kualitas produk yang dihasilkan.

Parameter genetik lain yang penting dalam pemuliaan adalah heritabilitas. Dari hasil pengamatan penelitian, nilai heritabilitas arti sempit dan heritabilitas arti luas berkisar antara rendah sampai tinggi. Peran gen dominan lebih besar dari gen additif pada karakter tinggi tanaman, panjang daun bendera, umur panen, jumlah anakan dan panjang bulu, sedangkan karakter lainnya peran gen additif lebih besar.

PENDAHULUAN

Padi pada saat ini tersebar luas di seluruh dunia dan tumbuh di hampir semua bagian dunia yang memiliki cukup air dan suhu udara cukup hangat. Padi menyukai tanah yang lembab dan becek. Sejumlah ahli menduga, padi merupakan hasil evolusi dari tanaman moyang yang hidup di rawa. Pendapat ini berdasar pada adanya tipe padi yang hidup di rawa-rawa (dapat ditemukan di sejumlah tempat di Pulau Kalimantan), kebutuhan padi yang tinggi akan air pada sebagian tahap kehidupannya, dan adanya pembuluh khusus di bagian akar padi yang berfungsi mengalirkan udara (oksigen) ke bagian akar.

Padi membutuhkan curah hujan pertahun + 200 mm/bulan, dengan distribusi selama empat bulan atau 1.500–2.000 mm. Padi dapat tumbuh baik pada suhu di atas 23°C. Pada ketinggian 0–65 m dpl, dengan suhu 26,5–22,5 °C. Tanaman padi memerlukan sinar matahari untuk proses fotosintesis, terutama pada saat berbunga sampai proses pemasakan. Pada tekstur tanah membutuhkan adanya lumpur, tumbuh baik pada tanah dengan ketebalan atasnya antara 18–22 cm, terutama tanah muda dengan pH 4–7 (Prihatman, 2000).

Produksi padi di Indonesia pada 2006 adalah 54 juta ton, kemudian tahun 2007 adalah 57 juta ton. Rata-rata produktivitas padi adalah 4,4 ton/ha (Purba S dan Las, 2002). Jika dibanding dengan negara produsen pangan lain di dunia khususnya beras, produktivitas padi di Indonesia ada pada peringkat ke 29. Australia memiliki produktivitas rata-rata 9,5 ton/ha, Jepang 6,65 ton/ha dan Cina 6,35 ton/ha ( FAO, 1993.

Di Indonesia beras merupakan bahan makanan pokok yang menghasilkan karbohidrat dan merupakan sumber kalori bagi sebagian besar penduduk, karena mengandung gizi dan penguat yang cukup bagi tubuh manusia dan didalamnya terkandung bahan yang mudah diubah menjadi energi. Sehingga dari sisi ketahanan pangan nasional fungsinya menjadi sangat penting dan strategis.

Impor beras yang meningkat pesat terjadi pada tahun 1996 dan puncaknya pada tahun 1998 yang mencapai 5,8 juta ton. Kondisi ini mewarnai krisis ekonomi yang terjadi pada tahun 1997 dimana produksi beras nasional turun yang antara lain karena kekeringan panjang.

Melihat kenyataan tersebut seakan kita tidak percaya sebagai negara agraris yang mengandalkan pertanian sebagai tumpuan kehidupan bagi sebagian besar penduduknya tetapi pengimpor pangan yang cukup besar. Hal ini akan menjadi hambatan dalam pembangunan dan menjadi tantangan yang lebih besar dalam mewujudkan kemandirian pangan bagi bangsa Indonesia. Oleh karena itu diperlukan langkah kerja yang serius untuk mengoptimalkan sumber daya yang ada dalam rangka memenuhi kebutuhan pangan dalam negeri.

Padi merupakan salah satu tanaman pangan penting di dunia termasuk Indonesia. Tingginya tingkat konsumsi nasi menyebabkan pemuliaan padi terus berkembang untuk meningkatkan kultivar unggul untuk memenuhi kebutuhan penduduk. Berbagai metode terus dikembangkan para pemulia untuk mempercepat perakitan kultivar unggul. Metode yang telah dikenal selain metode konvensional antara lain teknik introgresi, Marker Assisted Selection (MAS), dan teknik kultur antera. Di antara berbagai metode yang ada, teknik kultur antera merupakan salah satu teknik yang dikenal cepat, mudah, dan murah sehingga menjadi salah satu alternatif yang sering digunakan oleh para pemulia padi.

Pemuliaan padi secara sistematis baru dilakukan sejak didirikannya IRRI di Filipina sebagai bagian dari gerakan modernisasi pertanian dunia yang dijuluki sebagai Revolusi Hijau. Sejak saat itu muncullah berbagai kultivar padi dengan daya hasil tinggi untuk memenuhi kebutuhan pangan dunia.

Hadirnya bioteknologi dan rekayasa genetika pada tahun 1980-an memungkinkan perbaikan kualitas nasi. Selain perbaikan potensi hasil, sasaran pemuliaan padi mencakup pula tanaman yang lebih tahan terhadap berbagai organisme pengganggu tanaman (OPT) dan tekanan (stres) abiotik (seperti kekeringan, salinitas, dan tanah masam). Pemuliaan yang diarahkan pada peningkatan kualitas nasi juga dilakukan, misalnya dengan perakitan kultivar mengandung karoten (provitamin A).

Salah satu faktor penentu keberhasilan program pemuliaan tanaman padi dalam rangka peningkatan produksi dan toleransi pola pewarisan sifat. Informasi tentang pola pewarisan sifat merupakan dasar untuk menetapkan metode pemuliaan tanaman yang akan digunakan untuk merakit kultivar padi sawah yang toleran terhadap cekaman lingkungan yang ekstrim, misalnya saja suhu.

Ilmu Pemuliaan Pada Tanaman Padi

Pemuliaan tanaman adalah usaha-usaha yang dilakukan untuk mengubah susunan genetik tanaman, baik individu maupun secara bersama-sama (populasi) dengan tujuan tertentu. Pemuliaan tanaman kadang-kadang disamakan dengan penangkaran tanaman, kegiatan memelihara tanaman untuk memperbanyak dan menjaga kemurnian, pada kenyataannya, kegiatan penangkaran adalah sebagian dari pemuliaan. Selain melakukan penangkaran, pemuliaan berusaha memperbaiki mutu genetik sehingga diperoleh tanaman yang lebih bermanfaat.

Pengetahuan mengenai perilaku biologi tanaman dan pengalaman dalam budidaya tanaman merupakan hal yang paling menentukan keberhasilan usaha pemuliaan, sehingga buku-buku teks seringkali menyebut pemuliaan tanaman sebagai seni dan ilmu memperbaiki keturunan tanaman demi kemaslahatan manusia. Di perguruan tinggi, pemuliaan tanaman biasa dianggap sebagai cabang agronomi (ilmu produksi tanaman) atau genetika terapan, karena sifat multidisiplinernya.

Aplikasi kultivar unggul padi dan gandum merupakan salah satu komponen penting dalam Revolusi Hijau, suatu paket penggunaan teknologi modern secara massal untuk menggenjot produksi pangan dunia, khususnya gandum roti, jagung, dan padi. Dilihat dari sudut pandang agribisnis, pemuliaan tanaman merupakan bagian dari usaha perbenihan yang menempati posisi awal/hulu dari keseluruhan mata rantai industri pertanian.

Tujuan dalam program pemuliaan tanaman didasarkan pada strategi jangka panjang untuk mengantisipasi berbagai perubahan arah konsumen atau keadaan lingkungan. Pemuliaan padi, misalnya, pernah diarahkan pada peningkatan hasil, tetapi sekarang titik berat diarahkan pada perakitan kultivar yang toleran terhadap kondisi ekstrem (tahan genangan, tahan kekeringan, dan tahan lahan bergaram) karena proyeksi perubahan iklim dalam 20-50 tahun mendatang. Tujuan pemuliaan akan diterjemahkan menjadi program pemuliaan.

Tujuan umum dalam pemuliaan tanaman adalah peningkatan kepastian terhadap hasil yang tinggi dan perbaikan kualitas produk yang dihasilkan. Peningkatan kepastian terhadap hasil biasanya diarahkan pada peningkatan daya hasil, cepat dipanen, ketahanan terhadap organisme pengganggu atau kondisi alam yang kurang baik bagi usaha tani, serta kesesuaian terhadap perkembangan teknologi pertanian yang lain. Hasil yang tinggi menjamin terjaganya persediaan bahan mentah untuk diolah lebih lanjut.

Usaha perbaikan kualitas produk adalah tujuan utama kedua. Tujuan semacam ini dapat diarahkan pada perbaikan ukuran, warna, kandungan bahan tertentu (atau penambahan serta penghilangan substansi tertentu), pembuangan sifat-sifat yang tidak disukai, ketahanan simpan, atau keindahan serta keunikan.

Pengaruh Suhu Ekstrim Pada Tanaman Padi

Tumbuhan harus menyesuaikan diri dengan keadaan habitatnya agar dapat hidup secara efektif. Penyesuaian diri terhadap lingkungan mengakibatkan adanya sifat khas baik secara struktural maupun fungsional yang memberikan peluang agar berhasil dalam lingkungan tertentu. Secara anatomi organ yang menyusun tanaman dapat digunakan untuk mengenal adaptasi tanaman terhadap lingkungan. Sifat ketahanan tanaman terhadap kondisi lingkungan tertentu dapat dihubungkan dengan sifat strukturalnya. Sifat ketahanan struktural dapat diartikan sebagai sifat anatomis dari tumbuhan yang berkaitan dengan kemampuannya beradaptasi dengan lingkungan dalam hal ini adalah suhu.

Toleransi suhu rendah pada tanaman padi merupakan karakter yang penting, yang mana merupakan salah satu masalah yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemuliaan tanaman (Sasaki, 1982). Cekaman suhu rendah pada tanaman padi terjadi selama fase pertumbuhan mulai dari fase perkecambahan hingga pemasakan (Toriyama dan Inoue, 1984). Cekaman suhu rendah diklasifikasikan atas 3 tipe :

  1. Tipe penghambatan tumbuh yaitu keterlambatan pembentukan malai
  2. Tipe malai steril yaitu berkurangnya hasil karena malai hampa akibat cekaman suhu rendah selama fase pembentukan malai hingga pembungaan
  3. Tipe kombinasi keduanya (Toriyama, 1984).

Pemuliaan Tanaman Padi Pada Kondisi Suhu Esktrim

Dasar untuk menetapkan metode pemuliaan tanaman, dalam hal ini adalah padi yang akan digunakan untuk merakit kultivar padi sawah yang toleran terhadap suhu rendah (ekstrim) yang harus dilakukan adalah melakukan seleksi untuk perbaikan sifat yang akan efektif bila ditunjang oleh pengetahuan yang lengkap mengenai pola pewarisan sifat.

Salah satu faktor penentu keberhasilan program pemuliaan tanaman padi dalam rangka peningkatan produksi dan toleransi terhadap cekaman lingkungan adalah teknik seleksi. Toleransi suhu rendah pada tanaman padi merupakan karakter yang penting, yang mana merupakan salah satu masalah yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemuliaan tanaman (Sasaki, 1982). Cekaman suhu rendah pada tanaman padi terjadi selama fase pertumbuhan mulai dari fase perkecambahan hingga pemasakan (Toriyama dan Inoue, 1984).

Parameter genetik lain yang penting dalam pemuliaan adalah heritabilitas. Heritabilitas adalah potensi suatu individu untuk mewariskan karakter tertentu pada keturunannya. Nilai heritabilitas berkisar antara 0 sampai 1. Kegunaan nilai heritabilitas adalah untuk menentukan metoda seleksi yang paling tepat untuk meningkatkan mutu genetik. Seleksi massa merupakan metode yang paling tepat untuk meningkatkan mutu genetik yaitu bagi sifat-sifat yang mempunyai nilai heritabilitas rendah (0-0,1), nilai heritabilitas sedang (0,1-0,3) sampai tinggi (>0,3). Heritabilitas dibagi dua, yaitu:

1. Heritabilitas arti luas/ broad sense heritability (h2bs) adalah ratio dari varians total genotipik terhadap varians fenotipik.

2. Heritabilitas arti sempit dinotasikan sebagai (h2ns) adalah suatu koefisien yang menggambarkan berapa bagian dari keragaman fenotipik total yang disebabkan oleh pengaruh kelompok gen yang beraksi secara aditif. Heritabilitas arti sempit banyak digunakan, karena pengukurannya relatif penting dan bagian varians genetik aditif yang dipindahkan dari parental ke keturunannya.

Heritabilitas suatu karakter perlu diketahui dalam menentukan kemajuan dari seleksi apakah karakter yang tampil melalui fenotipenya banyak dipengaruhi oleh faktor genetiknya atau faktor lingkungannya.

Toleransi terhadap cekaman suhu rendah pada tanaman padi dikontrol oleh dua pasang gen resesif (Sakai, 1946). Shimono et al. (2001) melaporkan bahwa faktor pengendali genetik untuk sifat toleransi terhadap cekaman suhu rendah tidak dikendalikan gen sitoplasma tetapi oleh gen-gen yang terdapat dalam inti. Heritabilitas untuk sifat toleransi terhadap cekaman suhu rendah sangat tinggi pada generasi awal, sehingga peneliti menduga bahwa toleransi terhadap cekaman suhu rendah dikontrol oleh gen-gen dominan dengan pengaruh additif.

HASIL PENELITIAN

Dari hasil pengamatan di lapangan serta kajian oleh beberapa peneliti, tentang pendugaan komponen ragam dan parameter genetik karakter seleksi pada kondisi cekaman suhu rendah, bisa kita ketahui dario tabel di bawah ini :

Dari tabel diatas bisa di jelaskan bahwa nilai heritabilitas yang tinggi mengindikasikan karakter yang meliputi : panjang daun bendera, umur panen, tinggi tanaman, panjang bulu, jumlah anakan, bobot gabah bernas dan panjang malai tersebut kurang dipengaruhi oleh faktor lingkungan, sehingga proses seleksi untuk karakter tersebut dapat dilakukan pada generasi awal. Sedangkan nilai heritabilitas yang rendah sampai sedang menunjukkan penampilan karakter tersebut lebih dipengaruhi kondisi lingkungan, sehingga seleksi hanya akan efektif bila dilakukan pada generasi lanjut.

Besarnya sumbangan ragam aditif terhadap ragam genetik dapat dilihat dari proporsi h2ns dengan h2bs. Jika nilai rasio h2ns dengan h2bs besar, berarti sumbangan ragam aditif terhadap faktor genetik lebih besar dibandingkan dengan ragam dominan. Rasio h2ns/h2bs yang bernilai cukup besar dicapai pada panjang malai, persentase aromatik, bobot gabah bernas, umur berbunga dan persentase gabah bernas. Hal ini menunjukkan bahwa karakter-karakter tersebut lebih dikendalikan oleh gen aditif dibandingkan dengan gen dominan.

Hasil ini sesuai dengan uji skala gabungan yang menunjukkan bahwa ragam genetik lebih dipengaruhi oleh ragam aditif. Menurut Falconer (1981), ragam aditif dapat difiksasi melalui seleksi. Seleksi terhadap karakter yang dikendalikan oleh banyak gen dengan ragam aditif tinggi dilakukan pada generasi awal, sehingga metode seleksi yang sesuai adalah metode bulk atau single seed descent. Derajat dominansi, (H/D), menunjukkan peran gen dominan lebih besar dari gen additif pada karakter tinggi tanaman, panjang daun bendera, umur panen.

Berdasarkan model genetik yang sesuai maka komponen genetik ditentukan berdasarkan uji skala gabungan. Komponen additif [d] memberikan sumbangan yang sangat nyata terhadap karakter persentase aromatik, tinggi tanaman, umur berbunga, umur panen, panjang malai, persentase gabah bernas dan bobot gabah bernas. Komponen dominan [h] memberikan sumbangan yang sangat nyata terhadap karakter persentase aromatik, tinggi tanaman, panjang daun bendera, umur berbunga, umur panen, dan bobot gabah bernas. Komponen dominan x dominan [l] memberikan sumbangan yang sangat nyata pada umur berbunga dan bobot gabah bernas. Nishimura dan Hamamura (1993) melaporkan bahwa gen toleransi cekaman suhu rendah merupakan gen dominan lengkap di mana pewarisan sifat toleransi suhu rendah merupakan karakter kuantitatif. Gen toleransi cekaman suhu rendah merupakan lewat dominan (Shimono, 2001). Pereira (1997) melaporkan  bahwa pewarisan sifat toleransi terhadap cekaman suhu rendah adalah aditif dominan di mana gen pengendali terdapat di dalam inti.

Hasil pengamatan pendugaan komponen genetik beberapa karakter seleksi pada kondisi cekaman suhu rendah bisa dilihat pada tabel berikut ini :

 

Kesimpulan

Pemuliaan tanaman adalah usaha-usaha yang dilakukan untuk mengubah susunan genetik tanaman, baik individu maupun secara bersama-sama (populasi) dengan tujuan tertentu. Tujuan dalam program pemuliaan tanaman didasarkan pada strategi jangka panjang untuk mengantisipasi berbagai perubahan arah konsumen atau keadaan lingkungan.

Toleransi suhu rendah pada tanaman padi merupakan karakter yang penting, yang mana merupakan salah satu masalah yang perlu mendapatkan perhatian khusus dalam pemuliaan tanaman (Sasaki, 1982). Parameter genetik lain yang penting dalam pemuliaan adalah heritabilitas. Heritabilitas suatu karakter perlu diketahui dalam menentukan kemajuan dari seleksi apakah karakter yang tampil melalui fenotipenya banyak dipengaruhi oleh faktor genetiknya atau faktor lingkungannya.

Dari hasil pengamatan di lapangan serta kajian oleh beberapa peneliti, nilai heritabilitas yang tinggi mengindikasikan karakter yang meliputi : panjang daun bendera, umur panen, tinggi tanaman, panjang bulu, jumlah anakan, bobot gabah bernas dan panjang malai tersebut kurang dipengaruhi oleh faktor lingkungan, sehingga proses seleksi untuk karakter tersebut dapat dilakukan pada generasi awal. Sedangkan nilai heritabilitas yang rendah sampai sedang menunjukkan penampilan karakter tersebut lebih dipengaruhi kondisi lingkungan, sehingga seleksi hanya akan efektif bila dilakukan pada generasi lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

 

IRRI. 1986. Rice Genetics. Proceedings of the International Rice Genetic Symposium. Manila, Philipines.

Ma’rufah, Dewi. 2008. Mekanisme Ketahanan, Pola Pewarisan Genetik Dan Screening Pada Varietas Unggul Tahan Hama. Universitas Sebelas Maret.Surakarta.

Nishimura, M ., K. Hamamura. (1993). Diallel analysis  of cool tolerance at the booting stage in rice varieties from Hokkaido. Jpn J Breed 43:557-566.

Pereira, C. R., C.K.M. Sandra, L. C. Federizzi. 1997. Inheritance of rice cold tolerance at the germination stage. rpdacruz@hotmail.com.Diakses pada: 3 Februari 2008.

Sakai, K. 1949. Effects of deep-flood irrigation on grain yield of rice plants in a cool summer year. Agric. Hortic. 24:405–408.

 

Sasaki, 1982. Effect of a low temperature on several characteristics of rice seedlings. Jpn J. Crop Sci. 70(2):226-233.

 

Shimono, H.T., Hasegawa, K. Iwama. 2001. Quantitative expression of developmental processes as a function of water temperature in rice (Oryza sativa L.) under a cool climate. J. Fac. Agric. Hokkaido Univ. 70:29–40.

Silitonga, TS., Ida H.S., Aan A.D., Hakim K.  2003. Panduan Sistem Karakterisasi dan Evaluasi Tanaman Padi. Departemen Pertanian Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Komisi Nasional Plasma Nutfah

 

Toriyama, K., K. Inoue. 1984. The effect of micrometeorological elements on sterility due to cool injury in rice plants: An application of simulation model for the prediction of canopy climate. (In Japanese, with English abstract.) Jpn. J.Crop Sci. 53:387–395.

Yusuf L. Limbongan1, Hajrial Aswidinnoor, Bambang S. Purwoko dan Trikoesoemaningtyas. (2008) Pewarisan Sifat Toleransi Padi Sawah (Oryza sativa L) Terhadap Cekaman Suhu Rendah. (36) (2) 111 – 117 (2008)

 

Anonymous. 2011. Pemuliaan Tanaman. (online). http://gagakijo.blogspot.com/2011/07/pemanfaatan-kultur-antera-pada tanaman.html diakses 13 November 20011

Anonymous. (2011). Pemuliaan Tanaman. (online). http://gunawanmuyat.wordpress.com/2011/02/22/pemuliaan-tanaman/ diakses 13 November 20011

 

 

 

Pendekatan Baru dalam Terapi Gen dengan RNA Therapeutic untuk Pengobatan Penyakit Kanker dan Genetik

Pendekatan Baru dalam Terapi Gen dengan RNA Therapeutic untuk Pengobatan Penyakit Kanker dan Genetik

Irma Mingka (09330147) , Moch. Agus Krisno B.

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Gene therapy is a technique for correcting defective genes responsible for a disease. During this evolving approach to gene therapy is to add normal genes into cells that have abnormalities. Principles of Therapeutic RNA that each gene product (DNA) to produce mRNA which would then be processed into proteins that will function for the replication and propagation of a disease agent. In writing this review there are two types of RNA Therapeutic, which is antisense RNA therapy and therapeutic siRNA (small interfering RNA).

Several studies in vitro RNAi activity has been reported, among others, is inhibiting the formation of cancer cells by inhibiting expression of the mutated Ras genes are commonly found in various types of cancer, the genes of human papilloma virus (HPV) E6 and E7, transcription factors, as well as over-expression of proto-oncogenes (Lucentini, 2004), the Leukemia-associated tyrosine kinase fusion (TEL-PDGFbR) (Chen, 2004). Applications and Concepts antisense RNA and RNAi therapeutics or therapeutic RNA that can silence gene expression work on the stage of post-translational (posttranscriptional gene-silencing) appears as a therapy which is ideal to cope with various diseases.

Keywords: Gene Therapy, Therapeutic RNA, antisense RNA therapy, therapeutic siRNA (small interfering RNA), Cancer

Abstraks

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. Prinsip RNA Therapeutic yaitu setiap produk gen (DNA) akan menghasilkan mRNA yang selanjutnya akan diproses menjadi protein yang akan berfungsi untuk replikasi dan perkembangbiakan suatu agen penyakit. Dalam penulisan kajian ini terdapat dua jenis RNA Therapeutic, yaitu terapi antisense RNA dan terapi siRNA (small interfering RNA).

Beberapa penelitian in vitro aktivitas RNAi yang telah dilaporkan antara lain adalah menghambat pembentukan sel kanker dengan jalan menghambat ekspresi gen Ras yang termutasi yang banyak ditemukan pada berbagai tipe kanker, gen human papilloma virus (HPV) E6 dan E7, factor transkripsi, serta ekspresi berlebihan dari proto-onkogen (Lucentini, 2004), pada Leukemia-associated tyrosine kinase fusion (TEL-PDGFbR) (Chen, 2004). Aplikasi dan Konsep terapi antisense RNA dan RNAi atau RNA therapeutic ini yang bekerja dapat membungkam ekspresi gen pada tahap pasca translasi (posttranscriptional gene-silencing) tampak sebagai suatu terapi yang sangat ideal untuk mengatasi berbagai penyakit.

 

Kata Kunci: Terapi Gen, RNA Therapeutic, Terapi antisense RNA, terapi siRNA (small interfering RNA), Penyakit Kanker


Pendahuluan

Sejak ditemukan bahwa informasi genetik pada semua makhluk hidup ternyata terdapat pada DNA, maka pengetahuan genetika dan biologi molekuler tumbuh dengan sangat pesat. Secara genetika sejumlah penyakit keturunan telah diidentifikasi dan diharapkan gen penyebab dapat diklon dan dikarakterisasi. Dunia pengobatan merasakan keuntungan dengan perkembangan biologi molekuler melalui penemuan cara diagnosis dan penemuan obat. Lebih lanjut, pada masa mendatang diharapkan pengetahuan tentang penyakit pada bidang molekular akan lebih banyak dipahami sehingga akan mempermudah pengobatan atau peningkatan prognosis suatu penyakit.

Pengobatan dengan terapi gen telah berkembang dengan pesat sejak clinical trial terapi ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1990 (Roberts, 2004). 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 ketidak normalan. Pendekatan lain adalah melenyapkan gen abnormal dengan gen normal dengan melakukan rekombinasi homolog. Pendekatan ketiga adalah mereparasi gen abnormal dengan cara mutasi balik selektif, sedemikian rupa sehingga akan mengembalikan fungsi normal gen tersebut. Selain pendekatan-pendekatan tersebut, ada pendekatan lain untuk terapi gen, yaitu mengendalikan regulasi ekspresi gen abnormal tersebut (Holmes, 2003).

Perkembangan terapi gen yang terkini untuk penyakit-penyakit adalah lebih ke arah gagasan mencegah diekspresikannya gen-gen yang jelek atau abnormal, atau dikenal dengan gene silencing. Untuk tujuan gene silencing atau membungkam ekspresi gen tersebut, maka penggunaan RNA jika dibandingkan dengan DNA lebih dimungkinkan, sehingga dikenal istilah RNA therapeutic (Adams, 2005). Suatu studi yang menggemparkan dilaporkan di majalah Nature bulan Mei 2001 yang menunjukkan bahwa RNA dapat membungkam ekspresi gen dengan efektif (Elbashir, 2001). Gagasan terapi gen dengan mereparasi mRNA (messenger RNA) daripada mengganti gen yang cacat berarti menggunakan mekanisme regulasi sel itu sendiri, sehingga efek samping yang merugikan lebih dapat ditekan (Penman, 2002).

Fenomena RNA Therapeutic

Gen adalah suatu sekuens basa spesifik yang menyandikan instruksi mensintesis suatu protein. Walaupun gen mendapatkan perhatian lebih banyak untuk diteliti dan dibahas, namun sesungguhnya protein lah yang mempunyai peran utama dalam melaksanakan fungsi-fungsi kehidupan dan menyusun mayoritas struktur seluler. Jika suatu gen diganggu sehingga menyebabkan protein yang disandikannya menjadi tidak mampu untuk melaksanakan fungsi normalnya, maka akan mengakibatkan suatu cacat genetis.

Salah satu alternatif adalah dengan RNA therapeutic, yaitu memberantas agen penyebab penyakit dengan menggunakan RNA. Prinsipnya adalah sebagai berikut. Setiap produk gen (DNA) akan menghasilkan mRNA yang selanjutnya akan diproses menjadi protein yang akan berfungsi untuk replikasi dan perkembangbiakan suatu agen penyakit. Jika RNA yang akan berikatan dengan mRNA bisa dirancang, otomatis proses mRNA menjadi protein akan terganggu. Akibatnya, protein tidak akan terbentuk sehingga agen penyebab penyakit tidak bisa berkembang biak. Kelebihan terapi RNA adalah tidak menimbulkan respons imun, yang terkadang muncul pada terapi kimia dan terapi menggunakan protein.

Pemikiran terapi RNA muncul pada tahun 1977-an, dimulai dengan penggunaan antisense RNA. Antisense RNA adalah RNA berbenang tunggal (single strain RNA) yang sekuennya berlawanan (complementary) dengan target mRNA. Antisense RNA akan berikatan dengan mRNA sehingga menghambat produksi protein dan perkembangbiakan agen penyakit. Pada saat itu, para ilmuwan sangat optimistis dengan keberhasilan terapi antisense RNA. Begitu juga banyak perusahaan farmasi berminat mengembangkannya. Maka tahun 1980-an adalah masa munculnya istilah “antisense drugs”. Namun aplikasi antisense RNA menemui kendala sehingga sulit diaplikasikan. Kendalanya adalah pada sistem penghantar (delivery system), yaitu sistem untuk mengintroduksi antisense RNA ke dalam sel. Orang pun tidak lagi berharap banyak dengan terapi antisense RNA.Untunglah ada terobosan baru untuk terapi RNA, yaitu dengan menggunakan siRNA (small interfering RNA).

RNA adalah suatu asam ribonukleat yang terdapat dalam alur informasi genetik organisme yang berupa dogma sentral yaitu DNA ditranskripsi menjadi RNA, dan selanjutnya RNA ditranslasi menjadi protein (Dale, 1994; Thenawijaya, 1994). Di dalam sel terdapat tiga jenis RNA yaitu mRNA, tRNA dan rRNA. Diantara ketiga jenis RNA, mRNA dapat dimanfaatkan untuk tujuan tersebut di atas. RNA dalam keadaan normal merupakan untai tunggal, namun pada kenyataannya untai tunggal ini dapat membentuk dupleks dengan membentuk ikatan hidrogen, sebagaimana DNA, jika terdapat untai yang komplemen dalam urutan basa nukleotidanya. Bentuk dupleks RNA akan mengakibatkan terhalangnya proses translasi sehingga sintesis protein terganggu, atau posttranscriptional gene silencing (PTGS), atau gene silencing (Agrawal, 2003).

Gene silencing adalah suatu proses membungkam ekspresi gen yang pada mulanya diketahui melibatkan mekanisme pertahanan alami pada tanaman untuk melawan virus. Alur informasi genetik di dalam sel dari DNA ke RNA dan ke protein disebut sebagai proses ekspresi gen (Dale,1989). Penghambatan proses ekspresi gen dapat dilakukan pada beberapa tahap, diantaranya adalah tahap translasi, yaitu dengan mengganggu proses translasi tersebut pada molekul mRNA. Molekul RNA yang akan ditranslasi mempunyai sekuense di bagian hulu sebagai tempat pengenalan bagi ribosom dalam proses sintesis protein. Ribosom, sebagai mesin pensitesis polipeptida yang kemudian dimodifikasi lebih lanjut menjadi protein, memerlukan situs pengenalan yang terdapat pada mRNA untuk dapat melaksanakan pekerjaannya. Manipulasi pada tahap translasi mRNA yang bertujuan untuk mengatasi suatu penyakit genetis saat ini dikenal dengan istilah antisense RNA, small interfering RNA (si RNA), atau disebut pula RNA interference (RNAi) (Wang, 2004).

Potongan pendek dari duplex RNA atau DNA untai ganda (small interfering RNA atau siRNA) dilaporkan mengakibatkan degradasi RNA-RNA lain di dalam sel yang memiliki sekuens berkesesuaian. Yang lebih terkini lagi adalah ditemukannya lebih kurang empat tahun yang lalu suatu micro RNA (miRNA) yang berperan membungkam ekspresi gen (Pfeffer, et al, 2002). Banyak teori RNA terapeutic yang sangat ideal dan menjanjikan terapi yang ampuh. Namun, bagaimana cara memasukkan molekul RNA ini ke dalam tempat kerjanya, yaitu nucleus. Untuk menghantar molekul RNA diperlukan suatu wahana yang sesuai untuk membawanya ke target sel tertentu. Wahana paling banyak digunakan dalam terapi gen adalah virus yang telah dimodifikasi secara genetis sehingga mampu membawa DNA manusia normal. Disamping itu, teknologi penghantaran obat dengan bentuk liposome yang kini juga telah banyak mengalami modifikasi, serta teknologi menggunakan pengenalan reseptor, telah mendukung perkembangan RNA therapeutic  (Ananthaswamy, 2003).

Terapi antisense RNA

Prinsip terapi antisense RNA merupakan pemikiran yang brilian yang sebenarnya mengadopsi kondisi alamiah seperti di dalam mekanisme pertahanan tanaman terhadap virus, dan suatu mekanisme yang sama pada nematoda Caenorhabditis elegans (Pfeffer, 2004). Ketika itu ditemukan suatu RNA untai ganda (double strand RNA = dsRNA) yang menunjukkan kemampuan menghambat ekspresi gen (Lieberman, 2003). Prinsip ini lebih cocok untuk diimplementasikan dalam terapi gen untuk mengatasi penyakit tertentu dimana terjadi ekspresi gen-gen abnormal yang menimbulkan penyakit, seperti misalnya pada penyakit kanker.

Mekanisme kerja antisense RNA adalah sebagai berikut (Dale, 1994; Glick & Pasternak, 1994). Untai RNA yang ditranslasi disebut sebagai untai sense. Sementara itu, untai yang mempunyai sekuens basa nukleotida komplemen dengan untai sense disebut antisense. Jika untai sense berikatan dengan untai antisense membentuk dupleks, maka terjadi pemblokiran proses translasi yang mengakibatkan terjadinya penghambatan ekspresi gen (Penman, 2002). Hal ini dapat terjadi disebabkan ribosom tidak memperoleh akses ke pada nukleotida pada untai mRNA, atau yang dapat pula terjadi adalah disebabkan bentuk duplex RNA sangat mudah terdegradasi oleh enzim pendegradasi ribonukleat, ribonuclease, di dalam sel. Penggunaan metode DNA rekombinan daripada RNA rekombinan, lebih memungkinkan untuk menghantarkan gen sintetis yang menyandikan molekul RNA antisense ke dalam suatu organisme dengan relatif lebih stabil.

Gambar 1. Mekanisme kerja antisense RNA dalam menghalangi ekspresi gen.

Suatu antisense mRNA (aRNA) jika dimasukkan ke dalam sel suatu organisme, maka aRNA akan berikatan dengan mRNA yang ada di dalam sel tersebut sehingga membentuk suatu dupleks (Gambar 1). Terbentuknya dupleks RNA ini akan menyebabkan terjadinya penghambatan ekspresi gen pada tahap translasi. Untuk berlangsungnya proses translasi, selain ribosom sebagai mesin pensintesis protein, maka diperlukan pula mRNA untai tunggal, juga diperlukan tRNA yang membawa asam amino-asam amino, serta protein protein kecil khusus yang terkandung di dalam ribosom (Thenawijaya, 1994). Sebenarnya sel mengandung gen-gen yang secara alami ditranslasikan menjadi RNA antisense yang mempunyai kemampuan menghalangi translasi gen-gen lainnya di dalam sel (Agrawal, et al., 2003).

Baru-baru ini beberapa kasus ditemukan, dan tampaknya hal ini dapat mewakili metode regulasi ekspresi gen yang lain. Pada tikus dan manusia, gen-gen untuk reseptor insulinlike growth factor 2 receptor (Igf2r) yang diwariskan dari bapak mensintesis suatu RNA antisense yang tampaknya bekerja menghalangi sintesis mRNA Igf2r (Kawasaki & Taira, 2004). Perbedaan dalam ekspresi suatu gen tergantung pada apakah gen tersebut diwariskan atau tidak dari ibu atau dari bapak yang disebut sebagai genomic atau parental imprinting. Dalam praktiknya, terapi gen dengan prinsip antisense tidaklah semudah teorinya. Dimulai dari proses pemasukan molekul RNA antisense ke dalam sistem biologis sel organisme. Molekul ini harus berhadapan dengan kondisi adanya enzim nuklease dimana-mana, baik di dalam sel maupun di dalam sirkulasi darah (Agrawal, et al., 2003).

Untuk menghindari degradasi ini, asam nukleat (dalam hal ini RNA) dimodifikasi secara kimia dengan memodifikasi gugus di dalam struktur asam nukleat. Setelah berhasil mengatasi enzim nuklease, molekul asam nukleat harus mampu menembus sel membran yang merupakan lapisan lemak ganda. Padahal, asam nukleat terbangun atas gugus fosfat sebagai tulang punggungnya yang menghasilkan muatan negatif bersifat hidrofilik. Di dalam sel, asam nukleat harus dialokasikan dengan benar dan tepat ke tempat kerjanya yaitu di nukleus. Namun, sebelum dapat masuk ke dalam nukleus, di dalam sitoplasma sel, asam nuklet terapetik ini harus berhadapan dengan berbagai penghalang. Setelah melalui rintangan rintangan dan masuk ke dalam nukleus dengan menembus pori-pori membran nukleus, belum dapat begitu saja melaksanakan tugasnya.

Seringkali DNA dan RNA nukleus merupakan bentuk yang berlipat secara kompak dan diselubungi oleh protein nukleus. Bahkan, dalam hal RNA, struktur terlipatnya belum begitu banyak dipahami, dan masih sedikit informasi mengenai hal ini, sehingga pada kenyataannya terapi antisense masih merupakan pekerjaan trial and error pada berbagai lokasi dari suatu gen yang dipilih berdasarkan apakah itu pada lokasi awal, pada bagian tengah atau pada bagian lain yang esensial bagi proses ekspresi gen tersebut.

Terapi siRNA (small interfering RNA)

RNA interference (RNAi) merupakan strategi pertahanan kuno yang dimiliki oleh tumbuhan dan invertebrate tingkat rendah untuk melawan infeksi virus dan kerusakan genomik akibat menyisipnya materi genetic asing (Lieberman, 2003). RNAi dapat menghambat ekspresi gen pada sekuens yang spesifik dengan jalan memutus mRNA yang mengandung sekuens pendek yang homolog (kurang lebih 19 basa nukleotida) (Kawasaki & Taira, 2004). Para peneliti yang menekuni molekul RNA telah memberikan hasil menggembirakan bahwa RNAi dapat berlaku juga pada sel mamalia.

RNAi melibatkan dua sistem yang terpisah secara biokmia: (1) sistem yang menghasilkan siRNA, dan (2) sistem yang memungkinkan siRNA berperan sebagai penuntun degradasi mRNA target. Sistem yang pertama adalah enzim yang menghancurkan dsRNA panjang menjadi ds-siRNA, yaitu endonuklease RNase III yang disebut Dicer. Sistem yang kedua adalah kompleks ribonuklease yang memisahkan ds-siRNA menjadi rantai tunggal, dan mengintegrasikan s-siRNA ke dalam kompleks pembungkam gen yang dipicu RNA (atau RISC= RNA-induced silencing complex). Ribonuklease ini berfungsi memberikan determinan spesifisitas yang mengarahkan suatu nuklease memotong mRNA yang berpadanan dengan siRNA. Berdasarkan pemahaman ini, muncul pemikiran mengenai cara-cara menghadirkan siRNA di dalam lingkungan seluler, serta peningkatan efektifitas dan spesifisitas siRNA membungkam mRNA target.

Penelitianin vitro selanjutnya diteruskan dengan penelitian in vivo untuk mengetahui bagaimana mekanisme kerja RNAi tersebut pada sel-sel mamalia. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa RNAi dapat digunakan untuk melindungi mencit dari virus hepatitis (Xia, et al., 2004). Penelitian tentang upaya RNAi untuk mengatasi penyakit-penyakit pada manusia sampai saat ini masih terus dikembangkan. Mekanisme kerja RNAi adalah melibatkan suatu intermediet aktif yang disebut small interfering RNA (siRNA). Molekul siRNA berukuran kecil yaitu hanya 21-25 nukleotida dengan dua nukleotida pada kedua ujung tidak berpasangan. Molekul ini dihasilkan dari hasil kerja suatu enzim Dicer, yaitu suatu ribonuclease dengan energi ATP, yang mengenali dan memotong mRNA yang membentuk dupleks untai ganda menjadi potongan kecil fragmen untai ganda mRNA.

Gambar 2. Mekanisme penghambatan ekpresi gen oleh RNAi.

Selain itu, siRNA juga dihasilkan dari suatu short hairpin RNA, yaitu untai dupleks RNA yang terbentuk dari suatu untai tunggal yang membentuk hairpin (seperti jepit rambut, dengan lengkungan melipat pada salah satu ujungnya) yang juga dipotong oleh Dicer. Oleh enzim helicase, siRNA akan dibuka ikatan hidrogennya sehingga untai antisense dari siRNA yang terbebas dapat bergabung dengan suatu kompleks protein RNA-induced silencing complex (RISC) (Gambar 2). Kompleks tersebut akan mengaktifkan RISC yang semula inaktif, dan kemudian protein ini akan melaksanakan tugasnya bekerja memutus mRNA pada bagian yang mengandung sekuens homolog dengan siRNA (Tang, 2005).

Gambar 3. Mekanisme kerja small interfering RNA (siRNA) dalam menghalangi ekspresi gen.

Berbagai jenis gen dapat dijadikan sebagai target potensial untuk dibungkam ekspresinya oleh siRNA. Hal ini membuka harapan yang menggembirakan tentang penggunaan siRNA dalam dunia pengobatan. Potensi dan spesifisitas siRNA yang besar untuk membungkam ekspresi gen, yaitu 1000 kali lebih besar dibandingkan oligonukleotida antisense, pula menjadi pendukung harapan tersebut. Dibandingkan dengan terapi antibodi, terapi siRNA pembuatannya relatif lebih mudah dan sistem penghantarannya relatif lebih murah pula. Studi in vitro dari RNAi saat ini sedang difokuskan terutama pada terapi infeksi virus dan kanker, dan tampaknya penggunaan klinik awal bagi terapi RNAi nantinya adalah lebih utama kepada kedua penyakit tersebut (Adams, 2005).

Beberapa penelitian in vitro aktivitas RNAi yang telah dilaporkan antara lain adalah menghambat pembentukan sel kanker dengan jalan menghambat ekspresi gen Ras yang termutasi yang banyak ditemukan pada berbagai tipe kanker, gen human papilloma virus (HPV) E6 dan E7, factor transkripsi, serta ekspresi berlebihan dari proto-onkogen (Lucentini, 2004), pada Leukemia-associated tyrosine kinase fusion (TEL-PDGFbR) (Chen, 2004). Yang menjadikan RNAi lebih menarik untuk terus diteliti kemampuan aktivitasnya adalah tingkat spesifisitasnya yang cukup tinggi yang tidak dimiliki oleh inhibtor lain. Disamping itu, RNAi mampu bekerja pada berbagai gen pada waktu bersamaan (Yague, et al., 2004 ; Holmes 2003). Namun, kesuksesan terapi RNAi, sebagimana terapi berbasis materi genetik lain, ditentukan oleh stabilitas sediaan serta teknik penghantaran yang digunakan.

Aplikasi RNA Therapeutic dalam dunia Pengobatan

Konsep terapi antisense RNA dan RNAi atau RNA therapeutic ini yang bekerja membungkam ekspresi gen pada tahap pasca translasi (posttranscriptional gene-silencing) tampak sebagai suatu terapi yang sangat ideal untuk mengatasi berbagai penyakit. Secara teori mekanismenya sederhana, namun pada kenyataannya banyak hal yang masih menjadi kendala dan menjadi pekerjaan penting bagi para peneliti, antara lain kestabilan. Perlu kerja sama para peneliti dengan perusahaan-perusahaan farmasi, sehingga terapi ini bisa dipercepat untuk dapat dimanfaatkan bagi kesehatan seluruh manusia. RNAi memberikan harapan yang lebih menggembirakan dibandingkan antisense RNA dalam dunia pengobatan, salah satunya adalah dalam pengobatan kanker.

Mekanisme dalam aplikasi RNA Therapeutic

Adapun langkah-langkah dalam aplikasi RNA Therapeutic adalah sebagai berikut:

1. Prinsipnya adalah sebagai berikut. Setiap produk gen (DNA) akan menghasilkan mRNA yang selanjutnya akan diproses menjadi protein yang akan berfungsi untuk replikasi dan perkembangbiakan suatu agen penyakit. Jika RNA yang akan berikatan dengan mRNA bisa dirancang, otomatis proses mRNA menjadi protein akan terganggu. Akibatnya, protein tidak akan terbentuk sehingga agen penyebab penyakit tidak bisa berkembang biak.

2. Terapi harus masuk ke dalam sel. Para peneliti telah berusaha untuk merekayasa sistem penghantaran untuk kultur sel. Sebagaimana sistem penghantaran materi genetik yang lain, secara teori penghantaran siRNA dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu (1) introduksi langsung siRNA sinetik ; (2) introduksi suatu plasmid atau virus yang menyandi sekuens gen yang akan memproduksi siRNA yang sesuai. Cara kedua dianggap sebagai cara yang lebih baik karena memberikan efek yang lebih lama.

3. Dengan menggabungkan asam nukleat dengan suatu pembawa yang berfungsi meningkatkan transpor ke dalam sel; atau juga dikemas dalam suatu kapsul lemak, misalnya liposom, yang telah digunakan secara luas untuk transport amfoterisin dan beberapa obat kanker, diharapkan dapat memenuhi keperluan penghantarannya (Ananthaswamy, 2003).

4. Menggunakan suatu sistem penghantar yang sangat menjanjikan, yaitu berupa ligan peptida dari suatu reseptor kompleks enzim serpin yang dibuat membentuk kompleks dengan materi genetik ini, yang mana dapat menghantar ke berbagai sel target (Roberts, 2004).

Terdapat sejumlah area dimana teknologi RNAi dapat diterapkan, yaitu:  (1) Penemuan fungsi gen; (2) Penghambatan aktivitas gen yang terlibat di dalam infeksi penimbulan penyakit infeksi; (3) Penghambatan ekspresi gen-gen yang telah mengalami mutasi dan menimbulkan penyakit; (4) Penghambatan terhadap gen-gen yang terekspresi secara terus-menerus dan yang menimbulkan gangguan seluler, seperti kanker dan persoalan penuaan.

Pengembangan Aplikasi RNA Therapeutic

Dalam bidang kedokteran, sejumlah aplikasi RNAi sedang dikembangkan:

1.   Virus influenza menyerang paling banyak orang, pada saluran pernafasan. siRNA pentarget  gen untuk nucleocapsid atau RNA transcriptase menghilangkan akumulasi mRNA tersebut dan RNA virion. Hal ini memberi peluang kepada penggunaan siRNA sebagai inhibitor infeksi virus Influenza.

2. Di seluruh dunia, hepatitis menjangkiti lebih dari 270 juta orang. Penelitian siRNA pada virus ini, membungkam (80%) mRNA (namun bukan genomic RNA) yang terlibat dalam replikasi HDV. Percobaan yang mirip namun mentarget daerah tidak tertranslasi ujung 5’ genom HCV, hanya dengan  2.5 nM siRNA membungkam replikasi HCV 80%. siRNA juga telah dipakai untuk membungkam ekspresi lamin A/C dan RNA-RNA HCV pada galur sel hepatoma Huh-7, mengurangi produksi RNA HCV 80 kali dalam 4 hari, menghambat produksi virion infektif virus hepatitis C (HCV), sehingga memulihkan 98% sel-sel terinfeksi.

3.  siRNA juga telah digunakan sebagai adjuvant bahan yang meningkatkan respons- dalam pembunuhan sel-sel kanker oleh terapi radiasi dan kemoterapi. Dalam hal ini, siRNA (yang mentarget gen-gen yang terlibat dalam sistem proteksi kerusakan DNA, sehingga menyebabkan sel-sel tersebut menjadi sangat sensitif terhadap radiasi pengion dan alkylating agents) ditransfeksi ke dalam sel-sel yang akan diradiasi dan dikemoterapi.

4.   Demikian pula, siRNA sintetik sedang dikembangkan sebagai obat untuk terapi kanker. Bahkan, siRNA sintetik membungkam p53 mutan, yang perbedaannya hanya satu pasang basah, dan memulihkan fungsi p53 asli, dan memproteksi sel-sel dari instabilitas genom sebagai penyebab ±50% kanker pada manusia. Dan karena begitu spesifik, maka terapi antitumor yang bersifat orang-perorang dapat dikembangkan. Sering pula dalam pengobatan kanker, sel-selnya mengembangkan mekanisme kekebalan terhadap obat kanker. Ekspresi berlebihan Thymidylate synthase adalah salah satu penyebabnya. Pembungkaman (dengan siRNA) terhadap gen ini memulihkan sensitifitas sel-sel kanker terhadap obat kanker (Chen, 2004).

Kajian Religi

Sehat merupakan nikmat Allah yang sering dilupakan manusia. Meskipun dalam islam orang yang sakit dan sabar menjalaninya, akan berguguran dosa-dosanya, namun manusia juga wajib berikhtiar untuk penyembuhan penyakitnya. Meskipun hanya Allah yang akan memberi kesembuhan terhadap segala macam penyakit tetapi manusia juga harus berusaha dengan akal dan ilmunya untuk pengobatan penyakitnya. Sebagaimana dijelaskan dalam firman Allah.

QS. Asy Syuara: 80

Artinya: “Dan apabila aku sakit, Dialah yang menyembuhkan aku”.

QS. Yunus: 57

Artinya: “Hai manusia, sesungguhnya telah datang kepadamu pelajaran dari Tuhanmu dan penyembuh-penyembuh bagi penyakit-penyakit (yang berada) dalam dada dan petunjuk dan rahmat bagi orang-orang yang beriman”.

Dari Ibnu Mas’ud radhiallahu ‘anhu, bahwa Rasulullah Shallallahu ‘alaihi wa sallam bersabda:

“Sesungguhnya Allah Subhanahu wa Ta’ala tidaklah menurunkan sebuah penyakit melainkan menurunkan pula obatnya. Obat itu diketahui oleh orang yang bisa mengetahuinya dan tidak diketahui oleh orang yang tidak bisa mengetahuinya.” (HR. Ahmad, Ibnu Majah, dan Al-Hakim, beliau menshahihkannya dan disepakati oleh Adz-Dzahabi. Al-Bushiri menshahihkan hadits ini dalam Zawa`id-nya).

Manusia merupakan mahkluk yang paling tinggi derajadnya jika dibandingkan mahkluk lain. Hal ini disebabkan manusia memiliki akal. Dengan akalnya manusia mampu mempelajari apa yang ada di alam dan dapat mencari alternatif untuk mengatasi semua masalah yang dihadapinya, termasuk masalah dalam pengobatan penyakit. Kemajuan teknologi dalam pengobatan, termasuk rekayasa genetika dan terapi gen merupakan kemajuan pesat dalam bidang pengobatan yang mampu dicapai manusia dengan akalnya. Diharapkan kemajuan ini dapat berguna untuk kemaslahatan umat manusia dalam menemukan alternatif penyembuhan penyakit.

 

Kesimpulan 

Berdasarkan uraian isi pembahasan di atas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1) Pendekatan terapi gen RNA Therapeutic adalah menambahkan gen-gen normal ke dalam sel yang mengalami ketidaknormalan, dengan prinsip setiap produk gen (DNA) akan menghasilkan mRNA yang selanjutnya akan diproses menjadi protein yang akan berfungsi untuk replikasi dan perkembangbiakan suatu agen penyakit. 2) Aplikasi dan Konsep terapi antisense RNA dan RNAi atau RNA therapeutic ini yang bekerja dapat membungkam ekspresi gen Ras yang termutasi yang banyak ditemukan pada berbagai tipe kanker, gen human papilloma virus (HPV) E6 dan E7, factor transkripsi, serta ekspresi berlebihan dari proto-onkogen (Lucentini, 2004),.

Daftar Pustaka

Adams, A. 2005. RNA Therapeutic enter Clinical Trials, The Scientist.

Agrawal, N., et al. 2003. RNA Interference: Biology, Mechanism, and Applications. Microbiology and Molecular Biology Reviews 67(4).

Ananthaswamy, A. 2003. Undercover Genes Slip into the Brain. NewScientist.com.

Chen, J., et al. 2004. Stable Expression of Small Interfering RNA Sensitizes TEL-PDGFbR to inhibition with imatinib or rapamycin. Journal of Clinical Investigation 113.

Dale, J.W. 1994. Molecular Genetics of Bacteria. 2nd Edition. John Wiley & Sons, Chichester.

Elbashir, S.M. et al. 2001. Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells. Nature 411.

Holmes, B. 2003. Gene therapy may switch off Huntington’s. NewScientist.com.

Kawasaki, H. and Taira, K. 2004. Induction of DNA Methylation and Gene Silencing by short interfering RNAs in human cells. E-pub of print Nature, 1038.

Lieberman, J., et al. 2003. Interfering with Disease: Opportunities and roadblocks to harnessing RNA interferences. TRENDS in Molecular Medicine.

Lucentini, J. 2004. Silencing Cancer. The Scientist 18(17).

Penman, D. 2002. Subtle Gene Therapy Tackles Blood Disorder. NewScientist.com.

Roberts, J.P. 2004. Gene therapy’s Fall and Rise (Again). The Scientist 18(18): 22-24.

Tang, G. 2005. siRNA and miRNA: an insight into RISCs, TRENDS in Molecular Medicine 30(2).

Thenawijaya, M. 1994. Lehninger, Dasar-dasar Biokimia. Jilid 3. Penerbit Erlangga.

Wang, M.B. et al., 2004. On the role of RNA silencing in the pathogenicity and evolution of viroids and viral satellite. Proc Natl Acad Sci 101.

Xia, H. et al. 2004. RNAi suppresses polyglutamine-induced neurodegeration in a model of spinocerebellar ataxia. Nature Methods 10.

Yague, E, et al. 2004. Complete reversal of multidrug resistance by stable expression of small interfering RNAs targeting MDR1E. Gene Therapy 11.


REKAYASA BAKTERI E. coli DALAM PEMBUATAN BAHAN BAKAR (BIOFUEL) MELALUI PENDEKATAN REKOMBINASI DNA

REKAYASA BAKTERI E. coli DALAM PEMBUATAN BAHAN BAKAR (BIOFUEL) MELALUI PENDEKATAN REKOMBINASI DNA

 

ENGINEERING BACTERIA E. coli FUEL IN THE MAKING (BIOFUELS) APPROACH THROUGH RECOMBINATION DNA

Faiqotul Himmah (09330142)/ 5c, emai:faiqbeautyumm@yahoo.com, cp: 085730330486

Abstract

E. coli is widely used in genetic engineering technology. Usually used as a vector to insert specific genes are desired to be developed. Biofuels can be made from organic materials that could be developed quickly. Two big players in the market are biodiesel and bioethanol liquid oils are made ​​from living organisms, like plants and animals. Consideration rather than fossil fuels, biofuels are renewable energy sources and sustainable. Recombinant DNA is a technique to make new DNA structure by inserting pieces of foreign DNA into the DNA of the organism to produce recombinant DNA molecules are active. Bacteria E. coli is used to increase the production of fatty acids through recombination of DNA by inserting the DNA of plants through a lot of produce or produce fatty acids in bacterial plasmids E. coli, then cleavage of the bacteria will accelerate the production of fatty acids, then the bacteria will be extracted to take their fatty acid and a process of chemical reactions that eventually become products of fuel (biofuel) that are environmentally friendly and reduce consumption of fossil fuels can not be recycled.

Keys word: E. Coli, Biofuel, Recombination DNA

 

Abstrak

E. coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetika. Biasa digunakan sebagai vektor untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan untuk dikembangkan. Biofuels dapat dibuat dari bahan-bahan organik yang bisa dikembangkan secara cepat. Dua pemain besar di pasaran adalah biodiesel dan bioethanol minyak cair yang terbuat dari organisme hidup, seperti tanaman dan hewan. Pertimbangannya daripada bahan bakar fosil, biofuel adalah sumber energi yang bisa diperbaharui dan berkelanjutan. DNA rekombinan adalah sebuah teknik membuat susunan DNA baru dengan cara menyisipkan potongan DNA asing ke dalam DNA organisme sehingga menghasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Bakteri E. coli digunakan  untuk meningkatkan produksi asam lemak melalui rekombinasi DNA dengan menyisipkan DNA tumbuhan melalui yang banyak memproduksi atau menghasilkan asam lemak pada plasmid bakteri E. coli, kemudian pembelahan bakteri akan mempercepat produksi asam lemak, selanjutnya bakteri akan di ekstrak untuk mengambil asam lemaknya dan dilakukan proses reaksi kimia sehingga akhirnya menjadi produk bahan bakar (biofuel) yang ramah lingkungan dan mengurangi konsumsi bahan bakar fosil yang tidak bisa di daur ulang.

Kata Kunci: E. coli, Bahan bakar (Biofuel), Rekombinasi DNA

 

 

 


  1. A.  Bakteri E. coli

Bakteri Gram negatif, Escherrichia coli, penghuni alami saluran pencernaan manusia

Escherichia coli, atau biasa disingkat E. coli, adalah salah satu jenis spesies utama bakteri gram negatif. Pada umumnya, bakteri yang ditemukan oleh Theodor Escherich ini dapat ditemukan dalam usus besar manusia. Kebanyakan E. Coli tidak berbahaya, tetapi beberapa, seperti E. Coli tipe O157:H7, dapat mengakibatkan keracunan makanan yang serius pada manusia yaitu diare berdarah karena eksotoksin yang dihasilkan bernama verotoksin. Toksin ini bekerja dengan cara menghilangkan satu basa adenin dari unit 28S rRNA, sehingga menghentikan sintesis protein. Sumber bakteri ini contohnya adalah daging yang belum masak, seperti daging hamburger yang belum matang. E. Coli yang tidak berbahaya dapat menguntungkan manusia dengan memproduksi vitamin K2, atau dengan mencegah baketi lain di dalam usus.

E. coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetika. Biasa digunakan sebagai vektor untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan untuk dikembangkan. E. coli dipilih karena pertumbuhannya sangat cepat dan mudah dalam penanganannya. Negara-negara di eropa sekarang sangat mewapadai penyebaran bakteri E.Coli ini, mereka bahkan melarang mengimpor sayuran dari luar.

Ajaran untuk mempelajari hal-hal yang terkecil tercantum dalam surat Al-Baqarah Ayat: 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.

Selain pada surat Al-Baqarah ayat 164 juga terdapat dalam surat Al-Furqan.

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

Dalam surat tersebut Allah menjelaskan bahwa dimuka bumi terdapat berbagai jenis hewan dari ukuran mikro sampai dengan ukuran makro. Sesungguhnya dari hewan yang berukuran mikro tersebut terjadi berbagai proses kehidupan yang bermanfaat bagi lingkungan sekitarnya.

 

B. Bahan Bakar (BIOFUEL)

Bahan bakar hayati atau biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester; dan energi dari hutan (menghasilkan kayu dari tanaman yang cepat tumbuh sebagai bahan bakar).

Biofuel menawarkan kemungkinan memproduksi energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfir karena berbagai tanaman yang digunakan untuk memproduksi biofuel mengurangi kadar karbondioksida di atmosfir, tidak seperti bahan bakar fosil yang mengembalikan karbon yang tersimpan di bawah permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Dengan begitu biofuel lebih bersifat carbon neutral dan sedikit meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfir (meski timbul keraguan apakah keuntungan ini bisa dicapai di dalam prakteknya). Penggunaan biofuel mengurangi pula ketergantungan pada minyak bumi serta meningkatkan keamanan energi.

Biofuels dapat dibuat dari bahan-bahan organik yang bisa dikembangkan secara cepat. Dua pemain besar di pasaran adalah biodiesel dan bioethanol minyak cair yang terbuat dari organisme hidup, seperti tanaman dan hewan. Pertimbangannya daripada bahan bakar fosil, biofuel adalah sumber energi yang bisa diperbaharui dan berkelanjutan, juga salah satu dari sedikit teknologi yang menggantikan penggunaan bahan bakar minyak pada untuk transportasi.

C. DNA Rekombinan

DNA rekombinan adalah sebuah teknik membuat susunan DNA baru dengan cara menyisipkan potongan DNA asing ke dalam DNA organisme sehingga menghasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Dan pada saat organism tersebut membelah diri molekul DNA rekombinan tersebut ikut bereplikasi. Sebenarnya pada tahun 1973 telah muncul dan dikembangkan teknik untuk mengisolasi dan menggabungkan potongan-potongan DNA yang tak sama sehingga dapat dihasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Teknik ini memungkinkan adanya isolasi, manipulasi, dan produksi dalam jumlah besar ruas DNA apa saja yang diinginkan dari tipe sel apa saja. Pada pokoknya sel-sel bakteri semacam itu telah menerima gen asing dan merupakan organisme baru. Sifat serta kemampuannya bias sangat berbeda dari inang maupun donornya.

Proses rekombinasi DNA diawali dengan enzim endonuklease restriksi yang memotong susunan DNA. Potongan DNA tersebut biasanya mengandung beberapa gen dari kromosom tipe apapun. Tumbuhan, hewan, bakteri  ataupun virus. Potongan-potongan ini mempunyai ujung yang lengket atau kohesif yang akan dengan mudah digabungkan secara perpasangan basa pada daerah-daerah berutasan tunggal dengan utasan-utasan DNA lain. Dengan cara ini, fragmen-fragmen yang diperoleh dari kromosom sel apapun atau virion dapat disambungkan ke plasmid atau genom fage dengan bantuan enzim lain, seperti polinukleotide ligase. Intinya sel-sel bakteri seperti itu telah menerima gen asing dan merupakan organisme batu yang sifatnya dapat amat berbeda dengan inang maupun donornya. Sehingga saat mereka memperbayak diri, komponen DNA tersebut ikut juga tereplikasi.

 

D. Aplikasi Rekayasa Bakteri E. coli Pada Pembuatan Bahan Bakar (Biofuel)

Peneliti dari pusat penelitian bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI),Yopi, mengatakan pada pembuatan biofuel konvensional, bakteri berperan sebagai perombak susunan struktur kimiawi dari biomassa sehingga dapat dikonversi menjadi bahan bakar hayati.”Misalkan pada tumbuhan pati, agar dapat menjadi etanol, maka susunannya direkayasa dengan penambahan bakteri perombak,” jelasnya.Meski cukup efektif menghasilkan etanol, proses tersebut memakan waktu lama dan menghabiskan dana besar.

Menurut Dwi Sulistyaningsih, peneliti dari pusat penelitian bioteknologi LIPI, untuk dapat menciptakan biofuel murni yang memiliki titik nyala 70 hingga 80 persen, dibutuhkan proses penyulingan lebih dari empat kali. ”Umumnya, dalam satu kali penyulingan menggunakan mikroba hanya menghasilkan 40 sampai 60 persen etanol,” ujarnya. Proses yang panjang itulah yang coba dipangkas agar tercapai efisiensi.Salah satu caranya ialah dengan memanfaatkan E.coli yang bukan ditujukan sebagai bakteri perombak asam lemak nabati pada tumbuhan, tetapi sebagai sumber asam . lemak untuk biodiesel.

Asam lemak merupakan sebuah molekul kaya energi yang ditemukan dalam minyak tumbuhan dan hewani. Dari temuan DOE, E.coli dapat secara natural menyintesis-kan asam lemak dan relatif mudah untuk diubah secara genetik. Hal itu membuat bakteri temuan Theodor Escherich tersebut menjadi mikroorganisme ideal untuk penelitian biofuel. Bekerja sama dengan Eric Steen, ahli biologi JBEI, Keasling menggunakan reaksi biokimia untuk memproduksi struktur biodiesel, alkohol, dan lilin langsung dari ekstrak E.coli.

 

E. Proses Pembuatan BIOFUELS Melalui Pendekatan Rekombinasi DNA dengan Bakteri  E. coli

 

 

 

 

 

 

 

 
Proses pembuatan biofuels melalui pendekatan rekombinasi DNA yaitu Bakteri E. coli digunakan  untuk meningkatkan produksi asam lemak dengan menyisipkan dna tumbuhan yang banyak memproduksi atau menghasilkan asam lemak pada plasmid bakteri E. coli, kemudian pembelahan bakteri akan mempercepat produksi asam lemak, selanjutnya bakteri akan di ekstrak untuk mengambil asam lemaknya dan dilakukan proses reaksi kimia sehingga akhirnya menjadi produk bahan bakar (biofuel) yang ramah lingkungan dan mengurangi konsumsi bahan bakar fosil yang tidak bisa di daur ulang.

E. Kesimpulan

       Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa: Escherichia coli, atau biasa disingkat E. coli, adalah salah satu jenis spesies utama bakteri gram negatif. Pada umumnya, bakteri yang ditemukan oleh Theodor Escherich ini dapat ditemukan dalam usus besar manusia. E. coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetika. Biasa digunakan sebagai vektor untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan untuk dikembangkan. Biofuels dapat dibuat dari bahan-bahan organik yang bisa dikembangkan secara cepat. Dua pemain besar di pasaran adalah biodiesel dan bioethanol minyak cair yang terbuat dari organisme hidup, seperti tanaman dan hewan. Pertimbangannya daripada bahan bakar fosil, biofuel adalah sumber energi yang bisa diperbaharui dan berkelanjutan. DNA rekombinan adalah sebuah teknik membuat susunan DNA baru dengan cara menyisipkan potongan DNA asing ke dalam DNA organisme sehingga menghasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Bakteri E. coli digunakan  untuk meningkatkan produksi asam lemak melalui rekombinasi DNA dengan menyisipkan DNA tumbuhan melalui yang banyak memproduksi atau menghasilkan asam lemak pada plasmid bakteri E. coli, kemudian pembelahan bakteri akan mempercepat produksi asam lemak, selanjutnya bakteri akan di ekstrak untuk mengambil asam lemaknya dan dilakukan proses reaksi kimia sehingga akhirnya menjadi produk bahan bakar (biofuel) yang ramah lingkungan dan mengurangi konsumsi bahan bakar fosil yang tidak bisa di daur ulang.

E. Referensi

 

Campbell, J. (1988) Eukaryotic DNA replication: yeast bares its ARSs. Trends Biochem. Sci. 13,212-217.

Echols, H. & Goodman, M.F. (1991) Fidelity mechanisms in DNA replication. Annu. Rev. Biochem. 60, 477-511.

Kornberg, A. & Baker, T.A. (1991) DNA Replication, 2nd edn, W.H. Freeman and Company, New York.

Kucherlapati, R. & Smith, G.R. (eds) (1988) Ge-netic Recombination, American Society of Microbiology, Washington, DC.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Biofuel.png

http://wartapedia.com/tekno/terapan/2290- Biofuel-bahan-bakar-alternatif-pengganti-minyak-bumi.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Biofuel

http://biofuelindonesia.blogspot.com/

http://bebas.ui.ac.id/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Biologi/0153%20Bio%203-7e.htm

http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/dasar-tek-dna-rek/

http://rudi-febryanto.blogspot.com/2010/10/tugas-makalah-analisis-dan-rekombinan.html

http://download.fa.itb.ac.id/filenya/handout%20kuliah/bioteknologi%20farmasi/prinsip%20teknologi%20dna%20rekombinan%202010.pdf