a. Bidang Rekayasa Genetika
II. Aplikasi RNA dalam Berbagai Bidang Kehidupan
Jenis aplikasi RNA yang dapat diterapkan meliputi berbagai bidang dalam kehidupan di bawah ini:
a. Terapan Kimia (Rybozime)
Katalis natural yang terbuat dari RNA ditemukan pada awal tahun 1980an. Setelah penemuan ini, mulai dikembangkan enzim buatan dari asam nukleat yang terbuat dari RNA atau DNA. Ribozymes dan deoxyribozymes buatan yang telah teridentifikasi melalu seleksi in vitro dan cakupan katalis asam nukleat saat ini menjadi lebih luas. penelitian terkait ribozymes dan deoxyribozyme buatan dapat menyediakan dasar pemikiran terkait fungsi katalis asam nukleat. Sebagai tambahan, enzim asam nukleat buatan dipakai secara luas baik dalam bidang kimia analitik maupun biologi.
Dua enzim ini sudah diaplikasikan untuk menganalisis dalam bidang biologi, biokimia, dan kimia, bidang nanotechnology , dan komputasi molekular. Rekayasa signaling ribozyme secara in vitro digunakan untuk sensor analitik. Latar belakangnya karena deteksi analit adalah motivasi untuk melakukan riset.
Banyak usaha yang berfokus untuk menjadikan enzim asam nukleat sebagai sensor. Salah satu usaha yang paling produktif adalah dengan mengkombinasikan in vitro dengan design rasional untuk menciptakan enzim asam nukleat alosterik. Katalis RNA ini mungkin memiliki aplikasi farmasi. Sebagai contoh, ribozyme telah dirancang untuk RNA HIV. Jika ribozyme seperti yang dibuat oleh sel, semua partikel virus masuk akan memiliki genom RNA yang dipegang oleh ribozyme, yang akan mencegah infeksi.
b. Bidang Medis
1. Terapi Gen oleh RNA
RNA adalah suatu asam ribonukleat yang terdapat dalam alur informasi genetik organisme yang berupa dogma sentral dari DNA > RNA > Protein, yaitu DNA di translasi menjadi RNA, dan selanjutnya RNA ditranslasi menjadi protein. Dari ketiga jenis RNA, jenis RNA yang dapat digunakan dalam terapi gen adalah mRNA. RNA dalam keadaan
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. Gene silencing adalah suatu proses membungkam ekspresi gen yang pada mulanya diketahui melibatkan mekanisme pertahanan alami tanaman untuk melawan virus. Penghambatan proses ekspresi gen dapat dilakukan pada beberapa tahap, diantaranya adalah tahap translasi,
yaitu dengan mengganggu proses translasi dari tersebut pada molekul mRNA. Molekul RNA yang akan ditranslasi mempunyai sequence di bagian hulu sebagai tempat pengenalan ribosom dan proses sintesis protein. Ribosom, sebagai mesin pensintesis polipeptida yang kemudian dimodifikasi menjadi protein, memerlukan situs perkenalan pada mRNA untuk dapat melaksanakan pekerjaannya. Manipulasi pada tahap translasi mRNA bertujuan untuk mengatasi suatu penyakit genetis. Potongan pendek dari dupleks RNA diketahui dapat mengakibatkan degradasi terhadap RNA lainnya yang memiliki sekuens berkesesuaian.
2. Dunia Farmasi
Aktivator Plasminogen Jaringan (Tissue Plasminogen Activator-TPA)
Aktivator ini muncul secara alamiah ketika terjadi luka yang membuat aliran darah dalam tubuh bermasalah dan memicu untuk mengaktifkan aktivator plasminogen jaringan. Turunan TPA adalah obat trombolitik yang paling sering digunakan terutama untuk gumpalan darah di koroner dan pembuluh darah serebral, karena kekhususannya mengaktifkan plasminogen yang terikat di fibrin. Namun, pengembangan produk ini sangat mahal, pasarnya relatif terbatas, dan harga produk menjadi mahal. Aktivator plasminogen jaringan dikode oleh gen plat yang berlokasi di kromosom 8.
Protein yang dihasilkan membantu melarutkan darah yang membeku dan menurunkan risiko serangan jantung berikutnya jika diberikan sesegera mungkin setelah serangan pertama. Dalam sistem pembekuan darah, TPA berfungsi untuk mengkatalis perubahan plasminogen menjadi plasmin. TPA digunakan pada pengobatan penyakit-penyakit yang terdapat penggumpalan darah, seperti emboli paru, infark myocard , dan stroke. Aktivator ini hanya berfungsi untuk daerah peredaran darah dan organ yang memiliki aliran darah.
Agar penggunaannya efektif dalam pengobatan stroke iskemia, TPA harus digunakan sesegera mungkin setelah muncul gejala. Menurut pedoman, TPA digunakan secara intravena pada 3 jam pertama setelah muncul gejala, karena lebih dari itu mungkin efek sampingnya akan lebih besar daripada manfaatnya. Mekanisme kerja aktivator ini adalah dengan cara memecah satu rantai plasminogen menjadi dua rantai yang dihubungkan oleh ikatan disulfida dan menghasilkan senyawa yang disebut plasmin. Peningkatan aktivitas enzim ini berakibat hiperfibrinolisis yang manifestasinya adalah pendarahan hebat.
Aktivator plasminogen jaringan juga berperan pada migrasi sel dan perubahan jaringan. TPA lebih disukai sebagai agen trombolitik terutama untuk melarutkan gumpalan di koroner dan pembuluh darah serebral. Perlu diingat bahwa efektivitas obat trombolitik bergantung pada umur gumpalan. Gumpalan yang lebih lama memiliki fibrin yang berhubungan silang dan lebih padat. Oleh karena itu, gumpalan lebih sulit dilarutkan.
Gambar 5.
Mekanisme Kerja Antisense RNA sumber: staff.ui.ac.id/system/filesc. Pertanian
1. Meningkatkan Kualitas Pertanian
Saat ini, konsumsi dan permintaan manusia akan susu, buah, dan sayur-sayuran yang berkualitas dan dalam jumlah banyak semakin meningkat. Oleh sebab itu, digunakan rekayasa genetik pada tanaman dan hewan agar memenuhi kebutuhan tersebut dalam waktu cepat.
Dengan menggunakan metode DNA rekombinan dapat dihasilkan produk berupa vaksin, antibodi dan hormon pertumbuhan yang dapat meningkatkan produksi susu, bobot daging ternak, buah-buahan, dan sayur-sayuran. Selain itu, hal ini juga dapat dimanfaatkan untuk memperbesar ukuran sayur-sayuran, buah-buahan, hewan ternak ataupun ikan dalam waktu yang singkat.
Sapi perah dapat disuntik dengan hormon pertumbuhan sapi (BGH- Bovine Growth Hormone), yang dibuat dari E. coli untuk menaikkan produksi susu (biasanya meningkatkan sekitar 10%) dan bobot daging sapi ataupun ternak yang lain.
Tanaman transgenik merupakan tanaman yang mengandung sebuah atau banyak gen yang telah disisipkan secara artifisial (bukan melalui penyerbukan). Sekuen gen yang disisipkan (dikenal sebagai transgen) dapat berasal dari dari jenis tanaman lain yang tidak berhubungan ataupun dari spesies yang sama sekali berbeda, contohnya jagung Bt transgenik yang mengandung gen dari suatu bakteri sehingga mampu menghasilkan insektidanya sendiri. Tanaman-tanaman yang mengandung transgen seringkali disebut sebagai Genetically Modified Crops (GMC).
Para breeder tanaman biasanya berusaha untuk mengaplikasikan beberapa macam kombinasi gen pada tanamannya dengan tujuan agar tanamannya tersebut memiliki produktivitas setinggi mungkin. Bergantung pada lokasi dan tujuan dari penanaman tanaman, kombinasi gen yang diinginkan dapat menawarkan berbagai fitur semacam peningkatan produktivitas atau pengingkatan kualitas, ketahanan terhadap hama, ketahanan terhadap suhu tinggi ataupun rendah, dll.
Sebelum teknologi tanaman transgenik ini ditemukan, para breeder tanaman harus melakukan penyilangan (penyerbukan silang) terhadap tanaman-tanamannnya secara manual. Salah satu kekurangan dari teknik penyilangan adalah penyilangan tersebut tidak boleh dilakukan secara sembarangan, jenis tanaman yang akan disilangkan haruslah tanaman yang memiliki hubungan kekerabatan. Hal tersebut tentunya sangat memakan waktu dan tenaga. Pada sekitar tahun 1980an, ditemukanlah teknologi penyisipan gen pada tanaman yang kemudian dikenal dengan sebutan teknologi transgenik. Teknologi transgenik tersebut memungkinkan para breeder tanaman untuk menyisipkan berbagai gen dari berbagai jenis makhluk hidup pada tanamannya. Teknologi transgenik ini dapat dilakukan tidak lain berkat keberadaan DNA yang secara universal ada pada sel seluruh makhluk hidup.
Dalam implementasinya, teknologi transgenik pada tanaman ini dilakukan melalui beberapa tahapan sebagai berikut. Tahap pertama yang harus adalah mengidentifikasi dan melokasikan gen-gen yang mengekspresikan karakteristik penting bagi tanaman. Proses identifikasi dan pelokasian ini merupakan proses yang cukup sulit karena untuk mengidentifikasi karakteristik yang diekspresikan oleh suatu gen, seorang peneliti harus terlebih dahulu memahami bagaimana regulasi dari gen tersebut, efek yang mungkin ditimbulkan gen tersebut pada tanaman yang akan disisipkan nantinya, dan bagimana gen tersebut berinteraksi dengan gen-gen aktif lainnya. Setelah kita berhasil mengidentifikasi gen yang hendak kita sisipkan, langkah berikutnya adalah mengisolasi dan mengkloning gen tersebut dalam vektor bakteri.
Tahap kedua, gen yang tadi telah diisolasi dan dikloning dalam vektor bakteri harus menjalani beberapa tahapan modifikasi sebelum dapat secara efektif disisipkan pada tanaman. Adapun tahapan-tahapan modifikasi tersebut antara lain: tahap insersi sekuen promotor yang ditujukan sebagai tombol on/off yang mengontrol kapan dan pada bagian tumbuhan mana gen akan diekspresikan (promotor yang biasanya digunakan adalah CaMV35S yang berasal dari virus mosaik pada kembang kol), tahap modifikasi lanjutan yang ditujukan untuk meningkatkan ekspresi gen pada tanaman nantinya, tahap penyisipan sekuen terminasi yang berfungsi mengirimkan sinyal ke cellular machinery bahwa akhir dari transgen telah tercapai, dan tahap penambahan gen penanda yang
berfungsi untuk mengidentifikasi sel-sel atau jaringan-jaringan tanaman yang telah berhasil mengintegrasi transgen. Berikut ini adalah ilustrasi transgen (gen yang akan disisipkan) setelah melalui keempat tahapan modifikasi.
Tahap ketiga, setelah didapatkan transgen yang telah termodifikasi maka prosedur penyisipan transgen ke dalam tanaman dapat dilaksanakan. Terdapat dua jenis metode yang dapat digunakan dalam prosedur penyisipan transgen ini, yaitu: metode Gene Gun (metode biolistic ) dan metode Agrobacterium. Dari kedua jenis metode tersebut, metode Agrobacterium adalah metode yang paling sering digunakan karena lebih mudah untuk
dipantau dan dapat diaplikasikan baik pada tanaman dikotil maupun monokotil. Metode ini memanfaatkan bakteri Agrobacterium tumefaciens, yang merupakan bakteria tanah yang memiliki kemampuan untuk menginfeksi sel-sel tanaman dengan sepotong DNAnya, sebagai vektor dari transgen. Dalam sel Agrobacterium tumefaciens, DNA terkandung dalam kromosom bakteri dan juga pada struktur Ti-plasmid. Ti-plasmid mengandung seuntai T-DNA yang akan ditransfer ke sel tanaman melalui proses infeksi dan sederet gen virulens yang berfungsi mengarahkan proses infeksi.
Agrobacterium tumefaciens hanya dapat menginfeksi sel-sel tanaman melalui luka yang terdapat pada bagian tanaman. Luka yang terdapat pada akar atau batang tanaman akan memberikan sinyal kimia tertentu pada Agrobacterium tumefaciens. Sinyal kimia tersebut akan direspon dengan aktifnya gen virulens Agrobacterium tumefaciens kemudian akan mengarahkan proses infeksi untuk mentransfer T-DNA dari Ti-plasmid ke kromosom tanaman. Dalam metode transgenik Agrobacterium, posisi T-DNA ditukar dengan transgen yang hendak disisipkan ke dalam tanaman.
Tahap keempat, setelah prosedur penyisipan transgen telah berhasil dilakukan maka selanjutnya dilakukan proses pemilihan jaringan-jaringan tanaman yang berhasil bertransformasi dan berintegrasi dengan transgen. Jaringan-jaringan tanaman tersebut kemudian diletakkan pada medium selektif yang mengandung antibiotik atau herbisida. Kemudian, jaringan-jaringan tanaman tersebut akan melalui tahapan regenerasi untuk menjadi tanaman seutuhnya pada lingkungan laboratorium yang terkontrol. Pada tahapan regenerasi ini, hanya jaringan tanaman yang mampu berintegrasi dengan transgenik lah yang mampu bertahan.
III. Kesimpulan
Asam nukleat terbagi menjadi dua, yaitu asam ribonukleat (RNA) dan asam deoksiribonukleat (DNA). Asam nukleat terdiri dari monomer nukleotida yang memiliki komponen penyusun, berupa gugus fosfat, basa nitrogen, dan gula pentosa. Kombinasi antara basa nitrogen dengan ribosa menghasilkan nukleosida yang bervariasi yang dapat diaplikasikan ke dalam berbagai bidang kehidupan manusia yang meliputi bidang rekayasa genetika, medis, hukum,