ERA BI OTEKN OLOGI M OD EREN D AN PERAN AN N YA D ALAM KEH I D UPAN
M I ZAW ARTI , S.Si
PROGRAM STUD I BI OLOGI
FAKULTAS M ATEM ATI KA D AN I LM U PEN GETAH UAN ALAM UN I V ERSI TAS SUM ATERA UTARA
I . Pe n da h u lu a n
Makhluk hidup m em iliki t at anan st ukt ural dan fungsional yang sangat efisien dan efekt if da1am m elangsungkan t ugas- t ugas unt uk m enunj ang dan m em apankan preses hidup. Dalam skala k ecil, sel sebagai unit st uk t ural dan fungsional t erkecil k ehidupan sudah m am pu m em perlihat k an ciri- ciri sebagai m ak hluk hidup. Dalam skala besar y ait u populasi, k om unit as, dan bosfer. Masing - m asing indiv idu m ak hluk hidup m enunj ukkan kem am puan m andiri saling t ergant ung secara m engunt ungkan k arena adany a perim bangan sat u t erhadap y ang lain sepert i y ang t elah diat ur oleh alam . Dalam hal ini m akhluk hidup secara inheren m em iliki sifat - sifat self regulat ion ( m engat ur diri sendiri) , self perugulat ion ( berk em bang biak sendiri) , self cont ained ( m em ecahkan m asalah sendiri ) dalam m elangsungkan proses hidup bersam a.
Organism e hidup dalam lingk ungan y ang selalu berubah, m erek a m am pu m engim bangi perubahan lingkungan dengan m enggunakan st rat egi variabilit as ( k eragam an) genet ik a. Charles Darw in m ent erj em ahk an proses perim bangan t ersebut sebagai perj uangan unt uk hidup dan kelangsungan hidup m akhluk yang paling sesuai.
Dalam pengem bangan ilm u penget ahuan pada t iga dasaw arsa t erak hir, landasan kem am puan proses dan kelangsungan hidup dipaham i m elalui pendekat an hirarki Organisasi Mat eri, yang m enunj ukan bahw a pada hirarki paling dasar t erdapat lebih banyak kesam aan ant ara j enis m akhluk hidup dan m akin keat as m enunj ukkan lebih bany ak k eanekaragam an. Dengan pem aham an ini didapat peluang besar unt uk m em anfaat kan kesam aan guna m engem bagkan rekayasa gen m elalui t eknik rek om endasi DNA. Dengan t ek nik ini, DNA suat u m ak hluk hidup dapat dipindahk an ke m akhluk yang lain j enis, bahkan yang sangat j auh hubungan kekerabat annya. Makhluk rekom binan kem udian m em iliki kem am puan baru dalam m eiangsungkan proses hidup daD bersaing dengan m ak hluk hidup lain. Tek nik rek om binasi DNA m erupak an t ulang punggung pengem bangan biot eknologi baru. Dengan dernikian biot eknologi adalah t eknologi yang m em anfaat kan m akhluk hidup ( agen hayat i) yang t elah direkayasa unt uk m enghasilkan barang dan j asa m em enuhi kesej aht eraan m anusia. Pengem bangan dan perkem bangan biot eknologi t elah am at j auh dew asa ini, dan m anusia sebagai pelak u penerapan ilm u seak an ak an t idak m em puny ai bat as dalam m em anfaat kan m akhluk hidup unt uk m em enuhi kebut uhannya.
I I . Pe n e m u a n D N A
DNA rek om binan y ang dapat disim pan dalam laborat orium . Gen- gen y ang diiisolasikan dengan m et ode dem ikian disebut gen yang dik lon .
Pada pert engahan t ahun 1940- an para penelit i m enem ukan bahw a gen bekerj a m engarahkan sint esa prot ein. Hasil pengarnat an ini m enim bulkan pert any aan filosofis y ang m enarik : Jika gen m engarahkan sint esa prot ein, bisakah m ereka it u adalah prot ein it u sendiri ? Jadi m enj elang pert engahan t ahun 1940- an arab penelit ian t ent ang bahan genet is m ulai beralih dari prot ein k e DNA.
Lalu pada aw al t ahun 1950- an Erw in Chargaff m encat at adanya beberapa k et erat uran dalam k om posisi dasar DNA pada berbagai spesies m ak hluk . I ni m enj adi pendorong bagi para ilm uw an unt uk m erasak an bet apa pent ingny a m engam at i st uk t ur bahan it u. Terut am a t erungk ap bahw a persent ase adenin selalu sam a dengan t im in, dan persent ase guanin selalu sam a dengan cyt osin. Meskipun dem ik ian perbandingan persent ase guanin selalu sam a dengan cyt osin. Meskipun dem ik ian perbandingan pasangan adenin- t im in dengan pasangan guanin- cy t osin bervariasi sek ali ant ara berbagai spesies. Pengam at an belak angan m em bant ah hipot esa bahw a DNA t erdiri dari unit berulang em pat m acam nuk leot ida y ang m onot on. Jik a benar dem ik ian lalu k eem pat basa adenin, Cy t osin, guanin dan t im in haruslah hadir dalam j um 1ah yang sam a. Berart i ini j elas t idak sepert i yang dit em uk an oleh Chargaff. Penelit i ini m em beri pandangan bahw a st ruk t ur DNA m em iliki variasi yang dibut uhkan darinya sebagai sim panan infolm asi genet is.
Pada aw al 1950- an j uga, Jam es D Wat son dan Francis Crick y an bek erj asam a pada Medical Reserch Council's Laborat ory of Molek ul Biologi di Cam bridge, I nggris, berusaha unt uk m em ecahkan st rukt ur t iga dim ensi m olekul DNA dengan m et ode krist alogi sinar X. Pada percobaan ini m ula- m ula m engalam i kegagalan unt uk m enet apk an st ruk t ur DNA sebelum dibant u oleh fot o pem biasan sinar X y ang dibuat oleh Rosalind Franklin di Maurice Wilkin's Laborat ory di Com bridge. Dengan m enggunak an inform asi dat i foro pem biasan it u dan j uga dari rum us y ang dit em uk an Chargaff, Wat son dan Crick m eny im pulkan bahw a m olek ul DNA t erdiri dari dua unt aian nukleot ida yang berpilin bersam a m em bent uk ikat an ranggkap ( double helix) ( Gam bar 1 ) . Tiap unt aian at au m at a rant ai adalah nuk leoda, y ang t ulang punggungny a berupa deoksiribosa dan fosfat y ang berselang seling. Biasany a m enj ulur dari t ulang punggung it u.
Tulang punggung dua unt aian it u berada disebelah luar double helix yang dit eorikan Wat son- Crick, dan bahasany a berada disebelah dalam . Basa sat u unt aian m em bent uk ikat an hidrogen yang lem ah dengan basa unt aian pasangannya dengan cara yang sangat khusus. Sesuai dengan rum us Chargaff, adenin selalu berikat an dengan t im in ( A- T) , sedang cyt osin selalu berik at an dengan guanin ( C- G) . Rancang bangun m olekuler DNA yang berpilin rangkap m enj adi t em pat unt uk m em elihara kelangsungan inform asi genet is sert a m am pu m ew ariskannya kepada generasi berikut nya. Molekul besar m enyim pan banyak infonnasi dalam urut an nukleot idanya. Selain it u urut an nukleot ida dat i sat u unt aian m enent ukan urut an nukleot ida pasangannya.
I I I . Er a Biot e k n ologi
Peranan m ik robiologi ak an m em beri w arna, w aw asan dan cak raw ala barnubagi k ehidupan biot eknologi m odem . Bahan bak u biom assa y ang ada m erupak an " renw able front ier" dapat diolah oleh biot eknologi t radisional m aupun m odem sehingga m enj adi produk baru y ang sangat berharga. Produk - produk biot eknologi sangat erat dengan perkem bangan biot eknologi pada j am anny a. Adapun era bit ek nologi t ersebut adalah:
1 . Er a Pr a Pa st e u r ( se be lu m 1 8 6 5 )
2 . Er a Pa st e u r ( 1 8 6 5 - 1 9 4 0 )
Pengem bangan indust ri ferm ent asi pem buat an et anol, but anol dan asam organik , perlak uan air buangan.
3 . Er a An t ibiot ik a ( 1 9 4 0 - 1 9 6 0 )
Pem buat an penisilin yang m ulai digunakan pada saat pendarat an t ent ara Am erika di Norm andi selam a perang dunia I I , vaksin virus, t eknologi kult ur sel hew an. 4 . Er a Pa sca An t ibiot ik a ( 1 9 6 0 - 1 9 7 5 )
Asam - asam am ino elusidasi s1rukt ur DNA, prot ein sel t unggal, enzim unt uk det erj en, gasohol, biogas, t ek nologi rek om binan DNA.
5 . Er a bit e k n ologi m ode m ( 1 9 7 5 - se k a r a n g )
Rek ay asa genet ik a, zat ant ibodi m onok ronal, horm on insulin, horm on pert um buhan ikan t una.
Dengan m unculnya t eknologi DNA rekom binan dan t eknik- t eknik pem bant u sepert i peny usunan DNA, m ak a k it a sek arang dapat m em erik sa pada t ingk at an m olekuler rangkaian- rangkaian genet ika yang t erlibat dalam pengendalian ekspresi gen. Cara pendekat an k lasik dalam genet ik a adalah pem buat an m ut asi in v iv o secara acak pada seluruh genom , lalu m engisolasikan m ereka dengan m em perlihat kan fenit if–fenot if khusus. Kem udian m uat an ini dianalisi unt uk m enent ukan gen m ana yang t elah berubah. Suat u m et ode yang ham pir t erbent uk sesungguhnya adalah " m et ode genet ik a berubah" . Suat u m et ode y ang ham pir t erbent uk sesungguny a adalah " m et ode genet ika m undur ( reverse genet ics) " yait u unt uk m em buat m ut asi-m ut asi spesifik dalaasi-m suat u sigasi-m en DNA in v it ro, dan asi-m enganalisa pengaruh dari perubahan- perubahan ini pada organism e in v iv o set elah m engint roduk si k em bali gen m uat annya.
Berek spresiny a dengan gen y ang dipindahk an k edalam gel at au j aringan y ang sesuai adalah sem acam prasarat unt uk berbagai bent uk penerapan t ek nik DNA rek om binan dalam biot eknologi. Terut am a berlak u sebagai usaha unt uk m engobat i penyakit genet is m anusia dengan pengobat an gen dan j uga unt uk usaha yang bert uj uan unt uk m eningkat kan m ut u
t anam an panen.
Selam a 15 t ahun belakangan ini para pakar genet ika m em pelaj ari bagaim ana m engeluarkan sebuah gen t unggal dari suat u species yang lain. I nilah yang disebut rek ay asa genet ik a y ang m erupak an pelak sanaan dari biot eknologi m odem . Organism e –organism e hasil rek ay asa genet ik a y ang pert am a adalah bak t eri bersel kem bar yang t elah disisipi gen- gen m anusia yang dapat m enghasilkan produk-produk benilai. Tum buh- t um buhan dan hew an - hew an hasil rekayasa genet ika segera m enyusul bakt eri t ersebut dan m em buka pint u seluruh bidang pert anian lebar - lebar bagi penerapan biot eknologi m odem .
I V. Te k n ik Re k a y a sa Ge n e t ik a
Ada em pat prinsip pengk loningan gen y ait u : 1 . Pe n y ia pa n ge n .
Gen bak t eri y ang dik loning pada um um ny a didapat dari peny iapan t ot al DNA krom osom ( kloning " penem bakan" ) dengan cara m em belah DNA dengan endonuk lese y ang t erbat as sehingga m enghasilkan bagian m asing- m asing 4 k ilobase ( kb) dengan uj ung yang " lengket ."
2 . Pe n yisipa n k e da la m v e k t or
Vek t or adalah replika y ang ak an m em ungk ink an gen unt uk dit em pat k an disel induk ( host cell) dan m elibat k an plasm id pada bak t eri induk . Plasm id adalah m olek ul DNA berbent uk lingk aran k ecil y ang t erdapat didalam bak t eri disam ping k rom osom ut am a plasm id m engandung unsur- unsur genet ik yang t idak t erikat pada krom osom ut arna. Vekt o plasm id harus m em iliki t em pat unt uk endonuklease t erbat as biasa dan fakt or ant ibiot ik sehingga m em ungkinkan unt uk m em ilih perubahan yang diinginkan.
Pem asangan DNA y ang ak an dik loning k edalam v ek t or plasm id disebut legasi dan enzim y ang berperan dalam pem asangan ini adalah enzim y ang dipak ai dim urnikan dari E. Coli yang t elah diinfeksi dengan T4. Didalam sel enzim ini berfungsi dalam perbaik an t iap skont inuit as y ang m ungk in t im bul pada salah sat u unt ai pada m olekul unt ai ganda. Selain it u, dalam t abung percobaan, ligase DNA yang dim urnikan j uga akan m enyam bungkan kedua uj ung m olekul yang sam a.
3 . Pe r u ba h a n se l in du k ( H ost Ce ll)
Cam puran plesm id y ang diperkenalk an k epada sel bak t eri diperluk an secara k husus sehingga sel m engam bil DNA dalam proses perubahan sel induk . Set elah DNA disisipk an didalam sel bak t eri m ak a,DNA y ang sudah disisipk an t ersebut ak an dim asuk k an lagi k edalam sel hidup m isalny a k edalam sel bak t eri k em udian dit um buhk an k edalam m edia t ert ent u. Didalam m edia, sel bak t eri ini ak an t um buh dan berkem bang biak m enghasilkan klon dan klon ini akan m enghasilkan insulin.
4 . M e n de t e k si ge n y a n g su da h k lon .
Ada t iga cara m endet eksi gen y ang sudah dik lon :
a. Penguj ian berdasarkan inform asi urut an asam am ino prot ein yang di sandi. b. Penguj ian ak t ifit as biologis produk gen
c. Menggt m ak an ant ibodi k husus t erhadap produk gen.
Klon y ang t epet dapat didet ek si dengan m enggunak an " probe" unt uk goo it u sendiri. Probe t erdiri sat u segm en pendek DNA y ang diberi label radioak t if, dan m em iliki urut an basa nukleot ida yang sesuai dengan urut an asam am ino yang dik et ahui dat i sat u segm en prot ein. Cara lain m em buat k lon ialah j ik a prot ein y an disandi gen dihasilkan dalam sel y ang dik lon, ia dapat didet ek si dengan m enggunakan uj i ant ibodi khusus bagi prot ein yang disandi at au dengan cara m enguj i ak t ifit as biologi prot ein dalam sel.
Enzim - enzim y ang m em anipulasi DNA ada em pat y ait u : 1. Enzj im Nuklease ( yang m em ot ong asam nukleat )
2. Enzim Ligase ( yang m enyam bung asam nukleat m enj adi sat u ) 3. Enzim Polim erase ( y ang m em buat copy dat i m olek ul DNA) 4. Enzim Modifikasi ( yang m enghilangkan gugus kim ia )
Dengan ringk as rek ay asa genet ik dapat dibuat sebagai berik ut :
1. DNA y ang diam bil dari sel penk reas, dipot ong dengan enzim endonuk lease rast riksi
3. Kem udian DNA y ang sudah dipot ong, disisipk an k edalam DNA plasm id y ang j uga sudah dipot ong. Peny isipan ini dibant u oleh enzim ligase DNA.
4. Set elah disisipk an m ak a plasm id dim asuk k an k edalam sel bak t eri, dan dit um buhk an dalam m edia t ert ent u, agar dapat t um buh dan berkem bang biak sert a m enghasikan klon yang m enghasilkan insulin.
V . Pe r a n a n biot e k n ologi 5 .1 . D a la m m a sya r a k a t
Menj elang ak hir abad k e- 20 sebagian besar m asy arak at dunia m enant i biot eknologi dengan penuh harapan unt uk m em ecahkan berbagai m asalah um at m anusia dibum i. Nam un sebagian m asy arak at m em andang bahw a m em asuk i era biot eknologi sam a saj a m em asuk i hut an belant ara k et idak past ian t ent ang dam pak y ang ak an t erj adi k em udian hari.
Perkem bangan biot eknologi sekarang ini akan m enim bulkan dam pak serius pada dem ensi et ika dan buday a. Rek ay asa genet ik a m enim bulk an m asalah- m asalah et ika serius yang berhubungan dengan pengubahan, m anipulasi, penet apan pat en dan pem ilikan bent uk- bent uk kehidupan. Berbagai perkem bangan dibidang kesehat an j uga akan m em baw a im plikasi m endalam pada nilai- nilai budaya. I nfrast ruk t ur t ek nologi dan desak an ekonom i ak ibat biot eknologi m em baw a dam pak besar pada st ruk t ur sosial ekonom i sert a pada nilai- nilai buday a, sem ent ara m asy arak at luas t idak m endapat inform asi dan diasingk an dari pengam bilan k eput usan t ent ang ara, bat as- bat as t uj uan dan dam pak biot eknologi.
5 .2 . D a la m sist e m e k ologi
Sem ua organism e y ang ada dibum i t elah m elam paui proses evolusi selam a j ut aan t ahun akibat keberadaan m ereka kini t elah m encapai suat u posisi k eseim bangan y ang opt im al. int erak si ant ara suat u organism e dengan lingkungannya baik lingkungan biot ik m aupun abiot ik t elah m em punyai bent uk khas m asing- m asing keanekaragam an j enis hubungan ini m em pengaruhi bent uk ekosist em k it a dibum i. Jadi j elaslah t erlihat adany a k et erkait an ant ara m asing-m asing organisasing-m e asing-m usnah, keseiasing-m bangan sist easing-m akan t erganggu daasing-m pak yang ak an dit im bulk an biot eknologi dalam sist em ekologi ant ara lain t erj adiny a pencem aran lingk ungan ak ibat penggunaan pest isida y ang berlebihan sehingga penam bahan at au pengurangan kom ponen- kom ponen ekosit em bukan m erupakan hal y ang dianggap ringan. Cont oh dam pak pem asuk an organism e baru k elingk ungan alam i adalah pem anfaat an gen ant i bek u y ang t erdapat pada suat u j enis ikan y ang dapat dit ransfer keikan yang t idak t ahan suhu dingin. Akibat nya yang biasa t idak didapat i pada m usim dingan sek arang dapat sangat leluasa berkem bang biak dan m enem pat i perairan y ang dingin. Jadi ak ibat adany a k ej adian ini dapat m enim bulk an pem usnahan suat u species ikan t ert ent u, sehingga k eseim bangan ekosist em ak an t erganggu.
V I . Pe n u t u p
Molekul DNA m elalui t eknik rekayasa genet ika m enj adi dasar dalam pengem bangan biot eknologi m odern saat ini. Dengan t ek nik ini t elah dapat dihasilkan m olekul- m olekul baru yang ident ik dengan m olekul DNA asli sert a dapat disisipkan at au dipindahkan keorganism e lain unt uk m enj adikan produk- produk lain yang diinginkan.
V I I . D a ft a r Pu st a k a
1. Brow n C.M, I Cam pbell, F.G Prest , 1987. I nt roduct ion t o Biot echnology : Blackw ell scient ilic Publicat ions, London.
2. I gn Suhart o, 1995. Biot eknologi Dalam Dunia I ndust ri : Andi Offset , Yokyakar t a. 3. Jam es D Wat son, Jhon Tooze, Dav id T .Kurt z, 1988. DNA Rekom binan: Erlangga,
Jak art a.
