Rekayasa Genetika- September 2016 REKAYASA GENETIKA
Definisi Rekayasa Genetika
Sejak ditemukannya struktur double helix DNA oleh Watson-Crick 1953 merupakan
awalan dari perkembangan biomolekuler secara cepat. Perkembangan biomolekuler
juga ditunjang sejumlah penemuan baru seperti teknologi PCR yang mendukung
teknik amplifikasi DNA secara invitro serta berbagai penemuan baru dalam hal DNA.
DNA merupakan molekul kehidupan dasar yang kehidupan sekaligus merupakan
blue print dari setiap organisme. Kode DNA bersifat universal, berupa bahasa berupa basa nitrogen purin dan pirimidin yang sama untuk setiap organisme, hanya
berbeda dalam hal jumlah, susunan, serta dalam hal ekspresi genetiknya.
Mengingat bahasa DNA yang bersifat universal maka dimulailah sejumlah proyek
pemetaan DNA, mulai dari bakteri, jamur, hewan, tumbuhan, bahkan yang paling
ambisius adalah Human Genome Project yang dicetuskan pada tahun 1990. Proyek-proyek pemetaan tersebut makin mendukung percepatan penelitian dan aplikasi
DNA secara lebih real dalam kehidupan, sampai dengan mempercepat perkembangan cabang keilmuan baru dalam bidang modifikasi DNA yang disebut
Rekayasa Genetika atau dalam bahasa Inggris disebut Genetic Engineering. Rekayasa
genetika sebenarnya telah berkembang sejak tahun 1950 dengan kemunculan
hiptesis mengenai terapi gen yang menginduksi penelitian-penelitian dalam hal
merekayasa materi genetik. Awal boomingnya rekayasa genetika diawali pada
tahun 1972 saat Paul Berg pertama kali mempublikasikan risetnya mengenai proses
rekombinasi DNA virus SV40 dan virus lambad. Hal tersebut tidak terlepas dari
penemuan enzim restriksi yang dapat memotong DNA secara spesifik. Seiring
dengan hal tersebut maka makin berkembanglah bidang rekayasa genetika, yang
merupakan disiplin ilmu terapan yang tidak terlepas dasar dan aplikasinya dengan
Rekayasa Genetika- September 2016 1. Genetic engineering is process in which recombinan DNA (rDNA) technology is used to introduce desirable trait into organism. A genetically engineere (GE) animal is one that contain a rDNA contruct producing a new trait. (FDA, 2009) 2. Genetic engineering is process of manually adding new DNA to an organism.
The goal is to add one or more new trait that are not allredy found in that organism. (Agro Biosefty, 2013)
3. Genetic engineering is the direct manipulation of an organism’s genome using biotechnology. It is a set of technologies used to change the genetic make up of cells, including the transferof genes with and cross species boundaries to produce improved or novel orgnisms. (Wikipedia, 2011)
4. Genetic engineering is process of manipulating an organism’s genetic material, including genes from other species in effort to produce desired traits such as pest resitance or dought tolerance. (UCSUSA, 2010)
5. Genetic engineering is alteration of genetic material by direct intervention in genetic process with the purpose of producing new substance or improving functions of existing organism. (Science Every day, 2002)
Berdasarkan definisi-definisi di atas maka dapat diambil benang merah bahwa
rekayasa genetika berkenaan dengan teknologi rekombinasi DNA yang bertujuan
mentransfer karakter ke organisme lain agar menghasilkan fenotif yang lebih
menguntungkan. Sebagai besar arah perkembangan rekayasa genetika banyak
ditujukan untuk kepentingan kehidupan manusia. Terutama dalam menjawab
permasalahan pemenuhan kebutuhan pangan, dan jaminan akan kesehatan.
Bidang Penunjang Rekayasa Genetika
Sebagai disiplin ilmu terapan, rekayasa genetika tidak terlepas dengan kajian bidang
ilmu lainnya. Seperti Biologi Molekuler, Imunologi, Bioinformatika, Farmakologi,
Mikrobiologi, bahkan sampai dengan bidang teknologi Informasi (IT)
Bidang biologi molekuler juga merupakan suatu bidang baru yang merupakan
Rekayasa Genetika- September 2016 artian khusus berhubungan dengan DNA. Kajian DNA dalam Biologi Molekuler
didasarkan pada dogma sentral yang mencakup replikasi, transkripsi, dan translasi
DNA sampai dengan tingkatan ekspresi genetik. Hal ini menjadi dasar-dasar dalam
pengembangan teknik rekayasa genetika yang berkaitan dengan rekombinasi DNA
organisme. Pengetahuan tentang genom sangatlah penting dalam kajian rekayasa
genetika untuk menetukan letak gen yang hendak direkombinasikan, mengenai
mekanisme gen tersebut direplikasi, faktor-faktor transkripsi yang menyebabkan
suatu gen diekspresikan, dikontrol dan dikendalikan, sampai dengan tingkatan
translasi penerjemahan triplet basa nitrogen menjadi bahasa asam amino. Dalam
kajian tingkat gen ini juga diperlukan keilmuan biokimia yang berkaitan dengan
metabolisme tingkat seluler berkaitan dengan ekspresi gen yang bersangkutan.
Sejalan dengan Human Genome Project dan sejumlah penelitian mengenai genom organisme lainnya, berkembang juga kajian mengenai Bioinformatika.
Bioinformatika memfasilitasi pengolahan sekuen gen secara komputasi yang kini
memungkinkan para peneliti melakukan kajian hingga menemukan struktur tiga
dimensi mengenai sekuen gen yang dianalisis. Seperti penerapan dalam sejumlah
design vaksin untuk virus, sebagai contoh pada produksi vaksin HBsAg rekombinan
yang dilakukan dengan melakukan seleksi sekuen gen pengkode protein-S pada
sejumlah genotype virus Hepatitis B, dilakukan dengan bantuan bioinformatiak
sampai didapatkan sejumalh sekuen yang dapat digunakan untuk mendesign vaksin.
Dalam hal pengujian, para peneliti sebelum melakukan percobaan secara in vivo
atau pun in vivo dapat melakukan analisis secara komputasi melalui berbagai
software bioinformatika untuk menentukan sekuen mana yang memiliki bila diekspresikan menjadi protein HBsAg memiliki antigenitas dan spesivisitas yang
paling baik yang dapat menimbulkan reaksi imunologi, dan sampai menentukan
epitop bagian mana yang dapat menimbulkan rekaksi imunologi. Dalam hap
produksi secara massal untuk vaksin rekombinan ini telah dikembangkan vector
berupa saccaromicease sp yang genomnya telah disisipi sekuen gen pengkode
Rekayasa Genetika- September 2016 melibatkan banyak bidang mulai dari Biomolekuler, IT, Imunologi, Biologi Sel, Kultur
Sel, Mikrobiologi, dan rekayasa genetika itu sendiri. Contoh lain pengembangan
vaksin ini adalah untuk vaksin Dengue, Vaksin HPV, dan produksi antibodi
monoklonal untuk sejumlah kegunaan.
Rekayasa genetika tidak terlepas dari keseharian masyarakat, menenal istilah GMO.
Sebagain besar distigmakan negatif namun apabila dikaji lebih mendalam dari segi
positifnya, GMO merupakan upaya dalam pemenuhan kebutuhan manusia baik
dalam bidang pangan maupun energi.
Sejumlah bahan pangan direkayasa secara genetika untuk mendapatkan sifat-sifat
unggul, tahan hama, dan berproduksi berlipat kali lebih banyak dari indukan asalnya.
Rekombinasi ini memicu biodiversitas baru secara artifisial.
Dalam bidang mikrobilogi, rekayasa genetika berhubungan timbal balik dengan
mikrobiologi. Sejumlah agen mikrobiologi terutama virus, bakteri dan jamur
uniseluler dapat dimanfaatkan sebagai vektor yang dapat direkombinasikan materi
genetiknya untuk sejumlah kepentingan baik dalam bidang pangan, medis, maupun
produksi energi.
Dalam bidang kesehatan, rekayasa genetika banyak dikaitan dengan upaya
memperbaiki derajat kesehatan manusia seperti dengan terapi gen bahkan dewasa ini dikembangkan untuk “rekayasa” sel imun manusia utamanyanya sel T.
Prospek Rekayasa Genetika
Mengingat keterkaitan rekayasa genetika dengan banyak disiplin ilmu, maka
batasan antara rekayasa genetika dan ranah keilmuan yang berhubungannya
menjadi bias perbedaannya. Pengembangan dan Penerapan teknik rekayasa
genetika memerlukan keahlian bidang lain sehingga dengan sifatnya yang terbuka
dan berkorelasi dengan banyak bidang menjadikan pengembangan rekayasa
genetika dan aplikasinya kedepan sangatlah penting dan akan mengalami sejumlah
Rekayasa Genetika- September 2016 Hal tersebut dapat kita tinjau dari berbagai proyek rekayasa genetika yang telah
sukses terutama dalam sejumlah bidang rekayasa tumbuhan dan hewan dalam hal
untuk penyediaan kebutuhan pangan manusia. Tantangan dan prospek
pengembangan rekayasa genetika kedepan justru akan mengarah ke aplikasinya
yang lebih luas ke manusia itu sendiri terutama untuk aplikasi dibidang kesehatan.
Produksi vaksin dengan memanfaatkan teknik rekayasa genetika telah banyak
membantu riset dan pengembangan sejumlah vaksin baru, baru-baru ini sedang
dikembangkan juga vaksin untuk menangani wabah Ebola, Zika, dan virus H7N9
yang berpotensi menjadi penyakit pandemic secara global.
Pengembangan rekayasa genetika dewasa ini dibangun dengan tema besar “Dreaming Big with Syntetic Biology”. Tema ini merepresentasikan sebuah teknik
rekayasa genetika yang berusaha menampilkan agen biologi baru dan mendesign
ulang sistem biologi organisme dengan mensisipkan sekuen DNA yang baru, lebih
luas cakupannya dibanding rekayasa genetika konvensional yang hanya bertumpu
pada rekombinasi DNA saja. Syntetic Biology berarti “rewritten” DNA organisme yang berarti mensintesis DNA yang diaplikasikan dan direprogram ke suatu
organisme atau manusia itu sendiri untuk melakukan kegiatan biologi yang baru.
Salah satu penerapan teknik baru ini adalah pada sebuah sel yeast yang disispi DNA
dengan DNA buatan yang mampu mengkode dan menginduksi vanilli, stevia, dan
saffron flavoring. Sekarang pun tengah dilakukan uji coba untuk re-engireed
mikroba untuk kepentingan produksi biofuel dengan memanfaaatkan DNA buatan yang diharapkan mampu menggantikan bahan bakar fosil.
Konsep Syntetic Biology dibangun dengan metode dan pendekatan dari bagaimana sebuah sistem biologi dibangun dan bekerja, dan kemudian ditiru secara artifisial
untuk menghasilkan agen biologi artifisial yang baru. Dalam prakteknya ada
beberapa pendekatan yang dilakukan seperti : 1. BioBricks
Rekayasa Genetika- September 2016 secara biologi akan membentuk sistem biologi dan kemudian disisipkan ke
dalam sel hidup. Teknik
2. Xeno DNA
Teknik ini diperkenalkan sebagai teknik rekombinasi ulang susunan DNA. Jika
DNA secara alaminya mengandung empat jenis basa nitrogen, namun para
ilmuwan dalam teknik ini memiliki enam variasi basa nitrogen yang
diharapkan dapat diaplikasikan untuk kepentingan medis dan dapat menjadi
sekuen yang survive dalam sel hidup. Pengembangan Xeno DNA masih dalam
tahap awal dan walaupun dianggap sebagai “Biosafety tool” akan tetapi
masih mengundang perdebatan seputar bioetik, aspek legal, ekonomis, dan
aspek sosialnya.
3. Digital DNA and Gene Systhesis
Khusus untuk metode ini telah banyak riset yang menghasilkan
penemuan-penemuan baru yang melakukan konstruksi ulang dan mengubah
sekuen-sekuen DNA yang dilakukan secara komputerisasi dan dibuatkan ke dalam
bentuk DNA artifisial sebagai upaya dalam pemenuhan kebutuhan
sekuen-sekuen tersebut. Sebagai contoh adalah sintesis virus dan diharapkan dapat
dikembangkan untuk organisme yang lebih kompleks. Konsep ini umum
diterapkan untuk pembuatan primer untuk PCR. Lebih jauh kedepan teknik
ini diharapkan dapat menyisipkan dan menggantikan maeteri genetik dengan
DNA artifisial.
4. 3-D Biological Printing
Dalam teknik ini muncul pertanyaan bahwa , dapatkah kita mendesign fisik
organisme secara digital? Secara mikroskopik hal ini masuk akal. Dimuali dari
teknik design vaksin dan pencitraan 3D protein secara komputasional. Dalam
hal ini semua bangunan Syntetic Biology kedepan diharapkan dapat dikembangkan untuk membangun organisme yang kompleks. Impian
Rekayasa Genetika- September 2016 portable ke planet Mars dan mengamati kemungkinan pembentukan
kembali kehidupan yang serupa seperti di bumi.
5. Gene Editing
Teknik gene editing sebenarnya telah lama dilakukan oleh para ilmuwan dengan melakukan penghapusan segmen DNA organisme atau
menghilangkan suatu gen yang spesifik pada organisme, atau pun juga
menyisipkan DNA baru dengan perantara vektor. Akan tetapi teknik ini
memiliki inakurasi yang besar. Baru-baru ini untuk mengefisienkan teknik ini
dan meningkatkan akurasi dikembangkan suatu sistem CRISPR/Cas9.
CRISPR merupaka singkatan dari Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats yang pertama kali dikembangkan para ilmuwan ketika meneliti mekanisme anti-viral pada bakteri. Sistem CRISPR bertumpu pada
ikatan basa RNA-DNA yang digunakan untuk mengidentifikasi lokasi yang
dituju di dalam genom, kemudian membuat bagian tersebut dipisahkan dari
lokusnya. Gen editor dalam sistem ini disebut scissors dan menjadi memungkinkan peneliti memasukan sekuen baru atau melakukan modifikasi.
Rekayasa Genetika- September 2016 6. Gene Drives
Teknik ini dikembangkan dari konsep syntetic biology dan gene editing. Sistem gene drives mengacu pada modifikasi genetik pada tingkatan populasi. Teknik ini bertumpu pada elemen genetik itu sendiri yang
mengupayakan suatu gen dapat eksis dan diturunkan. Sebagai contoh yang
dilakukan Esvelt peneliti dari Harvaed yang mengujicobakannya pada
populasi nyamuk untuk memblok penyebaran malaria.
Teknik-teknik diatas kedepan dapat dikembangkan untuk kepentingan diagnostik
sampai dengan tingkatan molekuler, dalam hal produksi vaksi dengan cara yang
lebih efisien untuk mikroba yang dapat menjadi pandemi global, untuk
pengembangan metode Xenotranplantation , mendukung pengembangan penelitian DNA sekuensing untuk kepentingan mempelajari genom seperti dalam
hal kajian molekuler untuk berbagai macam mikroba. Selain itu pengembangan
konsep gen terapi diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut untuk sejumlah
penyakit genetik seperti hemophilia, penyakit cancer yang disebabkan mutasi gen,
serta kepentingan diagnostic lainnya. Bahkan kedepan ada sebuah gagasan untuk
penerapan “Human Modification” yang dirintis dengan percobaan Germline yang diupayakan memodifikasi sel-sel gamet. Namun sampai dengan sekarang masih
memicu kontroversi.
Dengan semakin berkembangnya instrumentasi, teknik komputasional, jumlah
sekuen data genom organisme, dan teknik dalam dibidang molekuler ini
memungkinkan prospek pengembangan teknologi rekayasa genetika pada
khususnya semakin bertambah pesat. Terlepas dari berbagai kontroversi di
dalamnya, pengembangan rekayasa genetika di arahkan untuk kesejahteraan
makhluk hidup dan melindungi biodiversitas.
Pengembangan prospek rekayasa genetika yang luas baik dari seri pemanfaata,
Rekayasa Genetika- September 2016 dengan etika dalam keilmuan, etika yang bertanggung jawab serta diarahkan untuk
Rekayasa Genetika- September 2016 Referensi
Center for Genetic and Society. (2016). Extreme Genetic Engineering and the Human
Future. USA: Friends of The Earth.
Nicholl, D. S. (2008). An Introduction to Genetic Engineering. Cambridge: Cambridge University Press.
www.fda.gov
www.ucsusa.org
www.agrobisafety.uni.edu
www.wikipedia.org
