Butanediol Molecule (image from invista.com)
Kontributor:
Megahwaty Effendy | Yurike Laurensia | Delia Agustina
(Fakultas Teknobiologi Unika Atmajaya Jakarta)
Siapa tidak mengenal bakteri Escherichia coli? Bakteri ini pertama kali ditemukan oleh Theodor Escherich pada tahun 1885. Bakteri ini sangat akrab dalam kehidupan manusia karena bakteri ini merupakan salah satu penghuni saluran pencernaan manusia. Meskipun begitu, tetap saja ada beberapa strain E. coli yang bersifat patogen, seperti Escherichia coli yang dapat menyebabkan diare berdarah. Tetapi, tidak semua strain E. coli merupakan patogen, E. coli juga banyak dimanfaatkan dalam bidang bioteknologi. Dalam artian luas, bioteknologi itu merupakan suatu cabang ilmu yang menggunakan sumber hayati untuk menghasilkan sesuatu yang dapat berguna bagi kebutuhan manusia. Di era modern ini, bioteknologi banyak digunakan untuk melakukan teknik rekayasa genetika, yaitu suatu teknik yang dilakukan untuk merubah susunan gen tertentu dari suatu organisme untuk berbagai macam kepentingan.
+Continue Reading
Istilah pencarian terpopuler untuk artikel ini:
Bacterial Transformation (Image from gbiosciences.com)
Para ilmuwan rekayasa genetika gemar melakukan eksperimen dengan ‘menggunting’, ‘menyambung’ dan ‘menempelkan’ fragmen-fragmen DNA, kemudian memasukkannya ke dalam sel makhluk hidup seperti bakteri, fungi, tanaman dan juga hewan untuk dilihat bagaimana efek dari DNA yang dimasukkannya itu. Lantas bagaimana caranya agar suatu fragmen DNA dapat dimasukkan ke dalam sel makhluk hidup dan dapat berfungsi layaknya DNA milik sel itu sendiri?
Sebelum menjawab pertanyaan tersebut, kita kilas balik sejenak ke tahun 1928 ketika Frederick Griffith sedang mencari vaksin untuk melawan bakteri penyebab pneumonia yaitu Streptococcus pneumoniae. Saat itu ia dibuat heran ketika strain bakteri S. pneumoniae yang tidak virulen dapat berubah menjadi virulen setelah kontak dengan strain yang virulen yang sudah mati. Kok bisa? apa yang menyebabkan perubahan itu? +Continue Reading
Istilah pencarian terpopuler untuk artikel ini:
DNA atau Deoxyribonucleic Acid yang merupakan sandi genetik makhluk hidup ternyata dapat dijadikan bahan ‘permainan’ gunting dan tempel. Ya, ini serius lho. Para ahli rekayasa genetika kerapkali melakukan ‘permainan’ ini untuk memperoleh susunan DNA yang diinginkan dan memiliki fungsi tertentu. Istilah kerennya Rekayasa Genetika.
Contoh paling terkenal adalah yang terjadi pada gen insulin dari pankreas manusia yang dengan ‘permainan’ ini dapat dimasukkan ke dalam sel bakteri –seperti E. coli– atau tumbuhan –seperti safflower– dan diekspresikan di dalamnya sehingga saat ini kita dapat memperoleh insulin (obat diabetes) tanpa harus mengekstraknya langsung dari sapi atau babi, cukup dengan menumbuhkan bakteri atau tanaman hasil rekayasa genetika yang memiliki gen insulin dan memanen insulin darinya.
Bagaimana ‘permainan’ ini dilakukan?
DNA ligase memperbaiki kerusakan kromosom. (Image from wikipedia.org)
Kita harus berterima kasih kepada para bakteri dan archaea karena umumnya mereka memiliki ‘gunting’ berupa enzim yang dapat memotong-motong DNA secara spesifik. Enzim ini berguna sebagai bentuk pertahanan bakteri terhadap DNA-DNA asing yang masuk ke dalam sel bakteri. DNA asing ini akan dipotong-potong agar tidak akan membahayakan bakteri lagi oleh enzim yang disebut ‘Restriction Endonuclease‘ (sering disebut enzim restriksi). DNA si bakteri sendiri sudah terlindungi dengan mekanisme tertentu (metilasi) sehingga akan terhindar dari pemotongan. Suatu sistem pertahanan yang sangat cerdas untuk makhluk sekelas bakteri.
Sedangkan ‘lem’ DNA secara alami terdapat baik pada eukaryota maupun prokaryota. Secara komersial, enzim ini diperoleh dari virus tertentu seperti bakteriofage T4 yang memiliki enzim ligase yang dapat menyambungkan gugus -OH pada suatu utas DNA dengan gugus -PO4 pada utas lainnya membentuk ikatan phosphodiester. Enzim ini pada dasarnya berfungsi untuk memperbaiki kerusakan-kerusakan pada kromosom.
Nah, para ilmuwan rekayasa genetika telah berhasil mengisolasi ratusan jenis ‘gunting’ untuk memotong-motong DNA dan ‘lem’ DNA untuk menyambungkan kembali hasil potongan tersebut sehingga diperoleh DNA dengan susunan tertentu.
Restriction Endonuclease
DNA tersusun atas empat basa nukleotoda yaitu A (adenine), G (guanine), C (cytosine) dan T (thymine). –Lihat kembali artikel tentang DNA di sini. Enzim restriksi (dalam hal ini adalah Restriction Endonuclease Type II) alias ‘gunting’ DNA hanya akan memotong DNA pada tempat tertentu saja, yaitu jika ia menemukan susunan palindrom, urutan basa yang jika dibaca dari kedua utas DNA akan tetap sama. Perhatikan contoh sekuen berikut ini:
5'-GATATC-3'
::::::
3'-CTATAG-5'
Baik di utas atas maupun bawah memiliki sekuen yang sama bukan (dibaca dari 5′ ke 3′)? Nah, di sekuen palindrom seperti itulah enzim restriksi akan bekerja.
Setiap enzim restriksi hanya dapat memotong pada susunan palindrom tertentu. Misalnya enzim EcoRI akan bekerja jika menemukan urutan GAATTC, enzim SmaI pada urutan CCCGGG, enzim AluI pada urutan AGCT, dan seterusnya.
Cara pemotongan DNA pun tidak sembarangan, masing-masing enzim punya titik pemotongan tertentu yang khas. Misalnya BamHI yang mengenali situ GGATCC akan memotong pada posisi antara dua G membentuk fragmen yang ujungnya ada yang tidak berpasangan (cohesive atau sticky ends).
5'-G GATCC-3'
: :
3'-CCTAG G-5'
Sedangkan enzim PovII yang mengenali situs CAGCTG akan memotong di tengah situs pemotongan membentuk fragment yang semua ujungnya berpasangan (blunt ends):
5'-GGA TCC-3'
::: :::
3'-CCT AGG-5'
Ada sekitar 600 enzim restriksi yang tersedia secara komersial saat ini. Berikut ini beberapa contoh enzim restriksi beserta situs pemotongannya.
List of Restriction Enzyme (Image from ncbi.nlm.nih.gov)
Situs Pengenalan dan Pemotongan Enzim Restriksi (Image from ncbi.nlm.nih.gov)
Penamaan Enzim Restriksi
Kalau diperhatikan, nama enzim restriksi ini keren-keren juga. Ternyata ada maksudnya lho, begini aturannya:
- Huruf pertama adalah singkatan nama genus bakteri pemilik enzim tersebut
- Huruf kedua dan ketiga adalah singkatan nama spesies bakteri.
- Huruf keempat adalah dingkatan nama Strain.
- Huruf kelima adalah urutan penemuan enzim tersebut.
Misalnya EcoRI berasal dari Escherichia coli strain RY13 yang pertama kali diidentifikasi, HindIII dari Haemophilus influenzae, dan lain-lain.
Bagaimana ‘Lem’ DNA Bekerja?
Enzim DNA ligase bekerja dengan menyambungkan utas DNA yang memiliki ujung 5′-PO4 dengan ujung 3′-OH pada utas lain. Mekanismenya bisa bermacam-macam, misalnya:
Ligation of Sticky Ends DNA (Image from wikipedia.org)
- Menyambungkan utas-utas DNA yang sama-sama memiliki ujung overhang hasil pemotongan enzim restriksi. Ujung overhang ini harus saling komplemen agar dapat menempel dengan baik. Ujung overhang pada utas sense akan berpasangan dengan ujung overhang utas antisense. Lalu DNA Ligase tinggal membentuk ikatan phosphodiester sehingga kedua utas kini sudah menjadi satu dengan ikatan yang sangat kuat. Mekanisme ini cenderung lebih mudah karena kedua ujung overhang dapat menempel lebih dulu karena memiliki sekuen yang saling komplemen.
Ligation of Blunt Ends DNA (Image from wikipedia.org with modification)
- Menyambungkan utas-utas DNA yang sama-sama memiliki ujung blunt hasil pemotongan enzim restriksi atau hasil blunt PCR. DNA dengan ujung blunt lebih sulit untuk ‘dilem’ dengan enzim DNA Ligase karena tidak ada ujung overhang yang membantu kedua utas untuk saling menempel terlebih dulu sebelum ‘dilem’
Beberapa Sifat Khusus Enzim Restriksi
Isochizomer
Isochizomer adalah enzim-enzim restriksi yang memiliki situs pengenalan yang sama. Hasil pemotongannya bisa sama dan bisa juga berbeda. Misalnya HpaII (situs pengenalan: C↓CGG) dan MspI (situs pengenalan: C↓CGG) adalah isoschizomer, begitu pula AatI (AGG↓CCT) dan StuI (AGG↓CCT).
Neoschizomer
Neoschizomer adalah bagian dari isoschizomer, memiliki situs pengenalan yang sama tetapi memotong pada tempat yang berbeda sehingga hasil pemotongannya pun berbeda. Misalnya AatII (situs pengenalan: GACGT↓C) dan ZraI (situs pengenalan: GAC↓GTC).
Tabel yang berisi daftar isoschizomer dan neoschizomer dapat ditemukan di situs NEB (New England Biolabs).
Kompatibilitas Ujung Overhang
Ada beberapa enzim restriksi yang memiliki situs pengenalan berbeda tetapi hasil pemotongannya memiliki ujung overhang yang sama. Misalnya AccIII (T↓CCGGA) dengan AgeI (A↓CCGGT) yang menghasilkan ujung overhang CCGG.
Sifat ini sangat penting dalam aspek rekayasa genetika, terutama bila fragmen DNA yang akan kita klon memiliki situs pengenalan enzim restriksi yang berbeda dengan vektornya. Asalkan hasil pemotongan memiliki ujung overhang yang sama maka proses ligasi dapat dilakukan kemudian.
Aplikasi ‘Gunting’ dan ‘Lem’
Nah, dengan menggunakan bantuan kedua jenis enzim ini, para ilmuwan rekayasa genetika bisa mengutak-atik DNA untuk keperluan tertentu seperti rekombinasi DNA yang menghasilkan DNA rekombinan. Secara garis besar berikut adalah proses yang terjadi:
Cloning gene of interest into plasmid (Image from bio.davidson.edu)
Masih banyak aplikasi lain dari enzim restriksi dan DNA ligase, kita akan coba bahas dalam artikel lain. Jangan lupa memberikan komentar untuk kami.
Istilah pencarian terpopuler untuk artikel ini:
Pertama dalam sejarah, seekor kera hasil rekayasa genetik berhasil menurunkan gen ‘alien’ (gen yang berasal dari organisme lain) kepada keturunannya melalui proses perkawinan.
Keturunan marmoset GMO yang dapat berpendar (Image: E.Sasaki et al. 2009).
Bagi para ilmuwan rekayasa genetika, hal ini merupakan terobosan luar biasa, sebab cara perkawinan normal tentu saja jauh lebih mudah dan murah ketimbang rekayasa genetika itu sendiri. Dengan keberhasilan ini, ilmuwan cukup membiakkan hewan hasil rekayasa genetik sehingga menghasilkan keturunan yang membawa gen ‘alien’ yang sudah berhasil diturunkan. Tidak perlu lagi membuat hewan rekayasa genetik yang baru.
Disamping itu, karena eksperimen ini dilakukan pada kera, tentu saja ia diharapkan akan menjadi model yang lebih baik ketimbang tikus hasil rekayasa genetik untuk meneliti penyakit-penyakit pada manusia. Mengingat kera memiliki kemiripan genetik yang lebih besar dengan manusia dibanding hewan-hewan percobaan lain.
Erika Sasaki dari The Central Institute for Experimental Animals di Kawasaki, Jepang inilah yang berhasil meyusupkan sebuah gen dari ubur-ubur yang membuatnya dapat berpendar hijau di bawah sinar UV.
Bagaimana gen ‘alien’ bisa masuk?
Seperti sudah dibahas sebelumnya di sini, gen yang kini jadi favorit para ilmuwan rekayasa genetika adalah gen GFP yang berasal dari ubur-ubur. Dengan gen ini, mereka bisa melacak keberhasilan penyusupan gen ‘alien’ yang disusupkan bersama dengan gen GFP. Dan karena gen GFP ini menghasilkan protein yang dapat berpendar, maka pengamatannya pun jadi mudah yaitu cukup dengan visualisasi di bawah sinar UV. Jika sel suatu organisme bisa berpendar, artinya gen GFP dan gen ‘alien’ sudah berhasil disusupkan ke dalamnya. Sungguh suatu cara yang amat cerdas.
Rekayasan genetik ini awalnya dilakukan pada sang induk, Sasaki menginjeksikan sebuah virus yang membawa gen GFP tadi ke dalam embrio kera. Kemudian embrio yang membawa gen GFP tersebut ditempatkan ke dalam tujuh induk betina. Empat di antaranya berhasil melahirkan dengan total 1 marmoset jantan dan 4 betina yang membawa gen GFP.
Selanjutnya, ketika bayi jantan yang kini membawa gen GFP sudah matang secara seksual, ia berhasil menjadi ayah bagi anaknya yang juga ternyata bisa berpendar hijau. Artinya gen GFP kini berhasil diturunkan melalui proses perkawinan. Salah satu bayi betina pun kemudian menghasilkan embrio In Vitro Fertilization (IVF) yang juga membawa gen GFP.
Harapan bagi Dunia Medis
Sebetulnya keberhasilan menyusupkan gen ‘alien’ ke dalam primata bukanlah yang pertama. Setahun sebelumnya, para peneliti melaporkan keberhasilannya memasukkan gen yang menyebabkan penyakit Huntington ke dalam macaca. Tapi bedanya gen tersebut diinsersi ke dalam telur, bukan ke embrio, sehingga akibatnya tidak dapat diturunkan.
Begitu pula yang terjadi pada kera rekayasan genetik pertama yang diberi nama ANDi. Lahir pada tahun 2001, ANDi merupakan hewan rekayasa genetik yang pertama lahir setelah 40 kehamilan hasil percobaan. Meskipun ia dinyatakan membawa gen GFP, tetapi ANDi tidak dapat berpendar karena nampaknya gen GFP-nya tidak bekerja dengan baik.
Sasaki memberi harapan baru bagi dunia medis. Ia mengatakan bahwa karena marmoset termasuk primata, maka kera ini dapat dijadikan model yang lebih baik untuk mempelajari penyakit-penyakit pada manusia, khususnya penyakit yang berhubungan dengan kondisi neurologis.
Bagaimana pendapat Anda?
Sumber: NewScientist.com
Istilah pencarian terpopuler untuk artikel ini:
