Teknologi DNA Rekombinan

Memasuki abad ke-20, ditemukan penemuan-penemuan baru tentang biologi molekular. Pada awal abad ini pula, diketahui bahwa setiap makhluk hidup menggunakan DNA dan RNA untuk menyimpan dan metransfer informasi genetiknya, bahwa setiap makhluk hidup menggunakan kode genetik yang sama untuk membuat proteinnya. Pada saat itu pula, para ilmuwan-ilmuwan di bidang teknologi ini, berpikir mengenai bisa tidaknya materi gen ini dimanipulasi sedemikian rupa sehingga bisa didapatkan DNA dan RNA yang sifat genetiknya sesuai dengan yang kita inginkan. Kemudian munculah pertanyaan-pertanyaan seperti :

• Bisakah kita mentransfer suatu gen dari satu makhluk hidup ke dalam makhluk hidup lainnya dan gen tersebut bisa hidup di dalam tubuh makhluk tersebut?
• Apa kita bisa menggabungkan dua gen menjadi satu?
• Bisakah kita mengidentifikasi seseorang berdasarkan keunikan DNAnya?
• Bisakan perubahan DNA memberitahukan kita fakta-fakta tentang evolusi?
• Bisakah kita mempelajari DNA dan melihat DNA mana yang nantinya akan bermutasi menjadi penyakit?
• Bisakah kita mengidentifikasi mikroba berdasarkan genetikanya?
• Bisakah kita merekap ulang suatu DNA dari organisme dan mengaturnya sedemikian rupa sehingga organisme tersebut dapat berguna bagi manusia?

Jawaban dari semua pertanyaan diatas adalah Bisa. Namun, sebelum pertanyaan-pertanyaan ini dijawab, cara untuk memanipulasi DNA harus ditemukan. Sebenarnya, hal ini bukan merupakan tantangan yang sulit, karena pada dasarnya, DNA itu sendiri selalu dimanipulasi oleh alam. DNA tersebut di-copy, dipotong, kemudian ditanamkan lagi berulang-ulang dalam suatu sel hidup. Nature agents (zat alam yang berperan) dalam proses ini tidak lain adalah enzim.

Teknologi DNA Rekombinan atau sering disebut juga rekayasa genetika adalah suatu ilmu yang mempelajari mengenai pembentukan kombinasi materi genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkannya untuk terintegrasi dan mengalami perbanyakan dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang. Manfaat rekayasa genetika ini adalah mengisolasi dan mempelajari masing-masing gen tentang fungsi dan mekanisme kontrolnya. Selain itu, rekayasa genetika juga memungkinkan diperolehnya suatu produk dengan sifat tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional.

Ada beberapa bagian terpenting yang selalu digunakan dalam rekayasa genetika.Yang pertama adalah enzim seluler dan yang kedua adalah vektor. Hal tersebut akan dibahas sebagai berikut:

1. Cellular Enzymes / Enzim seluler

Enzim yang dipakai oleh orang-orang bioteknologi dalam memanipulasi DNA diantaranya adalah enzim Endonuklease, yaitu enzim yang mengenali batas-batas sekuen nukleotida spesifik dan berfungsi dalam proses restriction atau pemotongan bahan-bahan genetik. Penggunaan enzim ini yang paling umum antara lain pada sekuen palindromik. Enzim ini dibentuk dari bakteri yang dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menahan penyusupan DNA, seperti genom bacteriophage.

Ada juga DNA polimerisasi, yaitu enzim yang biasa dipakai untuk meng-copy DNA. Enzim ini mengsintesis DNA dari sel induknya dan membentuk DNA yang sama persis ke sel induk barunya. Enzim ini juga bisa didapatkan dari berbagai jenis organisme, yang tidak mengherankan, karena semua organisme pasti harus meng-copy DNA mereka.

Selain DNA polimerisasi, ada juga enzim RNA polimerisasi yang berfungsi untuk ’membaca’ sekuen DNA dan mengsintesis  molekul RNA komplementer. Seperti halnya DNA polimerisasi, RNA polimerisasi juga banyak ditemukan di banyak organisme karena semua organisme harus ’merekam’ gen mereka

Selanjutnya yang akan dibahas adalah enzim DNA ligase. Enzim DNA ligase merupakan suatu enzim yang berfungsi untuk menyambungkan suatu bahan genetik dengan bahan genetik yang lain. Contohnya saja, enzim DNA ligase ini dapat bergabung dengan DNA (atau RNA) dan membentuk ikatan phosphodiester baru antara DNA (atau RNA) yang satu dengan lainnya.

Kemudian, ada pula enzim reverse transcriptases yang berfungsi membentuk blue-print dari molekul RNA membentuk cDNA (DNA komplementer). Enzim ini dibuat dari virus RNA yang mengubah genom RNA mereka menjadi DNA ketika mereka menginfeksi inangnya. Enzim ini biasa dipakai ketika bertemu dengan gen eukariotik yang biasanya terpisah-pisah menjadi potongan kecil dan dipisahkan oleh introns dalam kromosom.

2.         Natural Vectors / Vektor natural

Sebagai salah satu cara untuk memanipulasi DNA di luar sel, para ilmuwan dalam bioteknologi harus bisa membuat suatu tempat yang keadaannya stabil dan cocok dengan tempat DNA yang dimanipulasi. Sekali lagi, alam telah memberikan solusi dari masalah ini. Vektor disini bisa diartikan sebagai alat yang membawa DNA ke dalam sel induk barunya.

Agar suatu metode dalam rekayasa genetika dianggap berhasil, di dalam vektor, DNA hasil rekombinan seharusnya benar-benar hanya dibawa setelah sebelumnya DNA rekombinan digabungkan dengan DNA vektor melalui enzim ligase. Namun di dalam vektor, DNA rekombinan tidak termutasi  lagi membentuk DNA dengan sifat baru. Contoh dari vektor natural dari alam adalah plasmid dan virus atau bacteriophage.

Kloning

Kloning berasal dari kata ‘klon’ dari bahasa Yunani yang berarti tunas muda. Pada dasarnya kloning adalah teknik penggandaan gen yang menghasilkan turunan yang sama sifat baik dari segi hereditasnya maupun penampakannya. Dari referensi lainnya, dikatakan kloning adalah penggunaan sel somatik makhluk hidup multiseluler untuk membuat satu atau lebih individu dengan materi genetik yang sama atau identik. Sumber lainnya lagi mengatakan bahwa kloning adalah teknik perbanyakan sel, jaringan atau organisme secara aseksual, bias melibatkan dua induk atau satu induk. Sehingga dapat disimpulkan,, bahwa kloning adalah suatu cara atau teknik yang menggunakan sel somatik makhluk hidup untuk membentuk turunan baru baik dari satu induk maupun dua induk yang turunannya memiliki materi genetik yang sama sifat baik dari segi hereditas maupun penampakannya yang prosesnya merupakan suatu bentuk reproduksi aseksual.

Tahapan-tahapan dalam mengkloning suatu gen adalah sebagai berikut :

Suatu fragmen DNA yang mengandung gen yang akan dikloning pertama-tama diinsersikan dulu pada molekul DNA sirkular yang disebut sector untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan atau chimoera.

Vektor kemudian bertindak sebagai pembawa DNA rekombinan tersebut untuk masuk ke dalam tuan rumah biasanya berupa bakteri, maupun sel-sel jenis lainnya yang bisa digunakan. Kemudian vector mengadakan replikasi dalam sel tuan rumah yang  menghasilkan banyak turunan-turunan identik, baik vektornya sendiri, maupun gen yang dia bawa.

Ketika sel tuan rumah membelah, kopi molekul DNA rekombinan diwariskan pada progeny dan terjadi replikasi vektro selanjutnya. Setelah terjadi sejumlah besar pembelahan sel, maka dihasilkan koloni atau sel kloningan yang identik. Tiap-tiap sel dalam klon mengandung satu atau lebih kopian molekul DNA rekombinasi. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa, gen yang dibawa oleh molekul rekombinasi telah diklon.

Kloning merupakan salah satu bentuk penemuan dari para ilmuwan untuk dalam rangka perolehan keturunan yang sampai sekarang, detik ini juga, terus menerus mendapat pro dan kontra dari masyarakat. Diawali dari lahirnya dolly sebagai hewan hasil kloningan pertama, sampai munculnya isu-isu tentang bayi perempuan bernama Eve yang dikatakan merupakan manusia kloningan pertama yang pernah dibuat oleh manusia.

6.2.    KLONING PADA TUMBUHAN

Sampai hari ini, diketahui sudah cukup banyak DNA hewan dan tumbuhan yang sudah dikloning.  Secara singkat kloning pada sel tumbuhan (baik dari akar, batang, dan daun) bisa dilakukan dengan cara memotong organ tumbuhan yang di-inginkan. Lalu kita mencari eksplan, mengambil selnya dan memindahkan ke media berisi nutrisi agar cepat tumbuh. Eksplan ini akan menggumpal menjadi gumpalan yang bernama kalus. Kalus adalah cikal bakal akar, batang, dan daun. Kalus kemudian ditanam di media tanah dan akan menjadi sebuah tanaman baru.

Nama lain dari kloning pada tumbuhan adalah kultur jaringan, yaitu suatu teknik untuk mengisolasi, sel, protoplasma, jaringan, dan organ dan menumbuhkan bagian tersebut pada nutrisi yang mengandung zat pengatur tumbuh tanaman pada kondisi aseptik,sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman sempurna kembali.

Ada dua teori dasar yang berpengaruh dalam kultur jaringan. Yang pertama adalah teori bahwa sel dari suatu organisme multiseluler di mana pun letaknya, sebenarnya sama dengan sel zigot karena berasal dari satu sel tersebut. Yang kedua adalah teori totipotensi sel atau Total Genetic Potential. Artinya, setiap sel yang memiliki potensi genetik mampu memperbanyak diri dan berdiferensiasi menjadi suatu tanaman lengkap.

Dalam kultur jaringan ada beberapa factor yang mempengaruhi regenerasi tumbuhannya, yaitu :

1. Bentuk regenerasi dalam kultur in vitro, seperti pucuk adventif atau embrio      somatiknya
2. Eksplan, yaitu bagian tanaman yang digunakan sebagai bahan awal untuk perbanyakan tanaman. Yang penting dalam eksplan ini adalah factor varietas, umur, dan jenis kelaminnya. Bagian yang sering menjadi ekspan adalah pucuk muda, kotiledon, embrio, dan sebagainya.
3. Media tumbuh, karena di dalam media tumbuh terkandung komposisi garam anorganik, zat pengatur tumbuh, dan bentuk fisik media.
4. Zat pengatur tumbuh tanaman. Faktor yang perlu diperhatikan dalam penggunaan zat ini adalah konsentrasi, urutan penggunaan dan periode masa induksi dalam kultur tertentu.
5. Lingkungan Tumbuh yang dapat mempengruhi regenerasi tanaman meliputi temperatur, panjang penyinaran, intensitas penyinaran, kualitas sinar, dan ukuran wadah kultur.

Skema proses Kultur Jaringan secara singkat

6.3. KLONING PADA HEWAN

Domba Dolly : Mamalia yang pertama kali dikloning melalui sel induk dewasanya

Kloning hewan adalah suatu proses dimana keseluruhan organisme hewan dibentuk dari satu sel yang diambil dari organisme induknya dan secara genetika membentuk individu baru yang identik sama. Artinya, hewan kloning ini adalah duplikat yang persis sama baik dari segi sifat dan penampilannya seperti induknya, dikarenakan adanya kesamaan DNA.

Di alam, sebenernya kloning bisa saja terjadi. Reproduksi aseksual pada beberapa jenis organisme dan penemuan mengenai munculnya sel kembar dalam satu telur juga merupakan apa yang disebut dengan kloning. Dengan kemajuan bioteknologi sekarang ini, bukan mustahil untuk menciptakan lebih lanjut mengenai kloning pada hewan.

Pertama kali para ilmuwan berusaha membentuk sel kloning pada hewan tidak berhasil selama bertahun-tahun lamanya. Kesuksesan pertama yang diraih oleh ilmuwan pada saat mereka berhasil mengkloning seekor kecebong dari sel embrio di tubuh katak dewasa. Namun demikian, kecebong tersebut tidak pernah berhasil tumbuh menjadi katak dewasa. Kemudian, dengan menggunakan nuclear trasnfer di sel embrio, para ilmuwan mulai melakukan penelitian terhadap kloning hewan mamalia. Tapi sekali lagi, hewan-hewan tersebut tidak pernah mencapai hidup yang panjang.

Skema kloning pada Hewan

Kloning pertama yang berhasil diujicobakan dan bisa bereproduksi adalah seekor domba yang dinamakan Dolly. Dolly ditemukan oleh Ian Wilmut dan kawan-kawanya di Skotlandia pada tahun 1997. Tapi tidak sama dengan uji coba kloning sebelumnya yang menggunakan sel embrio, kloning dolly menggunakan sel dari domba dewasa. Karena sel domba dewasa ini dianggap sudah tua, maka, dolly pun jadi berumur pendek, walau tidak sependek hewan lain hasil kloningan dengan menggunakan sel embrio.

Sekarang ini, para ilmuwan sudah sukses mengkloning banyak hewan seperti tikus, kucing, kuda, babi, anjing, rusa, dan sebagainya dari sel embrio maupun sel non-embrio, tergantung dari tujuan pengkloningan tersebut. Jika, diharapkan hewan hasil kloning yang bisa bereproduksi, maka digunakanlah sel non-embrio, sedangkan jika diharapkan hewan kloning yang tidak harus bisa bereproduksi, maka digunakan sel embrio.

Proses kloning hewan melalui tahap berikut, yaitu mengekstrak nukleus DNA dari suatu sel embrio kemudian ditanamkan dalam sel telur yang sebelumnya intinya sudah dihilangkan. Kadang-kadang proses ini distimulasi oleh manusia menggunakan alat dan bahan-bahan kimia. Sel telur yang sudah dibuahi ini kemudian dimasukkan kembali ke dalam tubuh sel hewan inangnya dan membentuk sifat yang identik.

Beberapa ilmuwan menjadikan hewan hasil kloningan yang tidak bisa bereproduksi sebagai bahan pangan. Namun baru-baru ini, diberitakan bahwa hewan hasil kloning, tidak layak untuk dikonsumsi sebagai makanan manusia walau belum ada bukti pasti mengenai hal tersebut. Penelitian lebih lanjut mengenai hal ini masih terus dilakukan.

6.4. KLONING PADA MANUSIA

Setelah sukses dengan teknologi kloning hewan menyusui, sekarang hanya tinggal menunggu waktu, timbulnya kabar yang melaporkan lahirnya manusia hasil kloning. Contohnya saja pada ”Eve”, yang dikabarkan adalah bayi perempuan pertama hasil kloning, namun kebenaran beritanya masih belum bisa dipastikan. Ada lagi berita mengenai hasil kloning permintaan dari pasangan homoseksual dari Belanda. Namun, bukti-bukti konkrit mengenai manusia hasil kloningannya sama sekali tidak ada.

Beberapa sumber menyebutkan, para peneliti tersebut beralasan bahwa hal ini menyangkut pribadi sekaligus melanggar privasi dari pendonor gen jika diberitakan secara luas. Mungkin saja, penyembunyian berita-berita seperti ini dilakukan, karena masih banyaknya kontroversi serta pro dan kontra yang terjadi  di masyarakat mengenai pengkloningan manusia yang dianggap melanggar kodrat alam dan tidak sesuai dengan etika yang dianut dari agama.

Proses kloning pada manusia, sebenarnya tidak memiliki banyak perbedaan dengan bayi tabung atau in vitro fertilization. Dalam proses ini, sperma sang suami dicampur ke dalam telur sang istri dengan proses in vitro di dalam tabung kaca.

Gambaran kasar kloning manusia

Setelah sperma tumbuh menjadi embrio, embrio tersebut ditanamkan kembali ke dalam tubuh si ibu, atau perempuan lain yang menjadi ’ibu tumpang’. Bayi yang lahir secara biologis merupakan anak suami-istri tadi, walaupun dilahirkan dari rahim perempuan lain.

Proses kloning manusia dapat dijelaskan secara sederhana sebagai berikut :

• Mempersiapkan sel stem : suatu sel awal yang akan tumbuh menjadi berbagai sel tubuh.  Sel ini diambil dari manusia yang hendak dikloning.
• Sel stem diambil  inti sel yang mengandung informasi genetic kemudian dipisahkan dari sel.
• Mempersiapkan sel telur : suatu sel yang diambil dari sukarelawan perempuan kemudian  intinya dipisahkan.
• Inti sel dari sel stem  diimplantasikan ke sel telur
• Sel telur dipicu supaya terjadi pembelahan dan pertumbuhan.  Setelah membelah (hari kedua) menjadi sel embrio.
• Sel embrio yang terus membelah (disebut blastosis) mulai memisahkan diri (hari ke lima) dan siap diimplantasikan ke dalam rahim.
• Embrio tumbuh dalam rahim menjadi bayi dengan kode genetik persis sama dengan sel stem donor.