BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kemajuan dibidang teknologi saat ini sudah berkembang sangat pesat, banyak penemuan baru tentang biologi molekular, diantaranya yaitu adanya sistem kloning. Sistem kloning itu sendiri merupakan suatu proses menghasilkan individu-individu dari jenis yang sama identik secara genetik. Pada hewan atau tumbuhan tertentu pengkloningan terbentuk secara alami yaitu kebiasaan proses hewan atau tumbuhan bereproduksi aseksual. Sedangkan dalam bioteknologi, kloning merujuk pada berbagai usaha yang dilakukan manusia untuk menghasilkan salinan berkas DNA atau gen, sel atau organisme. Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan tersebut, muncullah 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 yang dikenal sebagai teknologi DNA rekombinan atau biasa disebut rekayasa genetika. Teknologi ini memungkinkannya diperolehnya suatu produk dengan sifat tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional serta memadukan sifat dari dua jenis organisme yang berbeda (organisme transgenik) dan lain-lain.
Untuk lebih jelas mengenai DNA rekombinan, akan di bahas pada pembahasan makalah ini. B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : 1.
Apakah yang dimaksud DNA rekombinan ?
2.
Bagaimanakah teknik/tahapan teknologi DNA rekombinan ?
3.
Bagaimana penerapan dari teknologi DNA rekombinan ? C. Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :
1.
Untuk mengetahui pengertian dari DNA rekombinan.
2.
Untuk mengetahui teknik yang yang digunakan dalam teknologi DNA
rekombinan 3.
Untuk mengetahui manfaat dan penerapan dari teknologi DNA
rekombinan. D. Manfaat Manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Bagi mahasiswa dapat melatih keterampilan dan kemampuan dalam membuat karya tulis ilmiah 2. Bagi pembaca
dapat menambah
teknologi DNA rekombinan
sumber informasi
tentang
BAB II PEMBAHASAN
A. Definisi DNA Rekombinan
Menurut Cohen dan Boyer (1980: DNA rekombinan (rDNA) adalah bentuk DNA buatan yang dibuat dengan menggabungkan dua atau lebih sekuens yang tidak akan biasanya terjadi bersama-sama. Dalam hal modifikasi genetik, itu adalah diciptakan melalui pengenalan DNA yang relevan ke dalam DNA organisme yang ada, seperti plasmid bakteri, untuk kode untuk atau mengubah sifat berbeda untuk tujuan tertentu, seperti resistensi antibiotik (News Medical.Net) Robert (2009) mengatakan bahwa DNA rekombinan adalah DNA yang
mengalami
perubahan
karena
penyisipan
suatu
sekuens
deuksinukleotida yang sebelumnya tidak terdapat dalam molekul DNA yang sudah ada dengan cara enzimatik atau kimiawi. Rekayasa genetika adalah serangkaian teknik untuk memodifikasi dan merekomendasi gen dari berbagai organisme yang berbeda yang juga disebut teknologi DNA rekombinan. Teknologi yang dikenal sebagai teknologi DNA rekombinan, atau dengan istilah yang lebih populer rekayasa genetika, ini melibatkan upaya perbanyakan gen tertentu di dalam suatu sel yang bukan sel alaminya sehingga sering pula dikatakan sebagai kloning gen. Banyak definisi telah
diberikan untuk mendeskripsikan pengertian teknologi DNA rekombinan. Salah satu di antaranya, yang mungkin paling representatif, menyebutkan bahwa teknologi DNA rekombinan adalah pembentukan kombinasi materi genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkannya untuk terintegrasi dan mengalami perbanyakan di dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang.
Rekayasa
genetika
dapat
memberikan
hasil
yang
sangat
menguntungkan. Sebagai contoh pasien yang menderita diabetes tidak mampu membentuk hormon insulin untuk mengatur kadar gula dalam darah. Oleh karena itu, pasien membutuhkan suntikan insulin sebagai tambahan. Dengan teknik rekayasa genetika, para peneliti berhasil memaksa mikroorganisme (bakteri) untuk membentuk insulin yang mirip dengan insulin manusia (suryo, 2001). B. Teknologi DNA Rekombinan Teknologi DNA rekombinan merupakan teknik kejuruteraan genetik yang melibatkan penggunaan DNA rekombinan - yaitu DNA yang menggabungkan
maklumat
genetik
dua
species
organisme
yang
berlainan. Jika gen-gen ini digabungkan dalam sel telur atau sel sperma supaya maklumat genetik ini boleh diturunkan kepada progeni, maka hasil daripada gabungan ini dinamakan organisme transgenik. Penghasilan DNA rekombinan melibatkan tiga proses: 1. Manipulasi DNA in vitro (luar sel organisma)
2. Gabungan, atau rekombinasi DNA sesuatu organisma dengan DNA bakteria
dalam plasmid atau bakteriofak
3. Pengklonan, atau teknik untuk mereplikasi progeni yang membawa DNA rekombinan. Proses-proses diatas pertama kali dilakukan oleh Paul Berg dan A.D. Kaiser pada tahun 1972. Mereka berjaya memasukkan DNA prokariot kedalam bakteria, kemudian oleh S.N. Cohen dan Herbert Boyer yang berjaya menggabungkan DNA organisme eukariot bersama plasmid bakteria. Komponen yang digunakan dalam teknik DNA rekombinan diantaranya enzim restriksi untuk memotong DNA, enzim ligase untuk menyambung DNA dan vektor untuk menyambung dan mengklonkan gen di dalam sel hidup, transposon sebagai alat untuk melakukan mutagenesis dan untuk menyisipkan penanda, pustaka genom untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang telah diklonkan, enzim transkripsi balik untuk membuat DNA berdasarkan RNA, pelacak DNA atau RNA untuk mendeteksi gen atau fragmen DNA yang diinginkan atau untuk mendeteksi klon yang benar. Vektor yang sering digunakan diantarnya plasmid, kosmid dan bakteriofag. Enzim restriksi, digunakan untuk memotong DNA. Enzim restriksi mengenal dan memotong DNA pada sekuens spesifik yang panjangnya empat sampai enam pasang basa. Enzim tersebut dikenal dengan nama enzim endonuklease restriksi.
Ada dua bagian terpenting yang selalu digunakan dalam rekayasa genetika yaitu sebagai berikut : 1.
Enzim seluler/Cellular Enzymes Enzim yang dipakai dalam memanipulasi DNA diantaranya adalah : a. 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. b. 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. c. RNA polimerisasi yaitu enzim 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. d. 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. e. Reverse transcriptases adalah enzim 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.
Vektor natural/ Natural Vectors 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 (Witarto, 2005). Adapun teknik pembuatan DNA rekombinan adalah sebagai berikut: 1. Teknik mengisolasi DNA. 2. Teknik memotong DNA dengan menggunakan enzim retriksi endonuklease. 3. Teknik menggabung/ menyambung DNA dengan menggunakan enzim ligase. 4. Teknik memasukkan DNA kedalam sel hidup (vektor) 5. Vektor berkembang dengan seleksi DNA yang direkayasa.
Gambar 1: mekanisme DNA Rekombinan
Gambar 2: mekanisme DNA Rekombinan untuk produksi insulin
1. Isolasi DNA yang diawali dengan melakukan perusakan serta penghilangan dinding sel. Dalam proses ini dapat dilakukan secara mekanis ataupun dengan cara enzimatis. Setelah perusakan sel telah dilakukan, langkah selanjutnya adalah pelisisan sel hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan buffer nonosmotik, serta deterjen yang kuat seperti triton X-100 atau dengan sodium dodesil sulfat (SDS). Remukan sel yang diakibatkan oleh lisisnya sel dibuang dengan melakukan sentrifugasi sehingga bias dibedakan antara bagian yang rusak serta organel target yang pada akhirnya didapatlkan DNA yang nantinya dilakukan pemurnian dengan penambahan amonium asetat dan alcohol.
2. Pemotongan molekul
DNA, baik
genomik maupun
plasmid
dilakukan dengan enzim restriksi. Ada dua macam enzim restriksi yaieu enzim restriksi tipe I dan enzim restriksi tipe II. Enzim restriksi tipe II mempunyai sifat-sifat umum yang penting sebagai berikut: a. mengenali urutan tertentu sepanjang empat hingga tujuh pasang basa di dalam molekul DNA. b. memotong kedua untai molekul DNA di tempat tertentu pada atau di dekat tempat pengenalannya c. .menghasilkan fragmen-fragmen DNA dengan berbagai ukuran dan urutan basa. Berdasarkan tempat hasil pemotongan, fragmenfragmen DNA memiliki dua macam ujung yaitu: 1) Ujung lengket (sticky end) atau ujung kohesif, terjadi jika tempat pemotongan pada kedua untai DNA terpisah sejauh beberapa pasang basa, sehingga menghasilkan fragmenfragmen dengan ujung 5’ yang runcing karena masingmasing untai tunggalnya menjadi tidak sama panjang. Dua fragmen DNA dengan ujung yang runcing akan mudah disambungkan satu sama lain. 2) Ujung tumpul (blunt end), terjadi jika tempat pemotongan DNA pada posisi yang sama. Kedua
fragmen
hasil
pemotongannya akan mempunyai ujung 5’ yang tumpul karena masing-masing untai tunggalnya sama panjangnya.
Penyatuan dua fragmen DNA ujung tumpul sulit dilakukan sehingga pemberian
memerlukan molekul
perlakuan linker,
tambahan,
molekul
misalnya
adaptor,
atau
penambahan enzim deoksinukleotidil transferase. 3. Tahap selanjutnya adalah penyambungan molekul DNA. Ada tiga cara yang dapat digunakan untuk meligasi fragmen-fragmen DNA secara in vitro. Pertama, ligasi menggunakan enzim DNA ligase dari bakteri. Kedua, ligasi menggunakan DNA ligase dari sel-sel E. coli yang telah diinfeksi dengan bakteriofag T4 atau lazim disebut sebagai
enzim
T4
ligase.
Ketiga
yaitu
pemberian
enzim
deoksinukleotidil transferase untuk menyintesis untai tunggal homopolimerik 3’. Suhu optimum bagi aktivitas DNA ligase sebenarnya 37ºC. Akan tetapi, pada suhu ini ikatan hidrogen yang secara alami terbentuk di antara ujung-ujung lengket akan menjadi tidak stabil dan kerusakan akibat panas akan terjadi pada tempat ikatan tersebut. Oleh karena itu, ligasi biasanya dilakukan pada suhu antara 4 dan 15ºC dengan waktu inkubasi (reaksi) yang diperpanjang (sering kali hingga semalam). 4. Setelah tahap penyambungan molekul DNA, dilakukan analisis terhadap hasil pemotongan DNA genomik dan DNA vektor serta analisis hasil ligasi molekul-molekul DNA tersebut. menggunakan teknik elektroforesis. Jika hasil elektroforesis menunjukkan bahwa fragmen-fragmen DNA genomik telah terligasi dengan baik pada
DNA
vektor
sehingga
terbentuk
molekul
DNA
rekombinan,
campuran reaksi ligasi dimasukkan ke dalam sel inang agar dapat
diperbanyak
dengan
cepat.
Tahap
memasukkan
campuran reaksi ligasi ke dalam sel inang dinamakan transformasi karena sel inang diharapkan akan mengalami perubahan sifat tertentu setelah dimasuki molekul DNA rekombinan. 5. Tahap
selanjutnya adalah
seleksi
transforman dan
seleksi
rekombinan. Oleh karena DNA yang dimasukkan ke dalam sel inang bukan hanya DNA rekombinan, maka kita harus melakukan seleksi untuk memilih sel inang transforman yang membawa DNA rekombinan. Selanjutnya, di antara sel-sel transforman yang membawa DNA rekombinan masih harus dilakukan seleksi untuk mendapatkan sel yang DNA rekombinannya membawa fragmen sisipan atau gen yang diinginkan. Pada dasarnya ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi setelah transformasi dilakukan, yaitu: 1. Sel inang tidak dimasuki DNA apa pun atau berarti transformasi gagal. 2. Sel inang dimasuki vektor religasi atau berarti ligasi gagal, dan 3. Sel inang dimasuki vektor rekombinan dengan/tanpa fragmen sisipan atau gen yang diinginkan. Seleksi
sel
rekombinan
yang
membawa
fragmen
yang
diinginkan dilakukan dengan mencari fragmen tersebut menggunakan
fragmen pelacak (probe), yang pembuatannya dilakukan secara in vitro menggunakan teknik reaksi polimerisasi berantai atau polymerase chain reaction
(PCR). Pelacakan fragmen yang diinginkan antara lain dapat
dilakukan melalui cara yang dinamakan hibridisasi koloni (Tjahjoleksono, 2009). Transfer DNA atau perpindahan DNA ke dalam bakteri dapat melalui tiga cara yaitu: 1. Transformasi : transfer DNA yang umumnya berasal dari satu sel bakteri ke dalam sel yang berbeda. Prosesnya adalah ketika sebuah sel bakteri pecah atau lisis maka DNA sirkular akan terlepas ke lingkungan. Efisiensi transformasi bergantung pada kompetensi sel. 2. Konjugasi : merupakan pemindahan materi genetik berupa plasmid secara langsung melalui kontak sel dengan membentuk struktur seperti jembatan diantara dua sel bakteri yang berdekatan. Umumnya terjadi pada bakteri gram negatif. 3. Transduksi : transfer materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lainnya dengan menggunakan virus bakteri sebagai vektor. Transfer ini menggunakan prinsip dasar dari galur donor yang menyediakan DNA bagi galur resipien. Perbedaan utamanya dengan transfer DNA lainnya adalah DNA ditransfer melalui perantaraan bakteriofag.
C. Manfaat Teknologi DNA Rekombinan Berbagai penelitian tentang DNA rekombinan banyak gunakan dan dimanfaatkan dalam berbagai bidang, diantaranya : 1. Bidang industri. Penelitian rekayasa genetika di bidang industry sedang meningkat dengan cepat. Berbagai usaha yang telah giat dilakukan misalnya : a) Menciptakan bakteri yang dapat melarutkan logam-logam langsung dari dalam bumi Menciptakan bakteri yang dapat menghasilkan bahan kimia b) Mencipatkan bakteri mentah
kimia
yang
seperti
dapat menghasilkan bahan
etilen
yang
diperlukan
untuk
pembuatan plastic 2. Bidang Pertanian Beberapa manfaat rekayasa genetika dalam bidang pertanian diantaranya adalah: a) Mengganti
pemakaian
pupuk
nitrogen
yang
banyak
dipergunakan tapi mahal harganya, oleh fiksasi nitrogen secara
alamiah.
Bakteri
tanah
Rhizobium
sp
dapat
mengadakan infeksi ke dalam akar dari tanaman family Leguminosae. Infeksi ini menghasilkan bintil akar dan bakteri yang terdapat di dalamnya dapat mengikat zat lemas bebas dari udara untuk di ubahnya menjadi nitrogen yang dapat diambil dan digunakan oleh tanaman tersebut.
b) Teknik
rekayasa
genetika
mengusahakan
tanaman-
tanaman (terutama yang mempunyai arti ekonomi) yang tidak begitu pekah terhadap penyakit yang disebabkan oleh bakteri, jamur dan cacing. c) Mengusahakan
tanaman-tanaman
yang
mampu
menghasilkan peptisida sendiri. 3. Bidang Peternakan a) Telah diperoleh vaksin-vaksin untuk melawan penyakit mencret ganas yang dapat mematikan anak-anak babi. b) Sudah dipasarkan vaksin yang efektif terhadap penyakit kuku dan mulut, yaitu penyakit ganas dan sangat menular pada sapi, domba, kambing, rusa dan babi 4. Bidang Kedokteran Gen-gen bagi beberapa protein yang dibutuhkan dalam bidang kedokteran yang dibutuhkan dalam bidang kedokteran yaitu pembuatan insulin manusia oleh bakteri Eschrechia coli untuk pengobatan penyakit diabetes (Wikipedia.org).
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan pada makalah ini maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. DNA rekombinan adalah DNA yang mengalami perubahan karena penyisipan suatu sekuens deuksinukleotida yang sebelumnya tidak terdapat dalam molekul DNA yang sudah ada dengan cara enzimatik atau kimiawi. 2. Komponen yang terlibat dalam Dna rekombinasi yaitu Enzim restriksi untuk memotong DNA, DNA polymerase, enzim ligase, enzim DNA ligase, Vektor untuk menyambung dan mengklonkan gen di dalam sel hidup, Transposon, Pustaka genom, Enzim transkripsi balik, Pelacak DNA atau RNA 3. Tahapan-tahapan teknologi DNA rekombinan adalah isolasi DNA kromosom yang akan diklon, pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen dengan berbagai ukuran, isolasi DNA vektor, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan, transformasi sel inang menggunakan molekul DNA rekombinan, reisolasi molekul DNA rekombinan dari sel inang, dan analisis DNA rekombinan.
B. Saran Makalah
ini
masih
informasinya pun terbatas.
jauh
dari
kesempurnaannya
dan
DAFTAR PUSTAKA
Anshori.DNA Rekombinan. (online) Tersedia http://anshori.comuv.com/ DNA_Rekombinan.html. (Tanggal 15 November 2014). Ilham.2009.DNArekombinan.(online).Tersediahttp://ilhamgantz.blogspot.c om/200 9/ 03/dna-rekombinan.html. (Tanggal 15 November 2014.) News Medical., 2012. DNA Rekombinan. Tersedia http://www.newsmedical.net/health/Recombinant-DNA-What-is-Recombinant-DNA%28Indonesian%29.aspx. (Tanggal 15 November 2014). Tjahjoleksono,
Aris.,
2009.
DNA
Rekombinan.
(Online)
Tersedia
http://web.ipb.ac.id/-tpb/files/materi/genetika/dna/rekombinan.htm Rifa’I, Muhaimin PhD.Med.Sc. 2010. Genetika Rekombinasi dan Populasi. Galaxy Science. Malang. Satriani.
2011.
DNA
rekombinan.
http://satriani09ngeblog.
(online)
Tersedia
blogspot.com/2011/12/dna-
rekombinan.html (Tanggal 15 November 2014) Wikipedia.
2011.
Recombinant
DNA.
(Online)
http://en.wikipedia.org/wiki/Recombinant_DNA
Tersedia
(Tanggal
15
November 2014). Wikipedia.
2011.
Teknologi
DNA
rekombinan.
(Online)
Tersedia
http://ms.wikipedia.org/wiki/Teknologi_DNA_rekombinan. (Tanggal 15 November 2014) Witarto,
A.B.,
2005.
Inspirator
Bioteknologi
–
Kemajuan LIPI.
Iptek.
Pusat
(Online)
Penelitian Tersedia
http://www.beritaiptek.com/zberita-beritaiptek-2005 (Tanggal 15 November 2014).
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
MAKALAH BIOTEKNOLOGI “PENERAPAN TEKNOLOGI DNA REKOMBINAN”
NAMA
: ATHIRAH M.NUR
STB
: 150 2011 0121
KELAS
: 712
KELOMPOK : II (DUA)
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA MAKASSAR 2014
