Fungsi DNA Rekombinan Dalam Ilmu Biologi

Diposting pada

rekombinasi-DNA

Pengertian Rekombinasi DNA

Rekombinasi DNA ( rDNA ) adalah suatu upaya meletakkan DNA dari suatu organisme kedalam DNA bakteri dengan menggabungkan dua atau lebih sekuens yang biasanya tidak akan  terjadi bersama-sama melalui penyambungan gen. Dalam hal modifikasi genetik, itu diciptakan melalui pengenalan yang relevan DNA ke dalam DNA organisme yang ada seperti plasmid dan bakteri, untuk kode atau mengubah ciri yang berbeda dengan tujuan tertentu seperti resistensi antibiotik. Ini berbeda dari rekombinasi genetika dalam hal itu tidak terjadi melalui dalam sel, tetapi di rekayasa. Sebuah protein rekombinan adalah suatu protein yang dihasilkan dari DNA rekombinan.


Yang salah satu penggunaan pertama DNA rekombinan dalam botani, banyak tanaman yang memiliki genom cukup beradaptasi yang sehingga memungkinkan bagi mereka untuk siap menggabungkan DNA dari spesies yang jauh terkait. Dengan splicing gen baru, para ilmuwan telah mampu mengembangkan tanaman yang tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim termasuk kekeringan dan panas.

Dalam hal ini juga memungkinkan menggunakan DNA rekombinan untuk mengambil gen dari hewan tertentu dan sambatan dalam genom ada beberapa tanaman untuk membuat tanaman yang mengandung bahan kimia yang membuat mereka tidak menimbulkan selera berbagai hama dan parasit.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Replikasi DNA Semikonservatif – Pengertian, Komponen, Model, Dispersif, Para Ahli


Sejarah Rekombinasi DNA

Teknik DNA rekombinan pertama kali di usulkan oleh Peter Lobban, seorang mahasiswa pasca sarjana. Eksploitasi teknologi DNA rekombinan di fasilitasi oleh isolasi, penemuan dan penerapan endonuklease restriksi oleh Werner Arber, Daniel Nathans, dan Hamilton Smith, yang mereka terima tahun 1978 dalam penghargaan nobel dalam kedokteran. Sebuah terobosan dalam penerapan teknologi DNA rekombinan terjadi pada tahun 1977 ketika Herbert Boyer di produksi biosintetik manusia insulin di laboratorium. Urutan gen tertentu atau polinukleotida yang mengkode untuk insulin produksi pada manusia diperkenalkan ke koloni sampel yang E.coli bakteri. Ini adalah obat pertama kali dibuat melalui teknologi DNA rekombinan untuk disetujui oleh FDA dn komersial tersedia dibawah nama merek humulin. Sebagian besar insulin saat ini digunakan diseluruh dunia sekarang biosintetik rekombinan manusia insulin atau analognya.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Ciri-Ciri Bakteri Mycoplasma Dalam Biologi


Proses Metode Rekombinasi DNA

Metode yang digunakan dalam rekombinasi DNA, diantaranya adalah sebagai berikut:

Metode Transformasi DNA

Merupakan salah satu metode untuk memasukkan DNA ke dalam sel bakteri. Metode transformasi ini pertama kali dikembangkan untuk memindahkan sifat-sifat genetika yang membawa kenyataan bahwa DNA adalah bahan genetika. Meskipun transformasi telah dieksploitasi untuk mempelajari pautan gen pada berbagai organisme, metode ini sekarang secara luas dipakai untuk mentransfer plasmid-plasmid kecil dari satu galur bakteri ke galur lainnya. Prinsip dari transformasi adalah dengan ekstraksi DNA dari sel donor, kemudian dicampur dengan sel resipien yang telah dibuat rentan terhadap masuknya molekul DNA melalui pori atau saluran dalam dinding dan membran sel. Bila molekul DNA yang masuk berupa plasmid, maka replikasi plasmid dapat dimungkinkan dengan genom inang yang baru selama transformasi.


Butuh 3 elemen kunci dari metode transformasi:

  • Inang yang bersifat stabil
  • Membutuhkan vector untuk mereplkasikan sendiri
  • Membutuhkan seleksi dari sel inang yang bias di inersikan dengan gen yang bisa disisipkan

Metode Transduksi DNA

Merupakan suatu proses tranfeksi gen dengan menyisipkan fage (turunan dari bakterio fag lamda yang terdapat didalam virus) atau hamper sama dengan proses transformasi


Metode Konjugasi DNA

Merupakan suatu metode untuk menyatukan gen asing kedalam DNA inang atau Bacterial Artificial Cromosom (BAC). Dasar dari plasmid konjugasi adalah:

  1. Merupakan bagian yang kecil dari episomal bacterial DNA yang memberikan suatu bakteri untuk mampu mengawali proses penyatuan dengan bakteri target.
  2. Batas klloning-nya = 75 – 300 kb.

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Penyebab Mutasi Gen – Pengertian, Alam, Buatan, Faktor, Jenis, Mekanisme, Konsekunsi


Teknologi DNA Rekombinan

Pengertian Teknologi DNA Rekombinan,  Secara klasik analisis molekuler protein dan materi lainnya dari kebanyakan organisme ternyata sangat tidak mudah untuk dilakukan karena adanya kesulitan untuk memurnikannya dalam jumlah besar. Namun, sejak tahun 1970-an berkembang suatu teknologi yang dapat diterapkan sebagai pendekatan dalam mengatasi masalah tersebut melalui isolasi dan manipulasi terhadap gen yang bertanggung jawab atas ekspresi protein tertentu atau pembentukan suatu produk.


 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.


Teknologi DNA rekombinan mempunyai dua segi manfaat. Pertama, dengan mengisolasi dan mempelajari masing-masing gen akan diperoleh pengetahuan tentang fungsi dan mekanisme kontrolnya. Kedua, teknologi ini memungkinkan diperolehnya produk gen tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional.

Pada dasarnya upaya untuk mendapatkan suatu produk yang diinginkan melalui teknologi DNA rekombinan melibatkan beberapa tahapan tertentu (Gambar 9.1). Tahapan-tahapan tersebut adalah isolasi DNA genomik/kromosom yang akan diklon, pemotongan molekul DNA menja di 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.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian DNA Beserta Fungsi, Struktur Dan Penggunaannya Dalam Teknologi


Teknik DNA Rekombinan

Teknik DNA Rekombinan

 Teknologi DNA rekombinan telah mungkinkan bagi kita untuk: mengisolasi DNA dari berbagai organisme, menggabungkan DNA yang berasal dari organisme yang berbeda sehingga terbentuk DNA rekombinan, memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel organisme prokariot maupun eukariot hingga DNA rekombinan dapat berepilkasi dan bahkan dapat diekspresikan. Jadi, Teknologi DNA Rekombinan merupakan kumpulan teknik atau metoda yang digunakan untuk mengkombinasikan gen-gen di dalam tabung reaksi.


Teknik-teknik tersebut meliputi:

  1. Teknik untuk mengisolasi DNA
  2. Teknik untuk memotong DNA
  3. Teknik untuk menggabung atu menyambung DNA
  4. Teknuk untuk memasukkan DNA ke dalam sel hidup

Perangkat yang digunakan dalam teknologi DNA rekombinan adalah perangkat-perangkat yang ada pada bakteri. Perangkat tersebut antara lain adalah: enzim restriksi, enzim DNA ligase, plasmid, transposon, pustaka genom, enzim transkripsi balik, pelacak DNA/RNA.


  • Vektor,berupa plasmid bakteri atau viral ADN virus.Vektor,berupa plasmid bakteri atau viral ADN virus.

  • Bakteri, berperan dalam perbanyakan plasmid melalui perbanyakan bakteri.Pemisahan DNA oleh enzim restriksi


  • Enzim, terdiri dari enzim RESTRIKSI (pemotong plasmid/ADN) dan enzim Ligase (penyambung ptongan-potongan ADN)Proses produksi insulin manusia dengan rekayasa genetika


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Perbedaan Koenzim Dan Kofaktor Dalam Biologi


Tahapan Rekombinasi DNA

Teknologi DNA rekombinan melibatkan beberapa teknik diantaranya adalah teknik mengisolasi DNA, memotong DNA, menggabung/ menyambung DNA serta teknik memasukkan DNA ke dalam sel hidup sehingga DNA rekombinan dapat bereplikasi dan dapat diekspresikan. Adapun langkah – langkah pembuatan DNA rekombinan menurut Moeljopawiro adalah sebagai berikut:

1. Isolasi sumber DNA

Elusi atau isolasi fragmen tunggal DNA adalah proses pemisahan fragmen DNA target dari campuran fragmen-fragmen DNA pengotornya. Hal ini penting dalam rekayasa genetik karena fragmen tersebut dapat digunakan untuk pelacak dalam mendeteksi gen DNA lain dan dapat dicangkokkan ke fragmen DNA lainnya. Fragmen DNA yang tidak tercampur dengan fragmen DNA lainnya diperoleh melalui beberapa tahap.


Tahap pertama adalah pemisahan fragmen yang ingin diisolasi dari fragmen lainnya dengan pemotongan menggunakan enzim restriksi atau hasil PCR, yang dilanjutkan dengan elektroforesis menggunakan gel agarose. Tahap selanjutnya adalah mendeteksi fragmen yang akan diisolasi dan memotong gel agarose yang mengandung fragment tersebut. Tahap terakhir adalah mengisolasi fragmen DNA dari gel agarose dengan cara melewatkannya pada membran Hybon N netral dan memberi larutan buffer elusi yang berisi Tris buffer dan Sodium Dodesil Sulfat.


2. Pemotongan Gen

Restriksi plasmid merupakan proses pemotongan fragmen DNA pada situs tertentu sesuai yang diinginkan dengan menggunakan enzim restriksi. Molekul DNA rekombinan tidak dapat dibuat dengan mudah tanpa adanya dua jenis enzim, yaitu: enzim restriksi endonuklease yang berperan sebagai “gunting” untuk memotong DNA pada situs spesifik. Setiap enzim restriksi mengenali urutan spesifik dan memotong hanya di tempat-tempat tertentu dari urutan basa tersebut. Enzim restriksi memotong DNA double strands dengan memutus ikatan kovalen di antara phosphat dari satu deoksiribonukleotida dengan gula dari deoksiribonukleotida yang berbatasan dengannya.


Terdapat dua tipe hasil pemotongan, ujung rata (blunt end) dan ujung kohesif (sticky end). Ujung rata (blunt end) dihasilkan ketika dua utas molekul dipotong pada posisi yang sama, bagian akhirnya rata dan tidak ada nukleotida yang tidak berpasangan. Ujung kohesif (sticky end) dihasilkan ketika setiap molekul DNA dipotong pada posisi yang tidak sama sehingga salah satu utas (5’ atau 3’) menggantung dengan beberapa nukleotida. Akhiran single strand yang tidak rata ini dapat berpasangan secara spontan dengan basa pasangannya sehingga disebut “sticky” (mudah lengket) atau kohesif.


3. Penggabungan Gen

Ligasi adalah proses penyambungan antara satu fragmen DNA dengan fragmen DNA lainnya. Di dalam pengklonan gen, DNA insert disambungkan dengan vector pengklonan. Terdapat beberapa jenis vector, diantaranya vector untuk bakteri adalah plasmid, phage dan cosmid, serta beberapa vector lain yang digunakan untuk organisme selain bakteri, yaitu Yeast Artificial Chromosomes (YAC), Bacterial Artificial Chromosomes (BAC), Plant Cloning Vectors dan Mammalian Cell Vectors (Barnum, 2005).


Faktor yang sangat berperan dalam proses ligasi adalah Enzim Ligase. Ligasi berhasil bila kedua ujung yang akan disambungkan berkomplemen. Kecocokan yang sangat spesifik dibutuhkan bila fragmen DNA yang akan disambungkan mempunyai ujung tidak rata (sticky end), karena penyambungannya harus mengikuti kaidah Chargaff, yaitu T berpasangan dengan A dan G berpasangan dengan C. Sedangkan fragmen DNA yang mempunyai ujung rata (blunt end) dapat disambungkan dengan sembarang fragmen DNA lain yang berujung rata. Oleh karena itu untuk mengklon suatu fragmen DNA yang spesifik menggunakan ujung tidak rata sedangkan pengklonan DNA yang tidak memerlukan spesifikasi tertentu menggunakan ujung rata (Suharsono, 2000).


4. Penyisipan Gen ke dalam Bakteri

Penyisipan gen dapat dilakukan melalui dua cara yaitu:

  • Konjugasi : perpindahan DNA dari satu sel (sel donor) ke dalam sel bakteri lainnya
    (sel resipien) melalui kontak fisik antara kedua sel
  • Transformasi : pengambilan DNA oleh bakteri dari lingkungan di sekelilingnya.
  • Transduksi : cara pemindahan DNA dari satu sel ke dalam sel lainnya melalui
    perantara fage.

DNA yang masuk ke dalam bakteri dapat berintegrasi dengan DNA atau kromosom bakteri sehingga terbentuk DNA rekombinan atau kromosom rekombinan. Adapun proses rekombinasi DNA dari pemotongan hingga penggabungan seperti yang ditampilkan pada gambar berikut:

Penyisipan Gen ke dalam Bakteri


5. Memasukkan DNA Rekombinan ke Sel Target

Memasukkan DNA Rekombinan ke Sel Target / Sel Hidup dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu:

  • Transformasi : pengambilan DNA rekombinan dari lingkungan di sekelilingnya.
  • DNA-packaging : memasukkan molekul DNA-phage ke dalam partikel phage.
  • Minkroinjection : memakai jarum super kecil untuk menginjekasikan DNA rekombinan langsung ke inti sel yang ditransformasi.

Adapun proses pemasukan DNA rekombinan ke dalam sel target, misalnya pada tumbuhan dapat ditampilkan seperti gambar berikut:

5. Memasukkan DNA Rekombinan ke Sel Target


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Sel Tumbuhan : Jenis, Bagian, Gambar Dan Fungsinya Lengkap


Aplikasi dan Manfaat DNA Rekombinan

Teknologi rekombinan DNA banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari baik dalam bidang kesehatan, pertanian, kelautan, hukum dan ilmu pengetahuan. Berikut adalah contoh aplikasi dan manfaat teknologi rekombinan DNA pada bebrapa bidang kehidupan :


  1. Bidang Kesehatan
    a. Insulin manusia telah diproduksi secara massal menggunakan bakteri E.coli dan telah diperdagangkan untuk mengobati penyakit diabetis.
    b . Vaksin hepatitis B digunakan untuk mencegah infeksi virus hepatitis. Telah diproduksi secara komersial menggunakan S.cereviciae dalam skala industri c. Hormon tumbuh manusia (GH) diproduksi menggunakan E.coli dan digunakan untuk mengobati kelainan pertumbuhan (misal: cebol).
    d . Therapi gen untuk penyakit dilakukan dengan menggantikan gen yang mengalami kerusakan dengan gen yang normal, digunakan untuk mengobati penyakit- penyakit keturunan (genetic disorders) dan penyakit lain yang disebabkan oleh kerusakan gen (misal: kanker)

  2. Bidang Pertanian
    a. Bakteri Ice- (ice minus): bakteri yang telah direkayasa sehingga tidak membeku pada suhu rendah. Digunakan (disemprotkan) pada tanaman agar tanaman tidak membeku di musim dingin.
    b. mikroba pendegradasi limbah.
    c. Tanaman tahan hama, misal kapas Bt, tomat Bt
    d. Tanaman tahan herbisida.


  3. Bidang Kelautan : penggunaan hormon pertumbuhan untuk meningkatkan ukuran ikan

  4. Bidang Hukum
    a. Pelaku kejahatan dapat diidentifikasi dengan menggunakan analisis Sidik Jari DNA misalnya: kasus perkosaan
    b. Untuk menentukan keturunan dan keluarga berdasarkan DNA fingerprint.

  5. Bidang Ilmu Pengetahuan
    a. Membantu upaya memahami terjadinya kelainan pada manusia (penyakit genetik) misalnya kanker payudara
    b. Kemajuan Teknologi DNA telah mendorong para ilmuwan (konsorsium ilmuwan internasional) untuk mewujudkan proyek genom manusia dan genom organisme lainnya.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Penjelasan Jenis Kromosom Berdasarkan Sentromer Lengkap


Fungsi DNA Rekombinan

Dalam pemberian vaksin melalui DNA rekombinan juga mungkin, dalam rangka untuk menciptakan vaksin ini, virus tuan rumah, seperti virus herpes, DNA-nya telah dihapus dan diisi dengan DNA rekombinan yang berisi coding untuk membuat antibodi untuk penyakit tertentu.

Meskipun teknologi ini relatif baru, telah terbukti cukup berhasil dan ilmuwan berharap bahwa hal demikian bisa dikembangkan lebih lanjut untuk membuat vaksin untuk berbagai penyakit yang saat ini tidak memilikinya. Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan teknologi DNA rekombinan untuk menyembuhkan pasien dari beberapa penyakit. Ada banyak kondisi yang disebabkan oleh urutan DNA yang rusak yang dapat diganti dengan bagian yang sehat dari DNA yang diberikan kepada pasien, biasanya melalui pengiriman virus.


Yang dalam penelitian menunjukkan bahwa penyakit seperti fibrosis kistik dan anemia sel sabit mungkin baik satu hari diobati dan dicegah melalui perubahan struktural untuk DNA seseorang. Teknologi untuk menyembuhkan penyakit ini masih dalam pengembangan, namun hasil awal yang cukup menjanjikan.

Dalam pasien tidak memiliki urutan DNA yang membuat atau mengenali kebutuhan untuk enzim tertentu juga bisa mendapatkan keuntungan dari perawatan DNA rekombinan. Yang dalam kasus ini, sebuah untai DNA yang menciptakan protein khusus yang dibutuhkan untuk melakukan tugas tertentu dapat dimasukkan ke dalam DNA seseorang. Bagi banyak jenis kondisi, bagian yang rusak dari DNA tidak perlu diganti oleh DNA rekombinan, sebagai DNA baru hanya dapat ditempelkan ke untai normal. Bagi penderitan diabetes yang mengambil insulin memanfaatkan teknologi DNA rekombinan seperti ini karena insulin yang diproduksi dengan menggunakan jenis teknologi.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Escherichia Coli – Pengertian, Klasifikasi, Struktur, Faktor, Ciri, Diagnosis, Pengobatan


Plasmid

Secara umum plasmid dapat didefinisikan sebagai molekul DNA sirkuler untai ganda di luar kromosom yang dapat melakukan replikasi sendiri. Plasmid tersebar luas diantara organisme prokariot dengan ukuran yang bervariasi. Plasmid bias juga disebut substansi yang kecil bentuk sirkuler, merupakan ekstra kromosomal DNA molekul yang terdapat di dalam bakteri dan dapat mereplikasi dirinya sendiri diluar sel inang. Tingkat pertumbuhan dari plasmid tersebut, cepat dan batas kemampuannya untuk cloning adalah 0,1 – 10 kb. Plasmid yang hanya berisikan transgen berfungsi untuk mengawali proses penggabungan.


Plasmid dapat dibedakan menjadi plasmid resisten, cold plasmid, plasmid degratif, dan plasmid virulen.

  • Plasmid Resisten
    Yaitu plasmid yang hanya berisi gen dan hanya dapat mengakibatkan suatu resistensi dalam melawan zat anti biotika/racun.
  • Cold Plasmid
    Yaitu plasmid yang berisi tentang gen yang berisi kode untuk menentukan produksi, misalnya colin, protein, yang dapat membunuh bakteri
  • Plasmid Degratif
    Yaitu plasmid yang mampu memotong suatu substansi yang spesifik, misalnya touole, kelenjar saliva, dll.
  • Plasmid Virulen.
    Yaitu plasmid yang terdapat didalam bakteri pathogen. contohnya dalam bakteria Salmonella, dapat menyebabkan penyakit.