Rekayasa Genetika
Bioteknologi merupakan salah satu hasil dari berkembangnya ilmu
pengetahuan dan teknologi. Bioteknologi adalah pemanfaatan makhluk hidup
untuk mengubah bahan menjadi produk dan jasa, dengan menggunakan
prinsip-prinsip ilmiah. Bioteknologi ini meliputi biologi molekuler,
biokimia dan rekayasa genetika. Rekayasa genetika merupakan proses dan
teknik untuk menghasilkan produk dan jasa yang melibatkan pemanfaatan
mikroba. Rekayasa genetika merupakan alat yang mendasar dari
bioteknologi.
Rekayasa genetika (Ing.
genetic engineering) adalah penerapan
genetika untuk kepentingan manusia. Pengertian tekayasa genetika dalam arti sempit yaitu suatu penerapan teknik-teknik
genetika molekular untuk mengubah susunan
genetik dalam
kromosom atau mengubah sistem
ekspresi genetik
yang diarahkan pada kebermanfaatan tertentu. Teknologi rekayasa
genetika merupakan transplantasi atau pencangkokan satu gen ke gen
lainnya dimana dapat bersifat antargen dan dapat pula lintas gen. Oleh
karena itu, rekayasa genetika juga diartikan sebagai perpindahan gen.
Proses rekayasa genetika pertama kali ditemukan oleh Crick dan Watson
pada tahun 1953. Pada tahun 1973 Stanley Cohen dan Herbert Boyer
menciptakan bakteri melalui rekayasa genetika untuk pertama kalinya.
Prinsip dasar dalam rekayasa genetika adalah suatu proses penyematan
segmen DNA dari organisme apapun ke dalam genom plasmid atau replikon
virus untuk membentuk rekombinan DNA baru. Rekayasa genetika telah
berperan dalam segala bidang yakni dalam bidang kesehatan, pertanian dan
juga industri. Rekayasa genetika juga memiliki keuntungan dan kerugian
serta memiliki dampak positif dan negatif terhadap lingkungan dan
masyarakat. Salah satu contoh hasil rekayasa genetika di bidang
kesehatan yaitu terciptanya hormon insulin hasil rekayasa genetika.
Dengan adanya hormon insulin hasil rekayasa genetika maka penyakit
diabetes mellitus dapat diatasi.
Berdasarkan hal tersebut maka pada makalah ini akan diuraikan
mengenai pengertian, sejarah, prinsip dasar, aplikasi, dampak, serta
keuntungan dan kerugian dari rekayasa genetika.
2.1 Pengertian Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika (Ing.
genetic engineering) adalah penerapan
genetika untuk kepentingan manusia. Dengan pengertian ini kegiatan
pemuliaaan hewan atau
tanaman
melalui seleksi dalam populasi dan penerapan mutasi buatan tanpa target
dapat dimasukkan ke dalam rekayasa genetika. Pengertian tekayasa
genetika dalam arti sempit yaitu suatu penerapan teknik-teknik
genetika molekular untuk mengubah susunan
genetik dalam
kromosom atau mengubah sistem
ekspresi genetik
yang diarahkan pada kebermanfaatan tertentu. Obyek rekayasa genetika
mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi,
hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan..
Rekayasa genetika merupakan alat yang mendasar dari bioteknologi, di
mana terdapat keterlibatan banyak proses di dalamnya yang terdiri dari:
- Tahap isolasi gen.
- Modifikasi gen sehingga berfungsi sesuai yang diinginkan.
- Mempersiapkan gen untuk disisipkan ke dalam organisme baru.
- Kemudian pengembangan transgenik atau GMO’s.
Teknologi rekayasa genetika merupakan transplantasi atau pencangkokan
satu gen ke gen lainnya dimana dapat bersifat antargen dan dapat pula
lintas gen. Oleh karena itu, rekayasa genetika juga diartikan sebagai
perpindahan gen. Misalnya gen pankreas babi ditransplantasikan ke
bakteri
Escheria coli sehingga dapat menghasilkan insulin dalam
jumlah yang besar. Sebaliknya gen bakteri yang menghasilkan toksin
pembunuh hama ditransplantasikan ke tanaman jagung maka akan diperoleh
jagung transgenik yang tahan hama tanaman. Domba Dolly dihasilkan dari
hasil transplantasi gen atau gen yang satu dipindahkan ke gen yang lain.
Demikian pula gen tomat ditransplantasikan ke ikan transgenik sehingga
ikan menjadi tahan lama dan tidak cepat busuk dalam penyimpanan.
Rekayasa genetika dalam bibit pangan nabati telah berkembang dengan luas
begitu juga produk rekayasa genetika pada hewan misalnya produksi
hormon untuk peningkatan kuantitas maupun kualitas dari pangan hewani.
Dengan adanya produk-produk rekayasa genetika tersebut dapat dikatakan
bahwa produk rekayasa genetika khususnya bahan pangan mengintroduksi
unsur toksis, bahan-bahan asing dan berbagai sifat yang belum dapat
dipastikan dan berbagai karakteristik lainnya.
2.2 Sejarah Perkembangan Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika dapat dianggap sebagai cabang
biologi maupun sebagai ilmu-
ilmu rekayasa (keteknikan). Hal ini muncul dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkapi material yang diwariskan dari satu
generasi ke generasi yang lain. Rekayasa ini muncul ketika orang mengetahui bahwa
kromosom adalah material yang membawa bahan gen. Penemuan struktur
DNA
menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian
dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi
DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi. Tahap-tahap penting
berikutnya adalah serangkaian penemuan
enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan
operon laktosa pada
prokariota), perakitan teknik
PCR,
transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk
interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti
Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang bio
statistika,
bioinformatika dan
robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.
Pada awalnya, proses rekayasa genetika ditemukan oleh Crick dan
Watson pada tahun 1953. Rekayasa genetika merupakan suatu rangkaian
metode yang canggih dalam perincian akan tetapi sederhana dalam hal
prinsip yang memungkinkan untuk dilakukan pengambilan gen atau
sekelompok gen dari sebuah sel dan mencangkokkan gen atau sekelompok gen
tersebut pada sel lain dimana gen atau sekelompok gen tersebut mengikat
diri mereka dengan gen atau sekelompok gen yang sudah ada dan
bersama-sama mengalami reaksi biokimiawi. Pada dasarnya rekayasa
genetika memanipulasi DNA (asam deoksiribosenuklat). Gen atau pembawa
sifat yang bisa diturunkan dalam mahkluk terdiri dari rantai DNA.
Rekayasa genetika menyeleksi gen DNA dari suatu organisme ke organisme
lainnya. Pada awalnya, perkembangan tersebut hanya antara satu jenis
mahkluk hidup, tetapi kini perkembangan sudah sedemikian maju sehingga
bisa dimungkinkan untuk memindahkan gen dari satu jenis mahkluk hidup ke
mahkluk hidup lainnya yang berbeda jenisnya, sebagai contohnya adalah
gen ikan yang hidup di daerah dingin dipindahkan ke dalam tomat untuk
mengurangi kerusakan akibat dari pembekuan.
Pada tahun 1973 Stanley Cohen dan Herbert Boyer menciptakan bakteri
melalui rekayasa genetika untuk pertama kalinya. Kemudian tahun 1981,
pertama kali di kembangkan tikus dan lalat buah produk rekayasa
genetika, menyusul pada tahun 1985 Plant Genetic Systems (Ghent,
Belgium), sebuah perusahaan yang didirikan oleh Marc Van Montagu dan
Jeff Schell, merupakan perusahaan pertama yang mengembangkan tanaman
tembakau toleran terhadap hama dengan mengambil protein insektisida dari
bakteri Bacillus thuringiensis.
2.3 Prinsip- prinsip Dasar Rekayasa Genetika
Zaman rekayasa genetika dimulai ketika Dr. Paul Berg dari Stranford
University di California USA dan usaha sekelompok peneliti lainnya,
yaitu Dr Stanley Cohen dan Dr Annie Chang dari Stranford University
serta Dr Herbert Boyer dan Dr Robert Helling dari University of
California di San Fransisco menemukan bahwa bahan-bahan tertentu yang
dinamakan enzim pembatas mampu bertindak sebagai “gunting biologi”,
yaitu dapat mengenal dan kemudian secara kimia memotong tempat-tempat
khusus sepanjang molekul DNA. Enzim-enzim yang mampu menggunting suatu
gen dari DNA suatu makhluk tersebut ternyata dapat pula memotong
tempat-tempat serupa dalam molekul DNA dari mahkluk berkaitan.
Sebuah penemuan penting lainnya ialah suatu enzim disebut ligase,
membiarkan suatu gen yang digunting dari suatu molekul DNA ditempelkan
pada tempat serupa dalam DNA mahkluk tak berkaitan. Hibrid yang
terbentuk dari cara ini disebut DNA rekombinan. Selama ini lebih dari
200 enzim pembatas telah ditemukan, dan dengan demikian tersedialah
beraneka ragam gunting biologi untuk memotong gen-gen yang diinginkan
dan mencangkokkannya ke rumah-rumah baru. Para ahli genetika kini
dimungkinkan untuk membongkar sel-sel bakteri, virus, hewan, dan
tumbuhan untuk diambil DNA-nya dengan menggunakan enzim-enzim pembatas.
Akan tetapi mengambil DNA dari suatu mahkluk dan memasukkannya ke dalam
makhluk lain bukanlah sekedar pekerjaan memotong dan menempel. Suatu gen
harus diikutsertakan untuk dipindahkan ke suatu pengangkut khusus,
yaitu vektor. Sekelompok vektor yang bermanfaat adalah plasmid-plasmid,
yaitu ikalan-ikalan DNA kecil yang terdapat dalam sel bakteri diluar
kromosomnya. Sebuah plasmid dapat diambil dari bakteri, ikalan dibuka
dengan enzim pemotong, fragmen DNA baru dapat dimasukkan dan plasmid itu
dikembalikan ke bakteri. Selanjutnya setiap kali bakteri itu membelah
diri menjadi dua, dan plastid rekombinan juga membelah diri. Dengan
demikian DNA rekombinan itu terus membuat klon-klon DNA dari dirinya.
Secara singkat prinsip rekayasa genetika dapat dijelaskan sebagai
suatu proses penyematan segmen DNA dari organisme apapun ke dalam genom
plasmid atau replikon virus untuk membentuk rekombinan DNA baru. Sebagai
sel inang molekul baru ini dapat berupa
“sel prokariotik” atau
sel eukariotik
tergantung dari titik awal replikasi yang ada pada vektor. Enzim
endonuklease restriksi memungkinkan pemotongan rantai DNA, yang
menghasilkan ujung-ujung bersifat lekat atau kohesif dan dapat
digabungkan lagi dengan perantaraan enzim ligase DNA.
Teknologi DNA Rekombinan
Bersama dengan beberapa metode manipulasi biokimiawi dan biologi
lainnya, metoda-metoda pembelahan dan penggabungan molekul-molekul DNA
ini dikembangkan menjadi suatu bioteknologi yang dinamakan Teknologi DNA
Rekombinan. Potensinya pertama kali ditunjukkan oleh Stanley Cohen dari
Universitas Stanfordd bersama Herbert Boyer dari ECSF (1972).
Langkah-langkah utama dalam Teknologi DNA Rekombinan ini adalah:
- Penyiapan gen yang akan diklon dan vektor untuk kloning Gen, berupa
fragmen DNA yang akan diklon dapat disiapkan melalui beberapa cara:
- Jika fragmen DNA yang dimaksud dapat diidentifikasi dan dikarakterisasi, fragmen DNA tersebut dapat langsung dipakai.
- Kadang-kadang fragmen DNA yang diinginkan sulit diidentifikasi,
tetapi membawa fungsi yang dapat diseleksi dan diungkapkan dalam sel
inang. Dalam kasus ini dapat dilakukan cloning shotgun (senapan tabor). Klon yang tepat dapat diseleksi dengan uji biologik.
- Dalam kasus-kasus tertentu hanya mRNA yang dapat diperoleh. DNA kopi
(cDNA) dapat direkontruksi dari mrna dengan enzim transcriptase balik.
- Jika eksperimen dimulai dengan data rangkaian asam amino dari
proteinnya, suatu gen sintetik dapat direkontruksi menurut aturan kode
genetik dengan menggunakan metode-metode sintesa DNA.
Kebanyakan segmen DNA tidak memiliki kemampuan bawaan untuk
mereplikasi sendiri. Bahkan suatu segmen DNA yang dapat mereplikasi
dalam sel inang aslinya tidak selalu memiliki syarat-syarat genetik
spesifik yang diperlukan untuk mereplikasi dalam lingkungan yang
berbeda. Untuk memproduksinya dalam sintesis biologi ia harus
diintegrasi ke dalam molekul DNA yang mengandung gen-gen yang mengkode
fungsi replikasi dalam inang yang sesuai. Molekul yang demikian ini
disebut vektor.
Untuk kloning dalam berbagai organisme telah dikembangkan
sistem-sistem inang vektor tertentu yang berbeda-berbeda. Ada empat
macam vector yang telah dikembangkan untuk kloning DNA dalam
Escherichia coli,
yaitu plasmid, fag, kosmid, dan plasmid. Plasmid adalah molekul-molekul
DNA lingkar kecil yang dapat mereplikasi sendiri dalam sel bakteri.
Selain mengandung gen perlu untuk replikais, kebanyakkan plasmid
mengandung juga satu gen yang mengkode suatu enzim yang berguna untuk
inangnya, misalnya menggangu aksi antibiotik spesifik. Gen ini disebut
faktor R (‘resistansi’) yang memberi pada sel inangnya ketahanan
terhadap antibiotik tersebut. Sifat ini sangat berguna untuk menyeleksi
klon yang diinginkan. Karena itu adalah penting bahwa plasmid dapat
dibelah oleh enzim restriksi tanpa menggangu kemampuan plasmid untuk
mereolikasi dan atau untuk memberi resistensi antibiotik.
Vektor-vektor baru telah dikonstruksi untuk meningkatkan frekuensi
pemasukan molekul DNA rekombinan dan memudahkan penyeleksian bakteri
yang mengandungnya. Sebagai contoh plasmid Pbr 322 terdiri dari 4326
nukleotida dan mengandung gen-gen yang teresistansi terhadap tetrasiklin
dan ampisilin. Vektor lainnya adalah fag. Sebagian besar DNA-nya tidak
penting untuk infeksi dan dapat diganti dengan DNA asing. Mutan-mutan
fag yang dirancang untuk kloning DNA telah dikonstruksi. Hampir semua
partikel-partikel fag yang dibentuk akan mengandung DNA asing yang
disisipkan. Kelebihan penggunaan virion-virion ini sebagai vektor ialah
bahwa virion akan memasuki bakteri dengan frekuensi lebih tinggi dari
plasmid. Molekul-molekul DNA rekombinan dapat dikemas
in vitro untuk membawa virion-virion yang infektif.
Kosmid adalah vektor lain yang dikonstruksikan dari plasmid normal
dan tempat cos (ujung kohesif) dari fag λ. Plasmid normal diurutkan dari
fag λ dan plasmid Col E1.
- Pembentukan Molekul DNA Rekombinan
- Pemasukan Molekul DNA Rekombinan Ke Sel Inang
Kebanyakan sel bakteri prokariot dan eukariot mengambil
molekul-molekul DNA telanjang dari medium. Chang, Cohen dan Hsu (1972)
menemukam bahwa jika membran sel
E.coli dibuat permeabel dengan
perlakuan Kalsium klorida, molekul DNA rekombinan dapat dimasukkan.
Efisiensi pengambilan sangat rendah, sekitar 1.1, tetapi sel cukup dapat
ditransformasi dalam kondisi eksperimen yang tepat. Efisiensi pemasukan
akan lebih besar jika sel-sel target ditransfeksi dengan virion-virion
yang telah dirakit ulang.
- Seleksi Klon Yang Mengandung Molekul DNA Rekombinan
Walaupun frekuensi pemasukan molekul DNA rekombinan ke dalam sel
inang sangat rendah, klon sel-sel yang mengandung molekul rDNA dapat
diseleksi dengan mudah berdasarkan adanya vektor atau gen yang
disisipkan. Misalnya sel yang mengandung faktor R akan tetap hidup dan
berlipat ganda dalam medium yang mengandung antibiotik yang sesuai,
sedangkan sel-sel lainnya mati. Pendekatan lain adalah menentukan
sel-sel mana yang menambat RNA komplementer terhadap gen yang diamati.
Klon-klon yang mengandung rDNA stabil untuk beberapa ratus generasi.
Penelitian genetika bergantung pada satu prinsip pokok, yaitu bahwa
organisme-organisme memiliki persamaan dan perbedaan daripada kedua
induknya. Informasi genetik dari organisme dibawa dalam molekul-molekul
yang disebut asam nukleat. Semua organisme yang tubuhnya terdiri atas
sel-sel menggunakan asam dioksiribonukleat (DNA) untuk menyimpan
informasi genetik. Beberapa tipe asam ribonukleat (RNA) memindahkan
informasi genetik tadi dan membuat protein yang sangat dibutuhkan
sel-sel hidup. Sebaliknya, beberapa mikroba, virus dan viroid
menggunakan RNA untuk menyimpan informasi genentik.
2.4 Aplikasi Rekayasa Genetika dalam Berbagai Aspek Kehidupan
2.4.1 Rekayasa Genetika dalam Aspek Pertanian
Pada dasarnya rekayasa genetika di bidang pertanian bertujuan untuk
menciptakan ketahanan pangan suatu negara dengan cara meningkatkan
produksi, kualitas, dan upaya penanganan pascapanen serta prosesing
hasil pertanian. Peningkatkan produksi pangan melalui revolusi gen ini
ternyata memperlihatkan hasil yang jauh melampaui produksi pangan yang
dicapai dalam era revolusi hijau. Di samping itu, kualitas gizi serta
daya simpan produk pertanian juga dapat ditingkatkan sehingga secara
ekonomi memberikan keuntungan yang cukup nyata. Adapun dampak positif
yang sebenarnya diharapkan akan menyertai penemuan produk pangan hasil
rekayasa genetika adalah terciptanya keanekaragaman hayati yang lebih
tinggi.
Aplikasi teknologi DNA rekombinan di bidang pertanian berkembang
pesat dengan dimungkinkannya transfer gen asing ke dalam tanaman dengan
bantuan bakteri
Agrobacterium tumefaciens. Melalui cara ini
telah berhasil diperoleh sejumlah tanaman transgenik seperti tomat dan
tembakau dengan sifat-sifat yang diinginkan, misalnya perlambatan
kematangan buah dan resistensi terhadap hama dan penyakit tertentu.
1. Pemuliaan Tanaman
Pada dasarnya prinsip pemuliaan tanaman, baik yang modern melalui
penyinaran untuk menghasilkan mutasi maupun pemuliaan tradisional sejak
zaman Mendel, adalah sama, yakni pertukaran materi genetik. Baik seleksi
tanaman secara konvensional maupun rekayasa genetika, keduanya
memanipulasi struktur genetika tanaman untuk mendapatkan kombinasi sifat
keturunan (unggul) yang diinginkan.
Bedanya, pada zaman Mendel, kode genetik belum terungkap. Proses
pemuliaan dilakukan dengan “mata tertutup” sehingga sifat-sifat yang
tidak diinginkan kembali bermunculan di samping sifat yang diharapkan.
Cara konvensional tidak mempunyai ketelitian pemindahan gen. Sedangkan
pada
new biotechnology pemindahan gen dapat dilakukan lebih
presisi dengan bantuan bakteri, khususnya sekarang dengan
dikembangkannya metode-metode DNA rekombinan.
2. Varietas baru
Apa yang ingin dilakukan oleh para ahli genetika ialah memasukkan
gen-gen spesifik tunggal ke dalam varietas-varietas tanaman yang
bermanfaat. Hal ini akan meliputi dua langkah pokok. Pertama, memperoleh
gen-gen tertentu dalam bentuk murni dan dalam jumlah yang berguna.
Kedua, menciptakan cara-cara untuk memasukkan gen-gen tersebut ke
kromosom-kromosom tanaman, sehingga mereka dapat berfungsi.
Langkah yang pertama bukan lagi menjadi masalah. Dengan teknik DNA
rekombinan sekarang, ada kemungkinan untuk menumbuhkan setiap segmen
dari setiap DNA pada bakteri. Tidak mudah untuk mengidentifikasi segmen
khusus yang bersangkutan di antara koleksi klon. Khususnya untuk
mengidentifikasi segmen tertentu yang bersangkutan di antara koleksi
klon, apalagi untuk mengidentifikasi gen-gen yang berpengaruh pada
sifat-sifat seperti hasil produksi tanaman.
Langkah kedua, memasukkan kembali gen-gen klon ke dalam tanaman juga bukan sesuatu yang mudah. Peneliti menggunakan bakteri
Agrobacterium
yang dapat menginfeksi tumbuhan dengan lengkungan kecil DNA yang
disebut plasmid Ti yang kemudian menempatkan diri sendiri ke dalam
kromosom tumbuhan.
Agrobacterium merupakan vektor yang siap
pakai. Tambahkan saja beberapa gen ke plasmid, oleskan pada sehelai
daun, tunggu sampai infeksi terjadi, setelah itu tumbuhkan sebuah
tumbuhan baru dari sel-sel daun tadi. Selanjutnya tumbuhan itu akan
mewariskan gen baru kepada benih-benihnya.
Rekayasa genetika pada tanaman tumbuh lebih cepat dibandingkan dunia
kedokteran. Alasan pertama karena tumbuhan mempunyai sifat totipotensi
(setiap potongan organ tumbuhan dapat menjadi tumbuhan yang sempurna).
Hal ini tidak dapat terjadi pada hewan, kita tidak dapat menumbuhkan
seekor tikus dari potongan kepala atau ekornya. Alasan kedua karena
petani merupakan potensi besar bagi varietas-varietas baru yang lebih
unggul, sehingga mengundang para pebisnis untuk masuk ke area ini.
2.4.2 Rekayasa Genetika dalam Aspek Kesehatan
1. Sebagai alat penelitian sikuensi generasi DNA dan RNA
Teknologi rekombinasi DNA menjadi alat penelitian yang essensial pada
genetika molekul modern. Mutasi dihasilkan dalam klon gen dan
memungkinkan mengisolasi suatu gen dan memasukkan kembali dalam sel
hidup atau bahkan dalam sel germinal. Disamping menghemat waktu dan
tenaga, mutasi genetik mampu mengkonstruksi mutan yang secara praktis
tidak dapat dibuat dengan berbagai cara.
Perkembangan teknik
gene cloning pada tahun 1970-an
memberikan motivasi kuat bagi dunia riset untuk mempelajari gen dan
aktivitasnya dengan teknik atau prosedur kedua terjadi pada akhir tahun
1980-an dengan ditemukannya teknologi PCR
(Polymerase Chain Reaction.
Dengan teknik ini kita dapat memperbanyak DNA dalam tabung reaksi
sehinga memberikan kemudahan aplikasi di berbagai bidang, mialnya
mengamplifikasi gen tertentu untuk
sequencing, cloning, fingerprinting dan mendeteksi pathogen. Ditemukannya enzim
Taq polymerase pada bakteri termofilik (Thermus aquaticus) yang dapat bekerja pada suhu tinggi (96
0C)
merupakan dasar teknik PCR karena enzim ini dapat mensintesis molekul
DNA dalam tabung reaksi dengan cara mengatur temperature dari alat yang
disebut
thermocycler.
Salah satu aplikasi PCR yang mencengangkan adalah dalam bidang
kedokteran forensik. Teknik PCR dapat digunakan untuk mengamplifikais
DNA dari suatu sampel yang jumlahnya sangat sedikit, misalnya sehelai
rambut, cairan tubuh seperti sperma atau darah bahkan dari tulang
manusia yang sudah berumur ratusan tahun. Hasil amplifikasi tersebut
selanjutnya dapat dianalisis dengan DNA
fingerprinting (sidik jari DNA) sehingga dapat dijadikan sebagai bukti dalam menentukan pelaku kejahatan, misalnya perkosaan.
Teknik PCR juga dapat digunakan untuk mengungkap keanekaragaman
genetik mikrobia tanpa harus melakukan kultivasi terlebih dahulu. Hal
ini membawa konsekuensi yang penting dalam ekologi mikrobia karena
aktivitas populasi mikrobia dalam suatu habitat dapat dipantau melalui
DNA
fingerprinting dan
sequencing terhadap DNA
amplikon yang diperoleh dari sample tanah atau air.
- Mempercepat Produksi Zat anti Kanker. Teknik kultivasi bioreaktor
ini juga telah berhasil dilakukan untuk memproduksi zat anti kanker dari
beberapa spesies tanaman Taxus.
- Menghasilkan Anti Bodi. Prinsip rekayasa genetika merupakan
terobosan penting di dalam pembuatan serangan virus, bakteri dan
bahan-bahan protein lainnya. Anti-bodi pada umumnya diperoleh dari darah
binatang, tetapi sekarang dapat dibuat melalui cara melebur sel-sel
tumor yang potensial menghasilkan antibodi dengan sel-sel yang
benar-benar bisa membuat sebuah antibodi yang penting. Sel hibrida
kemudian melanjutkan pembelahan dan membentuk sebuah klona sel-sel yang
berkembang cepat (seperti layaknya sel-sel tumor) menghasilkan antibodi
yang dibutuhkan. Teknik hibrida ini menghasilkan antibodi monoklonal.
Antibodi monoklonal ini sangat berguna untuk mengembangkan produk
diagnostik, immunoterapetik dan uji kehamilan
- Dalam bidang kesehatan, industri farmasi adalah yang pertama kali
memperkenalkan potensi bioteknologi termasuk rekayasa genetik, dan telah
membuka pendekatan bans dalam pengembangan obat. Rekayasa genetilk
mempunyai dampak terhadap perbaikan dan keamanan produk, dan memberikan
pemecahan teknis dalam penyebarluasan pemakaian obat dengan bahan baku
yang terbatas. Misalnya, sejak tahun 1982 telah dipasarkan insulin
sebagai hasil pemanfaatan rekayasa genetik dalam industri. Dengan
mengambil bagian yang mengatur pembuatan insulin pada sel-sel Langerhans
manusia, dimasukkan ke dalam kuman E.Coli. Kuman ini dapat menghasilkan
insulin yang sama dengan insulin manusia.
- Pengembangan Antibiotik. Pada segi lain penerapan DNA rekombinan
untuk pengobatan terbuka bagi pengembangan antibiotik. Kepentingan untuk
pengembangan antibiotik dengan teknik ini didukung oleh kenyataan nilai
penjualan dan keuntungan perdagangan antibiotik yang menduduki tempat
teratas dewasa ini. Suatu hal yang perlu dicatat adalah, antibiotik
bukan merupakan produk gen primer, tetapi lebih merupakan produk
metabolit sekunder, dimana pembentukan antibiotik dalam sel melalui
reaksi yang dikatalisir oleh enzim protein sebagai produk gen primer.
Obat ini memiliki struktur kimia yang berbeda satu dengan lain dan
memiliki kesamaan aksi sebagai penghambat pertumbuhan bakteri. Pada
umumnya antibiotik dihasilkan oleh mikroba golongan aktinomisetes, dan
biasanya dari jenis streptomises. Dalam perdagangan, ada beberapa
kelompok besar antibiotik yang memegang peranan seperti
penisilin,sefalosporin, dan tetrasiklin. Kelompok antibiotik lainnya
adalah yang termasuk makrolida polien, streptomisin, eritromisin,
rifampisin, bleomisin dan antrasiklin yang mempengaruhi segi-segi
metabolisme sel yaitu dari replikasi DNA sampai kepada pembentukan
protein. Sekurangnya ada tiga saluran penerapan DNA rekombinan dalam
produksi antibiotik: melalui penyempurnaan produk, modifikasi invivo,
dan anti- biotik hibrida
- Penyediaan Vaksin. Vaksin juga adalah suatu produk dalam bidang
kesehatan yang bisa didekati dengan rekayasa genetik. Kegiatan
penelitian terhadap hepatitis B adalah sebuah contoh. Melalui rekayasa
genetik gen dari virus hepatitis B telah diklonakan, dan strukturnya
telah diketahui pada tingkat nukleotida, kendatipun virusnya belum dapat
dikembangkan di dalam sel jaringan biakan. Antigen permukaan yang
diperlukan untuk memproduksi vaksin ini adalah suatu masalah yang sulit
untuk dipecahkan, dalam arti sulit mencapai modifikasi yang cocok dari
antigen, dan itu tidak akan terjadi pada pembawa prokariotik. Jalan
untuk mengelakkan diri dari masalah yang muncul akibat penggunaan sistem
pembawa eukariotik, adalah dengan menggunakan ragi atau sel binatang
sebagai pembawa, yang dalam beberapa segi lebih menguntungkan
2.4.3 Rekayasa Genetika Dalam Aspek Industri
1. Pembuatan sel yang mampu mensintesis molekul yang penting secara ekonomi
Gen dari spesies bakteri yang berbeda dapat memetabolisme beberapa
komponen minyak, dapat disematkan dalam plasmid dan dapat digunakan
untuk mengubah spesies bakteri laut, yang kemudian dapat memetabolisme
minyak untuk membersihkan tumpahan minyak di laut. Beberapa perusahaan
bioteknologi merencanakan bakteri yang dapat mensintesis bahan kimia
atau memecah limbah industri. Bakteri dirancang mampu memecah bahan
buangan secara lebih efisien, mengikat nitrogen (untuk meningkatkan
fertilitas tanah) dan membuat organisme yang dapat mengubah limbah
biologi menjadi alkohol. Obat-obatan dan molekul penting komersial lain
dihasilkan dalam sel rekayasa genetik. Apabila bioteknologi dalam bidang
industri meliputi rekayasa bakteri untuk memecah limbah berbahaya,
penggunaan selulosa oleh yeast untuk menghasilkan glukosa dan alcohol
untuk bahan baker, penggunaan algae laut untuk bahan makanan dan
substansi lain yang bermanfaat.
Saccharomyces cerevisiae yang telah dimodifikasi dengan plasmid yang berisi dua gen selulase, yaitu
endoglucanase dan
exogluconase,
dapat mengubah selulosa menjadi glukosa. Glukosa kemudian diubah
menjadi ethyl alcohol oleh yeast. Yeast ini sekarang mampu mencerna kayu
(selulosa) dan mengubah secara langsung menjadi alkohol.
Kemajuan industri dan bergesernya pola hidup manusia telah melahirkan
bencana sampah plastik yang tidak dapat diuraikan oleh mikrobia. Hal
ini menimbulkan masalah karena akan mencemari lingkungan dan menurunkan
ualitas lingungan hidup. Salah satu upaya yang dilakukan dalam
bioteknologi adalah menghasilkan
biodegradable plastic yang dibuat dari bahan dasar
polyhydroxy butirate
(PHB) yang dihasikan oleh mikrobia. Plastik tersebut jika dibuang akan
mengalami biodegradasi oleh mikrobia karena bahannya merupakan produk
alami yang dapat terurai secara alami pula. Perkembangan penelitian
dalam bidang ini telah mengupayakan pemindahan gen yang bertanggung
jawab terhadap biosintesis PHB bakteri
Alcaligenes eitrophus kedalam tanaman
Arabidopsis thaliana.
Tanaman transgenik tersebut akan menghasilkan PHB yang banyak sehingga
dapat diproduksi dalam skala besar untuk menghasilkan bahan dasar
plastik yang dapat terurai dan tidak akan mencemari lingkungan.
2.4.4 Rekayasa Genetika Dalam Aspek Lingkungan
Rekayasa genetika ternyata sangat
berpotensi untuk diaplikasikan dalam upaya penyelamatan keanekaragaman
hayati, bahkan dalam bioremidiasi lingkungan yang sudah terlanjur rusak.
Dewasa ini berbagai strain bakteri yang dapat digunakan untuk
membersihkan lingkungan dari bermacam-macam faktor pencemaran telah
ditemukan dan diproduksi dalam skala industri. Sebagai contoh, sejumlah
pantai di salah satu negara industri dilaporkan telah tercemari oleh
metilmerkuri yang bersifat racun keras baik bagi hewan maupun manusia
meskipun dalam konsentrasi yang kecil sekali. Detoksifikasi logam air
raksa (merkuri) organik ini dilakukan menggunakan tanaman
Arabidopsis thaliana transgenik yang membawa gen bakteri tertentu yang dapat menghasilkan produk untuk mendetoksifikasi air raksa organik.
2.5 Dampak Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika selain memberikan banyak manfaat, juga memberikan
dampak negatif terhadap makhluk hidup dan lingkungan. Adapun beberapa
dampak yang diakibatkan oleh rekayasa genetika adalah sebagai berikut.
(a). Dampak rekayasa genetika terhadap kesehatan
Satu-satunya gangguan kesehatan yang diakibatkan oleh penggunaan
hasil rekayasa genetika adalah reaksi alergis. Hal ini terkait dengan
jenis makanan yang dikonsumsi oleh manusia.
(b). Dampak rekayasa genetika terhadap lingkungan
Dampak negatif dari rekayasa genetika terhadap lingkungan dapat
muncul diakibatkan oleh sisa-sisa hasil rekayasa yang tidak dibersihkan
secara maksimal. Sebagai contoh, apabila tanaman hasil rekayasa genetika
tidak dibersihkan, maka dikhawatirkan dapat membunuh jasad renik dalam
tanah bekas penanaman tanaman tersebut.
(c). Dampak rekayasa genetika terhadap religi dan etika
Dampak negatif rekayasa genetika secara religi dan etika dikarenakan
dalam rekayasa genetika memungkinkan untuk dihasilkan suatu produk yang
dalam tubuh manusia yang sakit tidak dapat dihasilkan. Sebagai contoh,
penggunaan obat insulin yang diproduksi dari transplantasi sel pankreas
babi ke sel bakteri, serta
xenotransplatation yang
menggunakan katup jantung babi ditransplantasikan ke jantung manusia
memberikan kekhawatiran terhadap mereka yang beragama Islam.
2.5 Keuntungan dan Kerugian Rekayasa Genetika
Produk hasil rekayasa genetika memiliki beberapa kelebihan dan juga
kekurangan. Adapun kelebihan dari produk rekayasa genetika adalah
sebagai berikut.
- 1. PRG yang tahan terhadap serangan hama dan penyakit tanaman.
PRG telah memberikan keuntungan kepada petani yaitu dengan menekan
pengeluaran biaya untuk pembelian pestisida. Selain itu, PRG juga
mengurangi hilangnya pasar akibat penolakan konsumen atas komoditas yang
tercemar oleh pestisida, serta dapat menekan rusaknya lingkungan akibat
penggunaan pestisida yang berlebihan dalam pengendalian hama dan
penyakit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penanaman B.t. corn dapat
secara nyata menekan aplikasi pestisida dan mengurangi hilangnya biaya
pengendalian OPT.
- PRG toleran terhadap jenis herbisida.
PRG ini memberikan keuntungan biaya dalam mengatasi gulma karena
petani tidak memerlukan penggunaan herbisida dalam jumlah besar dengan
berbagai jenis herbisida.Tanaman hasil rekayasa genetika tersebut
resisten terhadap jenis herbisida,contohnya strain kedele hasil rekayasa
genetika Mosanto yang tidak memiliki efek negatif apabila diaplikasikan
herbisida jenis Roundup.
- PRG tahan terhadap serangan penyakit tanaman.
Beberapa cendawan, virus, dan bakteri banyak menimbulkan kerugian.
Para pakar fitopatologi telah banyak menemukan beberapa varietas tanaman
hasil rekayasa genetika yang tahan terhadap seranagan penyakit.
- PRG toleran terhadap dingin.
Gen antibeku dari ikan air dingin telah diintroduksi ke beberapa
tanaman diantaranya tembakau dan tomat, sehingga tanaman dapat
mentolelir terhadap suhu dingin yang pada tanaman biasa dapat
mengakibatkan kerusakan pada proses perkecambahan.
- PRG toleran terhadap kekeringan atau salinitas.
PRG ini mampu bertahan pada kondisi lingkungan yang kering dan tanah yang mengandung garam yang tinggi.
- PRG sebagai tambahan nutrisi.
PRG dapat membantu menambah kekurangan jenis vitamin tertentu, seperti
strain golden rice yang merupakan varietas PRG padi yang ditambahkan vitamin A mampu mencegah kebutaan pada penduduk di negara-negara berkembang.
- PRG sebagai obat atau vaksin.
Vaksin yang disisipkan pada produk tanaman seperti pada tanaman tomat
atau kentang lebih memeudahkan dalam proses pengiriman dan penyimpanan,
dibandingkan dengan vaksin injeksi.
- PRG sebagai phytoremediation.
PRG tumbuhan dapat dimanfaatkan untuk mengurangi polusi logam berat dalam tanah.
Produk rekayasa genetika selain memiliki kelebihan, juga memiliki
kelemahan. Beberapa kelompok pemerhati lingkungan, organisasi keagamaan,
dan para ahli menganggap bahwa pemanfaatan PRG akan menimbulkan bahaya
terhadap lingkungan, kesehatan, dan tidak ekonomis.
- 1. Bahaya lingkungan.
Bahaya lingkungan yang mungkin diakibatkan oleh penggunaan produk rekayasa genetika antara lain :
- Kematian organisme bukan target. Hasil penelitian laboratorium
menunjukkan bahwa varietas jagung B.t. telah menyebabkan kematian yang
tinggi pada ”monarc butterfly caterpillars” meskipun serangga ini tidak menyerang tanaman jagung. Hal ini karena pollen jagung B.t terbawa oleh angin ke tanaman milkweed yang merupakan inang ”monarc butterfly caterpillars”.
- Penurunan efektifitas dari pestisida. Penggunaan PRG tumbuhan yang
tahan terhadap hama secara terus menerus dapat menstimulir munculnya
gen-gen baru hama yang tahan/resisten terhadap beberapa jenis pestisida.
- Transfer gen kepada spesies yang tidak menjadi target. Kasus munculnya ”superweeds” yang sangat resisten terhadap herbisida akibat penggunaan PRG (soybean roundup). Hal ini terjadi karena adanya transfer gen dari PRG tumbuhan ke gulma.
- 2. Gangguan kesehatan.
Gangguan kesehatan yang mungkin diakibatkan oleh penggunaan produk rekayasa genetika anatara lain:
- PRG dapat menimbulkan gangguan kesehatan bagi manusia, antara lain :
- Alergi. Beberapa produk makanan yang berasal dari PRG menimbulkan
dampak alergi terhadap manusia. Intoduksi gen tertentu seperti gen
kacag-kacangan ke dalam tanaman kedelai dapat menimbulkan reaksi allergi
yang berpengaruh terhadap ketahanan tubuh.
- Pengaruh lain yang belum diketahui. Pengaruh PRG terhadap kesehatan
masih terus diteliti, akan tetapi berdasarkan penomena yang telah
terjadi seperti kasus cross polinasi dan kasus alergisitas, para ahli
berpendapat kemungkinan reaksi buruk yang lain dapat terjadi.
- 3. Pertimbangan ekonomi.
Penggunaan PRG dinilai tidak ekonomis dan merugikan petani, karena
untuk menghasilkan PRG membutuhkan biaya yang tinggi dan selanjutnya PRG
ini biasanya dipatenkan oleh penciptanya. Biaya penelitian dan hak
paten PRG akan dibebankan kepada pengguna (petani) melalui penjualan PRG
yang mahal. Selain itu, PRG pada umumnya tidak menghasilkan keturunan
dan digunakan hanya satu kali tanam. Kondisi ini tentunya menimbulkan
ketergantungan yang tinggi petani terhadap benih PRG oleh perusahaan
penghasil PRG. Hasil penelitian oleh lembaga penelitian dan universitas
terkemuka di AS (1989) menyebutkan bahwa varietas kedelai PRG
menghasilkan panen yang lebih rendah dibandingkan dengan varietasnonPRG.
PRG yang mengandung B.t ternyata tidak secara nyata mengurangi
penggunaan pestisida seperti yang terjadi pada penanaman kapas PRG di
Sulawesi Selatan, dan kasus kedelai RR yang ternyata tidak menurunkan
pemakaian herbisida. Kondisi di atas membuktikan bahwa penggunaan PRG
menurunkan keuntungan petani. Benbrook (1999) melaporkan bahwa petani
di AS harus mengeluarkan biaya tambahan 12 % karena menanam kedelai
PRG.
Berdasarkan hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa:
- Rekayasa genetika adalah suatu penerapan teknik-teknik genetika molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kebermanfaatan tertentu.
- Rekayasa genetika pertama kali ditemukan oleh Crick dan Watson pada
tahun 1953. Pada tahun 1973 Stanley Cohen dan Herbert Boyer menciptakan
bakteri melalui rekayasa genetika untuk pertama kalinya.
- Prinsip rekayasa genetika dapat dijelaskan sebagai suatu proses
penyematan segmen DNA dari organisme apapun ke dalam genom plasmid atau
replikon virus untuk membentuk rekombinan DNA baru.
- Aplikasi rekayasa genetika dalam berbagai aspek kehidupan adalah sebagai berikut.
- Dalam Aspek Pertanian, memanipulasi struktur genetika tanaman untuk
mendapatkan kombinasi sifat keturunan (unggul) yang diinginkan.
- Dalam Aspek Kesehatan, rekayasa genetika dapat digunakan sebagai
alat penelitian sikuensi generasi DNA dan RNA dan koreksi kelainan
genetik yang potensial pada hewan dan terapi gen.
- Dalam Aspek Industri, rekayasa genetika dapat digunakan dalam
pembuatan sel yang mampu mensintesis molekul yang penting secara
ekonomi.
- Rekayasa genetika selain memberikan banyak manfaat, juga memberikan dampak negatif terhadap makhluk hidup dan lingkungan.
- Rekayasa genetika dapat memberikan keuntungan dan kerugian bagi kehidupan