Sejarah rekayasa genetika dimulai sejak Mendel menemukan faktor yang diturunkan. Ketika Oswald Avery (1944) menemukan fakta bahwa DNA membawa materi genetik, makin banyak penelitian yang dilakukan terhadap DNA. Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan).
Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini.
Pengertian Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika ialah suatu bioteknologi yang dapat meliputi manipulasi gen, cloning gen, DNA rekombinan, teknologi modifikasi genetik, dan genetika modern dengan menggunakan berbagagi macam prosedur. Namun, istilah rekayasi genetika secara meluas menggambarkan manipulasi/pemindahan gen dengan membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen dalam upaya untuk mendapatkan produk baru yang lebih unggul.
DNA rekombinan merupakan hasil penggabungan dua materi genetik yang berasal dari dua organisme yang berbeda dan memiliki sifat-sifat atau fungsi yang dikehendaki sehingga organisme penerimanya mengekspresikan sifat atau fungsi sesuai dengan apa yang kita inginkan.
Obyek yang digunakan dalam rekayasa genetika pada umumnya hampir semua golongan organisme, mulai dari tingkat sederhana hingga tingkat kompleks. Organisme unggul yang dihasilkan dalam proses rekayasa genetika disebut sebagai organisme transgenik.
Lahirnya rekayasa genetika berawal dari usaha untuk menyingkap materi genetik yang diwarisi dari satu generasi ke generasi yang berikutnya. Ketika orang-orang mengetahui bahwa kromosom adalah materi genetik yang membawa gen, maka saat itulah rekayasa genetika ini muncul.
Manfaat dan Tahapan Rekayasa Genetika
Dalam rekayasa genetika, ada kode etik yang melarang keras percobaan ini pada manusia. Akan tetapi, para ahli tidak selamanya bersikap kaku sebab berbagai penyakit fatal memang sulit disembuhkan kecuali dengan terapi genetik. Maka muncul pendapat tentang perlu adanya dispensasi. Dispensasi itu dikeluarkan oleh Komite Rekayasa Genetika dari Nasional Institute of Health (NIH) Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1990.
Manfaatnya
- Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia seperti insulin dan hormon pertumbuhan.
- Tersedianya bahan makanan yang lebih melimpah.
- Tersedianya sumber energy yang terbaharui.
- Proses industri yang lebih murah.
- Berkurangnya polusi.
- Adanya pestisida alami hasil dari tanaman rekayasa genetik
Tahapannya
- Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan.
- Membuat DNA/AND salinan dari ARN Duta.
- Pemasangan cDNA pada cincin plasmid
- Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri.
- Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan
- Pemanenan produk
Macam – Macam Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika merupakan salah satu pengembangan dari teknologi reproduksi dalam upaya pengubahan gen-gen sehingga dihasilkan oganisme dengan kualitas mutu yang lebih baik. Ada beberapa macam rekayasa genetika, diantaranya meliputi:
Rekombinasi DNA
Rekombinasi DNA merupakan teknik pemisahan dan penggabungan DNA dari satu spesies dengan DNA dari spesies lain dengan tujuan mendapatkan sifat baru yang lebih unggul. Berikut ini beberapa produk yang dihasilkan dari rekombinasi gen.
- Pembuatan Insulin
Insulin ini dihasilkan dari rekombinasi DNA sel manusia dengan plasmid bakteri E.Coli. Insulin yang dihasilkan lebih murni dan baik diterima oleh tubuh manusia karena mengandung protein manusia dibandingkan dengan insulin yang disintesis dari gen pankreas hewan. - Pembuatan Vaksin Hepatitis
Vaksin hepatitis dihasilkan dari rekombinan DNA sel manusia dengan sel ragi Saccharomyces. Vaksin yang dihasilkan tersebut berupa virus yang dilemahkan dan jika disuntikkan ke dalam tubuh manusia akan membentuk antibodi sehingga kebal terhadap serangan hepatitis.
Fusi Sel
Istilah lain fusi sel dikenal dengan nama teknologi hibridoma. Fusi sel merupakan peleburan dua sel yang berbeda menjadi satu kesatuan menjadi protein yang sangat baik yang mengandung gen asli dari keduanya yang disebut hibridoma. Hibridoma sering digunakan untuk memperoleh antibodi dalam pemeriksaan kesehatan dan pengobatan. Misalnya kita ambil contoh fusi sel manusia dengan sel tikus.
Tujuan fusi tersebut ialah menghasilkan hibridoma berupa antibodi yang mampu membelah dengan cepat. Sifat tersebut didapatkan dari sel manusia berupa antibodi yang difusikan dengan sel kanker tikus berupa mieloma yang mampu membelah dengan cepat.
Transfer Inti (Kloning)
Kloning merupakan suatu proses reproduksi yang bersifat aseksual untuk menciptakan replika yang tepat bagi suatu organisme. Teknik kloning akan menghasilkan suatu spesies baru yang secara genetik persis sama dengan induknya yang biasanya dikerjakan di dalam laboratorium.
Spesies baru yang dihasilkan tersebut disebut klon. Klon tersebut diciptakan oleh suatu proses yang disebut transfer inti sel somatik. Transfer inti sel somatik ini merupakan suatu proses yang mengacu pada transfer inti dari sel somatik ke sel telur. Sel somatik tersebut adalah semua sel di tubuh kecuali kuman.
Adapun mekanismenya, inti sel somatik akan dihapus dan dimasukkkan ke dalam telur yang tidak dibuahi yang memiliki inti yang telah dihapus. Telur dengan intinya tersebut akan tetap dijaga hingga menjadi embrio. Embrio ini kemudian akan ditempatkan di dalam ibu pengganti dan berkembang di dalam ibu pengganti.
Tahapan Teknik Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika adalah kegiatan manipulasi gen dengan teknik DNA rekombinan dengan tujuan mengubah, menghilangkan atau memunculkan ekspresi gen tersebut pada suatu organisme hidup. Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, alga, fungi, tumbuh-tumbuhan, hewan tingkat rendah, dan hewan tingkat tinggi.
Ada beberapa tahapan utama dalam rekayasa genetika, yaitu:
Kloning gen
Kloning gen terdiri atas beberapa tahapan, diantaranya memotong DNA menjadi fragmen-fragmen dengan ukuran beberapa ratus hingga ribuan kb (kilobase), selanjutnya fragmen ini dimasukkan ke dalam vektor bakteri untuk kloning. Berbagai macam vektor didesain untuk membawa DNA dengan panjang yang berbeda.
Plasmid, kosmid, faga P1, BAC (bacterial artificial chromosome), dan YAC (Yeast Artificial Chromosome) dapat membawa DNA hingga 20 kb, 40 kb, 90 kb, 200 kb, dan 1000 kb secara berturut-turut. Setiap vektor, hanya mengandung satu fragmen DNA, dimasukkan ke dalam bakteri, yang kemudian teramplifikasi, membentuk suatu klon.
Sejumlah besar setiap fragmen DNA kemudian diisolasi dari setiap klon. Ekspresi kloning gen telah disimpan dengan perbanyakan kloning yang dilakukan pada bakteri yang mengandung fragmen DNA tersebut.
Kloning fragmen DNA secara langsung yang mengandung gen tertentu seringkali tidak bisa dilakukan. Kloning cDNA yang tepat biasanya merupakan tahapan intermediat atau pertengahan. Untuk tujuan ini, mRNA suatu jenis sel diretrotranskripsi menjadi DNA menggunakan enzim reverse-transkriptase virus.
DNA untai tunggal yang dihasilkan dengan caran ini kemudian diubah mejadi DNA untai ganda menggunakan DNA polimerase. Fragmen DNA yang dihasilkan selanjutnya dikloning ke dalam plasmid untuk menghasilkan bank cDNA.
Sequensing DNA
Sekuensing DNA terdiri atas penentuan urutan basa suatu fragmen DNA. Selama bertahun-tahun sekuensing dilakukan dengan teknik yang butuh waktu dan proses lama. Sekarang proses ini bersifat automatis dan dilakukan dalam skala industri dan memungkinkan mensekuensing beberapa ribu kilobasa per hari.
Amplifikasi gen secara in-vitro
Teknik yang dikenal sebagai PCR (polymerase chain reaction) untuk amplifikasi DNA ini paling sering digunakan oleh praktisi biologi molekuler Teknik PCR mensintesis untaian komplementer suatu fragmen DNA yang dimulai dengan suatu primer.
Polymerase Chain Reaction atau PCR adalah teknik atau metode penggandaan (replikasi) DNA secara in-vitro. Teknik ini memungkinkan kita untuk melakukan replikasi DNA di luar sel atau tubuh organisme hidup. Melalui teknik ini, DNA dapat dihasilkan dalam jumlah melimpah dengan dalam waktu singkat sehingga bisa membantu pekerjaan peneliti atau bidang lainnya terkait dengan penggunaan DNA sebagai objek kajian.
Misalnya untuk , penentuan strain atau spesies organisme tertentu, deteksi penyakit, deteksi atau kajian gen, terapi gen, serta di bidang forensik.Teknik ini pertama kali ditemukan oleh Kary Mullis pada tahun 1983 sehingga beliau memperoleh hadiah Novel atas temuannya tersebut.
Konstruksi Gen
Penelitian gen seringkali membutuhkan konstruksi gen fungsional yang dimulai dari berbagai elemen gen. Elemen-elemen ini mungkin daerah regulator atau mungkin daerah transkrip. Mereka bisa saja dalam struktur asli atau hasil mutasi dengan eksperimen. Konstruksi gen dapat membantu identifikasi daerah regulator yang mengontrol ekspresi gen.
Daerah koding atau coding region mungkin mengandung struktur aslinya. Konstruk gen bisa digunakan untuk mengkaji pengaruh gen pada sel atau organisme secara menyeluruh. Daerah transkrip mungkin mengandung suatu gen reporter yang menyandi protein yang bisa dengan mudah divisualisasi atau dikuantifikasi berdasarkan aktifitas spesifik enzimnya.
Rekayasa genetika mungkin dapat digunakan pada skala industri untuk memprogram ulang sel atau organisme untuk menghasilkan rekombinan sifat terkait farmasi dan untuk mencegah respon penolakan imun pada sel atau organ hasil transplantasi.
Transfer gen ke dalam sel
Suatu gen hasil isolasi dapat ditranskripsi secara in-vitro dan mRNAnya juga dapat ditranslasikan pada suatu sistem bebas sel. Teknik ini memungkinkan peneliti memperoleh sejumlah protein dalam jumlah kecil, yang mungkin tidak cukup untuk beberapa penelitian biokimia, atau untuk penentuan aktifitas biologi protein tersebut secara in vivo atau menentukan strukturnya melalui proses kristalisasi.
Untuk dikodekan secara efektif dan ditranslasikan menjadi protein, suatu gen harus ditransfer ke dalam sel, yang secara alami mungkin mengandung semua faktor-faktor yang diper.lkan dalam proses transkripsi dan translasi. Ada berbagai teknik yang bisa digunakan untuk proses transfer gen, diantaranya: Fusi sel, Penggunaan senyawa kimia, Elektroporasi, Injeksi menggunakan vektor virus dan Mikroinjeksi.
Contoh Rekayasa Genetika
Sekitar 20 produk pertanian hasil modifikasi genetik telah beredar di pasaran Amerika, Kanada, bahkan Asia Tenggara. Dalam enam tahun ke depan, berbagai perusahaan telah menyiapkan 26 produk lainnya, mulai dari kedelai, jagung, kapas, padi hingga stroberi. Dari yang tahan hama, herbisida, jamur hingga pematangan yang dapat ditunda.
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.
Tahun 1989 untuk pertama kalinya uji lapangan dilakukan pada kapas transgenik yang tahan terhadap serangga (Bt cotton) dan pada tahun yang sama dimulai proses pemetaan gen pada tanaman (Plant Genome Project). Pada tahun 1992 sebuah perusahaan penyedia benih memasukkan gen dari kacang Brasil ke kacang kedelai dengan tujuan agar kacang kedelai tersebut lebih sehat dengan mengoreksi defisiensi alami kacang kedelai untuk bahan kimia metionin.
