Makalah Dna Dalam Penelitian.docx

DNA DALAM PENELITIAN Makalah Untuk Memenuhi Tugas Matakuliah Biokimia Yang dibina oleh Bapak Drs. I Wayan Sumberartha, M.Si. Disajikan Pada hari Tanggal 12 Februari 2018

Disusun oleh : I Wayan Agung K. S.

(160341606070)

Salwa Nabilah A.

(170341615067)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI PRODI PENDIDIKAN BIOLOGI FEBRUARI 2018

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Asam Deoksiribonukleat atau disingkat DNA merupakan persenyawaan kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan genetik dari sel khususnya atau dari makhluk hidup dalam keseluruhannya dari satu generasi ke generasi berikutnya (Suryo, 2013; 57). DNA sangat menarik perhatian para biologiwan modern dalam abad ini, seperti halnya ahli kimia serta fisika tertarik pada atom. Oleh karena DNA sangat erat hubungannya dengan hampir semua aktivitas biologi, maka banyak sekali penyelidikan telah dilakukan, bahkan kini masih terus berjalan untuk mengetahui lebih banyak lagi tentang DNA. Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak ditemukannya struktur helik ganda DNA dan teknologi DNA rekombinan di awal tahun 1950-an. Penemuan struktur double heliks DNA oleh Watson dan Cricks (1953) telah membuka jalan lahirnya bioteknologi modern dalam bidang rekayasa genetika yang merupakan prosedur dasar dalam menghasilkan suatu produk bioteknologi. Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) gen (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah. Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari virus, bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing. Ada dua pendekatan utama yang banyak membantu terhadap pengembangan rekayasa genetika ini. Yang pertama adalah isolasi enzim-enzim seluler dan meneliti sifat-sifat yang dapat mempengaruhi struktur dan fungsi gen. 1.2 RUMUSAN MASALAH 1. Apa tujuan dari rekayasa genetika? 2. Bagaimana proses dan teknik aplikasi DNA dalam bidang rekayasa genetika? 3. Apa dampak positif dan negative dari pengaplikasian DNA dalam bidang penelitian?

1.3 TUJUAN PENULISAN 1. Untuk mengetahui tujuan dari rekayasa genetika. 2. Untuk mengetahui proses dan teknik aplikasi DNA dalam bidang rekayasa genetika. 3. Untuk mengetahui dampak positif dan negative dari pengaplikasian DNA dalam bidang penelitian.

BAB II PEMBAHASAN A. 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 berbagai macam prosedur. Namun, istilah rekayasa 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.

Ada beberapa bagian terpenting yang selalu digunakan dalam rekayasa genetika, yaitu: 1. Cellular Enzymes / Enzim seluler 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.

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. Vektor disini bisa diartikan sebagai alat yang membawa DNA ke dalam sel induk barunya. Vektor adalah molekul DNA yang berfungsi sebagai wahana atau kendaraan yang akan membawa suatu fragmen DNA masuk ke dalam sel inang dan memungkinkan terjadinya replikasi dan ekspresi fragmen DNA asing tersebut. Ada beberapa vektor yang dapat digunakan khususnya pada sel inang E.coli yaitu plasmid, bakteriofag, kosmid dan fasmid. 

Plasmid Secara umum plasmid dapat didefinisikan sebagai molekul DNA sirkuler untai ganda di luar kromosom yang dapat melakukan replikasi sendiri.



Bakteriofag Bakteriofag atau fag λ merupakan virus kompleks yang menginfeksi bakteri E. coli.



Kosmid Kosmid merupakan vektor yang dikonstruksi dengan menggabungkan kos (tempat bergabungnya kedua untai tunggal) dari DNA λ dengan plasmid.



Fasmid Vektor ini membawa segmen DNA λ yang berisi tempat att. Tempat att digunakan oleh DNA λ unruk berintegrasi dengan kromosom sel inang pada fase lisogenik.

B. Tujuan Rekayasa Genetika Rekayasa genetika pada tanaman mempunyai target dan tujuan antara lain peningkatan produksi, peningkatan mutu produk supaya tahan lama dalam penyimpanan pascapanen,

peningkatan kandungan gizi, tahan terhadap serangan hama dan penyakit tertentu (serangga, bakteri, jamur, atau virus), tahan terhadap herbisida, sterilitas dan fertilitas serangga jantan (untuk produksi benih hibrida), toleransi terhadap pendinginan, penundaan kematangan buah, kualitas aroma dan nutrisi, perubahan pigmentasi. Rekayasa Genetika pada mikroba bertujuan untuk meningkatkan efektivitas kerja mikroba tersebut (misalnya mikroba untuk fermentasi, pengikat nitrogen udara, meningkatkan kesuburan tanah, mempercepat proses kompos dan pembuatan makanan ternak, mikroba prebiotik untuk makanan olahan), dan untuk menghasilkan bahan obat-obatan dan kosmetika.

C. Proses Rekayasa Genetika Secara sederhana proses rekayasa genetika dapat meliputi tahapan-tahapan berikut ini. 1. Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan 2. Membuat DNA/AND salinan dari RNAd 3. Pemasangan cDNA pada cincin plasmid 4. Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri 5. Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan 6. Pemanenan produk.

Gambar 1. Contoh proses rekayasa genetika

Proses rekayasa genetika diatas, praktiknya mengadopsi prinsip dari teknik rekayasa berikut ini. 1. Kloning Gen Kloning gen merupakan tahapan awal dari rakayasa genetika. Adapun tahapan-tahapan dalam kloning gen, diataranya pemotongan DNA menjadi fragmen-fragmen dengan ukuran beberapa ratus hingga ribuan kb (kilobase), kemudian fragmen tersebut dimasukkan ke dalam vektor bakteri untuk kloning. Berbagai macam vektor disesain untuk membawa DNA dengan panjang yang berbeda. Setiap vektor hanya mengandung satu DNA yang kemudian teramplifikasi membentuk suatu klon di dalam dinding bakteri. Dari setiap klon sejumlah fragmen DNA akan diisolasi yang kemudian akan diekspresikan. DNA rantai tunggal akan diubah menjadi rantai ganda dengan bantuan DNA polimerase. Fragmen DNA yang dihasilkan selanjutnya dikloning ke dalam plasmid untuk menghasilkan bank cDNA.

2. Sequensing DNA Sekuensing merupakan teknik penentuan urutan basa suatu fragmen DNA yang membutuhkan proses dan waktu yang lama. Saat ini proses ini sudah bersifat automatis, dalam artian sekuensing yang dilakukan memungkinkan dalam skala industri hingga ribu kilobasa per hari.

3. Amplifikasi gen secara in-vitro Proses amplifikasi DNA untuk mensitesis komplementer suatu fragmen DNA yang dimulai dari suatu rantai primer dikenal dengan teknik PCR (Polimerase Chain Reaction).

4. Konstruksi Gen Setiap gen terdiri dari promotor (daerah yang bertanggungan jawab utuk transkripsi gen yang berakhir pada wilayar terminator), gen pendanda dipilih (gen yang berperan sebagai resistensi antibiotik yang membantu dalam memebedakan perubahan sel), dan terimanator. Konstruksi gen mengandung sedikitnya daerah promotor, daerah transkrip, dan daerah terminator. Oleh sebab itu, konstruksi gen kemudian disebut vektor ekspresi. Konstruksi gen mengimplikasikan penggunaan elemen-elemen seperti enzim restriksi yang memotong DNA pada daerah spesifik, sistesis nukleotida secara kimiawi, amplifikasi fragmen DNA secara in vitro menggunakan teknik PCR, serta menyambungn fragmen DNA yang berbeda dengan ikatan kovalen menggunakan enzim ligase. Kemudian fragmen tersebut ditambahkan dalam plasmid yang selanjutnya ditransfer ke dalam bakteri membentuk klon bakteri. Klon bakteri ini akan diseleksi dan diamplifikasi. Penambahan elemen dalam konstruksi gen bergantung pada tujuan eksperimen, terutama dimana jenis sel konstruksi tersebut akan diekspresikan.

5. Transfer gen ke dalam sel Suatu gen hasil isolasi dapat ditranskripsikan secara in vitro dan mRNA nya juga dapat ditranskripsikan pada suatu sistem bebas sel. Untuk dikodekan secara efektif dan ditranslasikan menjadi protein, suatu gen harus ditransfer ke dalam sel yang secara alami dapat mengandung semua faktor yang diperlukan dalam proses transkripsi dan translasi. Transfer gen sendiri dalam praktiknya terdiri atas variasi teknik, diantaranya fusi sel, penggunaan senyawa kimia, elektroporasi, mikroinjeksi, dan injeksi menggunakan vektor virus.

D. Teknik Aplikasi DNA dalam Bidang Rekayasa Genetika Ada beberapa macam-macam jenis teknik aplikasi rekayasa genetika, diantaranya meliputi: 1. 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. Teknologi DNA rekombinan melibatkan bakteri atau virus sebagai perantara. Secara umum rekombinasi DNA memiliki tahapan sebagai berikut. 1) Mengisolasi DNA 2) Transplantasi gen/DNA 3) Memasukkan DNA ke sel hidup

Gambar 2. Proses rekombinasi DNA Berikut ini beberapa produk yang dihasilkan dari rekombinasi DNA.

a. 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.

Gambar 3. Proses pembuatan insulin

b. 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. 2. 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.

3.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. Keberhasilan kloning adalah kloning pada domba “Dolly”. Domba Dolly direproduksi tanpa bantuan domba jantan, melainkan diciptakan dari sebuah kelenjar susu yang diambil dari seekor domba betina. Kelenjar susu dari domba finndorset dimanfaatkan sebagai donor inti sel dan sel telur domba blackface sebagai resipien. Penggabungan kedua sel tersebut memanfaatkan tegangan listrik 25 Volt yang pada akhirnya terbentuk fusi antara sel telur domba blackface tanpa nukleus dengan sel kelenjar susu domba finndorsat. Di dalam tabung percobaan hasil fusi ini akan berkembang menjadi embrio yang selanjutnya akan dipindahkan ke rahim domba blackface. Sehingga spesies baru yang dilahirkan ialah spesis dengan ciri yang identik dengan domba finndorset.

Gambar 4. Proses Kloning Domba Dolly D. MANFAAT REKAYASA GENETIKA

Perkembangan rekayasa genetika memberikan banyak manfaat bagi manusia dalam berbagai aspek kehidupan. Adapun manfaat rekayasa genetika jika ditinjau berdasarkan aspeknya, meliputi:

1. Bidang Industri Di bidang industri, prinsip rekayasa genetika dimanfaatkan dalam upaya pengkloningan bakteri untuk beberapa fungsi tertentu seperti melarutkan logam-logam langsung dari dalam bumi, menghasilkan bahan mentah kimia seperti etilen yang diperlukan untuk pembuatan plastik, menghasilkan bahan kimia yang digunakan sebagai pemanis pada pembuatan berbagai macam minuman, dan lain sebagainya.

2. Bidang Farmasi Dalam bidang farmasi, rekayasa genetika dimanfaatkan dalam usaha pembuatan protein yang sangat dibutuhkan untuk kesehatan. Protein ini merupakan gen hasil pengkloningan bakteri yang berperan dalam mengongtrol sintesis obat-obatan yang jika diproduksi secara alami akan membutuhkan biaya yang mahal.

3. Bidang Kedokteran Lahirnya rekayasa genetika memberikan banyak manfaat dalam perkembangan ilmu medis, diantaranya: a. Pembuatan Insulin Insulin yang dulunya disintesis hewan mamalia sudah dapat dihasilkan dengan melakukan pengkloningan bakteri. Insulin yang dihasilkan ini pun jauh lebih baik dan lebih dapat diterima oleh tubuh manusia dibandigkan insulin yang disintesis dari hewan. b. Terapi Gen Rekayasa genetika juga dimanfaatkan dalam upaya terapi kelainan genetik dengan disisipkannya beberapa gen duplikat secara langsung ke dalam sel seseorang yang mengalami kelainan genetis.

4. Bidang Pertanian Di bidang pertanian, rekayasa genetika banyak dimanfaatkan dalam upaya penyisipan gen ke dalam sel sel tumbuhan sehingga memberikan banyak keuntungan seperti: 

Menghasilkan tanaman yang mampu menangkap cahaya dengan lebih efektif untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis.



Menghasilkan tanaman yang mampu menghasilkan pestisida sendiri.



Menggantikan pemakaian pupuk nitrogen yang mahal namun banyak digunakan dengan melakukan fiksasi nitrogen secara alamiah seperti pada tanaman padi.



Dapat digunakan untuk menadapatkan tanaman baru yang lebih menguntungkan lewat pencangkokan gen, seperti pada golongan solanaceae.

5. Bidang Peternakan Serupa halnya dengan pemanfaatan rekayasa genetika di bidang pertanian, di bidang peternakan juga dilakukan penyisipan gen ke dalam sel-sel hewan tertentu dengan menerapkan prinsip rekayasa genetika. Hewan yang paling banyak digunakan ialah sapi. Rekayasa di bidang peternakan memberikan banyak manfaat, seperti: 

Diperoleh vaksin yang dapat mencegah mencret ganas pada anak babi.



Diperoleh vaksin yang efektif terhadap penyakit kuku dan mulut, yang merupakan penyakit ganas dan menular pada sapi, domba, kambing, rusa dan babi.



Sedang dilakukan pengujian hormone pertumbuhan tertentu untuk sapi yang diharapkan dapat meningkatkan produksi susu.

E. DAMPAK NEGATIF REKAYASA GENETIKA Rekayasa genetika sangat berperan dalam pengembangan ilmu pengertahuan di berbagai bidang kehidupan. Namun, penggunaan rekayasa genetika tidak memberikan keuntungan semata melainkan juga timbul dampak tertentu yang tidak diinginkan. Adapun dampak dari penerapan rekayasa genetika diantaranya, meliputi: a. Tanaman transgenik tertentu dapat memungkinkan keracunan, alergi, perbedaan nutrisi dan komposisi, serta adanya kemungkinan menyebabkan bakteri dalam tubuh manusia menjadi resisten terhadap antibiotik tertentu. b. Terlepasnya organisme transgenik di alam bebas tanpa pengawasan dapat menghasilkan pencemaran biologis yang berdampak pada terganggunya ekosistem dan meningkatnya prevalensi penyakit tertentu. c. Menyisipkan DNA atau gen organisme lain yang tidak berkerabat, dianggap sebagai pelanggaran terhadap hukum alam dan masih sulit di terima oleh masyarakat. Oleh sebab itu, rekayasa genetika yang dilakukan pada manusia dianggap sebagai penyimpangan moral dan pelanggaran etik.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa rekayasa genetika tidak selalu memberikan manfaat dalam penerapannya. Berbagai dampak merugikan juga dapat timbul yang akan sangat mempengaruhi

kehidupan. Oleh sebab itu, penggunaan rekayasa genetika harus sangat bijak dalam upaya meminimalisir dampak negatif dari rekayasa genetika.

Bab III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Rekayasa genetika merupakan penerapan teknik-teknik genetika molekuler untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu. Dasar dari pengembangan teknologi DNA Rekombinan adalah ditemukannya mekanisme seksual pada bakteri. Perangkat yang digunakan dalam teknik DNA rekombinan diantaranya enzim restriksi, enzim ligase, vektor, pustaka genom, serta enzim transkripsi balik. Adapun penerapan rekayasa genetika antara lain cloning, PCR (Polymerase Chain Reaction), pembuatan insulin dan bioinformatika. Tahap-tahap pembuatan insulin yaitu pemotongan plasmid bakteri menggunakan enzim restriksi endonuklease. Gen insulin dari sel pancreas dipotong menggunakan enzim restriksi. Gen insulin disisipkan pada pada plasmid bakteri dengan menggunakan enzim ligase sehingga disebut DNA rekombinan. DNA rekombinan dimasukkan ke dalam tubuh bakteri baru. Bakteri dibiarkan berkembang biak dalam wadah fermentasi sehingga dihasilkan insulin. Tahapan-tahapan yang umum digunakan dalam teknologi DNA rekombinan adalah isolasi DNA, pemotongan molekul DNA, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor, transformasi sel inang, pengklonaan vektor pembawa DNA rekombinan, dan identifikasi klon sel yang membawa gen yang diinginkan.

3.2 Saran 

Hendaknya rekayasa genetika dimanfaatkan dan digunakan dengan selayak-layaknya dengan tidak merusak gen suatu organisme.



Hendaknya rekayasa genetika digunakan untuk memperbaiki keadaan manusia.



Hendaknya masyaraat diberi pengetahuan kembali mengenai rekayasa genetika dan bioinformatika, karena banyak sekali masyarakat yang belum mengetahui apa itu rekayasa genetika dan bioinformatika.

Daftar Pustaka Campbell, Neil A. Biologi Edisi Ke-delapan. Jakarta: Erlangga. 2008 Suryo. Genetika Cetakan Ke-13. Yogyakarta: UGM Press. 2013 Yohanis Ngili. 2015. Biokimia Aliran Informasi Genetika. Yogyakarta: Innosain.