Rekayasa Genetika: Sejarah, DNA, Protein, Teknik, Proses dan Kegunaan

Ini adalah proses menambahkan DNA baru secara manual ke suatu organisme.

Tujuannya adalah untuk memberikan satu atau lebih sifat baru yang belum ditemukan dalam orgisme itu.

Contoh organisme hasil rekayasa genetika (transgenik) yang saat ini beredar di pasaran meliputi tanaman yang tahan terhadap beberapa serangga, tanaman yang dapat mentolerir herbisida, dan tanaman dengan kandungan minyak yang dimodifikasi.

Perkembangan sejarah

Istilah rekayasa genetika pada awalnya mengacu pada berbagai teknik yang digunakan untuk modifikasi atau manipulasi organisme melalui proses pewarisan dan reproduksi.

Dengan demikian, istilah ini mencakup seleksi buatan dan semua intervensi teknik biomedis, termasuk inseminasi buatan, fertilisasi in vitro (misalnya bayi “tabung percobaan”), kloning dan manipulasi genetik.

Namun, pada bagian akhir abad ke-20, istilah ini merujuk lebih spesifik pada metode teknologi DNA rekombinan (atau kloning gen), di mana molekul DNA dari dua atau lebih sumber digabungkan di dalam sel atau in vitro dan kemudian dimasukkan. menjadi organisme inang di mana mereka dapat diperbanyak.

Kemungkinan teknologi DNA rekombinan muncul dengan ditemukannya enzim restriksi pada tahun 1968 oleh ahli mikrobiologi Swiss Werner Arber.

Tahun berikutnya, ahli mikrobiologi Amerika Hamilton O. Smith memurnikan enzim restriksi tipe II, yang ditemukan penting untuk rekayasa genetika karena kemampuannya untuk membelah situs tertentu dalam DNA (berlawanan dengan enzim restriksi dari tipe I, yang membelah DNA pada situs acak).

Berdasarkan karya Smith, ahli biologi molekuler Amerika Daniel Nathans membantu memajukan teknik rekombinasi DNA pada 1970-71 dan menunjukkan bahwa enzim tipe II dapat berguna dalam studi genetik.

Rekayasa genetika berbasis rekombinasi dimulai pada tahun 1973 oleh ahli biokimia Amerika Stanley N. Cohen dan Herbert W. Boyer, yang merupakan orang pertama yang memotong DNA menjadi fragmen, merakit fragmen yang berbeda, dan memasukkan gen baru ke dalam bakteri E. coli, yang merupakan nanti direproduksi.

Apa itu DNA?

DNA adalah resep untuk kehidupan. Ini adalah molekul yang ditemukan di inti setiap sel dan terdiri dari 4 subunit yang diwakili oleh huruf A, T, G dan C.

Urutan subunit ini dalam untai DNA berisi kode informasi untuk sel. Sama seperti alfabet Inggris yang menyusun kata menggunakan 26 huruf, bahasa genetik menggunakan 4 huruf untuk mengeja instruksi tentang cara membuat protein yang dibutuhkan organisme untuk tumbuh dan hidup.

Segmen kecil DNA disebut gen. Setiap gen berisi instruksi tentang cara membuat protein tunggal. Ini bisa dibandingkan dengan resep untuk piring makan. Resep adalah seperangkat instruksi untuk membuat satu hidangan.

Suatu organisme dapat memiliki ribuan gen. Himpunan semua gen dalam suatu organisme disebut genom. Genom dapat dibandingkan dengan buku resep masakan yang membuat organisme itu apa adanya. Setiap sel dalam setiap organisme hidup seperti buku masak.

Mengapa protein penting?

Protein melakukan pekerjaan dalam sel. Mereka dapat menjadi bagian dari struktur (seperti dinding sel, organel, dll.).

Mereka dapat mengatur reaksi yang terjadi di dalam sel. Atau mereka dapat berfungsi sebagai enzim, mempercepat reaksi. Segala sesuatu yang Anda lihat dalam suatu organisme terbuat dari protein atau merupakan hasil dari tindakan protein.

Seberapa penting DNA dalam rekayasa genetika?

DNA adalah “bahasa universal”, yang berarti bahwa kode genetik memiliki arti yang sama di semua organisme. Seolah-olah semua buku masak di dunia ditulis dalam satu bahasa yang diketahui semua orang.

Karakteristik ini sangat penting untuk keberhasilan rekayasa genetika. Ketika gen untuk sifat yang diinginkan diambil dari satu organisme dan dimasukkan ke dalam organisme lain, itu memberi organisme “penerima” kemampuan untuk mengekspresikan sifat yang sama.

Bagaimana rekayasa genetika dilakukan?

Rekayasa genetika, juga disebut transformasi, bekerja dengan secara fisik menghapus gen dari satu organisme dan memasukkannya ke organisme lain, memberikannya kemampuan untuk mengekspresikan sifat yang dikodekan oleh gen itu.

Ini seperti mengambil resep dari buku masak dan memasukkannya ke buku masak lain.

Teknik

Sebagian besar teknologi DNA rekombinan melibatkan penyisipan gen asing ke dalam plasmid strain bakteri laboratorium yang umum.

Plasmid adalah cincin kecil DNA; mereka bukan bagian dari kromosom bakteri (penyimpanan utama informasi genetik organisme).

Namun, mereka mampu mengarahkan sintesis protein dan, seperti DNA kromosom, mereproduksi dan meneruskan ke keturunan bakteri.

Oleh karena itu, dengan memasukkan DNA asing (misalnya, gen mamalia) ke dalam bakteri, peneliti dapat memperoleh salinan gen yang disisipkan dalam jumlah yang hampir tidak terbatas. Selanjutnya, jika gen yang disisipkan berfungsi (yaitu, jika mengarahkan sintesis protein), bakteri yang dimodifikasi akan menghasilkan protein yang ditentukan oleh DNA asing.

Teknik rekayasa genetika generasi berikutnya yang muncul pada awal abad ke-21 berfokus pada pengeditan gen. Pengeditan gen, berdasarkan teknologi yang dikenal sebagai CRISPR-Cas9, memungkinkan peneliti untuk menyesuaikan urutan genetik organisme hidup dengan membuat perubahan yang sangat spesifik pada DNA-nya.

Pengeditan gen memiliki cakupan aplikasi yang luas, digunakan untuk modifikasi genetik tanaman pangan dan ternak serta organisme caral laboratorium (misalnya tikus).

Memperbaiki kesalahan genetik yang terkait dengan penyakit pada hewan menunjukkan bahwa pengeditan gen memiliki aplikasi potensial dalam terapi gen manusia.

Proses

  1. Pertama, Anda membutuhkan organisme yang secara alami mengandung sifat yang diinginkan.
  2. DNA diekstraksi dari organisme itu. Ini seperti mengeluarkan seluruh buku masak.
  3. Gen (resep) yang diinginkan harus ditemukan dan disalin dari ribuan gen yang diekstraksi. Ini disebut kloning gen.
  4. Gen dapat sedikit dimodifikasi untuk berfungsi dengan cara yang lebih diinginkan begitu berada di dalam organisme penerima.
  5. Gen baru (s), yang disebut transgen, dikirim ke dalam sel organisme penerima. Ini disebut transformasi. Teknik transformasi yang paling umum menggunakan bakteri yang secara alami memanipulasi tanaman dengan DNA-nya sendiri.

Transgen dimasukkan ke dalam bakteri, yang kemudian mengangkutnya ke sel-sel organisme yang sedang direkayasa. Teknik lain, yang disebut metode senjata gen, menembakkan partikel emas mikroskopis yang dilapisi dengan salinan transgen ke dalam sel organisme penerima.

Dengan salah satu teknik ini, insinyur genetika tidak memiliki kendali atas di mana atau apakah transgen dimasukkan ke dalam genom. Akibatnya, ratusan upaya diperlukan untuk mencapai hanya beberapa organisme transgenik.

  1. Setelah organisme transgenik telah dibuat, pemuliaan tradisional digunakan untuk meningkatkan karakteristik produk akhir. Jadi rekayasa genetika tidak menghilangkan kebutuhan akan pemuliaan tradisional. Ini hanyalah cara untuk menambahkan sifat baru ke grup.

Kegunaan

Rekayasa genetika telah memajukan pemahaman banyak aspek teoretis dan praktis dari fungsi dan organisasi genetik.

Melalui teknik DNA rekombinan, bakteri telah diciptakan yang mampu mensintesis insulin manusia, hormon pertumbuhan manusia, interferon alfa, vaksin hepatitis B, dan zat lain yang bermanfaat secara medis.

Tanaman dapat disetel secara genetik untuk memungkinkan mereka memperbaiki nitrogen, dan penyakit genetik mungkin dapat diperbaiki dengan mengganti gen disfungsional dengan gen yang berfungsi normal.

Namun, perhatian khusus telah diberikan untuk pencapaian tersebut karena takut bahwa hal itu dapat menyebabkan sifat yang tidak menguntungkan dan mungkin berbahaya pada mikroorganisme yang sebelumnya bebas, misalnya resistensi antibiotik, produksi toksin atau kecenderungan menyebabkan penyakit.

Demikian pula, penerapan pengeditan gen pada manusia telah menimbulkan kekhawatiran etis, terutama mengenai potensi penggunaannya untuk mengubah sifat-sifat seperti kecerdasan dan kecantikan.

Bagaimana rekayasa genetika dibandingkan dengan pemuliaan tradisional?

Meskipun tujuan rekayasa genetika dan perbaikan genetika tradisional adalah untuk meningkatkan sifat-sifat suatu organisme, ada beberapa perbedaan utama di antara mereka.

Sementara rekayasa genetika secara manual memindahkan gen dari satu organisme ke organisme lain, pemuliaan tradisional memindahkan gen melalui perkawinan atau persilangan organisme dengan harapan mendapatkan keturunan dengan kombinasi sifat yang diinginkan.

Menggunakan analogi resep, reproduksi tradisional seperti mengambil dua buku masak dan menggabungkan semua resep lain dari masing-masing menjadi satu buku masak. Produknya adalah buku masak baru dengan setengah resep dari setiap buku asli. Oleh karena itu, setengah dari gen pada keturunannya berasal dari setiap orang tua.

Pemuliaan tradisional efektif dalam memperbaiki sifat, namun jika dibandingkan dengan rekayasa genetika, memiliki kelemahan. Karena pemuliaan didasarkan pada kemampuan untuk kawin dengan dua organisme untuk memindahkan gen, peningkatan sifat pada dasarnya terbatas pada sifat-sifat yang sudah ada dalam spesies itu.

Rekayasa genetika, di sisi lain, secara fisik menghilangkan gen dari satu organisme dan menempatkannya di organisme lain. Ini menghilangkan kebutuhan untuk kawin dan memungkinkan pergerakan gen antara organisme dari spesies apa pun. Oleh karena itu, sifat-sifat potensial yang dapat digunakan hampir tidak terbatas.

Reproduksi juga kurang tepat dibandingkan rekayasa genetika. Dalam pemeliharaan, setengah dari gen dari setiap induk diturunkan ke keturunannya. Ini dapat mencakup banyak gen yang tidak diinginkan untuk sifat-sifat yang tidak diinginkan dalam organisme baru. Rekayasa genetika, bagaimanapun, memungkinkan pergerakan satu atau beberapa gen.

Kontroversi

Pada tahun 1980 mikroorganisme “baru” yang diciptakan oleh penelitian DNA rekombinan dianggap dapat dipatenkan, dan pada tahun 1986 Departemen Pertanian AS menyetujui penjualan organisme hasil rekayasa genetika hidup pertama, virus yang digunakan sebagai vaksin melawan pseudorabies, dari mana satu gen dipotong. mati.

Sejak itu, beberapa ratus paten telah dikeluarkan untuk bakteri dan tanaman yang diubah secara genetik.

Namun, paten pada organisme hasil rekayasa genetika dan rekayasa genetika, khususnya tanaman dan makanan lainnya, merupakan topik yang diperdebatkan, dan terus berlanjut hingga awal abad ke-21.

Related Posts