Rekayasa Genetik atau EpiGenetik? - Pusat Penelitian Bioteknologi

3
Produk Bioteknologi: Rekayasa Genetik atau EpiGenetik?
Abstrak. Bioteknologi berbasis rekayasa genetik telah terbukti manfaatnya di berbagai
bidang kehidupan. Karena mengandung transgen, pemanfaatan produk teknologi ini
masih menimbulkan kontroversi, meskipun tidak sebanding dengan manfaat besarnya.
Ada alternatif pendekatan, yaitu bioteknologi berbasis epigenetik. Dalam pendekatan
epigenetik, perubahan ‘stabil’ ekspresi gen endogenous dilakukan melalui aktivasi gengen dorman penentu sifat unggul.
Bioteknologi modern yang berbasis rekombinasi DNA atau rekayasa genetik telah terbukti
manfaatnya. Di tingkat global teknologi ini telah diterapkan secara luas pada berbagai
bidang. Di bidang kedokteran ada terapi gen. Bi bidang industri atau farmasi dikenal
dengan bioindustri, biosimilar atau molecular farming. Di Bidang pertanian telah beredar
luas tanaman PRG (produk rekayasa genetik) atau tanaman transgenik. Di Indonesia,
perkembangan dan penerapan rekayasa genetik masing terkendala oleh berbagai hal,
diantaranya besarnya input yang diperlukan untuk pengembangannya, ketat dan lamanya
proses pengkajian keamanan hayati maupun keamanan pangan PRG [1]. Alternatif
teknologi rekayasa genetik yang saat ini mengemuka adalah epigenetik. Pemahaman
molekuler yang semakin baik terhadap fenomena alami perubahan ekspresi gen pada
perkembangan seluler, membuka peluang bioteknologi alternatif berbasis epigenetik.
Epigenetik dapat diartikan sebagai perubahan ekspresi gen yang menurun (heritable)
yang tidak disandikan oleh sekuen DNAnya. Ada tiga komponen perubahan epigenetik
yang saling berinteraksi dalam keseimbangan yaitu metilasi DNA, silencing terkait RNA
dan modifikasi histon. Gangguan terhadap keseimbangan tersebut menyebabkan
terjadinya kelainan epigenetik atau epigenetic diseases [2]. Contoh pertama dari
perubahan keseimbangan metilasi DNA yang menyebabkan perubahan epigenetik adalah
abnormalitas buah mantel dari tanaman kelapa sawit asal kultur jaringan [3]. Kedua,
penyakit yang terjadi akibat kelainan epigenetik adalah kanker, kelainan mental dan
beberapa penyakit degeneratif terkait dengan penuaan atau aging. Pemahaman yang
medalam terhadap proses molekuler kelainan epigenetik memunculkan gagasan
pengobatan atau terapi epigenetik.
Diferensiasi. Salah satu tantangan dalam biologi molekuler adalah pemahaman
bagaimana informasi genetik dapat dikaitkan langsung dengan pembentukan jaringan
tertentu di dalam organisme multiseluler. Selama diferensiasi, perubahan struktur
kromatin menentukan pola penurunan ekspresi gen dalam merespon signal. Ekspresi gen
dari sel-sel yang sedang berdiferesiasi pada berbagai kondisi internal dan eksternal
diilustrasikan pada Gb. 1. Beberapa sel, merespon suatu signal yang diterima selama
diferensiasi (anak panah hitam). Dalam model A, 3 sel yang berbeda masing-masing
dengan struktur kromatin permisif, dibedakan dengan ekspresi dari tiga faktor transcripsi
yang berbeda. Hanya sel pertama mengandung kombinasi faktor yang benar untuk
transkripsi yang mampu merespon signal. Dalam model B, ketiga tipe sel mengandung
kombinasi faktor yang sama, tetapi yang kondisi kromatinnya permisif hanya sel pertama.
Sementara kondisi pada dua lainnya, memiliki nukleosom yang padat ditunjukkan adanya
segitiga atau oval merah [4].
www.ibriec.org | Maret 2014 | 2 (1), 3-5
Djoko Santoso – Peneliti BPBPI
4
Gb. 1. Model diferensiasi berbasis faktor transkripsi dan kromaton [4].
Aktivasi gen-gen dorman. Tidak seperti produk rekayasa genetik yang mengandung
transgen, produk dari hasil bioteknologi aktivasi gen-gen endogenous dorman, pengendali
sifat-sifat unggul tanaman secara epigenetik, diperkirakan lebih dapat diterima oleh
konsumen. Contoh produk epigenetik yang telah ada, anggur tanpa biji yang bisa dibuat
menggunakan suatu homon tanaman. Dengan cara yang mirip, tanaman tahan terhadap
cekaman kekeringan atau salinitas dapat dibuat dengan cara mengkulturkannya pada
media yang mengandung senyawa kimia tertentu. Para peneliti dari sebuah lembaga riset
di Jepang aktif meneliti penggunaan obat (senyawa-senyawa kecil bioaktif) untuk induksi
ekspresi gen-gen endogenous dorman melalui pemahaman epigenetik sehingga tercipta
mikroba maupun tanaman unggul [5].
Chemical Epigenetics. Meskipun dalam prakteknya telah lama dilakukan, dengan
pemahaman yang lebih mendalam tentang epigenetikan, bidang kimia genetika saat ini
sedang menarik perhatian banyak pihak di dunia. Chemicals epigenetics berupa senyawasenyawa kimia ukuran kecil yang dapat berinteraksi dengan enzim-enzim atau molekul
terkait dengan epigenetic seperti HAC (histone acetylase) atau HDAC (histone
deacetylase). Senyawa tersebut bisa bersifat alami ataupun sintetis.
Salah satu temuan yang diperkirakan membawa dampak besar dalam bidang kesehatan
manusia dan yang banyak disitasi oleh publikasi ilmiah terkait adalah ditemukannya
Sirtuin atau Sir2, adalah suatu kelas protein yang memiliki aktivitas monoribosyltransferase atau deacylase termasuk deacetylase, desuccinylase, demalonylase,
demyristoylase dan depalmitoylase. Nama Sir2 berasal dari gen yeast ‘silent mating-type
information regulation 2’. Sirtuin berpengaruh terhadap berbagai proses seluler seperti
penuaan, transkripsi, apoptosis, inflamasi, ketahanan stess, kewaspadaan terhadap
keadaan efisiensi energi dan kekurangan kalori serta biogenesis mitokondria. Beberapa
www.ibriec.org | Maret 2014 | 2 (1), 3-5
Djoko Santoso – Peneliti BPBPI
5
STAC (sirtuin-activating compound) yang bersifat alami telah ditemukan. Senyawa
tersebut masuk dalam kelompok senyawa polifenolik, diantaranya adalah turunan dari
trans-Stilbene seperti Piceatannol dan Resveratrol, derivat Chalcone seperti Butein dan
Isoliquiritigenin , serta turunan Flavone seperti Luteolin dan Quercetin. STAC
mengaktivasi Sirtuin secara allosterik yang kemudian diikuti proses deasetilasi protein
histon pada kromatin oleh Sirtuin aktif tersebut [6].
Referensi
[1] Santoso, D. & D.H. Goenadi. 2014. Rekayasa Genetik: Potensi dan Status
penerapannya pada Tanaman Perkebunan. Menara Perkebunan (submitted)
[2] Egger, G., G. Liang, A. Aparicio & P.A. Jones. 2004. Epigenetics in human disease and
prospects for epigenetic therapy. Nature 429: 457-463.
[3] Morcillo, F., C. Gagneur, H. Adam, F. Richaud, R. Singh, S-C. Cheah, A. Rival, Y. Duval &
J.W. Tregear. 2006. Somaclonal variation in micropropagated oil palm.
Characterization of two novel genes with enhanced expression in epigenetically
abnormal cell lines and in response to auxin. Tree Physiology 26, 585–594
[4] Arney, K.L. & A.G. Fisher. 2004. Epigenetic aspects of differentiation. Journal of Cell
Science 117, 4355-4363
[5] Yoshida, M. 2014. Tuning epigenetics to treat disease. Chemical Genomics Research
Group,
RIKEN
Center
for
Sustainable
Resource
Science.
http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/frontline/7709.html.
[6] Kugel, S. & R. Mostoslavsky. 2013. SIRT1 Activators: The Evidence STACks up. AGING,
5(3): 142-143.
www.ibriec.org | Maret 2014 | 2 (1), 3-5
Djoko Santoso – Peneliti BPBPI