Rekayasa Genetika PROGAM STUDI PETERNAKAN
advertisement
Rekayasa Genetika PROGAM STUDI PETERNAKAN FAKULTAS PETERNAKAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2013 i DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ..................................................................................... i DAFTAR ISI .................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang .......................................................................................... 2 1.2. Tujuan ....................................................................................................... 2 1.3. Manfaat ..................................................................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN ................................................................................. 3 2.1 Pengertian Rekayasa Genetika ................................................................. 3 2.2 Teknologi Rekayasa Genetika ................................................................. 3 2.3 Teknik Yang Digunakan Dalam Rekayasa Genetika ............................... 4 2.4 Tujuan dan Manfaat Rekayasa Genetika ................................................. 6 2.5 Rekayasa Genetika Dalam Peternakan .................................................... 6 2.6 Contoh Ternak Hasil Rekayasa Genetika ................................................ 7 2.7 Dampak Rekayasa Genetika .................................................................... 10 BAB III PENUTUP ......................................................................................... 11 3.1 Kesimpulan ............................................................................................... 11 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 12 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sejarah perkembangan genetika sebagai ilmu pengetahuan dimulaimenjelang akhir abad ke 19 ketika seorang biarawan Austria bernama GregorJohann Mendel berhasil melakukan analisis yang cermat dengan interpretasi yangtepat atas hasil-hasil percobaan persilangannya pada tanaman kacang ercis (Pisumsatifum).Sebenarnya, Mendel bukanlah orang pertama yang melakukanpercobaan-percobaan persilangan. Akan tetapi, berbeda dengan parapendahulunya yang melihat setiap individu dengan keseluruhan sifatnya yangkompleks, Mendel mengamati pola pewarisan sifat demi sifat sehingga menjadilebih mudah untuk diikuti. Deduksinya mengenai pola pewarisan sifat inikemudian menjadi landasan utama bagi perkembangan genetika sebagai suatucabang ilmu pengetahuan, dan Mendelpun di akui sebagai Bapak Genetika. Selanjutnya, pada awal abad ke-20 ketika biokimia mulai berkembangsebagai cabang ilmu pengetahuan baru, para ahli genetika tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang hakekat materi genetik, khususnya mengenai sifatbiokimianya.Pada tahun 1920-an, dan kemudian tahun 1940-an, terungkap bahwasenyawa kimia materi genetika adalah asam dioksiribonekleat (DNA).Denganditemukannya model struktur molekul DNA pada tahun1953 oleh J.D.Watson danF.H.C. Crick dimulailah era genetika yang baru, yaitu genetika molekuler. Perkembangan penelitian genetika molekuler terjadi demikian pesatnya.Jika ilmu pengetahuan pada umumnya mengalami perkembangan dua kali lipat(doubling time) dalam satu dasa warsa, maka hal pada genetika molekulerhanyalah dua tahun.Bahkan, perkembangan yang lebih revolusioner dapatdisaksikan semenjak tahun 1970-an, yaitu pada saat dikenalnya teknologimanipulasi molekul DNA atau teknologi DNA rekombinan atau dengan istilahyang lebih populer disebut Rekayasa Genetika. Rekayasa genetika dalam arti paling luas adalah penerapan genetika untuk kepentingan manusia. Dengan pengertian ini kegiatan pemuliaan hewan atau 2 tanaman melalui seleksi dalam populasi dapat dimasukkan. Demikian pula penerapan mutasi buatan tanpa target dapat pula dimasukkan. Masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih sempit, yaitu penerapan teknik-teknik genetika molekuler untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu. Perubahan sifat biologis melalui rekayasa genetika tersebut menyebabkan “lahirnya organisme baru” produk bioteknologi dengan sifat-sifat yang menguntungkan bagi manusia. 1.2 Tujuan 1) Memenuhi tugas paper matakuliah Genetika dengan judul “Dasar Rekayasa Genetika” 2) Apa itu Rekayasa Genetika 3) Bagaimana Rekayasa Genetika dapat dilakukan 4) Apa tujuan serta manfaat dari Rekayasa Genetika 5) Bagaimana peran Rekayasa Genetika dalam Bidang Peternakan 6) Apa dampak positif dan negatif Rekayasa Genetika 1.3. Manfaat 1) Menjadi proses suatu pembelajaran 2) Untuk mengetahui pengertian dari Rekayasa Genetika 3) Untuk mengetahui proses Rekayasa Genetika 4) Untuk mengetahui tujuan serta manfaat dari Rekayasa Genetika 5) Untuk mengetahui peran Rekayasa Genetika dalam Bidang Peternakan 6) Untuk mengetahui dampak positif dan negatif Rekayasa Genetika 3 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Rekayasa Genetika Rekayasa genetika (genetic engineering) pencangkokan gen atau rekombinan DNA. Penelitian tentang rekayasa genetika telah dimulai pada awal 1950-an. Sebelumnya, rekayasa genetika dianggap sebagai suatu impian saja. akan tetapi, kini kemampuan untuk mencangkokkan bahan genetik dan membongkar kembali informasi keturunan memberikan hasil nyata dan telah terbukti manfaat. Rekayasa genetika dapat diartikan sebagai kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan cara membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen. DNA rekombinan adalah DNA yang urutannya telah direkombinasikan agar memiliki sifat-sifat atau fungsi yang kita inginkan sehingga organisme penerimanya mengekspresikan sifat atau melakukan fungsi yang kita inginkan. Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bahan genetik DNA mengandung informasi keturunan yang dimiliki oleh makhluk hidup. Bahan genetik DNA berupa pita ganda yang berbentuk spiral (double helix). Jika diumpamakan, salah satu pita ini menyerupai sebuah pita kaset rekaman. Pita dapat dihapus untuk kemudian di ganti dengan rekaman yang lain (Karmana, Oman. 2005). Prosedur-prosedur DNA rekombinan (penjalinan gen, gene splicing) adalah contoh rekayasa genetika yang paling dikenal. DNA dari organisme asing, biasanya merupakan spesies yang benar-benar berbeda, diintroduksi dan diintegrasi dengan genom organisme tertentu. Genom hibrid yang baru pun diperoleh dengan karakteristik-karakteristik organisme penyumbang DNA diekspresikan pada organisme penerima (Fried, George H., dkk. 2006). 2.2 Teknologi Rekayasa Genetika Teknologi Rekayasa Genetika merupakan inti dari bioteknologididefinisikan sebagai teknik in-vitro asam nukleat, termasuk DNA rekombinandan injeksi 4 langsung DNA ke dalam sel atau organel atau fusi sel di luar keluargataksonomi yang dapat menembus rintangan reproduksi dan rekombinasi alami,dan bukan teknik yang digunakan dalam pemuliaan dan seleksi tradisional. Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi ataumelakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkangen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan danorganisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Misalnya, gen daribakteri bisa diselipkan di kromosom tanaman, sebaliknya gen tanaman dapatdiselipkan pada kromosom bakteri. Gen serangga dapat diselipkan pada tanamanatau gen dari babi dapat diselipkan pada bakteri, atau bahkan gen dari manusiadapat diselipkan pada kromosom bakteri (Rangkuti, Rahmayani. 2011). 2.3 Teknik yang Digunakan dalam Rekayasa Genetika Pada dasarnya upaya untuk mendapatkan suatu produk yang diinginkan melalui teknologi DNA rekombinan melibatkan beberapa tahapan tertentu. Tahapan-tahapan tersebut adalah isolasi DNA genomik/ kromosom yang akan diklon, pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah flagmen dengan berbagai ukuran, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan, transformasi sel inang menggunakan molekul DNA rekombinan, pengklonaan vektor pembawa DNA rekombinan, dan identifikasi klon sel yang membawa gen yang diinginkan (Almustanir. 2010). Individu hasil rekayasa genetika disebut transgenik. Rekayasa genetika memiliki beberapa cara, yaitu sebagai berikut 1) Fusi Sel Cara ini bisa diterapkan untuk tumbuhan, hewan, dan manusia. Metode ini adalah cara menggabungkan dua sel yang berbeda untuk mendapatkan sel baru seperti yang diinginkan. Cara ini sudah diterapkan untuk menghasilkan antibodi monoklonal dengan memfusikan sel leukosit (menghasilkan antibodi) manusia dengan sel kanker tikus. Hasil fusi dari kedua sel tersebut dikultur dan menghasilkan antibodi monoklonal. 5 2) Transgenik Inti (Somatic Cell Nuclear Transfer) Metode ini biasa diterapkan pada manusia dan hewan. Metode ini dilakukan dengan memindahkan inti sel telur dari satu individu dan menggantinya dengan inti sel somatis dari sel somatis individu lain. Setelah menjadi embrio, dimasukkan kembali ke dalam rahim yang sudah dipersiapkan. Individu dari hasil metode ini akan memiliki sifat yang sama persis dengan individu yang menyumbangkan inti sel somatis 3) Rekombinan DNA Metode ini bias disebut dengan metode penyipan gen. Caranya adalah memasukkan potongan DNA ke dalam sel vektor. Vektor ini biasanya adalah plasmid atau bakteriophage. Gabungan antara vektor dengan potongan DNA ini disebut Rekombinan DNA. Metode ini biasanya digunakan dalam dunia kedokteran, contohnya untuk menghasilkan hormon insulin. Caranya untuk menghasilkan insulin dengan teknik rekombinan DNA adalah sebagai berikut DNA penghasil insulin pada manusia dipotong dengan menggunakan enzim restriksi Hasil potongan DNA dimasukkan ke dalam bakteri Escherichia coli sebagai vektor Plasmid tersebut dimasukkan ke dalam bakteri escherichia coli E.coli yang sudah mengandung rekombinan DNA dikultur dalam medium khusus sehingga bakteri tersebut bisa menghasilkan insulin (Matrix. 2009). 6 (Sudjadi. 2008) 2.4 Tujuan dan Manfaat Rekayasa Genetika 1) Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormone manusia seperti insulin dan hormone pertumbuhan. 2) Tersedianya bahan makanan yang lebih melimpah. 3) Tersedianya sumber energy yang terbaharui. 4) Proses industry yang lebih murah. 5) Berkurangnya polusi (Anonim. 2011). 2.5 Rekayasa Genetika Dalam Bidang Peternakan Organisme dan produksi hasil rekayasa genetika disebut Organisme Hasil Modifikasi Genetika (OHMG) atau Genetically Modified Organism (GMO). Organisme hasil modifikasi genetika dalam bidang peternakan meliputi peningkatan produksi peternakan ditempuh dengan cara penurunan morbiditas 7 ternak, perbaikan pakan, dan perbaikan bibit. Hampir seluruh faktor produksi peternakan telah disentuh oleh teknologi rekayasa genetika. Vaksin yang diproduksi bagi dunia kedokteran hewan sama dengan vaksin pada manusia, yaitu sebagai berikut : 1) Vaksin penyakit mulut dan kuku (PMK) adalah gen virus antigen PMK yang dikloning ke E. coli sehingga diperoleh antigen virus PMK dalam jumlah besar. 2) Vaksin rabies juga diproduksi dengan teknologi rekayasa genetika 3) Vaksin Blue-tongue khusus pada domba 4) Vaksin white diarrhea pada babi 5) Vaksin fish-fibrosis, vaksin yang diproduksi dengan teknologi rekayasa genetika yang digunakan untuk vaksin ikan atau aquakultur. Hormon pertumbuhan pada manusia (Human Growth Hormone = HGH) saat ini sudah dapat diproduksi dengan teknologi rekayasa genetika yang menggunakan E. coli sebagai vektor plasmidnya. Selain itu, juga dijumpai Bovide Growth Hormone (BGH), Porcine Growth Hormone (PGH), dan Chicken Growth Hormone (CGH). Penyuntikan hormon BGH pada sapi ternyata dapat meningkatkan produksi susu selain meningkatkan produksi daging (Kadaryanto, dkk. 2006). 2.6 Contoh ternak hasil Rekayasa Genetika 1) Sapi perah hasil Rekayasa Genetika 8 Hormon pertumbuhan sapi mulai direkayasa agar dapat meningkatkan produksi air susu sapi. Sapi yang diberi hormon tersebut diharapkan dapat meningkatkan produksi air susunya sampai 20% (Kadaryanto, dkk. 2006). 2) Kambing Dolly Kloning yang dilakukan pada domba dolly (1998), yang diambil dari sel kelenjar susu kambing dan difertilisasikan pada sel telur tanpa inti, lalu diimplankan ke rahim kambing agar terjadi proses embryogenesis alami dan kemudian lahir klon yang sangat mirip dengan induknya (dolly) (Karmana , Oman. 2005). 3) Monyet hasil kloning (Karmana , Oman. 2005). 4) Sapi - Penghasil Omega 3 N-3 Polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) atau omega 3 merupakan salah satu zat yang sangat penting bagi manusia. Dengan pendekatan secara ekonomi, maka dapat dihasilkan omega 3 dengan cara merekayasa sapi menjadi hewan transgenik penghasil omega 3. Sapi yang direkayasa disisipi dengan gen mfat-1 yang mampu memproduksi n-3 PUFA. Dari penelitian ini diperoleh hasil ekpresi gen berupa n-3 PUFA pada jaringan dan susu sapi. 5) Lembu Transgenik - Penghasil Protein Susu Rekombinan Teknologi transgenik ini telah sukses dilakukan untuk kepentingan di bidang agrikultur dalam meningkatkan mutu kualitas pangan.Pada hewan uji yang berupa lembu jarang sekali dilakukan percobaan transgenik hal ini dikarenakan banyak kendala seperti masa regenerasinya butuh waktu sekitar 2 tahun. Namun para peneliti akhirnya bisa menyisipi gen 9 penghasil α-lactalbumin yang berasal dari manusia. Dari hasil uji produksi susu sebesar 91 ml, ditemukan sekresi α–lactalbumin dengan konsentrasi 2,4 mg ml-1. Metode yang digunakan adalah melakukan fertilisasi secara in vitro yang selanjutnya akan dihasilkan zigot. Tahap berikutnya zigot akan diinjeksi dengan DNA yang mengandung gen α–lactalbumin. Proses injeksi dengan menggunkan teknik microinjection (Gambar 2). Selanjutnya zigot dikultur selama 6 atau 7 hari dengan menggunakan media sintetik yang menyerupai cairan oviduk. Setelah itu akan tumbuh menjadi embrio dan ditransfer ke rahim lembu untuk proses kehamilan. 6) Kelinci - Penghasil Bispesifik T-Cell Antibody Salah satu penyakit pada manusia yang mematikan adalah kanker.Penyakit ini dapat diatasi dengan meningkatkan antibodi sel T. Sekarang dengan menggunakan rekayasa genetika, kelinci dapat dipakai sebagai hewan uji untuk menghasilkan dua macam antibodi spesifik, yakni molekul CD28 dan r28M yang mampu menginduksi TCR/CD3 yang mampu membunuh sel kanker.Dengan ditemukannya antibodi bispesifik ini dapat diharapkan untuk mendapatkan cukup banyak pengetahuan tentang antibodi bispesifik bagi aplikasi medis. 7) Ayam - Penghasil Tetrasiklin Penemuan ini merupakan terobosan baru dalam mengembangkan bioreaktor yang mampu menghasilkan biofarmasi dalam jumlah kuantitas yang besar.Tetrasiklin merupakan antibiotik yang diperlukan dalam dunia medis untuk men-treatment pasien.Selama ini tetrasiklin dihasilkan dari mikroorganisme. Dengan terobosan baru ini, diharapkan ayam transgenik mampu menghasilkan tetrasiklin dalam jumlah yang lebih banyak serta lebih hemat dalam proses pembutannya. Dalam penelitian ini digunakan retrovirus sebagai vektornya.Dimana retrovirus didesain untuk membawa materi genetik berupa GFP (Green Flourescent Protein) dan rtTA (reverse tetracyclinecontrolled transactivator) dibawah pengontrolan tetracycline-inducible promoter dan PGK (Phosphoglycerate Kinase) promoter.Setelah itu, ayam transgenik dihasilkan yang mana pada bagian telur ditemukan doxycycline 10 yang merupakan derivat dari tetrasiklin serta tidak ditemukan adanya disfungsi fisiologis secara signifikan dari telur tersebut. 8) Tikus Transgenik - Resisten Terhadap Infeksi Bakteri Resistensi suatu bakteri terhadap jenis antibiotik merupakan salah satu masalah yang serius bagi dunia medis dan farmasi.Oleh karena itu diperlukan suatu hewan ternak yang mampu menghasilkan protein antibiotik.Namun, dalam hal ini tikus digunakan sebagai uji coba terlebih dahulu.Salah satu protein penghasil antimikroba adalah Protegrin-1 (PG-1) yang meru-pakan derivat dari neutrofil. 9) GlowFish – Ikan Bercahaya GloFish merupakan salah satu contoh hewan transgenik yang direkayasa secara genetiknya. Ikan ini dikembagkan dari Amerika Serikat yang merekayasa DNA dari ikan zebra (Danio rerio) dengan gen pengkode protein flourens warna hijau dari gfp (green flourescent protein). Namun secara fenotip, warna yang dihasilkan bukan hanya warna hijau saja melainkan warna kuning hingga merah (Anonim. 2012). 2.7 Dampak Rekayasa Genetika 1) Dengan adanya rekayasa genetika, perubahan genotipe tidak dirancang secara alami sesuai dengan kebutuhan dinamika populasi sehingga akan menimbulkan perubahan drastis yang membahayakan. 2) Penggunaan hormon pertumbuhan sapi (Bovine Growth Hormone = BGH) dapat meningkatkan produksi susu sapi hingga mencapai 20% yang dapat mengakibatkan kerugian pada peternak kecil. 3) Dampak penggunaan insulin hasil rekayasa genetika yang telah menyebabkan kematian di Inggris 4) Pemakaian BGH pada sapi mengandung bahan kimia baru yang memiliki potensi membahayakan kesehatan manusia 5) Kloning untuk kesehatan tidak dapat dipertanggungjawabkan secara etika karena pasti terjadi penyimpangan yang tidak mungkin dapat dikontrol sepenuhnya (Setiowati, Tetty, dkk. 2007). 11 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1) Rekayasa genetika dapat diartikan sebagai kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan cara membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen. 2) DNA rekombinan adalah DNA yang urutannya telah direkombinasikan agar memiliki sifat-sifat atau fungsi yang kita inginkan sehingga organisme penerimanya mengekspresikan sifat atau melakukan fungsi yang kita inginkan. 3) Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. 4) Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi ataumelakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkangen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. 5) Gen yang diselipkan danorganisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Misalnya, gen daribakteri bisa diselipkan di kromosom tanaman, sebaliknya gen tanaman dapatdiselipkan pada kromosom bakteri. 6) Individu hasil rekayasa genetika disebut transgenik. 7) Rekayasa genetika memiliki beberapa cara, yaitu Fusi Sel, Transgenik Inti (Somatic Cell Nuclear Transfer), Rekombinan DNA, dll 8) Organisme hasil modifikasi genetika dalam bidang peternakan meliputi peningkatan produksi peternakan ditempuh dengan cara penurunan morbiditas ternak, perbaikan pakan, dan perbaikan bibit. 9) Contoh ternak hasil Rekayasa Genetika adalah Sapi perah hasil Rekayasa Genetika, Kambing Dolly, Monyet hasil kloning, Sapi - Penghasil Omega 3, Lembu Transgenik - Penghasil Protein Susu, Kelinci - Penghasil Bispesifik T-Cell Antibody, Ayam - Penghasil Tetrasiklin, Tikus Transgenik - Resisten Terhadap Infeksi Bakteri, GlowFish – Ikan Bercahaya, dll 12 DAFTAR PUSTAKA Almustanir. 2010. Rekayasa Genetika dan Sistem Imun. http://www.slideshare.net/almustanir/makalah-rekayasa-genetika-dansistem-imun (diakses Tgl 9 Mei 2013) Anonim. 2011. Rekayasa Genetika. http://sceonity.blogspot.com/2011/07/rekayasa-genetika.pdf (diakses Tgl 9 Mei 2013) Anonim. 2012. Rekayasa Genetika Pada Hewan. http://menarailmuku.blogspot.com/2012/12/rekayasa-genetika-padahewan.html(diakses Tgl 9 Mei 2013) Fried, George H., dkk. 2006. Biologi Edisi Kedua. Jakarta: PT Gelora Aksara Pratama Kadaryanto, dkk. 2006. Biologi Mengungkap Rahasia Alam Kehidupan. Surabaya: Yudhistira Karmana , Oman. 2005. Cerdas Belajar Biologi. Jakarta: Grafindo Matrix. 2009. Panduan Belajar dan Evaluasi Biologi. Jakarta: Grasindo Rangkuti, Rahmayani. 2011. Rekayasa Genetika. http://www.scribd.com/doc/66226705/MAKALAH-REKAYASAGENETIKA (diakses Tgl 9 Mei 2013) Setiowati, Tetty, dkk. 2007. Biologi Interaktif. Jakarta: Azka Press Sudjadi. 2008. Bioteknologi Kesehatan. Yogyakarta: Kanisius
