Penerapan Teknologi Genomik
PendahuluanDalam setiap spesies terdapat anggota kelompok
populasi dengan cirri-ciri yang berbeda satu sama lain. Bahkan
antara dua individu, meskipun merupakan anggota spesies yang sama.
Keduanya dapat berbeda-beda karena variasi berbagai factor antara
lain genetic, umur, jenis kelamin, makanan, stadium daur hidup,
bentuk tubuh, habitat dan lain-lain. Secara genetic tidak ada dua
individu dalam spesies yang persis sama. Kecuali jika gen- gen
tersebut mengalami mutasi atau dengan kata lain gen tersebut
abnormal. Menghadapi implikasi kemajuan ilmu pengetahuan dan
teknologi orang sepertinya dibawa masuk ke dalam sebuah rimba
dilema. Seperti yang kita ketahui bahwa ilmu genetika berkembang
terus hingga saat ini. Karena semakin berkembangnya ilmu
pengetahuan, teknologipun semakin maju. Telah dirancang pula suatu
teknologi yang dapat mengetahui apakah sebuah sel tersebut
mengandung gen normal atau abnormal, yaitu teknologi genomik.
Tujuan para ahli merancangnya yaitu untuk memudahkan kita dalam
mendeteksi kelainan atau mutasi dari suatu gen. Tujuan dari
pembelajaran teknologi genomik ini yaitu kita dapat mengetahui
adanya gen-gen abnormal pada sel tubuh kita denga menggunakan
beberapa tahap atau metode yang telah ditemukan oleh para ahli.
Serta, khususnya dalam bidang kedokteran, bermanfaat untuk
mendiagnosis penyakit.Teknologi genomikseiring dengan
perkembangannya IPTEK banyak ilmuwan-ilmuwan yang telah menciptakan
beberapa metode untuk melihat ataupun menguji suatu materi genetik
makhluk hidup. Kombinasi dari inovasi teknologi sekuensing,
elektroforesis dengan cara kapiler, robotisasi, dan otomatisasi
inilah yang mempercepat proses sekuensing. Genomika, kajian tentang
genom dan gen yang didasarkan pada pengurutan DNA, menghasilkan
wawasan baru atas pertanyaan mendasar tentang organisasi genom,
pengontrolan ekspresi gen, pertumbuhan dan perkembangan, serta
evolusi. Informasi ini dan teknologi yang digunakan untuk
memperolehnya dapat juga memberi kiita manfaat dalam kehidupan
sehari-hari. Misalnya dalam bidang kedokteran, untuk mendiagnosis
penyakit maupun berfungsi dalam perkembangan produk farmasi,
kemudian dapat mengidentifikasi gen-gen yang mutasinya bertanggung
jawab atas penyakit-penyakit genetik. Berikut akan dibahas secara
ringkas mengenai hal-hal yang berkaitan dengan teknologi genomik
(gen, DNA, enzim restriksi, PCR, dan teknik untuk menentukan urutan
DNA spesifik).a. GenGen merupakan bagian dari molekul DNA dan gen
adalah suatu zarah yang kompak dan menempati suatu lokus pada
kromosom yang mengandung satuan informasi genetika dan mengatur
sifat menurun tertentu. Menurut W. Johansen, gen merupakan unit
terkecil dari suatu makhluk hidup yang mengandung substansi
hereditas, terdapat di dalam lokus gen. Gen adalah suatu unit
terkecil dari bahan sifat-sifat menurun.1 Gen terdiri dari protein
dan asam nukleat (DNA dan RNA), berukuran antara 4 8 m (mikron).
Secara sederhana gen merupakan unit molekul DNA atau RNA dengan
panjang minimum tertentu yang membawa informasi mengenai urutan
asam amino yang lengkap suatu protein, atau yang menentukan
struktur lengkap suatu molekul rRNA (RNA ribosom) atau tRNA
(transfer RNA).2 Sedangkan pengertian genom yaitu satu kesatuan gen
yang secara alami dimiliki oleh satu sel atau virus, atau satu
kesatuan kromosom jasad eukariot dalam fase haploid.2 Dengan
batasan semacam ini maka dapat dimengerti bahwa sepotong molekul
DNA yang tidak membawa informasi genetik yang lengkap tidak dapat
disebut sebagai gen melainkan hanya sebagai fragmen DNA. Demikian
juga, satu kromosom suatu jasad yang mempunyai lebih dari satu
kromosom juga tidak dapat disebut sebagai genom jasad tersebut. Gen
dapat ditemukan didalam inti sel yag merupakan bagian dari organel
sel.sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar
kehidupan dalam arti biologis.3 Semua fungsi kehidupan diatur dan
berlangsung di dalam sel sehingga sel dapat berfungsi secara
autonom asalkan seluruh kebutuhan hidupnya terpenuhi. Sel yang
hidup mempunyai struktur sama, yaitu terdiri atas membran plasma,
sitoplasma, dan organel-organel yang terdapat didalamnya.
1. Membran plasmaMembran plasma merupakan lapisan terluar berupa
selaput yang didalamnya berisi materi yang jernih, terdiri atas
lapisan ganda fosfolipid dengan gumpalan-gumpalan protein. Membran
plasma mempunyai fungsi, antara lain: Pengatur gerakan materi dari
dalam sel atau dari luar sel. Tempat terjadinya beberapa reaksi
kimia tertentu. Penghubung antara bagian luar dan bagian dalam sel
Penghubung transfer energi antara dalam sel dan luar sel.
2. SitoplasmaMateri jernih yang berada dalam membran plasma
dinamakan sitoplasma. Fungsi utama kehidupan berlangsung
disitoplasma. Hampir semua kegiatan metabolisme berlangsung didalam
ruangan berisi cairan kental ini. Kandungan kimia sitoplasma adalah
air (75%) serta protein dan enzim. Didalam sitoplasma terdapat inti
sel dan organel.
3. Organel selOrganel sel atau alat sel merupakan benda-benda
solid yang terdapat di dalam sitoplasma dan bertugas menjalankan
fungsi-fungsi kehidupan. Organel di dalam sel mempunyai fungsi yang
berbeda antara satu sama lain. Organel-organel yang terdapat
didalam sel adalah sebagai berikut.
a. Inti sel (nukleus)Inti sel merupakan bagian sel yang
ukurannya lebih besar dibandingkan dengan organel sel pada umumnya.
Letak inti sel kadang ditengah atau dibagian tepi, berbentuk bulat
atau lonjong. Inti sel berperan sebagai pusat pengendali kegiatan
sel. Didalam inti sel terdapat gen (materi pewarisan sifat), selain
itu terdapat pula cairan inti (nukleoplasma), anak inti
(nukleolus), dan selaput inti.4
b. RibosomRibosom merupakan suatu tempat di dalam sel yang juga
merupakan tempat protein diproduksi. Ribosom paling banyak terdapat
di hati (hepar).
c. Retikulum endoplasmaRetikulum endoplasma atau RE merupakan
organel yang mempunyai hubungan beberapa bagian dengan sistem
endomembran. Sistem endomembran merupakan suatu hubungan antar
membran secara fisik. Banyak organel dalam sistem endomembran yang
bekerja sama dalam sintesis protein, penyimpanan, dan ekspor
molekul penting. Ada 2 macam RE, yaitu RE halus dan RE kasar. Pada
RE halus tidak dijumpai adanya ribosom di membran sebelah luarnya,
sedangkan pada RE kasar dijumpai adanya ribosom di dinding sebelah
luar membran. d. Badan golgiBadan golgi (apparatus golgi atau
diktiosom) mempunyai struktur sebagai timbunan kantong kempis yang
masing-masing tidak berhubungan. Badan golgi berperan utama dalam
proses sekresi. Badan golgi terdiri atas dua sisi, salah satu
sisinya berfungsi menerima kantong transpor yang dihasilkan oleh
RE. Kantong trasnpor mengaandung glikoprotein. Sementara sisi lain
berfungsi mengeluarkan substansi yang tertinggal dalam RE.
Substansi tersebut di kemas dalam kantong transpor dan merupakan
produk terakhir. e. LisosomLisosom berbentuk bulat seperti bola
dengan diameter 500 nm. Lisosom mengandung enzim-enzim yang
berfungsi untuk mencernakan bahan makanan yang masuk kedalam sel.
Lisosm dihasilkan oleh RE kasar dan badan golgi. Lisosom berisi
enzim-enzim hidrolitik seperti protease, nuklease, glikosidase,
lipase, dan fosfatase. Enzim-enzim ini dibuat oleh ribosom yang
menempel pada RE. Lisosom juga berfungsi merusak bakteri jahat dan
menghancurkan organel yang rusak. f. MitokondriaMitokondria
merupakan tempat terjadinya proses respirasi seluler yang mengubah
energi kimia dari makanan menjadi energi kimia dan molekul pembakar
seluler yang di sebut ATP (adenosine trophosphate). ATP menjadi
agen dalam berbagai reaksi kimia termasuk sintesis enzim.
b. DNADNA berfungsi sebagai bahan genetik untuk sel baik
prokariot maupun eukariot. DNA berfungsi mengkode protein, rRNA,
dan tRNA atau berfungsi mengatur sintesis produk gen. Pada
eukariot, DNA terletak di inti, dipisahkan dari sitoplasma oleh
selubung inti. DNA eukariotik terikat ke protein, membentuk suatu
kompleks yang dikenal sebagai kromatin. Masing-masing molekul DNA
terdiri dari dua rantai polinukleotida yang disatukan oleh ikatan
hidrogen antar basa. Adenin pada satu untai membentuk pasangan basa
dengan timin, dan guanin membentuk pasangan basa dengan sitosin.
Akibat pasangan basa ini, dua untai DNA saling melengkapi (bersifat
komplementer). Adanya pembentukan pasangan basa memungkinkan satu
untai DNA berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai yang
lain.DNA sel eukariotik berukuran lebih besar dibandingkan dengan
DNA bakteri yang mengandung lebih dari 4 x 106 pasangan basa, berat
molekulnya lebih dari 2.500 x 106, apabila molekul diluruskan
panjangnya hampir mencapai 2 mm. DNA sel eukariotik yaitu DNA
kromosom manusia yang paling panjang memiliki ukuran 7 cm, pada
kenyataannya DNA dari semua 46 kromosom dalam sebuah sel manusia
diploid, apabila disambung ujung-ke-ujung, akan terentang dengan
jarak 2 m, DNA ini mengandung 6 x 109 pasangan basa.
c. Reaksi berantai polimerase (PCR)Reaksi berantai polimerase
adalah suatu metode in vitro yang dapat digunakan untuk pembuatan
cepat DNA dalam jumlah sangat besar.5 Metode ini sangat cocok untuk
memperbanyak DNA untuk prosedur pemeriksaan klinis atau forensik
karena hanya diperlukan sampel DNA yang sangat sedikit sebagai
bahan awal. DNA dapat diperbanyak oleh reaksi berantai polimerase
dari sehelai rambut tau setetes darah.
d. Enzim restriksiEnzim yang disebut sebagai endonuklease
restriksi (restriction endonuklease) memungkinkan para ahli biologi
molekular memutuskan segmen DNA dari genom berbagai jenis sel atau
untuk memperoleh fragmen DNA yang berasal dari sumber lain.Enzim
restriksi adalah suatu endonuklease yang mengenali urutan pendek
DNA, biasanya panjangnya 4-6 pb (pasangan basa), dan memutuskan
kedua untai DNA di dalam urutan tersebut. Sifat utama enzim
restriksi spesifisitasnya. Enzim ini selalu memutuskan urutan DNA
yang sama dan hanya memutuskan diurutan tertentu. Sebagian besar
DNA yang dikenali oleh enzim restriksi adalah palindrom, yaitu
kedua untai DNA memiliki urutan basa yang sama apabila dibaca dari
arah 5 ke 3.Enzim restriksi memiliki tiga tipe, tipe I memotong DNA
secara acak dan jauh dari sekuens pengenalannya, tipe II memotong
DNA dekat atau pada situs pengenalan, enzim tipe II yang umum
digunakan adalah HhaI, HindIII, EcoRI, dan NotI. Tipe III tidak
digunakan dalamlaboratorium.Hal ini dikarenakan enzim ini memotong
di luar situs pengenalan dan membutuhkan dua sekuen dengan
orientasi berlawanan pada DNA yang sama untuk menyelesaikan
pemotongan sehingga enzim ini jarang menghasilkan potongan
sempurna. Enzim restriksi EcoRI mendeskripsikan bakteri Escherichia
coli strain RY13 dan Urutan I enzim yang ditemukan pada bakteri
ini. Enzim ini termasuk subtipe ortodoks, yang memotong pada situs
pengenalan urutan heksanukleotida 5- GAATTC-3. Enzim restriksi pada
umumnya bekerja padapH7.4, suhu 37C dan memerlukan bermacam-macam
kekuatanionik, tergantung dari jenis enzimnya. Beberapa enzim
memerlukan optimasi khusus agar proses restriksi berjalan dengan
baik, biasanya dikemas bersama dengan 10xlarutan penyanggareaksi
yang telah dioptimasi. EcoRI memiliki kandungan garam tinggi namun
aktif pada keadaan garamsedang sehingga digunakan larutan penyangga
KCl dan NaCl. Kondisi optimal ketika melakukan proses digesti
sangat penting.Karena jika kondisi optimal tidak tercapai, enzim
akan memotong secara tidak normal. Berikut beberapa jenis enzim
restriksi.
Tabel 1.1 Urutan yang Dipisahkan oleh Enzim Restriksi yang
Terseleksi5
Sumber: Buku Biokimia Kedokteran Dasar
Hasil pemotongan enzim restriksi endonuklease ada dua macam
yaitu unjung blunt atau flush dan ujung sticky atau cohesive. Ujung
blunt atau flush menghasilkan fragmen yang double-stranded
(potongan yang dibuat oleh enzim ini tumpul) sedangkan ujung sticky
atau cohesive (potongan yang dibuat oleh enzim ini lancip)
menunjukkan enzim restriksi endonuklease pada posisi yang berbeda
dari dua untai DNA yang komplementer. Beberapa pemotong ujung
sticky menghasilkan ujung 5 atau ujung 3 yang menggantung.
Gambar 1.2 A) Sticky Ends dan B) Blunt Ends5
Sumber gambar A dan B: Buku Biokimia Kedokteran Dasar
e. Deteksi urutan DNA spesifik
Untuk mendeteksi urutan DNA spesifik, DNA biasanya dipindahkan
ke suatu penyokong yang padat, misalnya selembar kertas
nitroselulosa. Teknik serupa digunakan untuk memindahkan pita DNA
dari gel elektroforetik ke lembar nitroselulosa.Pada tahun 1975
E.M. southern menciptakan suatu teknik, dengan mengembangkan
prosedur hibridisasi, yang menggunakan namanya. Untuk
mengidentifikasi urutan DNA pada gel. Terbentuk southern blot
apabila DNA pada blot nitroselulosa gel elektroforesis
dihibridisasi dengan probe DNA. Probe adalah DNA untai tunggal yang
dapat membentuk pasangan basa dengan urutan komplementer pada
polinukleotida untai tunggal lain yang tersusun dari DNA atau RNA.5
Proses ini dikenal sebagai penyatuan kembali (reannealing) atau
hibridisasi. Sensitivitas hibridisasi ini dapat diatur untuk
mendeteksi urutan yang serupa (homolog). Para ahli biologi
molekuler memutuskan untuk menggunakan kompas sewaktu memberi nama
dua teknik tambahan. Dihasilkan pula northern blot apabila mRNA
pada blot nitroselulosa dihibridisasi dengan probe DNA.5 Pada
northern blot ini mRNA (molekul utuh dan bukannya fragmen)
digunakan sebagai subjek anlisis hibridisasi. Biasanya tujuannya
adalah untuk menentukan apakah gen tertentu telah ditranskripsi dan
berapa banyak mRNA yang ada. Northern blot telah menjadi pendorong
penelitian pada pengontrolan ekspresi gen. Suatu teknik yang
sedikit berbeda tetapi masih berkaitan. Selanjutnya yang dikenal
dengan westhern blot, meliputi proses pemisahan protein oleh
elektroforesis gel dan probing dengan antibodi berlabel terhadap
protein spesifik.5
gambar 1.2 southern, northern, dan western blot. Pada prosedur
southern blot, molekul DNA dipisahkan oleh elektroforesis,
didenaturasi, dipindahkan ke kertas nitroselulosa (dengan cara
blotting), dan dihibridisasi dengan probe cDNA. Pada prosedur
northern blot, dilakukan elektroforesis dan pengolahan dengan cara
yang sama terhadap RNA. Kecuali tidak digunakan basa (basa
menyebabkan hidrolisis RNA). Pada westhern blot, dilakukan
elektroforesis terhadap protein dan digunakan probe bersama
antibodi spesifik. Probe diberi label untuk melihat pita-pita yang
membentuk hibridisasi dengan probe tersebut.5sumber: Buku Biokimia
Kedokteran Dasar
Pembahasan kasusDari kasus dapat kita ketahui bahwa terjadi
mutasi gen pada sel janin yaitu dari urutan basa GAATTC bermutasi
menjadi GCATTC (basa A berubah menjadi C). Untuk mengetahui
keadaan/mendeteksi keabnormalan gen tersebut dapat dilakukan dengan
menggunakan teknologi genomik yaitu dengan mengambil sampel gen
yang berada dalam inti sel yang mengalami gangguan kemudian sampel
DNA tersebut diperbanyak menggunakan sebuah alat yaitu PCR. Tujuan
DNA tersebut diperbanyak, supaya tidak mudah kehilangan sampel atau
ada cadangan sampel jika ingin mendeteksinya kembali. DNA yang
sudah diambil tersebut kemudian dipotong atau dipisahkan dengan
menggunakan enzim restriksi yaitu enzim restriksi yang jenis EcoR1.
Setelah itu dengan berbagai tahap dalam laboratorium, enzim
tersebut diamati dan dianalisis untuk mengetahui apakah gen pada
sel dalam tubuh kita itu normal atau abnorm. Proses atau teknik
yang digunakan dalam mendeteksi DNA dikenal dengan southern
blot.
KesimpulanDengan terciptanya berbagai teknik modern tentang
genetika oleh para ahli yang disertai dengan perkembangan alat-alat
modern, kita khususnya tenaga yang bergerak dibidang kedokteran
dapat dengan mudah mendeteksi berbagai jenis penyakit, mengetahui
jika terjadi mutasi gen, dan masih banyak manfaat-manfaat lainnya
yang dapat kita peroleh.
Daftar pustaka1. Diunduh dari
http://aimarusciencemania.wordpress.com/2012/06/08/makalah-evolusimutasi-gen-frekuensi-gen-dalam-populasi-dan-hukum-hardy-weinberg/,
tanggal 14 desember 2012.2. Yuwono T. Biologi molekular. Jakarta:
erlangga; 2008.p.75.3. Setiowati T, Furqonita D. Biologi
interaktif. Jakarta: azka press; 2007.p.1.4. Suyitno, Sukirman.
Biology. Jakarta: yudhistira.2006.p.60.5. Marks DB, Marks AD, smith
CM. Biokimia kedoktern dasar. Jakarta: EGC;2000.p.239-42.6. Diunduh
dari
http://belalangtue.wordpress.com/2010/11/22/pemotongan-molekul-dna-menggunakan-enzim-restriksi/,
tanggal 19 des 2012.1
