Rekayasa genetika

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Loncat ke navigasi Loncat ke pencarian

Rekayasa genetika, juga disebut modifikasi genetika, adalah manipulasi langsung gen suatu organisme menggunakan bioteknologi. Hal ini merupakan satu set teknologi yang digunakan untuk mengubah susunan genetik dari sel, termasuk transfer gen-gen yang berada dan melintasi batas-batas spesies untuk menghasilkan organisme yang meningkat. DNA baru diperoleh dengan mengisolasi dan menyalin materi genetik dari induk menggunakan metode DNA rekombinan atau sintesa DNA buatan. Sebuah vektor biasanya diciptakan dan digunakan untuk menyisipkan DNA ini ke organisme inang. Molekul DNA rekombinan pertama dibuat oleh Paul Berg pada tahun 1972 dengan menggabungkan DNA virus monyet SV40 dengan virus lambda. Selain memasukkan gen, proses ini dapat digunakan untuk menghapus gen. DNA baru dapat dimasukkan secara acak, atau ditargetkan ke bagian tertentu dari genom.

Suatu organisme yang dihasilkan melalui rekayasa genetika dianggap dimodifikasi secara genetik dan entitas yang dihasilkan disebut genetically modified organism (GMO). Organisme transgenik pertama adalah bakteri yang dihasilkan oleh Herbert Boyer dan Stanley Cohen pada tahun 1973. Rudolf Jaenisch menciptakan hewan transgenik pertama ketika dia memasukkan DNA asing dalam tikus pada tahun 1974. Perusahaan pertama yang berfokus pada rekayasa genetika, Genentech, didirikan pada tahun 1976 dan mulai memproduksi protein manusia. Insulin manusia pertama dari rekayasa genetika diproduksi pada tahun 1978 dan bakteri yang menghasilkan insulin dikomersialisasikan pada tahun 1982. Makanan yang dimodifikasi secara genetik telah dijual sejak tahun 1994, dengan munculnya tomat dari Flavr Savr. Flavr Savr direkayasa untuk memiliki umur simpan lebih lama, tapi tanaman transgenik saat ini dimodifikasi paling banyak untuk meningkatkan ketahanan terhadap serangga dan herbisida. GloFish, hewan transgenik pertama, dijual di Amerika Serikat pada bulan Desember 2003. Pada tahun 2016, sudah ada salmon yang telah dimodifikasi dengan hormon pertumbuhan.

Rekayasa genetika telah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang, termasuk penelitian, obat-obatan, bioteknologi industri dan pertanian.

Munculnya tanaman rekayasa genetika yang dikomersialisasi telah memberikan manfaat ekonomi kepada para petani di berbagai negara, tetapi juga menjadi sumber kontroversi. Hal ini sudah muncul sejak awal kehadirannya, ladang percobaan uji pertamanya dihancurkan oleh aktivis anti-transgenik. Meskipun ada konsensus ilmiah yang menyatakan bahwa makanan yang berasal dari tanaman transgenik tidak menimbulkan risiko yang lebih besar untuk kesehatan manusia daripada makanan konvensional, keamanan pangan transgenik tetap menjadi pusat kritikan. Aliran gen, dampak pada organisme non-target, kontrol pasokan makanan dan hak-hak kekayaan intelektual juga menjadi perdebatan. Adanya masalah ini mengakibatkan munculnya pengembangan kerangka peraturan, yang dimulai pada tahun 1975. Perjanjian internasionalnya juga telah disepakati pada tahun 2000 yaitu Protokol Cartagena tentang Keamanan Hayati. Masing-masing negara telah mengembangkan sendiri sistem regulasi mengenai transgenik, ditandai perbedaan yang terjadi antara Amerika Serikat dan Eropa.

Ikhtisar[sunting | sunting sumber]

Perbandingan pengembangbiakan tanaman konvensional dan modifikasi genetika transgenik dan cisgenic

Rekayasa genetika adalah suatu proses yang mengubah susunan genetik dari suatu organisme dengan menghapus atau memasukkan DNA. Tidak seperti pengembangbiakan hewan dan pemuliaan tanaman secara tradisional, yang melibatkan beberapa persilangan dan kemudian organisme terpilih dengan fenotip tertentu, rekayasa genetika mengambil gen secara langsung dari satu organisme dan memasukkan ke organisme lain. Proses ini jauh lebih cepat, dapat digunakan untuk menyisipkan gen-gen dari organisme apapun (bahkan organisme dari berbagai domain) dan mencegah agar gen yang tidak diinginkan tidak ikut ditambahkan.[1]

Rekayasa genetika berpotensi memperbaiki kelainan genetik pada manusia dengan mengganti gen yang rusak dengan gen yang baik.[2] Proses ini menjadi sebuah alat yang penting dalam penelitian yang memungkinkan fungsi spesifik suatu gen menjadi bahan penelitian.[3] Tanaman transgenik yang telah dikembangkan saat ini membantu keamanan pangan dengan meningkatkan hasil, nilai gizi dan toleransi terhadap tekanan lingkungan.[4]

DNA dapat dimasukkan secara langsung ke organisme inang atau ke dalam sel yang kemudian menyatu atau dihibridisasi dengan tuan rumah.[5] Proses ini bergantung pada teknik rekombinan asam nukleat untuk membentuk kombinasi baru dari materi genetik yang dapat diwariskan diikuti oleh penggabungan dari materi baik secara tidak langsung melalui sistem vektor atau langsung melalui mikro-injeksi, makro-injeksi atau mikro-enkapsulasi.[6]

Rekayasa genetika biasanya tidak mencakup peranakan tradisional, fertilisasi in vitro, induksi poliploida, mutagenesis dan teknik sel fusi yang tidak menggunakan rekombinan asam nukleat atau organisme yang dimodifikasi secara genetik dalam prosesnya. Namun, beberapa definisi luas dari rekayasa genetika mencakup pembiakan selektif. Penelitian kloning dan sel induk, meskipun tidak dianggap sebagai rekayasa genetika,[7] masih terkait erat dan rekayasa genetika dapat digunakan bersamaan dengan proses ini.[8] Biologi sintesis adalah bidang ilmu yang sedang berkembang yang membuat rekayasa genetika semakin maju lagi dengan memperkenalkan bahan yang disintesis artifisial ke dalam suatu organisme.[9]

Tanaman, hewan atau mikro organisme yang telah diubah melalui rekayasa genetik yang disebut organisme hasil rekayasa genetika.[10] Jika materi genetik dari spesies lain yang ditambahkan ke inang, organisme yang dihasilkan disebut transgenik. Jika materi genetik dari spesies yang sama atau spesies yang dapat berkembang biak secara alami dengan inang maka organisme yang dihasilkan disebut cisgenesis.[11] Jika rekayasa genetika digunakan untuk mengeluarkan materi genetik dari target maka organisme yang dihasilkan disebut organisme knockout.[12] Di Eropa modifikasi genetika identik dengan rekayasa genetika, sedangkan di Amerika Serikat dan Kanada modifikasi genetika juga digunakan untuk merujuk ke metode pengembangbiakan konvensional.[13][14][15]

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Pada 1974 Rudolf Jaenisch menciptakan tikus yang dimodifikasi secara genetik, hewan GM pertama.

Manusia telah mengubah genom spesies makhluk hidup lainnya selama ribuan tahun melalui pembiakan selektif, atau seleksi buatan[16]:1[17]:1 berkebalikan dengan seleksi alam. Baru-baru ini, pembiakan mutasi telah menggunakan paparan bahan kimia atau radiasi untuk menghasilkan mutasi acak dengan frekuensi tinggi, untuk tujuan pembiakan selektif. Rekayasa genetika sebagai manipulasi langsung DNA oleh manusia di luar pembiakan dan mutasi hanya ada sejak tahun 1970-an. Istilah "rekayasa genetika" pertama kali diciptakan oleh Jack Williamson dalam novel fiksi ilmiahnya Dragon's Island, yang diterbitkan pada tahun 1951 [18] - satu tahun sebelum peran DNA dalam faktor keturunan dikonfirmasi oleh Alfred Hershey dan Martha Chase, [19] dan dua tahun sebelumnya James Watson dan Francis Crick menunjukkan bahwa molekul DNA memiliki struktur heliks ganda - meskipun konsep umum manipulasi genetika langsung telah dieksplorasi dalam bentuk yang belum sempurna dalam cerita fiksi ilmiah Stanley G. Weinbaum tahun 1936, Proteus Island.[20][21]

Pada tahun 1972, Paul Berg menciptakan molekul DNA rekombinan pertama dengan menggabungkan DNA dari virus monyet SV40 dengan virus lambda.[22] Pada 1973 Herbert Boyer dan Stanley Cohen menciptakan organisme transgenik pertama dengan memasukkan gen resistensi antibiotik ke dalam plasmid bakteri Escherichia coli.[23][24] Setahun kemudian Rudolf Jaenisch menciptakan tikus transgenik dengan memasukkan DNA asing ke dalam embrio, menjadikannya hewan transgenik pertama di dunia[25]. Prestasi ini menyebabkan kekhawatiran di komunitas ilmiah tentang risiko potensial dari rekayasa genetika, yang pertama kali dibahas secara mendalam di Konferensi Asilomar pada tahun 1975. Salah satu rekomendasi utama dari pertemuan ini adalah bahwa pengawasan pemerintah terhadap penelitian DNA rekombinan harus ditetapkan sampai teknologinya dianggap aman.[26][27]

Pada 1976 Genentech, perusahaan rekayasa genetika pertama, didirikan oleh Herbert Boyer dan Robert Swanson dan setahun kemudian perusahaan itu menghasilkan protein manusia (somatostatin) di E.coli. Genentech mengumumkan produksi insulin manusia rekayasa genetika pada tahun 1978.[28] Pada tahun 1980, Mahkamah Agung AS pada kasus Diamond v. Chakrabarty memutuskan bahwa kehidupan yang diubah secara genetis dapat dipatenkan.[29] Insulin yang diproduksi oleh bakteri disetujui untuk dirilis oleh Food and Drug Administration (FDA) pada tahun 1982.[30]

Pada tahun 1983, sebuah perusahaan bioteknologi, Advanced Genetic Sciences (AGS) mengajukan permohonan otorisasi pemerintah AS untuk melakukan tes lapangan dengan galur minus-es Pseudomonas syringae untuk melindungi tanaman dari cuaca beku, tetapi kelompok lingkungan dan pengunjuk rasa menunda uji lapangan selama empat tahun dengan tantangan hukum.[31] Pada tahun 1987, jenis minus-es P. syringae menjadi organisme yang dimodifikasi secara genetik (GMO) pertama yang dilepaskan ke lingkungan [32] ketika ladang stroberi dan ladang kentang di California disemprotkan dengannya.[33] Kedua bidang uji diserang oleh kelompok aktivis pada malam sebelum tes terjadi: "Situs uji coba pertama di dunia menarik perusak lapangan pertama di dunia".[32]

Percobaan lapangan pertama tanaman rekayasa genetika terjadi di Perancis dan AS pada tahun 1986, tanaman tembakau direkayasa agar tahan terhadap herbisida.[34] Republik Rakyat Tiongkok adalah negara pertama yang mengkomersilkan tanaman transgenik, memperkenalkan tembakau yang resistan terhadap virus pada tahun 1992.[35] Pada 1994 Calgene memperoleh persetujuan untuk secara komersial melepaskan makanan yang dimodifikasi secara genetik pertama, Flavr Savr, tomat yang direkayasa untuk memiliki umur simpan yang lebih lama.[36] Pada tahun 1994, Uni Eropa menyetujui tembakau direkayasa agar tahan terhadap herbisida bromoxynil, menjadikannya tanaman rekayasa genetika pertama yang dikomersialkan di Eropa.[37] Pada tahun 1995, Kentang bt disetujui dan dianggap aman oleh Badan Perlindungan Lingkungan, setelah disetujui oleh FDA, menjadikannya tanaman penghasil pestisida pertama yang disetujui di AS.[38] Pada tahun 2009 11 tanaman transgenik ditanam secara komersial di 25 negara, yang terbesar berdasarkan luas yang ditumbuhkan adalah AS, Brasil, Argentina, India, Kanada, Cina, Paraguay, dan Afrika Selatan.[39]

Pada 2010, para ilmuwan di J. Craig Venter Institute menciptakan genom sintetis pertama dan memasukkannya ke dalam sel bakteri kosong. Bakteri yang dihasilkan, bernama Mycoplasma laboratorium, dapat mereplikasi dan menghasilkan protein.[40][41] Empat tahun kemudian penemuan ini dikembangkan selangkah lebih maju ketika bakteri dikembangkan yang mereplikasi plasmid yang mengandung pasangan basa unik, menciptakan organisme pertama yang direkayasa untuk menggunakan alfabet genetik yang diperluas.[42][43] Pada tahun 2012, Jennifer Doudna dan Emmanuelle Charpentier berkolaborasi untuk mengembangkan sistem CRISPR/Cas9,[44][45] teknik yang dapat digunakan untuk dengan mudah dan spesifik mengubah genom dari hampir semua organisme.[46]

Referensi[sunting | sunting sumber]

  1. ^ "How does GM differ from conventional plant breeding?". royalsociety.org (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2017-11-14. 
  2. ^ Erwin, Edward; Gendin, Sidney; Kleiman, Lowell (2015-12-22). Ethical Issues in Scientific Research: An Anthology (dalam bahasa Inggris). Routledge. hlm. 338. ISBN 9781134817740. 
  3. ^ Alexander, D. R. (2003-05-01). "Uses and abuses of genetic engineering". Postgraduate Medical Journal (dalam bahasa Inggris). 79 (931): 249–251. doi:10.1136/pmj.79.931.249. ISSN 0032-5473. PMID 12782769. 
  4. ^ Qaim, Matin; Kouser, Shahzad (2013-06-05). "Genetically Modified Crops and Food Security". PLoS ONE. 8 (6). doi:10.1371/journal.pone.0064879. ISSN 1932-6203. PMC 3674000alt=Dapat diakses gratis. PMID 23755155. 
  5. ^ The European Parliament and the council of the European Union (12 March 2001). "Directive on the release of genetically modified organisms (GMOs) Directive 2001/18/EC ANNEX I A". Official Journal of the European Communities: 17. [pranala nonaktif]
  6. ^ Staff Economic Impacts of Genetically Modified Crops on the Agri-Food Sector; P. 42 Glossary - Term and Definitions Diarsipkan 14 May 2013 di Wayback Machine. The European Commission Directorate-General for Agriculture, "Genetic engineering: The manipulation of an organism's genetic endowment by introducing or eliminating specific genes through modern molecular biology techniques. A broad definition of genetic engineering also includes selective breeding and other means of artificial selection.", Retrieved 5 November 2012
  7. ^ Van Eenennaam, Alison. "Is Livestock Cloning Another Form of Genetic Engineering?" (PDF). agbiotech. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 11 May 2011. 
  8. ^ Suter, David M.; Dubois-Dauphin, Michel; Krause, Karl-Heinz (2006). "Genetic engineering of embryonic stem cells" (PDF). Swiss Med Wkly. 136 (27–28): 413–415. PMID 16897894. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 7 July 2011. 
  9. ^ Andrianantoandro, Ernesto; Basu, Subhayu; Kariga, David K.; Weiss, Ron (16 May 2006). "Synthetic biology: new engineering rules for an emerging discipline". Molecular Systems Biology. 2 (2006.0028): 2006.0028. doi:10.1038/msb4100073. PMC 1681505alt=Dapat diakses gratis. PMID 16738572. 
  10. ^ "What is genetic modification (GM)?". CSIRO. 
  11. ^ Jacobsen, E.; Schouten, H. J. (2008). "Cisgenesis, a New Tool for Traditional Plant Breeding, Should be Exempted from the Regulation on Genetically Modified Organisms in a Step by Step Approach". Potato Research. 51: 75–88. doi:10.1007/s11540-008-9097-y. 
  12. ^ Capecchi, Mario R. (2001). "Generating mice with targeted mutations". Nature Medicine. 7 (10): 1086–90. doi:10.1038/nm1001-1086. PMID 11590420. 
  13. ^ Staff Biotechnology - Glossary of Agricultural Biotechnology Terms Diarsipkan 30 August 2014 di Wayback Machine. United States Department of Agriculture, "Genetic modification: The production of heritable improvements in plants or animals for specific uses, via either genetic engineering or other more traditional methods. Some countries other than the United States use this term to refer specifically to genetic engineering.", Retrieved 5 November 2012
  14. ^ Maryanski, James H. (19 October 1999). "Genetically Engineered Foods". Center for Food Safety and Applied Nutrition at the Food and Drug Administration. 
  15. ^ Staff (28 November 2005) Health Canada - The Regulation of Genetically Modified Food Glossary definition of Genetically Modified: "An organism, such as a plant, animal or bacterium, is considered genetically modified if its genetic material has been altered through any method, including conventional breeding. A 'GMO' is a genetically modified organism.", Retrieved 5 November 2012
  16. ^ Root C (2007). Domestication. Greenwood Publishing Groups. 
  17. ^ Zohary D, Hopf M, Weiss E (2012). Domestication of Plants in the Old World: The origin and spread of plants in the old world. Oxford University Press. 
  18. ^ Stableford BM (2004). Historical dictionary of science fiction literature. hlm. 133. ISBN 978-0-8108-4938-9. 
  19. ^ Hershey AD, Chase M (May 1952). "Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage". The Journal of General Physiology. 36 (1): 39–56. doi:10.1085/jgp.36.1.39. PMC 2147348alt=Dapat diakses gratis. PMID 12981234. 
  20. ^ Rujukan kosong (bantuan) 
  21. ^ Shiv Kant Prasad, Ajay Dash (2008). Modern Concepts in Nanotechnology, Volume 5. Discovery Publishing House. ISBN 978-81-8356-296-6. 
  22. ^ Jackson DA, Symons RH, Berg P (October 1972). "Biochemical method for inserting new genetic information into DNA of Simian Virus 40: circular SV40 DNA molecules containing lambda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 69 (10): 2904–9. Bibcode:1972PNAS...69.2904J. doi:10.1073/pnas.69.10.2904. PMC 389671alt=Dapat diakses gratis. PMID 4342968. 
  23. ^ Arnold, Paul (2009). "History of Genetics: Genetic Engineering Timeline". 
  24. ^ Gutschi S, Hermann W, Stenzl W, Tscheliessnigg KH (1 May 1973). "[Displacement of electrodes in pacemaker patients (author's transl)]". Zentralblatt für Chirurgie. 104 (2): 100–4. Bibcode:1973PNAS...70.1293C. doi:10.1073/pnas.70.5.1293. PMC 433482alt=Dapat diakses gratis. PMID 4576014. 
  25. ^ Jaenisch R, Mintz B (April 1974). "Simian virus 40 DNA sequences in DNA of healthy adult mice derived from preimplantation blastocysts injected with viral DNA". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 71 (4): 1250–4. doi:10.1073/pnas.71.4.1250. PMC 388203alt=Dapat diakses gratis. PMID 4364530. 
  26. ^ Berg P, Baltimore D, Brenner S, Roblin RO, Singer MF (June 1975). "Summary statement of the Asilomar conference on recombinant DNA molecules". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 72 (6): 1981–4. Bibcode:1975PNAS...72.1981B. doi:10.1073/pnas.72.6.1981. PMC 432675alt=Dapat diakses gratis. PMID 806076. 
  27. ^ "NIH Guidelines for research involving recombinant DNA molecules". Office of Biotechnology Activities. U.S. Department of Health and Human Services. Diarsipkan dari versi asli tanggal 10 September 2012. 
  28. ^ Goeddel DV, Kleid DG, Bolivar F, Heyneker HL, Yansura DG, Crea R, Hirose T, Kraszewski A, Itakura K, Riggs AD (January 1979). "Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76 (1): 106–10. Bibcode:1979PNAS...76..106G. doi:10.1073/pnas.76.1.106. PMC 382885alt=Dapat diakses gratis. PMID 85300. 
  29. ^ US Supreme Court Cases from Justia & Oyez (16 June 1980). "Diamond V Chakrabarty". 447 (303). Supreme.justia.com. Diakses tanggal 17 July 2010. 
  30. ^ "Artificial Genes". TIME. 15 November 1982. Diakses tanggal 17 July 2010. 
  31. ^ Bratspies, Rebecca (2007). "Some Thoughts on the American Approach to Regulating Genetically Modified Organisms". Kansas Journal of Law & Public Policy. 16 (3): 101–31. SSRN 1017832alt=Dapat diakses gratis. 
  32. ^ a b BBC News 14 June 2002 GM crops: A bitter harvest?
  33. ^ Thomas H. Maugh II for the Los Angeles Times. 9 June 1987. Altered Bacterium Does Its Job : Frost Failed to Damage Sprayed Test Crop, Company Says
  34. ^ James, Clive (1996). "Global Review of the Field Testing and Commercialization of Transgenic Plants: 1986 to 1995" (PDF). The International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications. Diakses tanggal 17 July 2010. 
  35. ^ James, Clive (1997). "Global Status of Transgenic Crops in 1997" (PDF). ISAAA Briefs No. 5.: 31. 
  36. ^ Bruening G, Lyons JM (2000). "The case of the FLAVR SAVR tomato". California Agriculture. 54 (4): 6–7. doi:10.3733/ca.v054n04p6. 
  37. ^ MacKenzie. New Scientist.  Tidak memiliki atau tanpa |title= (bantuan)
  38. ^ Genetically Altered Potato Ok'd For Crops Lawrence Journal-World – 6 May 1995
  39. ^ Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2009 ISAAA Brief 41-2009, 23 February 2010. Retrieved 10 August 2010
  40. ^ Pennisi E (May 2010). "Genomics. Synthetic genome brings new life to bacterium". Science. 328 (5981): 958–9. doi:10.1126/science.328.5981.958. PMID 20488994. 
  41. ^ Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, Noskov VN, Chuang RY, Algire MA, et al. (July 2010). "Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome". Science. 329 (5987): 52–6. Bibcode:2010Sci...329...52G. doi:10.1126/science.1190719. PMID 20488990. 
  42. ^ Malyshev DA, Dhami K, Lavergne T, Chen T, Dai N, Foster JM, Corrêa IR, Romesberg FE (May 2014). "A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet". Nature. 509 (7500): 385–8. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038/nature13314. PMC 4058825alt=Dapat diakses gratis. PMID 24805238. 
  43. ^ Thyer R, Ellefson J (May 2014). "Synthetic biology: New letters for life's alphabet". Nature. 509 (7500): 291–2. Bibcode:2014Natur.509..291T. doi:10.1038/nature13335. PMID 24805244. 
  44. ^ Pollack, Andrew (2015-05-11). "Jennifer Doudna, a Pioneer Who Helped Simplify Genome Editing". The New York Times. Diakses tanggal 2017-11-15. 
  45. ^ Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E (August 2012). "A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity". Science. 337 (6096): 816–21. Bibcode:2012Sci...337..816J. doi:10.1126/science.1225829. PMC 6286148alt=Dapat diakses gratis Periksa nilai |pmc= (bantuan). PMID 22745249. 
  46. ^ Ledford H (March 2016). "CRISPR: gene editing is just the beginning". Nature. 531 (7593): 156–9. Bibcode:2016Natur.531..156L. doi:10.1038/531156a. PMID 26961639.