Rekayasa genetik

Rekayasa genetik (), juga disebut modifikasi genetik, 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 genetik 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 genetik, Genentech, didirikan pada tahun 1976 dan mulai memproduksi protein manusia. Insulin manusia pertama dari rekayasa genetik 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 genetik telah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang, termasuk penelitian, obat-obatan, bioteknologi industri dan pertanian.

Munculnya tanaman rekayasa genetik 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 

Rekayasa genetik 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 genetik 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.

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

DNA dapat dimasukkan secara langsung ke organisme inang atau ke dalam sel yang kemudian menyatu atau dihibridisasi dengan inang. Proses ini bergantung pada teknik DNA rekombinan 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.

Rekayasa genetik 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 genetik mencakup pembiakan selektif. Penelitian kloning dan sel induk, meskipun tidak dianggap sebagai rekayasa genetik, masih terkait erat dan rekayasa genetik dapat digunakan bersamaan dengan proses ini. Biologi sintesis adalah bidang ilmu yang sedang berkembang yang membuat rekayasa genetik semakin maju lagi dengan memperkenalkan bahan yang disintesis artifisial ke dalam suatu organisme.

Tanaman, hewan atau mikro organisme yang telah diubah melalui rekayasa genetik yang disebut organisme hasil rekayasa genetik. 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. Jika rekayasa genetik digunakan untuk mengeluarkan materi genetik dari target maka organisme yang dihasilkan disebut organisme knockout. Di Eropa modifikasi genetik identik dengan rekayasa genetik, sedangkan di Amerika Serikat dan Kanada modifikasi genetik juga digunakan untuk merujuk ke metode pengembangbiakan konvensional.

Sejarah 

Manusia telah mengubah genom spesies makhluk hidup lainnya selama ribuan tahun melalui pembiakan selektif, atau seleksi buatan 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 genetik sebagai manipulasi langsung DNA oleh manusia di luar pembiakan dan mutasi hanya ada sejak 1970-an. Istilah "rekayasa genetik" pertama kali diciptakan oleh Jack Williamson dalam novel fiksi ilmiahnya Dragon's Island, yang diterbitkan pada 1951  - satu tahun sebelum peran DNA dalam faktor keturunan dikonfirmasi oleh Alfred Hershey dan Martha Chase, dan dua tahun sebelumnya James Watson dan Francis Crick menunjukkan bahwa molekul DNA memiliki struktur heliks ganda - meskipun konsep umum manipulasi genetik langsung telah dieksplorasi dalam bentuk yang belum sempurna dalam cerita fiksi ilmiah Stanley G. Weinbaum tahun 1936, Proteus Island.

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

Pada 1976, Genentech, perusahaan rekayasa genetik 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 genetik pada 1978. Pada 1980, Mahkamah Agung AS pada kasus Diamond v. Chakrabarty memutuskan bahwa kehidupan yang diubah secara genetis dapat dipatenkan. Insulin yang diproduksi oleh bakteri disetujui untuk dirilis oleh Food and Drug Administration (FDA) pada 1982.

Pada 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. Pada 1987, jenis minus-es P. syringae menjadi organisme yang dimodifikasi secara genetik (GMO) pertama yang dilepaskan ke lingkungan  ketika ladang stroberi dan ladang kentang di California disemprotkan dengannya. Kedua bidang uji diserang oleh kelompok aktivis pada malam sebelum tes terjadi: "Situs uji coba pertama di dunia menarik perusak lapangan pertama di dunia".

Percobaan lapangan pertama tanaman rekayasa genetik dilakukan di Perancis dan AS pada 1986, tanaman tembakau direkayasa agar tahan terhadap herbisida. Republik Rakyat Tiongkok adalah negara pertama yang mengkomersilkan tanaman transgenik, memperkenalkan tembakau yang resistan terhadap virus pada 1992. 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. Pada 1994, Uni Eropa menyetujui tembakau direkayasa agar tahan terhadap herbisida bromoxynil, menjadikannya tanaman rekayasa genetik pertama yang dikomersialkan di Eropa. Pada 1995, Kentang bt disetujui dan dianggap aman oleh Badan Perlindungan Lingkungan, setelah disetujui oleh FDA, menjadikannya tanaman penghasil pestisida pertama yang disetujui di AS. Pada 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.

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. 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.

Pada 2012, Jennifer Doudna dan Emmanuelle Charpentier berkolaborasi untuk mengembangkan sistem CRISPR/Cas9, teknik yang dapat digunakan untuk dengan mudah dan spesifik mengubah genom dari hampir semua organisme.

Penggunaan praktis

Pemuliaan tanaman 
Rekayasa genetik digunakan untuk menghasilkan benih tanaman yang tahan terhadap penyakit. Pada genom tanaman disisipkan gen yang memiliki kekebalan terhadap penyakit tertentu. Penerapan rekayasa genetik pada tanaman dilakukan pada saat pemberian perlakuan dan pencucian benih. Bioteknologi hutan juga menggunakan rekayasa genetik untuk melakukan pemuliaan tanaman hutan melalui teknologi gen dan analisis genom. Penerapan rekayasa genetik dilakukan pada pohon-pohon yang memiliki daun lebar dan daun jarum, seperti poplar, betula, cemara dan eukaliptus. Pengujian pemuliaan tanaman hutan dilakukan di laboratorium, rumah kaca, dan di hutan. Pemuliaan tanaman hutan melalui rekayasa genetik dilakukan untuk mengubah sifat dari lignin, selulosa untuk menanggulangi hama penyakit, fertilitas,dan  toleransi terhadap ancaman abiotik. Selain itu, dalam bioenergi, pemuliaan tanaman hutan digunakan untuk tujuan komersial.

Referensi 

Rekayasa biologis
Bioteknologi
Disiplin teknik
Biologi molekuler
 
Teknologi yang sedang berkembang