Rabu, 22 Januari 2014

Tafsir Bioteknologi Manusia 01



Bioteknologi Manusia
di Dalam Al Qur-an


Oleh : Dr. H.M. Nasim Fauzi



I. Pendahuluan:


Abad ke-21 sekarang adalah abad informasi, ilmu pengetahuan dan teknologi. Dalam makalah ini kita membahas tentang cabang teknologi yaitu bioteknologi khususnya bioteknologi manusia.
Definisi bioteknologi menurut Konvensi Biological Diversity (1992) adalah suatu aplikasi teknologi yang menggunakan sistem biologi, organisme hidup atau derivatifnya, untuk membuat atau memodifikasi produk dengan serangkaian proses tertentu.
Sasson (2005) menjelaskan bahwa istilah bioteknologi dibedakan menjadi dua, yaitu bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern. Bioteknologi konvensional di antaranya ialah pembibitan tanaman dan hewan serta penggunaan mikroorganisme dan enzim dalam fermentasi dan persiapan dan pelestarian produk, dalam pengendalian hama (misalnya pengendalian hama terpadu). Bioteknologi modern terutama yang berhubungan dengan penggunaan teknik rekayasa DNA yang meliputi identifikasi, splicing dan transfer gen dari satu organisme ke organisme lain, yang sekarang didukung oleh penelitian pada informasi genetik (genomik). Teknik-teknik yang digunakan dalam bioteknologi modern dimaksudkan untuk meningkatkan hasil dari metode yang digunakan dalam teknik bioteknologi konvensional, misalnya penggunaan enzim rekombinan dan genetik marker yang digunakan untuk meningkatkan fermentasi, produk tanaman dan peternakan.
Istilah bioteknologi modern dijelaskan oleh Niazi dan Riaz (2006) sebagai serangkaian metode untuk memanipulasi organisme hidup yang menitikberatkan pada tingkat molekuler yang bertujuan untuk menghasilkan suatu produk yang bermanfaat. Metode modern dalam bioteknologi dicontohkan dengan penggunaan teknologi DNA rekombinan (rekayasa genetika) yang memungkinkan untuk digunakan dalam memanipulasi satu gen pada suatu waktu dan menghadirkan suatu inang yang dapat disisipi oleh gen baru. Hal ini melibatkan kajian genom yang merupakan studi tentang gen dan peran gen dalam struktur dan fungsi suatu organisme tertentu. Istilah genom dapat diartikan sebagai urutan DNA lengkap yang mengandung keseluruhan informasi genetik pada populasi, individu, maupun spesies.
Yang dimaksud dengan bioteknologi manusia adalah teknologi untuk mengubah manusia atau bagian dari manusia melalui proses biologi sehingga menjadi lebih berguna sesuai dengan yang dikehendaki oleh pelakunya.
II. Bioteknologi dan reproduksi
(Materi Kelas 9, SMP)
Rekayasa Reproduksi
Rekayasa reproduksi adalah suatu usaha manusia untuk mengembang-biakkan makhluk hidup dengan cara rekayasa terhadap tahapan-tahapan proses reproduksi yang berlangung secara alami.
Rekayasa reproduksi tidak hanya dilakukan pada tumbuhan dan hewan, tetapi manusia juga bisa dijadikan objek dalam teknologi. Ada beberapa teknik rekayasa reproduksi yang kita kenal, antara lain dengan cara kultur jaringan, kloning, hibridisasi, inseminasi buatan, dan bayi tabung.
1. Kultur jaringan

              Kultur jaringan pada tumbuhan
Pelaksanaan teknik kultur jaringan bertujuan untuk memperbanyak jumlah tanaman. Tanaman yang dikultur biasanya adalah bibit unggul. Dengan teknik ini, kita bisa mendapatkan keturunan bibit unggul dalam jumlah yang banyak dan memiliki sifat yang sama dengan induknya. Kultur jaringan sebenarnya memanfaatkan sifat totipotensi yang dimiliki oleh sel tumbuhan.
Totipotensi yaitu kemampuan setiap sel tumbuhan untuk menjadi individu yang sempurna. Teori totipotensi ini dikemukakan oleh G. Heberlandt tahun 1898. Dia adalah seorang ahli fisiologi yang berasal dari Jerman. Pada tahun 1969, F.C. Steward menguji ulang teori tersebut dengan menggunakan objek empulur wortel. Dengan mengambil satu sel empulur wartel, F.C. Steward bisa menumbuhkannya menjadi satu individu wortel. Pada tahun 1954, kultur jaringan dipopulerkan oleh Muer, Hildebrandt, dan Riker.
Kultur jaringan memerlukan pengetahuan dasar tentang kimia dan biologi. Pada teknik ini kita hanya membutuhkan bagian tubuh dari tanaman. Misalnya batang hanya seluas beberapa milimeter persegi saja. Jaringan yang kita ambil untuk dikultur disebut eksplan. Biasanya, yang dijadikan eksplan adalah jaringan muda yang masih mampu membelah diri. Misalnya ujung batang, ujung daun, dan ujung akar.

Kultur jaringan dapat dilakukan secara sederhana, yaitu:
a. Mensterilkan eksplan. Caranya adalah direndam dalam alkohol 70% atau kalsium hipoklorit 5% selama beberapa menit.
b. Gunakan botol atau tabung yang sudah disterilkan, isi dengan media. Masukkan potongan jaringan yang sudah disterilkan di atas media dalam botol. Media yang digunakan terdiri atas:
Unsur-unsur atau garam mineral: Unsur makro: C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg. Unsur mikro: Zn, Mn, Mo, So.
·       Asam amino, vitamin, gula, hormon, dengan perbandingan tertentu.
·       Media cair; bahan-bahan di atas dicampur akuades.
·       Media padat; bahan-bahan di atas campur dengan agar-agar.
·       Media cair dan padat tersebut kemudian disterilkan dengan menggunakan mesin khusus yang disebut dengan autoklaf.
c. Simpan di tempat yang aman pada suhu kamar, tunggu untuk beberapa lama maka akan tumbuh kalus (gumpalan sel baru). Bisa juga selama pemeliharaan dilakukan pengocokan dengan mesin pengocok yang bergoyang 70 kali permenit. Pengocokan dilakukan selama 1,5 - 2 bulan.
Tujuan dari pengocokan adalah untuk merangsang sel-sel eksplan supaya giat bekerja dan memperlancar proses  persiapan zat dan penyebaran makanan merata, serta menjamin pertukaran udara lebih cepat.
d. Kalus yang tumbuh bisa dipotong-potong untuk dipisahkan dan di tanam pada media lain.
e. Kalus tersebut akan tumbuh menjadi tanaman muda (plantlet), kemudian pindahkan ke pot. Jika tanaman tersebut sudah kuat, maka bisa dipindahkan ke media tanah atau lahan pertanian.
Kultur jaringan dapat disimpan dalam suhu rendah sebagai stok atau cadangan. Jika sewaktu-waktu diperlukan, maka jaringan ini dapat diambil dan ditanam. Contoh tanaman yang bisa menjadi objek kultur adalah pisang, mangga, tebu, dan anggrek.
Keuntungan dari kultur jaringan adalah:
Dalam waktu singkat dapat menghasilkan bibit yang diperlukan dalam jumlah banyak.
·  Sifat tanaman yang dikultur sesuai dengan sifat tanaman induk.
·  Tanaman yang dihasilkan lebih cepat berproduksi.
·  Tidak membutuhkan area tanam yang luas.
·  Tidak perlu menunggu tanaman dewasa, kita sudah dapat membiakkannya.
2. Kloning

                  System cloning pada kambing
Kloning adalah penggunaan sel somatik makhluk hidup multiseluler untuk membuat satu atau lebih individu dengan materi genetik yang sama atau  identik. Kloning ditemukan pada tahun 1997 oleh Dr. Ian Willmut seorang ilmuan Skotlandia dengan menjadikan sebuah sel telur domba yang telah direkayasa menjadi seekor domba tanpa ayah atau tanpa perkawinan. Domba hasil rekayasa ilmuan Skotlandia tersebut diberi nama Dolly.

Cara kloning domba Dolly yang dilakukan oleh Dr. Ian Willmut adalah sebagai berikut:
Mengambil sel telur yang ada dalam ovarium domba betina, dan mengambil kelenjar mamae dari domba betina lain.
·       Mengeluarkan nukleus sel telur yang haploid.
·       Memasukkan sel kelenjar mamae ke dalam sel telur yang tidak memiliki nukleus lagi.
·       Sel telur dikembalikan ke uterus domba induknya semula (domba donor sel telur).
·       Sel telur yang mengandung sel kelenjar mamae dimasukkan ke dalam uterus domba, kemudian domba tersebut akan hamil dan melahirkan anak hasil dari kloning.
Jadi, domba hasil kloning merupakan domba hasil perkembangbiakan secara vegetatif karena sel telur tidak dibuahi oleh sperma.

                                       Kambing hasil kloning
Kloning juga bisa dilakukan pada seekor katak. Nukleus yang berasal dari sebuah sel di dalam usus seekor kecebong ditransplantasikan ke dalam sel telur dari katak jenis lain yang nukleusnya telah dikeluarkan. Kemudian, telur ini akan berkembang menjadi zigot buatan dan akan berkembang lagi menjadi seekor katak dewasa.
Kloning akan berhasil apabila nukleus ditransplantasikan ke dalam sel yang akan menghasilkan embrio (sel telur) termasuk sel germa. Sel germa adalah sel yang menumbuhkan telur dari sperma.
 3. Kloning pada manusia
Di Amerika Serikat para ahli telah berhasil menciptakan bayi dengan cara cloning yang prosesnya adalah sebagai berikut.

Proses kloning seorang manusia
dari satu sel yang bersifat multipotensial (nafs wahidah)

Foto Eve bayi perempuan hasil cloning pertama di dunia kini berusia 5 tahun, 
sehat dan kini mulai menginjak pendidikan Taman Kanak Kanak
di pinggiran kota Bahama di Amerika Serikat.


4. Makhluk hidup transgenik
            System transgenic pada tumbuhan
Makhluk hidup transgenik sering disebut sebagai GMOs (Genetically Modified Organisms) yang merupakan hasil rekayasa genetika. Teknik ini mengubah faktor keturunan untuk mendapatkan sifat baru. Teknik ini dikenal dengan rekayasa genetika atau teknologi plasmid. Pengubahan gen dilakukan dengan jalan menyisipkan gen lain ke dalam plasmid sehingga menghasilkan individu yang memiliki sifat tertentu sesuai dengan keinginan si pembuat.


LOFISH hasil rekayasa genetic Dr. Zhiyuan Gong di Singapura
Teknologi ini dapat dipelajari dari beberapa aplikasi yang telah dikembangkan oleh manusia, antara lain sebagai berikut:
a. Produksi insulin
Caranya adalah dengan menyambungkan gen pengontrol pembuatan insulin manusia ke dalam DNA bakteri. Kemudian dari hasil penyambungan tersebut akan terbentuk bakteri baru yang mampu menghasilkan hormon insulin manusia. Bakteri ini dipelihara di laboratorium untuk menghasilkan insulin. Insulin yang dihasilkan bisa untuk mengobati penyakit kencing manis.
b. Menciptakan bibit unggul
Rekayasa genetika untuk memperbaiki tumbuhan supaya menjadi lebih baik, yaitu:

Pencakokan gen pembentuk pestisida pada tumbuhan sehingga mampu menghasilkan peptisida mematikan hama.
·       Rekayasa tumbuhan yang mampu melakukan fiksasi nitrogen. Teknologi ini mampu membuat tanaman yang bisa memupuk dirinya sendiri.
·       Rekayasa genetika yang mampu menciptakan tanaman yang mampu memproduksi zat anti koagulan.

                               Kaktus berambut
5. Hibridisasi
Hibridisasi adalah persilangan antara varietas dalam spesies yang sama yang memiliki sifat unggul. Hasil dari hibridisasi adalah hibrid yang memiliki sifat perpaduan dari kedua induknya. Teknik ini dapat dilakukan pada tumbuhan dan hewan. Contoh hibrid tumbuhan yang telah dibudidayakan adalah jagung, kelapa, padi, tebu, dan anggrek.


   Bison Amerika (American "buffalo" atau "kerbau" Amerika)
                       dengan sapi/lembu (domestic cattle).

                       Zebra jantan dengan keledai (donkey) betina.

                          Singa betina dengan harimau jantan.


6. Inseminasi buatan


Inseminasi buatan
Inseminasi buatan adalah pembuahan atau fertilisasi yang terjadi pada sel telur dengan sperma yang disuntikkan pada kelamin betina. Jadi, fertilisasi ini tidak membutuhkan hewan jantan, tetapi hanya membutuhkan spermanya saja. 
Inseminasi buatan dilakukan karena bibit pejantan unggul yang hendak dikawinkan dengan bibit betina lokal tidak memiliki waktu masa subur yang bersamaan. Bibit pejantan unggul dikawinkan dengan bibit betina lokal supaya dapat menghasilkan keturunan yang lebih baik.
Teknologi ini menggunakan metode penyimpanan sperma pada suhu rendah (-80° sampai -20°). Jadi, untuk mendapatkan bibit pejantan unggul untuk mengawini bibit betina lokal tidak perlu dengan membawa individunya tetapi cukup dengan membawa spermanya. Hal ini juga memudahkan proses pengiriman dari suatu negara ke negara lain.
7. Bayi tabung

                 Proses bayi tabung
Bayi tabung adalah bayi yang merupakan hasil pembuahan yang berlangsung di dalam tabung. Teknologi ini sebenarnya kelanjutan dari teknologi inseminasi buatan, hanya proses pembuahan pada bayi tabung terjadi di luar sedangkan inseminasi terjadi di dalam tubuh. Kedua-duanya sama-sama merupakan perkembangbiakan generatif.
Kita biasanya sering mendengar istilah bayi tabung bagi pasangan yang kesulitan untuk mendapatkan keturunan. Hal ini merupakan jalan pintas bagi mereka untuk segera mendapatkan keturunan.
Proses pembuatan bayi tabung adalah sebagai berikut:
Sel telur yang mengalami ovulasi pada induk atau wanita diambil dengan suatu alat dan disimpan di dalam tabung yang berisi medium seperti kondisi yang ada pada rahim wanita hamil.
·  Sel telur dipertemukan dengan sperma di bawah mikroskop dan diamati sehingga terjadi fertilisasi.
·  Sel telur yang sudah dibuahi tersebut dikembalikan ke dalam tabung.
·  Jika sel telur yang sudah dibuahi, disebut zigot, berkembang dengan baik dan menjadi embrio, maka embrio tersebut akan disuntikkan kembali ke dalam rahim induknya semula.
Dampak Rekayasa Reproduksi
Rekayasa teknologi tidak semuanya berdampak positif bagi kehidupan manusia maupun bagi makhluk hidup lain dan lingkungan. Teknologi yang diciptakan dengan tujuan untuk memakmurkan umat manusia bisa saja menghancurkan manusia itu sendiri jika tidak diikuti dengan keimanan dan ketaqwaan.
Dampak positif rekayasa reproduksi sebagai berikut: 
Menciptakan bibit unggul.
·  Meningkatkan gizi masyarakat.
·  Melestarikan plasma nutfah.
·  Meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi sesuai dengan keinginan manusia.
·  Membantu pasangan yang kesulitan mendapatkan anak dengan jalan pintas yaitu bayi tabung.
Dampak negatif rekayasa reproduksi sebagai berikut:
Pada perbanyakan keturunan dengan kultur jaringan yang memiliki materi genetis yang sama akan mudah terkena penyakit.

Daftar Pustaka
5. http://www.google.co.id/imgres?q=bayi+tabung&num=10&hl=id&biw=1280&bih=709&tbm=isch&tbnid=9lPZejvaXkFLsM:&imgrefurl=http://www.tanyadokteranda.com/artikel/2010/01/bayi-tabung-cara-mahal-peroleh-anak&docid=_MEClXHJGDOWrM&imgurl=http://media.tanyadokteranda.com/images/2007/06/IVF.jpg&w=848&h=637&ei=Q1yjTuOTIIfyrQeB7KjlAg&zoom=1&iact=hc&vpx=188&vpy=249&dur=2430&hovh=195&hovw=259&tx=107&ty=84&sig=111737544544626417577&sqi=2&page=1&tbnh=140&tbnw=186&start=0&ndsp=16&ved=1t:429,r:5,s:0


Pemetaan gen dari genom manusia
 
Struktur Gen Manusia Secara Menyeluruh
Lestari Trihartani
           
              Tahun 1977, dimulailah pemetaan gen dari genom manusia, yang berhasil memetakan 3 gen manusia. Jika menggunakan metode yang dipakai pada saat itu, maka untuk menyelesaikan proyek genom manusia yang diketahui berukuran 3000 mega base pair akan memakan waktu 3 sampai 4 juta tahun. Sepuluh tahun kemudian, para ilmuwan berhasil memetakan 12 gen manusia. Mulai tahun 1987 inilah dunia internasional, Amerika khususnya, secara besar-besaran menginvestasikan 200 juta US dolar ( 2 trilyun rupiah) setiap tahun selama 20 tahun untuk proyek ini. Dengan investasi raksasa ini, pada tahun 1997, telah dipetakan sekitar 30.000 gen manusia. Berdasarkan perkiraan saat itu, proyek genom tersebut baru akan dapat diselesaikan sekitar tahun 2047. Akan tetapi, ternyata pada tahun 2001, proyek genom manusia telah mendekati tahap penyelesaian, sehingga Presiden Clinton waktu itu merasa perlu mengumumkannya kepada masyarakat dunia. Proyek ini 100% selesai pada tahun 2003 lalu. Suatu kemajuan yang fantastik. Sebenarnya, jauh sebelum genom manusia lengkap terbaca, pada tahun 1977 Sanger dan koleganya berhasil membaca genom bakteriofage (virus yang menginfeksi bakteri) PhiX174 yang besarnya 5 kilo bp. Delapan belas tahun setelah itu, genom bakteri patogen Haemophilus influenza juga telah berhasil dibaca. Pembacaan genom DNA yang berukuran 1800 kilo base pair ini menandai dimulainya proyek genom mikroba, yang publikasinya banyak tertutupi oleh proyek genom manusia.
          Seiring dengan perkembangan zaman, kehidupan yang berjalan semakin sulit, banyak sekali organisme yang tumbuh dan berkembang. Tiap-tiap organisme mempunyai suatu genom yang berisi informasi biologi yang diperlukan untuk membangun dan memelihara kelangsungan hidup suatu organisme itu sendiri. Genom sebagian besar organisme terdiri atas DNA dan sejumlah kecil virus RNA. Genome organisme multisellular terdiri atas genom nuklear dan mitokondria. 
            Genom manusia mempunyai ciri yang khas dibandingkan dengan organanisme yang lain, contohnya hewan yang terdiri dari banyak sel. Ciri pembedanya antara lain, :
  1. Genom Nuklir
    • meliputi kira-kira 3 200 000 000 DNA nukleotida, dibagi menjadi 24 molekul linear yang terdiri dari 22 autosome dan 2 jenis kelamin (kromosom X dan Y), yang paling pendek 50 000 000 nukleotida, dan 260 000 000 nukleotida yang terpanjang. Masing-masing terdapat dalam suatu kromosom yang berbeda.
  2. Genom mitokondria
    • suatu DNA molekul lingkar 16 569 nukleotida, terdapat berbagai salinan (multiple copies) yang terletak dalam mitokondria.
             Dalam tubuh orang dewasa kira- kira 1013 sel yang masing-masing sel mempunyai salinan genom sendiri-sendiri. Terkecuali ada jenis sel yang sedikit seperti sel darah merah yang kekurangan suatu inti sehingga dalam proses menyalin genom berjalan lambat. Hal inilah yang membedakan antara sel darah merah dengan sel-sel yang lain. Mayoritas luas sel adalah diploid, yang mempunyai dua salinan dalam setiap kromosomnya, 2 jenis kromosom kelamin (XX untuk wanita dan XY untuk laki-laki), kedua salinan ini terdapat dalam 46 kromosom manusia. Manusia mempunyai 2 pasang autusom metasentrik. Autosom merupakan kromosom yang bentuknya sama pada kedua jenis kelamin. Sekuens genom manusia > 2.6 billion base pairs (5000 km). Perbedaan sekuens antar individu disebabkan oleh perbedaan satu nukleotida (single nucleotide polymorphisms (SNPS). Rata2 tiap-tiap 2 kb mengandung mikrosatelit (STR): sekuens dengan rangkaian ulangan nukleotida (e.g. CACACACA), jumlah pengulangan bervariasi antar individu yang satu dengan yang lain. Banyak dari SNPS dan mikrosatelit yang tidak  mempunyai efek dari fungsi genom itu sendiri. Terdapat 60 000 SNPs yang memberikan kepalsuan di dalam gen, tetapi sebagian mempengaruhi aktivitas gen yang mendorong ke arah  variasi yang memberikan karakteristik biologi individu. Contoh: segmen 50-kb pada lokus reseptor β sel T kromosom 7 mengandung:
    • Satu Gen
# TRY4 Berisi informasi untuk sintesa protein trypsinogen untuk mencerna trypsin.
#   Discontinuous, 5 exon terpisah oleh 4 intron
·         Dua segmen gen
#  segmen V28 dan V29-1, bukan gen lengkap, sebelum diekspresikan harus dilink oleh segmen-segmen lain fokus reseptor sel T.
·         Satu pseudogen
#  Pseudogen :  salinan nonfungsional suatu gen. pada umumnya gen yang telah berubah sekuensnya menjadikan informasi tidak dapat dibaca.
# Pseudogen TRY5 mempunyai hubungan yang erat dengan keluarga gen trypsinogen yang funsional.
·         52 Genom-wide berurutan mengulang (repeat sequences)
# Sekuens berulang yang ditemukan di banyak tempat dalam genom
# ada 4 jenis genom –wide repeat : long interspersed nuclear elements (LINEs), short interspersed nuclear elements (SINEs), long terminal repeat elements (LTRs) dan DNA transposon.
·         Dua mikrosatelit
# Mikrosatelit merupakan sekuens dimana sebuah motif pendek berulang secara beruntun. Salah satu mikrosatelit memiliki motif GA berulang 16 kali sbb:
                          5′- GAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGA-3′
                            3′- CTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCT-5′
# cMikrosatelit ke-2 terdiri dari 6 sekuens berulang TATT , 50% segmen 50-kb di atas terbuat dari non-genic, non-repetitive, single-copy DNA yang tidak diketahui fungsinya.

  Gambar. Sebuah potongan genom manusia Lokasi gen, segmen gen, pseudogene, genome-wide repeat dan microsatelit pada segmen 50-kb lokus reseptor β sel T pada kromosom 7.
Kebanyakan gen menyandi protein, gen2 lain tidak menyandi protein, ekspresinya menghasilkan non-coding RNA yang memainkan berbagai peran dalam sel. Umumnya gen manusia discontinuous. Tahap awal ekspresi gen menghasilkan pre-mRNA, melalui proses splicing intron dibuang dan ekson2 dihubungkan menghasilkan mRNA. Banyak pre-mRNAs mengalami alternatif atau diferensial splicing menghasilkan mRNA dengan kombinasi exon berbeda dan menyandikan protein yang  berbeda.
Gambar. Messenger RNA (mRNA) merupakan intermediat antara gen dan produk proteinnya.
         Contoh lain gen, pre-mRNA mengandung sekuens dari daerah sebelum exon pertama dan sesudah exon terakhir, masing2 dsebut 5-untranslated region (5-UTR) dan 3-untranslated region (3-UTR).


 Gambar. Structure of an ‘average' human gene.
           Gen dengan dua ekson yang dipisahkan oleh sebuah inton. Untuk gen penyandi protein terdapat codon inisiasi dibagian awal dan kodon stop dibagian akhir Upstream' dan ‘downstream' adalah istilah yang digunakan pada sekuens DNA pada kedua sisi gen.

Daftar Pustaka :
# Brown. T. A. 2002. Genom, versi on line. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=genomes
Sumber lain :


Bersambung ke  :   Bioteknologi Manusia di Dalam Al Quran 02


Jember, 22 Januari 2014



Dr. H.M. Nasim Fauzi
Jalan Gajah Mada 118
Tilp. (0331) 481127

J E M B E R

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar