Modifikasi Genetik: Pengertian, Jenis, Proses, Contoh

SEBUAH gen, dari sudut pandang biokimia dasar, adalah segmen dari asam deoksiribonukleat (DNA) di dalam setiap sel organisme yang membawa kode genetik untuk merakit produk protein tertentu. Pada tingkat yang lebih fungsional dan dinamis, gen menentukan organisme apa – hewan, tumbuhan, jamur, dan bahkan bakteri – dan akan berkembang menjadi apa mereka.

Sementara perilaku gen dipengaruhi oleh faktor lingkungan (misalnya, nutrisi) dan bahkan oleh gen lain, komposisi gen Anda materi genetik sangat menentukan hampir segala sesuatu tentang Anda, terlihat dan tidak terlihat, dari ukuran tubuh Anda hingga respons Anda terhadap mikroba penyerbu, alergen, dan agen eksternal lainnya.

Oleh karena itu, kemampuan untuk mengubah, memodifikasi, atau merekayasa gen dengan cara tertentu akan memperkenalkan opsi untuk dapat buat organisme yang dirancang dengan sangat indah – termasuk manusia – menggunakan kombinasi DNA tertentu yang diketahui mengandung gen.

Proses mengubah organisme genotip (Secara longgar, jumlah gen individualnya) dan karenanya "cetak biru" genetiknya dikenal sebagai

Perkembangan terkait telah membawa kegembiraan pada prospek perbaikan kesehatan dan kualitas hidup manusia dan sejumlah masalah etika yang pelik dan tak terhindarkan di berbagai bidang.

Modifikasi genetis adalah setiap proses dimana gen dimanipulasi, diubah, dihapus atau disesuaikan untuk memperkuat, mengubah atau menyesuaikan karakteristik tertentu dari suatu organisme. Ini adalah manipulasi sifat-sifat pada tingkat akar absolut – atau seluler.

Pertimbangkan perbedaan antara menata rambut Anda secara rutin dengan cara tertentu dan benar-benar dapat mengontrol warna, panjang, dan warna rambut Anda pengaturan umum (misalnya, lurus versus keriting) tanpa menggunakan produk perawatan rambut apa pun, alih-alih mengandalkan pemberian komponen yang tidak terlihat dari rambut Anda instruksi tubuh tentang bagaimana mencapai dan memastikan hasil kosmetik yang diinginkan, dan Anda mendapatkan pemahaman tentang apa itu modifikasi genetik tentang.

Karena semua organisme hidup mengandung DNA, rekayasa genetika dapat dilakukan pada setiap dan semua organisme, dari bakteri, tumbuhan, hingga manusia.

Saat Anda membaca ini, bidang rekayasa genetika sedang berkembang dengan kemungkinan dan praktik baru di bidang pertanian, kedokteran, manufaktur, dan bidang lainnya.

Penting untuk memahami perbedaan antara mengubah gen secara harfiah dan berperilaku dengan cara yang memanfaatkan gen yang ada.

Banyak gen tidak beroperasi secara independen dari lingkungan di mana organisme induk hidup. Kebiasaan diet, stres dari berbagai jenis (misalnya, penyakit kronis, yang mungkin atau mungkin tidak memiliki dasar genetik mereka sendiri) dan hal-hal lain yang dihadapi organisme secara rutin dapat mempengaruhi ekspresi gen, atau tingkat di mana gen digunakan untuk membuat produk protein yang mereka gunakan kode.

Jika Anda berasal dari keluarga orang-orang yang secara genetik cenderung lebih tinggi dan lebih berat dari rata-rata, dan Anda bercita-cita untuk karir atletik dalam olahraga yang disukai kekuatan dan ukuran seperti bola basket atau hoki, Anda dapat mengangkat beban dan makan banyak makanan untuk memaksimalkan peluang Anda menjadi sebesar dan sekuat bisa jadi.

Tetapi ini berbeda dari kemampuan untuk memasukkan gen baru ke dalam DNA Anda yang secara virtual menjamin a tingkat pertumbuhan otot dan tulang yang dapat diprediksi dan, pada akhirnya, manusia dengan semua ciri khas a bintang olahraga.

Banyak jenis teknik rekayasa genetika yang ada, dan tidak semuanya memerlukan manipulasi materi genetik menggunakan peralatan laboratorium yang canggih.

Faktanya, setiap proses yang melibatkan manipulasi aktif dan sistematis dari kumpulan gen, atau jumlah gen dalam populasi mana pun yang berkembang biak dengan cara berkembang biak (yaitu, secara seksual), memenuhi syarat sebagai rekayasa genetika. Beberapa dari proses ini, tentu saja, memang berada di ujung tombak teknologi.

Seleksi buatan: Juga disebut seleksi sederhana atau pemuliaan selektif, seleksi buatan adalah pemilihan organisme induk dengan genotipe yang diketahui untuk menghasilkan keturunan dalam jumlah yang tidak akan terjadi jika alam saja yang merekayasa, atau paling tidak hanya akan terjadi dalam waktu yang jauh lebih lama timbangan.

Ketika petani atau peternak anjing memilih tanaman atau hewan mana yang akan dibiakkan untuk memastikan keturunan dengan pasti karakteristik yang diinginkan manusia untuk beberapa alasan, mereka mempraktikkan bentuk genetik sehari-hari modifikasi.

Mutagenesis terinduksi: Ini adalah penggunaan sinar-x atau bahan kimia untuk menginduksi mutasi (perubahan DNA yang tidak direncanakan, seringkali spontan) pada gen tertentu atau urutan DNA bakteri. Ini dapat menghasilkan penemuan varian gen yang berkinerja lebih baik (atau jika perlu, lebih buruk) daripada gen "normal". Proses ini dapat membantu menciptakan "garis" organisme baru.

Mutasi, meski seringkali berbahaya, juga merupakan sumber fundamental variabilitas genetik dalam kehidupan di Bumi. Akibatnya, mendorong mereka dalam jumlah besar, sementara pasti akan menciptakan populasi organisme yang kurang fit, juga meningkatkan kemungkinan mutasi yang menguntungkan, yang kemudian dapat dieksploitasi untuk tujuan manusia menggunakan tambahan teknik.

Vektor virus atau plasmid: Para ilmuwan dapat memasukkan gen ke dalam fag (virus yang menginfeksi bakteri atau kerabat prokariotik mereka, Archaea) atau plasmid vektor, dan kemudian menempatkan plasmid atau fag yang dimodifikasi ke dalam sel lain untuk memperkenalkan gen baru ke dalam sel tersebut.

Aplikasi dari proses tersebut antara lain meningkatkan resistensi terhadap penyakit, mengatasi resistensi antibiotik dan meningkatkan kemampuan organisme untuk melawan tekanan lingkungan seperti suhu ekstrem dan racun. Atau, penggunaan vektor tersebut dapat memperkuat karakteristik yang ada daripada membuat yang baru.

Dengan menggunakan teknologi pemuliaan tanaman, tanaman dapat "diperintahkan" untuk berbunga lebih sering, atau bakteri dapat diinduksi untuk menghasilkan protein atau bahan kimia yang biasanya tidak mereka lakukan.

Vektor retrovirus: Di sini, bagian DNA yang mengandung gen tertentu dimasukkan ke dalam jenis virus khusus ini, yang kemudian mengangkut materi genetik ke dalam sel organisme lain. Bahan ini dimasukkan ke dalam genom inang sehingga dapat diekspresikan bersama dengan sisa DNA dalam organisme itu.

Secara sederhana, ini melibatkan pemotongan untai DNA inang menggunakan enzim khusus, memasukkan yang baru gen ke dalam celah yang dibuat dengan memotong dan menempelkan DNA di kedua ujung gen ke inang DNA.

Teknologi "Knock in, knock out": Seperti namanya, jenis teknologi ini memungkinkan penghapusan sebagian atau seluruh bagian DNA atau gen tertentu ("knock out"). Sejalan dengan itu, para insinyur manusia di balik bentuk modifikasi genetik ini dapat memilih kapan dan bagaimana mengaktifkan ("mengetuk") bagian baru DNA atau gen baru.

Injeksi gen ke organisme yang baru lahir: Menyuntikkan gen atau vektor yang mengandung gen ke dalam telur (oosit) dapat memasukkan gen baru ke dalam genom embrio yang sedang berkembang, yang karenanya diekspresikan dalam organisme yang akhirnya that hasil.

Kloning gen adalah contoh penggunaan vektor plasmid. Plasmid, yang merupakan potongan DNA melingkar, diekstraksi dari sel bakteri atau ragi. Enzim restriksi, yang merupakan protein yang "memotong" DNA di tempat-tempat tertentu di sepanjang molekul, digunakan untuk memotong DNA, menciptakan untaian linier dari molekul melingkar. Kemudian, DNA untuk gen yang diinginkan "ditempelkan" ke dalam plasmid, yang dimasukkan ke dalam sel lain.

Akhirnya, sel-sel itu mulai membaca dan mengkodekan gen yang secara artifisial ditambahkan ke plasmid.

Konten terkait: Definisi, Fungsi, Struktur RNA

Kloning gen mencakup empat langkah dasar. Dalam contoh berikut, tujuan Anda adalah untuk menghasilkan strain E. coli bakteri yang bersinar dalam gelap. (Biasanya, tentu saja, bakteri ini tidak memiliki sifat ini; jika mereka melakukannya, tempat-tempat seperti sistem saluran pembuangan dunia dan banyak saluran air alaminya akan memiliki karakter yang sangat berbeda, seperti E. coli yang lazim di saluran pencernaan manusia.)

1. Isolasi DNA yang diinginkan. Pertama, Anda perlu menemukan atau membuat gen yang mengkode protein dengan sifat yang diperlukan – dalam hal ini, bersinar dalam gelap. Ubur-ubur tertentu membuat protein seperti itu, dan gen yang bertanggung jawab telah diidentifikasi. Gen ini disebut DNA sasaran. Pada saat yang sama, Anda perlu menentukan plasmid apa yang akan Anda gunakan; ini adalah DNA vektor.

2. Pemutusan DNA menggunakan enzim restriksi. Protein yang disebutkan di atas, juga disebut endonuklease restriksi, berlimpah di dunia bakteri. Pada langkah ini, Anda menggunakan endonuklease yang sama untuk memotong DNA target dan DNA vektor.

Beberapa dari enzim ini memotong lurus di kedua untai molekul DNA, sementara dalam kasus lain mereka membuat potongan "terhuyung-huyung", meninggalkan panjang kecil DNA untai tunggal terbuka. Yang terakhir disebut ujung lengket.

3. Gabungkan DNA target dan DNA vektor. Anda sekarang menggabungkan dua jenis DNA bersama dengan enzim yang disebut DNA ligase, yang berfungsi sebagai sejenis lem yang rumit. Enzim ini membalikkan kerja endonuklease dengan menyatukan ujung-ujung molekul. Hasilnya adalah chimera, atau seuntai DNA rekombinan.

• Insulin manusia, di antara banyak bahan kimia penting lainnya, dapat dibuat menggunakan teknologi rekombinan.

4. Masukkan DNA rekombinan ke dalam sel inang. Sekarang, Anda memiliki gen yang Anda butuhkan dan sarana untuk memindahkannya ke tempatnya. Ada beberapa cara untuk melakukan ini, di antaranya transformasi, di mana apa yang disebut sel kompeten menyapu DNA baru, dan elektroporasi, di mana pulsa listrik digunakan untuk secara singkat mengganggu membran sel agar molekul DNA dapat masuk ke dalam sel.

Seleksi buatan: Peternak anjing dapat memilih sifat yang berbeda, terutama warna bulu. Jika breeder Labrador retriever tertentu melihat peningkatan permintaan untuk warna tertentu dari breed, dia dapat secara sistematis berkembang biak untuk warna yang dimaksud.

Terapi gen: Pada seseorang dengan gen yang rusak, salinan gen yang bekerja dapat dimasukkan ke dalam sel orang tersebut sehingga protein yang dibutuhkan dapat dibuat dengan menggunakan DNA asing.

Tanaman GM: Metode pertanian modifikasi genetik dapat digunakan untuk membuat tanaman rekayasa genetika (GM) seperti tanaman tahan herbisida, tanaman yang menghasilkan lebih banyak buah dibandingkan dengan pemuliaan konvensional, tanaman GM yang tahan terhadap dingin, tanaman dengan hasil panen keseluruhan yang lebih baik, makanan dengan nilai gizi lebih tinggi dan sebagainya di.

Secara lebih luas, pada abad ke-21, organisme hasil rekayasa genetika (GMO) telah berkembang menjadi isu panas di Pasar Eropa dan Amerika karena masalah keamanan pangan dan etika bisnis seputar modifikasi genetik tanaman.

Hewan yang dimodifikasi secara genetik: Salah satu contoh makanan GM di dunia peternakan adalah peternakan ayam yang tumbuh lebih besar dan lebih cepat untuk menghasilkan lebih banyak daging dada. Praktik teknologi DNA rekombinan seperti ini menimbulkan masalah etika karena rasa sakit dan ketidaknyamanan yang dapat ditimbulkannya pada hewan.

Pengeditan gen: Contoh pengeditan gen, atau pengeditan genom, adalah CRISPR, atau berkerumun secara teratur interspasi palindrom pengulangan pendek. Proses ini "dipinjam" dari metode yang digunakan oleh bakteri untuk mempertahankan diri dari virus. Ini melibatkan modifikasi genetik yang sangat bertarget dari bagian yang berbeda dari genom target.

Di CRISPR, panduan asam ribonukleat (gRNA), molekul dengan urutan yang sama dengan situs target dalam genom, digabungkan dalam sel inang dengan endonuklease yang disebut Cas9. GRNA akan mengikat ke situs DNA target, menyeret Cas9 bersamanya. Pengeditan genom ini dapat mengakibatkan "penghancuran" gen buruk (seperti varian yang menyebabkan kanker) dan dalam beberapa kasus memungkinkan gen buruk diganti dengan varian yang diinginkan.