I. Pendahuluan

Dewasa ini teknologi biologi atau bioteknologi berkembang sangat pesat dengan pencapaian yang sangat luar biasa. Salah satu bidang bioteknologi yang bisa dikategorikan sangat maju adalah bidang rekayasa genetika. Sudah ratusan komoditas telah berhasil diciptakan di seluruh penjuru dunia. Mulai dari sayuran transgenik hingga sapi hibrida.

Namun, belakangan ini banyak produk hasil rekayasa genetika memicu kontroversi. Penyebabnya juga banyak, diantaranya, banyak diantara produk pangan transgenik yang memiliki efek samping yang kurang baik bagi kesehatan konsumennya (manusia maupun makhluk hidup lainnya). Juga, banyak organisme hasil rekayasa genetika yang mempengaruhi organisme alami di ekosistem, seperti tanaman transgenik yang mengambil jatah makanan dan tempat tumbuh tanaman alami di alam, sehingga tanaman alami tersebut dapat punah.

Tujuan dari ditulisnya makalah ini adalah untuk memahami proses dari rekayasa genetika, hasil yang didapat dari rekayasa genetika, dan dampak dan manfaatnya bagi kehidupan umat manusia dan makhluk hidup lainnya di bumi ini.

II. Dasar Teori

Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika dalam arti paling luas adalah penerapan genetika untuk kepentingan manusia. Dengan pengertian ini kegiatan pemuliaaan hewan atau tanaman melalui seleksi dalam populasi dapat dimasukkan. Demikian pula penerapan mutasi buatan tanpa target dapat pula dimasukkan. Masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih sempit, yaitu penerapan teknik-teknik genetika molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu.

Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing.

Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan). Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini. Tentu saja, penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi.

Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.

III. Pembahasan

Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi atau melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan dan organisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Misalnya, gen dari bakteri bisa diselipkan di khromosom tanaman, sebaliknya gen tanaman dapat diselipkan pada khromosom bakteri. Gen serangga dapat diselipkan pada tanaman atau gen dari babi dapat diselipkan pada bakteri, atau bahkan gen dari manusia dapat diselipkan pada khromosom bakteri. Produksi insulin untuk pengobatan diabetes, misalnya, diproduksi di dalam sel bakteri Eschericia coli (E. coli) di mana gen penghasil insulin diisolasi dari sel pankreas manusia yang kemudian diklon dan dimasukkan ke dalam sel E. coli. Dengan demikian produksi insulin dapat dilakukan dengan cepat, massal, dan murah. Teknologi rekayasa genetika juga memungkinkan manusia membuat vaksin pada tumbuhan menghasilkan tanaman transgenik dengan sifat-sifat baru yang khas.

Rekayasa genetika pada tanaman mempunyai target dan tujuan antara lain peningkatan produksi, peningkatan mutu produk supaya tahan lama dalam penyimpanan pascapanen, peningkatan kandunagn gizi, tahan terhadap serangan hama dan penyakit tertentu (serangga, bakteri, jamur, atau virus), tahan terhadap herbisida, sterilitas dan fertilitas serangga jantan (untuk produksi benih hibrida), toleransi terhadap pendinginan, penundaan kematangan buah, kualitas aroma dan nutrisi, perubahan pigmentasi.

Rekayasa Genetika pada mikroba bertujuan untuk meningkatkan efektivitas kerja mikroba tersebut (misalnya mikroba untuk fermentasi, pengikat nitrogen udara, meningkatkan kesuburan tanah, mempercepat proses kompos dan pembuatan makanan ternak, mikroba prebiotik untuk makanan olahan), dan untuk menghasilkan bahan obat-obatan dan kosmetika.

Di negara-negara maju seperti di Amerika, Eropa, Australia, dan Jepang organisme hasil rekayasa genetika telah banyak beredar di masyarakatnya maupun diekspor ke negara-negara lain seperti Indonesia. Organisme hasil rekayasa genetika dapat berupa mikrooraganisme (bakteri, jamur, ragi, virus), serangga, tanaman, hewan dan ikan. Di AS produk-produk hasil rekayasa genetika dijual secara bebas di pasaran, sementara di Eropa dan Jepang diwajibkan untuk memberi label bagi produk-produk tersebut. Cina juga merupakan negara yang telah sangat maju dalam pengembangan bioteknologi rekayasa genetika.

Beberapa tanaman transgenik yang telah banyak dihasilkan dan beredar di masyarakat antara lain kedele dengan kandungan gizi yang lebih tinggi, golden rice (padi dengan antosianin atau karotenoid untuk menghasilkan vitamin A dengan kosentrasi tinggi pada beras), kapas dengan gen cry yang diisolasi dari bakteri bacillus turingiensis yang menghasilkan senyawa tosik untuk membunuh seranga hama tertentu, jenis-jenis tanaman hias seperti anggrek, tulip, yang bertujuan untuk meningkatklan kualitas bunga; warna, bentuk, aroma, keseragaman bentuk dan kontinyuitas produksi. Perkembangan teknologi dan produk rekayasa genetika juga tergolong pesat di Indonesia di tengah sikap kritis pro-kontra yang dipengaruhi terutama dari LSM di Eropa. Indonesia telah sejak lama menjadi pengimpor produk rekayasa genetika seperti kedele, kapas, jagung, buah-buahan, tanaman hias, obat-obatan dan kosmetika. Beberapa Lembaga Riset dan Program Studi Bioteknologi telah berdiri di Indonesia. Bahkan Kementerian Riset dan Teknologi serta Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi telah mengembangkan program insentif bagi pengembangan bioteknologi (rekayasaya genetika) agar Indonesia tidak menjadi penonton dan tertinggal dalam teknologi ini yang akhirnya menyebabkan kita selalu menjadi negara pengimpor.

Orientasi dunia terhadap produk rekayasa genetika sangat beragam dari yang menolak, setuju dan dengan sikap hati-hati. Sikap kritis ini muncul terutama karena kekhawatiran akan keamanan pangan, keamanan pakan, dan keamanan lingkungan. Kekhawatiran ini juga muncul karena ketidaktepatan informasi teknis mengenai rekayasa genetika. Banyak kasus biologi dikaitkan dengan rekayasa genetika seperti munculnya penyakit sapi gila, flu burung, kanker/tumor yang semuanya tidak ada bukti keterkaitannya dengan rekayasa genetika.

Dampak produk rekayasa genetika bagi kesehatan manusia tidak perlu dikhawatirkan sepanjang jenis produk yang dilepas ke masyarakat terlebih dulu melalui proses pemeriksaan keamanan pangan dan lingkungan. Yang sering dikhawatirkan para pemerhati bioteknologi adalah keikutan gen marker (biasanya gen tahan antibiotika) terselip ke dalam khromosom organisme penerima, sehingga jika makan produk tersebut kita juga akan memakan zat tahan antibiotika. Tentang hal ini telah ada teknologi untuk menghilangkan gen tersebut agar tidak ikut terselip ke organisme penerima. Di samping itu konsentrasi zat ini tidak tinggi untuk ukuran manusia. Kekhawatiran juga muncul terhadap adanya gene flow yaitu menyebarnya gen baru yang diselipkan pada organisme penerima kepada organisme lain yang sejenis di sekitarnya melalui proses penyerbukan atau kawin silang.

Namun, juga ada beberapa aspek yang sepertinya dilewatkan oleh para ahli, yaitu dampaknya bagi ekosistem alami yang sudah ada di alam. Organisme yang sudah direkayasa gen-nya ternyata dapat memberikan pengaruh bagi organisme sejenis yang ada di alam maupun organisme lainnya di ekosistem tersebut.

Sebagai contoh, jagung Bt, jagung transgenik yang dikembangkan di Jepang, ternyata dapat membunuh kupu-kupu ratu (Danaus plexippus). Kupu-kupu ratu yang biasanya membantu penyerbukan tanaman jagung, dapat terbunuh oleh serbuk sari jagung Bt yang mengandung racun Bt. Padahal sedianya, racun ini disispkan ke dalam gen jagung Bt untuk membunuh ulat grayak yang biasa menyerang tanaman jagung.

Juga kasus padi IR64 di Indonesia. Sejak digalakkannya revolusi hijau pada jaman orde baru, banyak petani di Indonesia yang sebelumnya menanam padi varietas lokal beralih menanam padi varietas IR64. Akibatnya, banyak padi varietas spesifik lokal yang menghilang dari pasaran dan dapat dikategorikan punah. Padahal, padi varietas lokal tersebut lebih enak dan pulen dibandingkan IR64, hanya saja memang masa tanamnya yang relatif lama.

IV. Kesimpulan

Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan, bahwa rekayasa genetika memang banyak memberikan dampak bagi manusia dan lingkungan di bumi ini. Baik itu dampak positif maupun negatif. Rekayasa genetika sendiri memang pada awalnya bertujuan untuk memperbaiki kehidupan manusia di bumi. Namun pada proses rekayasa genetika itu sendiri memang harus tetap harus diawasi dan diseleksi mana yang benar-benar aman bagi manusia dan makhluk hidup lainnya. Dan untuk menciptakan produk hasil rekayasa genetika yang benar-benar aman memang membutuhkan proses yang lama dan sulit. Dan semoga dengan semakin berkembangnya teknologi, produk rekayasa genetika yang benar-benar aman dapat tercipta.

Akhir kata, sudah menjadi kewajiban kita sebagai manusia yang terpelajar untuk terus belajar dan berkontribusi untuk kehidupan manusia, makhluk hidup lainnya, dan lingkungan di bumi ini agar menjadi lebih baik.

V. Daftar Pustaka

www.wikipedia.com

www.google.com

Pendahuluan

Pada abad ke-21 ini ilmu pengetahuan yang dikembangkan oleh manusia maju sangat pesat. Banyak penemuan-penemuan baru di berbagai bidang yang sebelumnya sulit untuk dipikirakan. Salah satu bidang yang berkembang sangat cepat adalah teknolgi informasi (TI). Berbagai produk dan jasa dalam bidang teknologi informasi mulai dari komputer pribadi, internet, lalu handphone sudah dinikmati oleh masyarakat luas.

Kekuatan inovasi teknologi yang disepadankan dengan teknologi informasi saat ini adalah bioteknologi. Bioteknologi modern ditandai dengan kemampuan manusia untuk memanipulasi kode genetik DNA, “cetak biru kehidupan”. Berbagai aplikasinya telah merambah berbagai sektor seperti kedokteran, pangan, dan lingkungan.

Ledakan informasi dari kemajuan bioteknologi seperti data sekuen DNA dari pembacaan genom, data sekuen dan struktur protein sampai kepada data transkripsi RNA berkat teknologi DNA chip, telah mendorong lahirnya Bioinformatika yang digunakan untuk mengorganisasi dan menganalisis data-data tersebut menjadi sebuah informasi biologis yang bermakna. Bermacam database telah dibuat dan banyak perangkat lunak telah diciptakan yang menunjukkan trend kepada spesialisasi tujuan. Walaupun negara berkembang seperti Indonesia kurang dapat berpartisipasi dalam eksperimen bioteknologi yang padat informasi untuk pengumpulan informasi dalam database-database itu, peluang untuk memanfaatkannya melalui Bioinformatika terbuka lebar karena sifatnya yang terbuka.

Aplikasi TI dalam bidang biologi/life sciences yang melahirkan bidang Bioinformatika

akan menjadi semakin penting di masa depan, tidak hanya mengmpercepat kemajuan bioteknologi namun juga menjembatani dua bidang baru tersebut (TI & bioteknologi). Dalam makalah ini dibahas perkembangan Bioinformatika di dunia dengan didahului oleh latar belakang “ledakan” informasi dalam bioteknologi, kemudian ditutup dengan prediksi prospek Bioinformatika di Indonesia melalui pertanyaan “dari mana kita harus mulai?”

Bioteknolgi Modern

Bioteknologi modern lahir tahun 70-an diawali dengan inovasi beberapa ilmuwan AS yang mengembangkan teknologi DNA rekombinan. Berkat penemuan ini lahirlah perusahaan bioteknologi pertama di dunia, Genentech di AS yang segera memproduksi protein hormon, insulin yang dibutuhkan penderita diabetes, dalam bakteri. Selama ini insulin hanya bisa didapatkan dalam jumlah sangat terbatas dari organ pankreas sapi. Sebagaimana TI, saat ini produk bioteknologi telah mengimbas bahkan kepada kebutuhan hidup sehari-hari masyarakat seperti pangan dan kesehatan.

Ciri dari bioteknologi modern tadi adalah kemampuan pada manipulasi DNA. Rantai/sekuen DNA yang mengkode protein disebut gen. Gen itu ditranskripsikan menjadi mRNA yang selanjutnya mRNA ditranslasikan menjadi protein. Protein sebagai produk akhir bertugas menunjang seluruh proses kehidupan antara lain sebagai katalis reaksi biokimia dalam tubuh (protein ini disebut enzim), ikut serta dalam sistem pertahanan tubuh melawan virus atau parasit (disebut antibodi), menyusun struktur tubuh dari ujung kaki (otot terbentuk dari protein actin dan myosin) sampai ujung rambut (rambut tersusun dari protein keratin), dan lain-lain. Arus informasi, dari DNA ke RNA, lalu ke Protein, inilah yang disebut pemikiran utama dalam biologi.

Hanya 20-an tahun sejak bioteknologi modern lahir, terjadilah ledakan data biologis yang mencengangkan. Hal ini disebabkan oleh kemajuan teknologi biologi molekuler itu sendiri (misalnya DNA rekombinan dan PCR) dan ditunjang dengan peralatan yang memadai membuat waktu dan biaya lebih pendek/murah. Ledakan awal dimulai dari data DNA. Tahun 1977 untuk pertamakalinya sekuen DNA satu organisme dibaca secara menyeluruh yaitu pada sejenis virus yang memiliki kurang lebih 5.000 nukleotida/molekul DNA atau sekitar 11 gen.

Sekarang sudah ada milyaran data nukleotida tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan tahun 1982. Sekuen seluruh DNA manusia yang terdiri dari 3 milyar nukleotida dirampungkan dalam waktu 3 tahun. Di Indonesia, dengan membayar $15, kita bisa membaca sekuen 500-an nukleotida di Lembaga Biologi Molekuler Eijkman, Jakarta. Trend yang sama juga nampak pada database lain seperti database sekuen asam amino penyusun protein dan database struktur 3D protein.

Inovasi teknologi DNA chip yang dipelopori oleh perusahaan bioteknologi AS, Affymetrix di Silicon Valley telah mendorong munculnya database baru mengenai RNA. Dengan ini, riset tidak dilakukan lagi satu persatu terhadap molekul (DNA/RNA/protein) yang diminati, namun pada keseluruhan/satu set masing-masing molekul (untuk DNA dari gen ke genom, untuk RNA disebut transkriptom dan proteom untuk protein).

Perkembangan Bioinformatika di Dunia

Ledakan data/informasi biologi itu yang mendorong lahirnya Bioinformatika. Karena Bioinformatika adalah bidang yang relatif baru, masih banyak kesalahpahaman mengenai definisinya. Komputer sudah lama digunakan untuk menganalisa data biologi, misalnya terhadap data-data kristalografi sinar X dan NMR (Nuclear Magnetic Resonance) dalam melakukan penghitungan transformasi Fourier. Bidang ini disebut sebagai Biologi Komputasi.

Bioinformatika muncul atas desakan kebutuhan untuk mengumpulkan, menyimpan dan menganalisis data-data biologis dari database DNA, RNA maupun protein tadi. Untuk mewadahinya beberapa jurnal baru bermunculan (misalnya Applied Bioinformatics), atau berubah nama seperti Computer Applications in the Biosciences (CABIOS) menjadi BIOInformatic yang menjadi official journal dari International Society for Computational Biology (ICSB). Beberapa topik utama dalam Bioinformatika dijelaskan di bawah ini.

Keberadaan database adalah syarat utama dalam analisa Bioinformatika. Database informasi dasar telah tersedia saat ini. Untuk database DNA yang utama adalah GenBank di AS. Sementara itu bagi protein, databasenya dapat ditemukan di Swiss-Prot (Swiss) untuk sekuen asam aminonya dan di Protein Data Bank (PDB) (AS) untuk Per tumbuhan data nuk leot ida/basa DNA dalam GenBank. Data yang berada dalam database itu hanya kumpulan/arsip data yang biasanya dikoleksi secara sukarela oleh para peneliti, namun saat ini banyak jurnal atau lembaga pemberi dana penelitian mewajibkan penyimpanan dalam database.

Trend yang ada dalam pembuatan database saat ini adalah isinya yang makin spesialis . Misalnya untuk protein struktur, ada SCOP dan CATH yang mengklasifikasikan protein berdasarkan struktur 3D-nya, selain itu ada pula PROSITE dan Blocks, yang berdasar pada motif struktur sekunder protein.

Setelah informasi terkumpul dalam database, langkah berikutnya adalah menganalisis data. Pencarian database umumnya berdasar hasil alignment/pensejajaran sekuen, baik sekuen DNA maupun protein. Metode ini digunakan berdasar kenyataan bahwa sekuen DNA/protein bisa berbeda sedikit tetapi memiliki fungsi yang sama. Misalnya protein hemoglobin dari manusia hanya sedikit berbeda dengan yang berasal dari ikan paus. Kegunaan dari pencarian ini adalah ketika mendapatkan suatu sekuen DNA/protein yang belum diketahui fungsinya maka dengan membandingkannya dengan yang ada dalam database bisa diperkirakan fungsi daripadanya.

Algoritma untuk pattern recognition seperti Neural Network, Genetic Algorithm dll telah dipakai dengan sukses untuk pencarian database ini. Salah satu perangkat lunak pencari database yang paling berhasil dan bisa dikatakan menjadi standar sekarang adalah BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Perangkat lunak ini telah diadaptasi untuk melakukan alignment terhadap berbagai sekuen seperti DNA (blastn), protein (blastp), dsb. Baru-baru versi yang fleksibel untuk dapat beradaptasi dengan database yang lebih variatif telah dikembangkan dan disebut Gapped BLAST serta PSI (Position Specific Iterated)-BLAST. Sementara itu perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan alignment terhadap sekuen terbatas di antaranya yang lazim digunakan adalah CLUSTAL dan CLUSTAL W.

Data yang memerlukan analisis bioinformatika dan cukup mendapat banyak perhatian saat ini adalah data hasil DNA chip. Menggunakan perangkat ini dapat diketahui kuantitas maupun kualitas transkripsi satu gen sehingga bisa menunjukkan gen-gen apa saja yang aktif terhadap perlakuan tertentu, misalnya timbulnya kanker, dll. mRNA yang diisolasi dari sampel dikembalikan dulu dalam bentuk DNA menggunakan reaksi reverse transcription. Selanjutnya melalui proses hibridisasi, hanya DNA yang komplementer saja yang akan berikatan dengan DNA di atas chip. DNA yang telah diberi label warna berbeda ini akan menunjukkan pattern yang unik. Berbagai algoritma pattern recognition telah digunakan untuk mengenali gen-gen yang aktif dari eksperimen DNA chip ini, salah satunya yang paling ampuh adalah Support Vector Machine (SVM).

Bioinformatika pada saat ini sudah menjadi bisnis salah satu besar di dunia. Perusahaan bioteknologi yang menghasilkan data besar seperti perusahaan sekuen genom, senantiasa memerlukan bagian analisa Bioinformatika. Produk Bioinformatika pun sudah dipatenkan baik di AS, Eropa maupun Asia.

Berdasar jenisnya produk yang dipatenkan itu bisa dibagi menjadi tiga yaitu perangkat lunak Bioinformatika, termasuk diantaranya adalah perangkat lunak pencarian database dengan contoh misalnya paten no. 6,125,331 di AS berjudul “Structural alignment method making use of a double dynamic programming algorithm”. Metode Bioinformatika ini menggunakan analogi metode bisnis telah dapat dipatenkan di AS seperti pada kasus pematenan Amazon.com, sebagai contoh adalah paten no. 6,125,383 di AS tentang “Research system using multi-platform object oriented program language for providing objects at runtime for creating and manipulating biological or chemical data”, terakhir produk Bioinformatika itu sendiri yaitu informasi biologis hasil analisisnya.

Dari Mana Kita Mulai

Di Indonesia Bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Di kalangan peneliti sendiri, mungkin hanya para peneliti biologi molekuler yang sedikit banyak mengikuti perkembangannya karena keharusan menggunakan perangkat-perangkat Bioinformatika untuk analisa data.

Sementara itu di kalangan TI masih kurang mendapat perhatian. Ketersediaan database dasar (DNA, protein) yang bersifat terbuka/gratis merupakan peluang besar untuk menggali informasi berharga daripadanya. Sudah disepakati, database genom manusia misalnya akan bersifat terbuka untuk seluruh kalangan. Dari database tersebut bisa digali gen-gen yang memiliki potensi kedokteran/farmasi. Dari sinilah Indonesia dapat ikut berperan mengembangkan bioinformatika. Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang memahami makna biologis data tersebut dengan praktisi IT seperti programmer akan sangat berperan dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya.

Referensi

http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath

http://www.wikipedia.com

http://www.ilmu komputer.com

disusun dalam rangka memenuhi tugas akhir semester mata kuliah Biologi Umum