DNA rekombinan adalah molekul DNA yang telah dimodifikasi untuk memasukkan gen dari berbagai sumber, baik melalui rekombinasi genetik atau melalui teknik laboratorium. Di laboratorium, bakteri dapat ditransformasikan dengan DNA rekombinan. Rekombinasi genetik terjadi selama meiosis dalam suatu proses yang dikenal sebagai crossing over.
Sekilas
DNA rekombinan pada eukariota berfungsi untuk meningkatkan keragaman genetik. Alel gen yang sebelumnya dikaitkan pada kromosom dapat sepenuhnya didistribusikan kembali untuk menciptakan kombinasi sifat baru. Proses ini terjadi secara teratur selama meiosis untuk mencampur dan mencocokkan gen dari sumber ayah dan ibu.
Dalam rekayasa genetika, para ilmuwan menggunakan DNA rekombinan yang dibuat di laboratorium atau diekstraksi dari suatu organisme untuk ditambahkan ke genom organisme lain. Karena desain universal DNA, DNA rekombinan tidak harus tinggal dalam spesies yang sama. Ini berarti bahwa para ilmuwan dapat dengan mudah menambahkan gen dari satu spesies ke dalam bakteri untuk menghasilkan suatu produk.
Misalnya, insulin secara teratur diproduksi melalui DNA rekombinan dalam bakteri. Gen insulin manusia dimasukkan ke dalam plasmid, yang kemudian dimasukkan ke sel bakteri. Bakteri kemudian akan menggunakan mesin selulernya untuk menghasilkan protein insulin, yang dapat dikumpulkan dan didistribusikan kepada pasien.
Contoh DNA rekombinan
Meiosis pada Eukariota
Organisme eukariotik yang mengalami reproduksi generatif juga harus melalui proses meiosis, yang mengurangi bahan genetik yang mengarah ke pembuahan. Selama meiosis, kromosom eukariota terpadatkan, dan berpasangan dengan kromosom homolognya. Setiap pasangan kromosom homolog mewakili urutan DNA yang sama, dari asal usul orang tua yang berbeda. Ketika homolog terhubung selama meiosis, mereka dapat bertukar urutan DNA yang sama saat proses cross-over.
Sementara setiap organisme memiliki puluhan ribu gen, jumlah kromosom jauh lebih kecil. Ini mengharuskan ada lebih dari satu gen per kromosom, ratusan biasanya. Jika rekombinasi genetik tidak terjadi, variasi antara gen-gen ini akan terbatas.
Misalnya, berpura-pura bahwa hanya ada dua alel untuk warna bulu dalam suatu populasi, hitam dan putih. Ada juga dua alel untuk warna mata, coklat dan biru. Jika gen untuk warna mata dan gen untuk warna bulu ada pada kromosom yang sama, mereka disebut gen-gen terkait. Tanpa DNA rekombinan, suatu organisme hanya bisa meneruskan kombinasi alel yang diturunkan dari orang tuanya.
Tumbuhan Tahan Serangga
Rekayasa genetika dan DNA rekombinan banyak digunakan dalam pertanian modern. Selama berabad-abad, para petani telah mencoba membuat tanaman mereka tahan terhadap serangga, dan herbisida digunakan pada gulma. Dengan munculnya rekayasa genetika, para ilmuwan dapat mengidentifikasi dan memisahkan gen-gen yang diminati dan menempatkannya dalam spesies tanaman.
Untuk meningkatkan resistensi serangga, misalnya, para ilmuwan telah menempatkan gen dari bakteri ke dalam DNA jagung, kapas, dan tanaman lainnya. Gen yang mereka pilih menghasilkan protein Bt. Protein ini mematikan bagi larva serangga yang memakannya. Para ilmuwan membuat DNA rekombinan dari genom bakteri ini. DNA baru kemudian dimasukkan ke dalam genom tumbuhan yang dilindungi. Ketika tumbuhan baru mulai tumbuh, sel-sel mereka mengekspresikan DNA bakteri dan protein Bt diproduksi.
Petani yang tidak menanam tanaman rekayasa genetika harus menyemprot tanaman mereka dengan pestisida, yang harganya sangat mahal. Tumbuhan yang menghasilkan Bt melindungi diri mereka saat mereka tumbuh. Ini penting, mengingat serangga pemakan tanaman merusak lebih dari satu miliar dolar setiap tahun. Dengan rekayasa genetika, kehilangan ini bisa dihindari.
Terapi gen
Penyakit sel sabit adalah kelainan darah bawaan yang diderita jutaan orang di seluruh dunia. Kondisi ini sebenarnya meningkat dalam prevalensi karena di dalamnya bentuk yang lebih ringan memberikan resistensi terhadap malaria. Seperti banyak kelainan genetik, saat ini belum ada obatnya. Pasien dengan penyakit sel sabit harus menjalani berbagai prosedur berbahaya untuk memperpanjang hidupnya.
Namun, terapi gen adalah teknik medis yang muncul yang menggunakan DNA rekombinan untuk mengembalikan fungsi sel yang terserang oleh kelainan genetik. Anemia sel sabit adalah salah satu penyakit pertama yang harus dibalik dengan terapi gen. Tikus dengan ciri-ciri sel sabit dirawat oleh peneliti Harvard dengan memberikan DNA untuk pembentukan sel darah yang tepat melalui virus HIV yang diubah. Karena HIV memiliki kecenderungan untuk sistem kekebalan, ia dengan mudah menyimpan DNA rekombinan ke dalam sel induk yang diambil dari inang.
Konsep yang sama telah digunakan pada manusia pada awal tahun 1990, meskipun pengobatan massal masih belum tersedia. Penggunaan virus dengan DNA rekombinan adalah subjek yang diperdebatkan, karena virus dapat bereproduksi di lingkungan dengan konsekuensi yang tidak diinginkan. Sementara konsekuensi penuh dari tindakan ini tidak diketahui, banyak manfaatnya terus menekan pembuat kebijakan dan masyarakat untuk menerimanya. Dengan pedoman yang tepat, teknologi DNA rekombinan pasti akan merevolusi dunia dengan cara yang positif.
Proses DNA Rekombinan
Para ilmuwan secara teratur menggunakan DNA rekombinan untuk menambahkan sifat pada spesies bakteri tertentu atau menghasilkan organisme yang memiliki sifat tambahan. Ada proses dasar untuk memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel, meskipun metode yang tepat bervariasi tergantung pada organisme tertentu.
Secara umum, bagian pertama dari proses ini termasuk membuat plasmid yang berisi urutan DNA yang akan ditambahkan ke suatu organisme. Organisme paling sederhana untuk menambahkan DNA rekombinan adalah bakteri. Sel bakteri bereproduksi dengan cepat, yang memungkinkan banyak peluang bagi DNA rekombinan untuk memasuki sel dan berkembang biak.
Setelah membuat plasmid yang mengandung DNA rekombinan, itu harus ditambahkan ke sel. Untuk melakukan ini, sel-sel biasanya dipanaskan ke titik di mana membran sel mereka menjadi lebih permeabel. Beberapa sel akan mati, tetapi plasmid akan berhasil masuk ke beberapa sel bakteri yang ada.
Proses terakhir menciptakan organisme dengan DNA rekombinan adalah membiarkan sel-sel menjadi dingin dan tumbuh. Seringkali, plasmid yang diperkenalkan juga memiliki gen yang memungkinkan bakteri bertahan dari perawatan antibiotik. Saat menumbuhkan bakteri yang ditransformasi, antibiotik diperkenalkan. Semua bakteri yang bertahan hidup adalah bakteri yang telah ditransformasi dengan DNA rekombinan. Mereka sekarang memiliki plasmid, yang mencakup DNA rekombinan dan gen untuk resistensi antibiotik.
Manfaat DNA Rekombinan
Para ilmuwan dapat menggunakan fitur DNA ini untuk banyak tujuan. Pertama, setiap gen yang menarik dapat dengan mudah ditiru dengan memasukkan gen ke dalam plasmid bakteri dan membiarkan bakteri bereproduksi secara normal. Plasmid adalah cincin kecil DNA. Jika urutan tepat dari plasmid diketahui, seorang ilmuwan dapat memotong cincin terbuka menggunakan protein khusus yang disebut enzim restriksi.
Setelah plasmid dibuka, gen pilihan dapat dimasukkan. Jika semua urutan yang tepat ada, bakteri yang menyerap plasmid akan menghasilkan protein yang dikodekan oleh DNA rekombinan. Selanjutnya, ketika bakteri bereproduksi, gen juga akan bereproduksi. Bakteri dapat menggandakan populasi mereka dalam waktu kurang dari satu jam, yang dapat menyebabkan populasi bakteri besar menghasilkan sejumlah besar produk untuk tujuan ilmiah, medis, atau industri.
