BERBAGAI APLIKASI DARI ASAM NUKLEATRahganda

Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Kampus UI, Depok 16424

Email : rahganda@gmail.comABSTRAKAsam nukleat merupakan rantai polimer yang menyimpan informasi genetik. Susunan asam nukleat terdiri dari DNA dan RNA. Kedua molekul tersebut dalam dunia modern punya peranan yang tidak sedikit. Dalam artikel ini akan dibahas beberapi aplikasi saja yang cukup menarik seperti Genetically Modified Organism (GMO), DNA fingerprint, industri makanan hingga dalam sistem drugs delivery. Begitu juga dengan RNA yang memiliki peranan dalam dunia medis, pada terapi gen umumnya. Begitu banyaknya dan semakin berkembangnya aplikasi dari DNA maupun RNA secara tidak langsung juga membawa ilmu biologi molekular menjadi semakin berkembang.Kata Kunci : Asam Nukleat, DNA, RNA, biologi molekular, drugs delivery, GMOPENDAHULUAN

Asam nukleat adalah rantai polimer yang tersusun atas beberapa nukleotida sehingga asam nukleat sering disebut sebagai polinukleotida. Asam nukleat apabila dibentuk dalam jumlah yang banyak dan berantai, maka asam nukleat menjadi zat penyusun DNA (deoxiribonucleic acid) dan RNA (ribose nucleic acid) yang berfungsi sebagai penyimpan informasi genetika. DNA dan RNA meskipun memiliki kesamaan berupa menyimpan informasi genetika keduanya memiliki perbedaan yang cukup signifikan, yakni:PERBEDAANDNARNA

Arti Deoxiribonucleic AcidRibose Nucleic Acid

Panjang rantaiPanjangPendek

PropagasiDNA dapat membelah diriRNA disintesis oleh DNA

BasaAdenin Timin

Guanin - Sitosin Adenin Urasil

Guanin Sitosin

ReaktivitasIkatan C-H membuat DNA menjadi lebih stabil dan tidak reaktif, ruang antar rantainya cukup sempit sehingga dapat meminimalisir adanya enzim yang menempel dan merusak DNA.Ikatan O-H pada RNA membuatnya menjadi reaktif. Pada kondisi basa, RNA tidak stabil. Ruang yang besar antar rantainya membuatnya cukup rapuh terhadap serangan enzim. RNA dapat di-daur ulang.

Bentuk RantaiGandaTunggal

Komposisi Basa dan GulaGula deoksiribosa, fosfat, adenin, timin, guanin, sitosinGula ribosa, fosfat, adenin, urasil, guanin, sitosin

Dampak UltravioletRentan terhadap sinar UV dan dapat rusak.Tahan terhadap sinar UV

Kedua jenis asam nukleat terus mengalami perkembangan dalam aplikasinya di kehidupan sehari-hari. Ilmuwan telah berhasil menjadikan kedua senyawa penyimpan informasi genetik tersebut begitu berperan dalam bioteknologi modern dan biologi molekuler.DNADNA atau deoxiribonucleic acid merupakan bentuk polimer dari nukleotida atau dapat disebut juga polinukleotida. DNA memperbaharui dirinya dengan cara mereplikasi diri dengan komposisi basa dan gula yang saling bersesuaian.Sangat banyak aplikasi dari DNA yang dapat ditemui di kehidupan sehari-hari diantaranya pada dunia kriminal, medis, industri makanan, GMO (genetically modified organism), biosensor dan lain-lain.

DNA FINGERPRINT

DNA fingerprint adalah cara untuk identifikasi yang dapat membedakan setiap individu manusia berdasarkan perbedaan lekuk sidik jari pada setiap orang. DNA fingerprint ini digunakan dalam penemuan penyakit genetik dan juga untuk keperluan forensik. Dalam penerapannya, para ahli DNA fingerprint menggunakan sampel berupa rambut, kuku, darah, kulit dan air liur. Penggunaannya meliputi di dunia medis dan forensik.

Dalam dunia forensik, perkembangannya sendiri sudah dimulai dari tahun 1985, saat Peter Gill dan Alex Jeffreys pertama kali mengaplikasikan teknologi DNA untuk keperluan forensik. Untuk dunia forensik, setidaknya teknologi DNA digunakan dalam investigasi kasus kriminal dan untuk tes keturunan. Tren perkembangan era teknologi saat ini adalah automasi dan miniaturisasi.Penggunaan teknologi DNA sejauh ini sudah berhasil memecahkan tidak kurang dari 50.000 kasus di sleuruh dunia.

Langkah yang harus dilakukan pertama adalah mendapatkan DNA dari spesimen. Sampel DNA dapat diperoleh dari kulit, rambut, kuku, air liur, atau darah. Kemudian, DNA diambil dengan enzim yang dapat memotong susunan protein pada DNA. Pemotongan tersebut kemudian dibuat di titik-titik tertentu. Enzim dirancang untuk memotong titik tertentu sesuai dengan desain genetik mereka. Ilmuwan harus berhati-hati atas enzim yang mereka gunakan, karena masing-masing luka di titik-titik tertentu. Beberapa enzim restriksi memotong meninggalkan ujung tumpul dan beberapa meninggalkan ujung tak beraturan. Ujung tak beraturan lebih disukai karena mereka lebih mudah untuk bekerja dengan menempel pada bagian lain dari DNA lainnya. Ujung-ujung tumpul lebih sulit untuk digunakan karena tujuan mereka tidak cocok dengan ujung lain dari DNA lainnya. Ujung tak beraturan bisa terlihat seperti ini :

5 ' AGAAGAGAGAGAG

TTTTCTTCTCTCTCTCTCTTT 3 '

Akhir tumpul bisa terlihat seperti :

5'TTTTTTT

AAAAAAA 3 '

DNA tersebut kemudian diurutkan menggunakan gel elektroforesis. Langkah berikutnya adalah mentransfer potongan DNA dengan lembar nilon dan kemudian direndam. Setelah transfer selesai. fragmen diperlakukan dengan cahaya ultra violet yang melintasi link DNA pada membran. Kemudian hasil DNA diselidiki, hal terakhir yang harus dilakukan adalah memvisualisasikan produk akhir adalah menggunakan autoradiograf.

Dalam prakteknya, teknologi DNA fingerprint digunakan sebagai berikut:

1. Identifikasi Kepribadian

Para ilmuwan berpendapat bahwa tanda pengenal seseorang akan lebih spesifik apabila menggunakan teknologi DNA fingerprint, namun dalam aplikasinya, teknologi ini membutuhkan banyak biaya dan prosesnya cukup rumit.

2. Diagnosis dan Penanganan suatu Penyakit

DNA fingerprint dapat digunakan sebagai pendeteksi adanya keberadaan suatu penyakit, contohnya adalah penyakit hemofilia, Huntington, dan cystic fibrosis. Penyakit yang dapat dideteksi keberadaannya menggunakan DNA fingerprint merupakan penyakit turunan yang dapat dilihat dari informasi genetik yang diturunkan.

3. Kehamilan

Status anak kandung atau bukan anak kandung dapat dibuktikan dengan menggunakan DNA fingerprint. Metode yang digunakan adalah dengan menggunakan VNTR (Variable Number Tandem Repeats) melalui pola yang dihasilkan melalui Southern Blot (hampir sama dengan teknik DNA fingerprint yang telah dijelaskan sebelumnya), lalu diselidiki melalui reaksi hibridisasi, menggunakan radioaktif dan akan terbentuk pola DNA fingerprint.

4. Identifikasi Kriminal dan Forensik

Metode ini telah banyak digunakan dalam penyelidikan kasus serta tindak kriminal, karena identifikasi menggunakan DNA fingerprint dapat memberikan hasil yang akurat dibandingkan dengan metode lainnya. Pada aplikasinya, penyelidikan menggunakan VNTR.

GMO (GENETICALLY MODIFIED ORGANISM)

Pembuatan GMO membutuhkan 3 (tiga) komponen utama, yakni gen yang akan ditransfer, organisme yang dituju dalam GMO, serta vektor pembawa gen atas organisme yang dituju. Pembuatan GMO tidak rumit, namun membutuhkan ketelitian yang sangat tinggi. Gen yang akan ditranfer (trans-gene) dipotong menggunakan enzim restriksi dan diisolasi dari organisme asal. Dalam aplikasinya, enzim restriksi dapat mengetahui sekuens spesifik pada DNA yang akan dipotong.

Restriksi endonuklease adalah enzim yang memotong DNA pada titik-titik yang spesifik. Restriksi endonuklease membaca DNA pada sekuens spesifik dan setelah sekuens spesifik ditemukan, restriksi endonuklease dapat membelahnya. Sekuens target biasanya berbentuk pendek. Enzim restriksi yang biasa digunakan adalah EcoR1 dan hanya memiliki 6 pasang basa target sekuens. Hingga saat ini, ribuan restriksi endonuklease diisolasi dan biasanya berasal dari bakteri. Bakteri menggunakan enzim sebagai mekanisme pertahanan atas kemampuannya membelah DNA asal (virus).

Restriksi endonuklease dapat memotong rantai ganda DNA menggunakan banyak cara. Biasanya, restriksi endonuklease memotong DNA pada posisi yang sama dan mengakibatkan pangkal yang buntu. Adapula cara memotong DNA pada titik yang berbeda dan menyebabkan 1 rantainya lebih panjang dari yang lainnya dan menjadikannya lebih rekat pada pangkalnya ketika disambung kembali.

Banyak industri yang mengambil keuntungan pada penelitian GMO, sejumlah mikroorganisme ditujukan untuk kelak dijadikan penghasil bahan bakar ramah lingkungan dan sebagai biodegrader. Selain itu, suatu hari nanti penggunaan GMO dapat digunakan sebagai vaksin untuk produksi rekombinan. Kenyataannya, konsep vaksin oral yang diberikan pada tumbuhan (buah-buahan dan sayur-sayuran) untuk konsumsi secara langsung telah diteliti dan dapat digunakan sebagai solusi dari masalah penyebaran penyakit di negara yang belum berkembang, dimana akan mengurangi biaya yang diasosiasikan pada kampanye vaksin dalam skala besar. Usaha yang saat ini dikembangkan adalah mengembangkan turunan dari vaksin tumbuhan pada kentang dan selada untuk virus hepatitis B (HBV), Eschericia coli, dan virus Norwalk. Para ilmuwan telah menemukan adanya penggunaan komersial pada protein berharga pada tumbuhan. GMO pada hewan telah digunakan untuk mengembangkan pertumbuhan jaringan transplan dan organ transplan, yakni disebut juga xenotransplantation. Varietas yang kaya pada penggunaan GMO menghasilkan banyaknya keuntungan bagi manusia, namun efek sampingnya masih banyak diragukan oleh beberapa orang.INDUSTRI MAKANAN

Dalam dunia industri asam nukleat pun sudah digunakan, salah satunya di dunia industri makanan. Penggunaan DNA marker mulai diberlakukan untuk sertifikasi pada beberapa produk makanan diantaranya daging sapi dan babi. Hal ini diterapkan salah satunya pada Temera de Navarra (Beef of Navarra) di Spanyol. Denga adanya tes DNA tersebut diharapkan kualitas daging dapat dikontrol.

Selama ini, untuk menentukan kualitas daging masih banyak dipakai cara tradisional. Cara yang dimaksud antara lain metode gantung dan melihat pola garis lemak ataumarbling.Namun, metode tradisional ini tidak bisa bersaing dengan skala industri. Tren dengan perkembangan teknologi terkini mengarahkan pada penggunaan tes DNA. Pada salah proyek tes DNA untuk uji kualitas daging, sekitar 3000 gen diseleksi oleh ilmuwan dari Herbivore Research Unit of the National Agronomic Research Institute(INRA) di Theix, Perancis. Kandidat gen ini berdampak pada tiga parameter yang mempengaruhi kualitas daging yaitu kelembutan, rasa, dan kelembapan. Gen ini dimiliki oleh keluarga yang berbeda, dimana masing-masing mengatur lemak, jaringan penghubung, dan kandungan protein dari otot.

Dengan adanya sertifikasi setelah melewati tahap uji kualitas, daging yang dijual dapat memiliki kualitas yang dipercaya oleh konsumen.

DRUGS DELIVERY

Penggunaan DNA untuk dunia medis yang berkembang dan menjadi tren saat ini salah satunya adalah drugs delivery system, yaitu suatu sistem yang mengantarkan obat ke sumber penyakitnya langsung sehingga memberi efek penyembuhan yang lebih efektif dan efisien. Suatu cages berukuran nano dapat dibuat dari untaian-unataian DNA. Cages berukuran nano tersebut digunakan untuk membungkus obat untuk kemudian dibawa ke sumber penyakit.

Ilustrasinya adalah sebagai berikut :

Sebuah cage DNA (di kiri), dengan molekul menyerupai lemak (biru). Lemak bersama dengan nanaocage (gambar tengah) akan membungkus obat molekul kecil (ungu). Molekul obat pun dilepaskan (di kanan) ketika merespons keberadaan suatu asam nukleat.

Credit: Thomas Edwardson, McGill University

Penelitian tentang drugs delivery berkembang dan membuka peluang penggunaan nanostruktur dari bahan biologi untuk drugs delivery. Selain itu penemuan ini juga membuka jalan penemuan-penemuan baru lainnya pada desain nanomaterial berbasis DNA atau seringkali disebut juga bionanomaterial. Secara tidak langsung ini akan memajukan dunia drugs delivery, nanomaterial dan biologi struktur.RNA

RNA merupakan pembawa kode genetik DNA yang telah diubah. Kebanyakan aktifitas biologis dibawa oleh protein. RNA juga punya aplikasi di kehidupan sehari-hari. Diantaranya RNA digunakan untuk kegunaan medis. Terapi gen adalah contoh kegunaan tersebut. Terapi gen merupakan teknik untuk memperbaiki gen cacat yang menyebabkan penyakit. Selama terapi gen, suatu gen normal ditambahkan kedalam sel yang mengalami abnormalitas. Prinsip dari terapi DNA, yaitu setiap prodek gen (DNA) akan menghasilkan mRNA yang kemudian diproses menjadi protein. Protein tersebut akan berfungsi untuk replikasi dan propagasi dari agen penyakit. Terdapat 2 tipe RNA terapis, yaitu antisense RNA therapy and therapeutic siRNA (small interfering RNA).DAFTAR PUSTAKAArana, Soret B and Lasa. 2000. Meat traceability using DNA markers: application to the beef industry. Science Direct Journal

Ballantyne, John, George Sensabaugh, and Jan Witkowski. 1989.DNA technology and forensic science. New York: Cold Spring Harbor Lab.

Campbell, Neil A., Lawrence G. Mitchell, Jane B. Reece. 1999. Biology. 5th Edition ed. Menlo Park: Benjamin/Cummings Publ. Co.

Fresco, Louise O. 2001. Genetically Modified Organisms in Food and Agriculture: Where are we? Where are we going?. Falkenberg: Food and Agriculture Organization of the United Nations.

Gilbert, W. 1986. The RNA world.Nature319, 618.

Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. 2000. Molecular Cell Biology. 4th Edition ed. New York: W.H. Freeman

Thomas G. W. Edwardson, Karina M. M. Carneiro, Christopher K. McLaughlin, Christopher J. Serpell, Hanadi F. Sleiman.Site-specific positioning of dendritic alkyl chains on DNA cages enables their geometry-dependent self-assembly.Nature Chemistry, 2013; DOI:10.1038/nchem.1745http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10810166http://www.publish.csiro.au/paper/EA05191.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/09/130901153347.htmJournal of Biomed Central Veterinary Research