Dasar-dasar Modifikasi Genetik
GMO adalah kependekan dari "organisme hasil rekayasa genetika." Modifikasi genetika telah ada selama beberapa dekade dan merupakan cara paling efektif dan cepat untuk membuat tanaman atau hewan dengan sifat atau karakteristik tertentu. Ini memungkinkan perubahan spesifik yang tepat pada urutan DNA. Karena DNA pada dasarnya terdiri dari cetak biru untuk seluruh organisme, perubahan pada DNA mengubah fungsi yang mampu dilakukan oleh organisme.
Sebenarnya tidak ada cara lain untuk melakukan ini kecuali dengan menggunakan teknik yang dikembangkan selama 40 tahun terakhir untuk memanipulasi DNA secara langsung.
Bagaimana Anda memodifikasi organisme secara genetik? Sebenarnya, ini pertanyaan yang cukup luas. Organisme dapat berupa tanaman, hewan, jamur, atau bakteri dan semua ini dapat, dan telah, direkayasa genetika selama hampir 40 tahun. Organisme rekayasa genetika pertama adalah bakteri pada awal tahun 1970-an . Sejak itu, bakteri yang dimodifikasi secara genetik telah menjadi pekerja keras dari ratusan ribu laboratorium melakukan modifikasi genetik pada tanaman dan hewan. Sebagian besar pengacakan dan modifikasi gen dasar dirancang dan disiapkan menggunakan bakteri, terutama beberapa variasi E. coli , kemudian ditransfer ke organisme target.
Pendekatan umum untuk mengubah secara genetika tanaman, hewan, atau mikroba secara konseptual sangat mirip. Namun, ada beberapa perbedaan dalam teknik khusus karena perbedaan umum antara sel tumbuhan dan hewan.
Misalnya, sel tumbuhan memiliki dinding sel dan sel hewan tidak.
Alasan Modifikasi Genetik Tanaman dan Hewan
Hewan GM terutama dibuat untuk tujuan penelitian, sering sebagai model sistem biologis yang digunakan untuk pengembangan obat. Ada beberapa hewan GM dikembangkan untuk tujuan komersial lainnya, seperti ikan fluorescent sebagai hewan peliharaan, dan nyamuk transgenik untuk membantu mengendalikan nyamuk pembawa penyakit.
Namun, ini adalah aplikasi yang relatif terbatas di luar penelitian biologi dasar. Sejauh ini, tidak ada hewan transgenik yang disetujui sebagai sumber makanan. Segera, meskipun, yang dapat berubah dengan AquaAdvantage Salmon yang membuat jalan melalui proses persetujuan.
Namun dengan tanaman, situasinya berbeda. Sementara banyak tanaman dimodifikasi untuk penelitian, tujuan modifikasi genetik tanaman adalah untuk membuat strain tanaman yang menguntungkan secara komersial atau sosial. Sebagai contoh, hasil dapat ditingkatkan jika tanaman direkayasa dengan peningkatan ketahanan terhadap hama penyebab penyakit seperti Pepaya Rainbow, atau kemampuan untuk tumbuh di daerah yang tidak ramah, mungkin lebih dingin. Buah yang tetap matang lebih lama, seperti Endless Summer Tomatoes, menyediakan lebih banyak waktu untuk waktu rak setelah panen untuk digunakan. Juga, sifat-sifat yang meningkatkan nilai gizi, seperti Beras Emas yang dirancang untuk kaya akan vitamin A, atau kegunaan buah, seperti Apel Arktik yang tidak mengkilap juga telah dibuat.
Pada dasarnya, setiap sifat yang dapat dimanifestasikan dengan penambahan atau penghambatan gen tertentu, dapat diperkenalkan. Ciri-ciri yang memerlukan banyak gen juga dapat dikelola, tetapi ini membutuhkan proses yang lebih rumit yang belum dicapai dengan tanaman komersial.
Apa itu Gene?
Sebelum menjelaskan bagaimana gen baru dimasukkan ke dalam organisme, penting untuk memahami apa itu gen. Seperti yang banyak mungkin tahu, gen terbuat dari DNA, yang sebagian terdiri dari empat basa yang umumnya dicatat hanya sebagai A, T, C, G. Urutan linear dari basa-basa ini secara berurutan di bawah untai DNA gen dapat dianggap sebagai kode untuk protein tertentu, seperti huruf dalam baris kode teks untuk sebuah kalimat.
Protein adalah molekul biologis besar yang terbuat dari asam amino yang dihubungkan bersama dalam berbagai kombinasi. Ketika kombinasi asam amino yang tepat dihubungkan bersama, rantai asam amino melipat menjadi protein dengan bentuk tertentu dan fitur kimia yang tepat bersama-sama untuk memungkinkannya melakukan fungsi atau reaksi tertentu. Makhluk hidup sebagian besar terdiri dari protein. Beberapa protein adalah enzim yang mengkatalisis reaksi kimia; yang lain mengangkut bahan ke dalam sel dan beberapa bertindak sebagai saklar mengaktifkan atau menonaktifkan protein atau kaskade protein lainnya.
Jadi, ketika gen baru diperkenalkan, ia memberi sel urutan kode untuk memungkinkannya membuat protein baru.
Bagaimana Sel Mengatur Gen Mereka?
Pada tumbuhan dan sel-sel hewan, hampir semua DNA yang dipesan dalam beberapa helai panjang akhirnya menjadi kromosom. Gen sebenarnya hanyalah bagian kecil dari rangkaian panjang DNA yang membentuk kromosom. Setiap kali sebuah sel bereplikasi, semua kromosom direplikasi terlebih dahulu. Ini adalah set instruksi utama untuk sel, dan setiap sel progeni mendapat salinannya. Jadi, untuk memperkenalkan gen baru yang memungkinkan sel untuk membuat protein baru yang memberi ciri tertentu, seseorang hanya perlu memasukkan sedikit DNA ke salah satu untaian kromosom panjang. Setelah dimasukkan, DNA akan diteruskan ke sel anak perempuan ketika selnya bereplikasi sama seperti semua gen lainnya.
Bahkan, jenis DNA tertentu dapat dipertahankan dalam sel-sel yang terpisah dari kromosom dan gen dapat diperkenalkan menggunakan struktur ini sehingga mereka tidak berintegrasi ke dalam DNA kromosom. Namun, dengan pendekatan ini, karena DNA kromosom sel diubah biasanya tidak dipertahankan di semua sel setelah beberapa kali ulangan. Untuk modifikasi genetik yang permanen dan dapat diwariskan, seperti proses yang digunakan untuk rekayasa tanaman, modifikasi kromosom digunakan.
Bagaimana Gen Baru Dimasukkan?
Rekayasa genetika hanya mengacu pada penyisipan urutan basa DNA baru (biasanya berhubungan dengan keseluruhan gen) ke dalam DNA kromosom organisme. Ini mungkin tampak sederhana secara konseptual, tetapi secara teknis, itu menjadi sedikit lebih rumit. Ada banyak rincian teknis yang terlibat dalam mendapatkan urutan DNA yang tepat dengan sinyal yang tepat ke dalam kromosom dalam konteks yang tepat yang memungkinkan sel untuk mengenalinya adalah gen dan menggunakannya untuk membuat protein baru.
Ada empat elemen kunci yang umum untuk hampir semua prosedur rekayasa genetika:
- Pertama, Anda membutuhkan sebuah gen. Ini berarti Anda membutuhkan molekul DNA fisik dengan urutan dasar tertentu. Secara tradisional, urutan ini diperoleh langsung dari organisme menggunakan beberapa teknik melelahkan. Saat ini, daripada mengekstraksi DNA dari suatu organisme, para ilmuwan biasanya hanya mensintesis dari bahan kimia A, T, C, G dasar. Setelah diperoleh, urutan dapat dimasukkan ke dalam sepotong DNA bakteri yang seperti kromosom kecil (plasmid) dan, karena bakteri bereplikasi dengan cepat, sebanyak mungkin gen yang diperlukan dapat dibuat.
- Setelah Anda memiliki gen, Anda perlu menempatkannya dalam untai DNA yang dikelilingi dengan sekuens DNA di sekitarnya untuk memungkinkan sel untuk mengenalinya dan mengekspresikannya. Pada prinsipnya, ini berarti Anda memerlukan rangkaian DNA kecil yang disebut promotor yang memberi sinyal pada sel untuk mengekspresikan gen.
- Selain gen utama yang akan dimasukkan, seringkali gen kedua diperlukan untuk memberikan penanda atau seleksi. Gen kedua ini pada dasarnya adalah alat yang digunakan untuk mengidentifikasi sel-sel yang mengandung gen.
- Akhirnya, perlu untuk memiliki metode penyampaian DNA baru (yaitu, promotor, gen baru, dan penanda seleksi) ke dalam sel-sel organisme. Ada beberapa cara untuk melakukan ini. Untuk tanaman, favorit saya adalah pendekatan gen gun yang menggunakan senapan 22 dimodifikasi untuk menembak partikel tungsten atau emas yang dilapisi DNA ke dalam sel.
Dengan sel-sel hewan, ada sejumlah reagen transfeksi yang melapisi atau mengomplekskan DNA dan memungkinkannya melewati selaput sel. Ini juga umum untuk DNA untuk disambung bersama dengan DNA virus yang dimodifikasi yang dapat digunakan sebagai vektor gen untuk membawa gen ke dalam sel. DNA virus yang dimodifikasi dapat dienkapsulasi dengan protein virus normal untuk membuat pseudovirus yang dapat menginfeksi sel dan menyisipkan DNA yang membawa gen, tetapi tidak bereplikasi untuk membuat virus baru.
Untuk banyak tanaman dikotil, gen dapat ditempatkan dalam varian modifikasi pembawa T-DNA dari bakteri Agrobacterium tumefaciens. Ada beberapa pendekatan lain juga. Namun, dengan sebagian besar, hanya sejumlah kecil sel mengambil gen membuat seleksi sel-sel rekayasa bagian penting dari proses ini. Inilah sebabnya mengapa seleksi atau gen penanda biasanya diperlukan.
Tapi, Bagaimana Anda Membuat Tikus Rekayasa Genetik atau Tomat?
Transgenik adalah organisme dengan jutaan sel dan teknik di atas hanya benar-benar menggambarkan cara merekayasa sel tunggal secara genetika. Namun, proses untuk menghasilkan keseluruhan organisme pada dasarnya melibatkan penggunaan teknik rekayasa genetika ini pada sel-sel germinal (yaitu, sperma dan sel telur). Setelah gen kunci dimasukkan, sisa proses pada dasarnya menggunakan teknik pemuliaan genetik untuk menghasilkan tanaman atau hewan yang mengandung gen baru di semua sel dalam tubuh mereka. Rekayasa genetika benar-benar baru saja dilakukan pada sel. Biologi melakukan sisanya.