Materi: Biologi (Bab 20 Bioteknologi)

Kotak peralatan DNA

Topik	Isi Ringkasan
Penemuan Awal	Tahun 1995: pertama kali genom bakteri Haemophilus influenzae disekuensing; memicu revolusi genomik. Tahun 2007: lebih dari 2.000 genom disekuensing.
DNA Rekombinan	Menggabungkan segmen DNA dari spesies berbeda secara in vitro untuk mempelajari ekspresi gen dan menghasilkan teknologi manipulasi DNA.
Bioteknologi	Manipulasi organisme dan komponen selnya untuk menghasilkan produk bermanfaat. Dulu terbatas pada seleksi buatan, kini mencakup rekayasa genetik.
Rekayasa Genetik	Memasukkan gen baru secara langsung untuk tujuan praktis; memperluas aplikasi bioteknologi di banyak bidang.
Aplikasi Teknologi DNA	Meliputi pertanian, hukum, dan kedokteran. Contohnya: microarray untuk mempelajari ekspresi 2.400 gen sekaligus.
Tujuan Bab	Menjelaskan teknik manipulasi DNA, analisis ekspresi gen, rekayasa genetika, sel punca, dan dampaknya pada masyarakat.

Pengklonaan DNA dan Aplikasinya : pendahuluan

Topik	Isi Ringkasan
Pengertian Pengklonaan DNA	Proses membuat banyak salinan dari segmen DNA tertentu, biasanya dilakukan dengan menyisipkan DNA ke plasmid dan memperbanyaknya dalam bakteri.
DNA Rekombinan	DNA hasil gabungan dari dua sumber berbeda, sering melibatkan plasmid sebagai vektor dan bakteri sebagai host, menghasilkan bakteri rekombinan.
Manfaat Pengklonaan	Untuk membuat salinan gen dalam jumlah besar dan menghasilkan protein, seperti hormon pertumbuhan, insulin, atau protein terapi lainnya.
Aplikasi Bioteknologi	Meliputi rekayasa genetik untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap hama, mengatasi penyakit jantung, dan membantu pertumbuhan manusia.
Peran Plasmid	Vektor kecil berbentuk cincin yang umum digunakan dalam rekayasa genetik karena mudah dimodifikasi dan direplikasi dalam bakteri.
Contoh Aplikasi (Peraga 20.2)	Tanaman tahan hama Bakteri pengolah limbah Protein terapi (serangan jantung) Hormon pertumbuhan manusia

Pengunaan enzim restriksi untuk membuat DNA Rekombian

Topik	Isi Ringkasan
Pengertian Enzim Restriksi	Enzim yang digunakan dalam rekayasa genetika untuk memotong DNA pada lokasi spesifik yang dikenal sebagai restriction site.
Asal dan Fungsi Enzim Restriksi	Ditemukan pada bakteri sebagai perlindungan dari DNA asing. Berfungsi memotong DNA virus atau organisme lain.
Sifat Enzim Restriksi	Sangat spesifik, hanya mengenali urutan DNA pendek tertentu, biasanya simetris (palindrom). Memotong DNA menghasilkan ujung lengket (sticky end).
Contoh Penggunaan	DNA dari sumber berbeda (misal: manusia dan bakteri) dipotong dengan enzim yang sama, sehingga bisa digabungkan membentuk DNA rekombinan.
Peran DNA Ligase	Enzim yang menyatukan ujung-ujung DNA yang lengket, membentuk satu molekul DNA utuh hasil rekombinasi.
Ilustrasi Proses (Peraga 20.3)	Enzim memotong DNA plasmid dan gen target pada urutan sama Ujung lengket saling berikatan DNA ligase menyatukan → terbentuk DNA rekombinan

Pengklonaan gen eukariotik dalam plasmid bakteri

Topik	Isi Ringkasan
Vektor Pengklonaan	Adalah molekul DNA (contohnya plasmid) yang membawa DNA asing ke dalam sel inang dan mampu bereplikasi di sana.
Plasmid sebagai Vektor	Sering digunakan karena mudah diisolasi, mudah dimodifikasi in vitro untuk memasukkan DNA asing, dan mudah dimasukkan kembali ke sel bakteri.
Replikasi Cepat	Plasmid rekombinan dalam bakteri dapat memperbanyak diri dengan cepat seiring tingginya laju reproduksi sel inang bakteri.
Tujuan	Untuk mengklon gen-gen eukariotik ke dalam plasmid bakteri guna memperbanyak gen atau memproduksi protein tertentu secara efisien.

Produksi Klona Sef-sel yang Mengandung Plasmid Rekarnbinan

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Kloning	Memeriksa apakah protein tertentu (misal: β-globin manusia) memiliki fungsi berbeda pada organisme lain atau spesies lain.
Plasmid dan Gen Penanda	Plasmid rekombinan dirancang mengandung gen `amp^r` (resistensi ampisilin) dan `lacZ` (enzim pemecah X-gal), digunakan untuk seleksi koloni.
Proses Penggabungan	DNA kolibri dan plasmid dipotong dengan enzim restriksi yang sama, kemudian disatukan menggunakan DNA ligase untuk membentuk DNA rekombinan.
Transformasi dan Seleksi	DNA rekombinan dimasukkan ke dalam sel bakteri E. coli melalui transformasi. Medium seleksi berisi ampisilin dan X-gal digunakan untuk membedakan koloni berdasarkan warna.
Identifikasi Koloni	Biru: Plasmid nonrekombinan (enzim β-galaktosidase aktif, `lacZ` utuh) Putih: Plasmid rekombinan (DNA asing disisipkan di dalam `lacZ`, enzim tidak aktif)
Metode Riset (Peraga)	Penjelasan visual tahap demi tahap: DNA plasmid dan DNA kolibri dipotong Fragmen direkombinasi dengan ligase DNA dimasukkan ke dalam sel bakteri Koloni putih menandakan rekombinan sukses
Catatan	Hanya sebagian kecil bakteri yang menerima DNA rekombinan; seleksi dengan antibiotik dan pewarna penting untuk identifikasi.

Menyimpan Gen Hasil Pengklonaan dalam Pustaka DNA

Topik	Isi Ringkasan
Pengertian Pustaka Genom	Kumpulan klona DNA hasil pengklonan seluruh genom suatu organisme ke dalam plasmid atau virus; setiap koloni membawa satu fragmen genom.
Pustaka Plasmid vs Pustaka Fag	Plasmid: digunakan untuk fragmen DNA kecil. Fag (virus): digunakan untuk fragmen lebih besar, dimasukkan ke sel bakteri melalui infeksi virus.
Pustaka Kromosom Artifisial Bakteri (BAC)	Digunakan untuk menyimpan fragmen genom besar (100.000–300.000 pasang basa); cocok untuk proyek genom skala besar.
Tujuan Pustaka DNA	Menyimpan semua fragmen DNA genom suatu organisme dalam bentuk yang dapat diperbanyak dan dipelajari kembali kapan saja.
Pustaka cDNA	Dibuat dari mRNA yang sudah diproses. Mengandung hanya gen yang aktif (diekspresikan), tanpa intron. Digunakan untuk kloning gen ekspresi spesifik.
Langkah Membuat cDNA	Ekstraksi mRNA Gunakan reverse transcriptase → DNA komplementer Diperbanyak untuk membentuk pustaka cDNA
Kelebihan Pustaka cDNA	Fokus pada gen yang aktif saja (ekspresi gen), sangat cocok untuk penelitian ekspresi dan fungsional gen tertentu.

Penapisan Pustaka DNA untuk Menemukan Klona Pengandung Gen yang Diinginkan

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Penapisan	Menemukan koloni bakteri (klona) yang mengandung gen target, seperti gen β-globin, dari pustaka DNA yang berisi jutaan klona.
Metode Dasar	Menggunakan sekuens DNA pendek yang komplementer terhadap gen target. Probe ini disebut asam nukleat (nucleic acid probe).
Prinsip Hibridisasi	Asam nukleat probe akan berikatan (hibridisasi) dengan urutan DNA yang komplementer di dalam koloni klona jika gen target ada.
Contoh Pasangan Komplementer	Jika sekuens target: 5’–GGCTAACTAGAC–3’ Maka probe: 3’–CCGATTGATCTG–5’
Deteksi Probe	Probe dilabel dengan isotop radioaktif atau zat fluoresen agar lokasi ikatannya bisa dideteksi.
Langkah Penapisan	Koloni bakteri ditransfer ke membran nylon/nitroselulosa DNA di-denaturasi dan ditempelkan ke membran Probe hibridisasi dengan DNA target Koloni yang mengikat probe diidentifikasi
Hasil Akhir	Koloni terpilih mengandung gen target (misal: β-globin) dan dapat digunakan untuk produksi atau penelitian lebih lanjut.

Pengekspresian Gen-gen Eukariotik Hasil PengklonaanSistem Ekspresi Bakteri

Topik	Isi Ringkasan
Tantangan Utama	Gen eukariotik sulit diekspresikan dalam sel bakteri karena perbedaan mekanisme ekspresi gen, termasuk promotor dan keberadaan intron.
Solusi 1: Vektor Ekspresi	Vektor khusus yang memiliki promotor bakteri aktif untuk memastikan gen eukariotik bisa dikenali dan diekspresikan oleh bakteri.
Fungsi Vektor Ekspresi	Menempatkan gen eukariotik di hilir promotor bakteri agar bisa dibaca dan ditranskripsi dengan benar oleh mesin ekspresi bakteri.
Masalah Intron	Gen eukariotik biasanya mengandung intron, sementara bakteri tidak memiliki sistem penyuntingan RNA untuk menghilangkannya.
Solusi 2: Menggunakan cDNA	Gunakan bentuk cDNA (komplementer DNA) yang hanya mengandung ekson (bagian pengode), sehingga bisa langsung diekspresikan oleh bakteri.

Pengklonaan Eukariotik dan Sistern Ekspresi

Topik	Isi Ringkasan
Masalah Utama	Sel bakteri tidak cocok untuk mengekspresikan gen eukariotik karena perbedaan dalam modifikasi dan sistem ekspresi gen.
Solusi: Menggunakan Sel Eukariotik	Gunakan sel ragi (khususnya khamir) karena mudah tumbuh, memiliki plasmid, dan mampu mengekspresikan gen eukariotik.
Kromosom Artifisial	YAC (Yeast Artificial Chromosome) dapat membawa DNA besar yang mencakup hampir seluruh gen, lengkap dengan elemen penting seperti centromer dan telomer.
Keuntungan YAC	Dapat menampung DNA lebih panjang daripada plasmid, sehingga lebih cocok untuk klon gen utuh dan kompleks.
Alternatif Lain	Gunakan sel hewan, karena banyak protein eukariotik hanya aktif setelah modifikasi pasca-translasi (misalnya penambahan gugus gula).
Teknik Memasukkan DNA	Elektroporasi: Listrik membuka pori membran sel untuk memasukkan DNA. Injeksi Mikro: DNA disuntikkan langsung ke sel. Bakteri Agrobacterium: Untuk tanaman, digunakan untuk menyisipkan DNA langsung ke dalam genom tumbuhan.

Memperbanyak DNA Secana in Vitro : Reaksi berantai Polimerase (PCR)

Topik	Isi Ringkasan
Definisi PCR	Teknik untuk memperbanyak (mengamplifikasi) segmen DNA secara cepat dan selektif di luar sel (in vitro) menggunakan enzim dan siklus suhu.
Keunggulan	Cepat: menghasilkan milyaran salinan dalam beberapa jam Spesifik: hanya segmen target yang diperbanyak Efisien: dapat bekerja meskipun DNA dalam jumlah kecil atau rusak sebagian
Tahapan PCR	Denaturasi: DNA dipanaskan untuk memisahkan untai ganda Annealing: Primer pendek berikatan ke ujung sekuens target Elongasi: DNA polimerase memperpanjang primer membentuk salinan baru
Enzim Penting	Taq polymerase dari bakteri termofilik yang tahan panas, memungkinkan PCR berjalan otomatis tanpa mengganti enzim tiap siklus.
Spesifisitas	Bergantung pada desain primer yang spesifik terhadap kedua ujung target DNA; panjang minimal primer sekitar 15 basa.
Hasil Siklus	Mulai siklus ke-3, muncul fragmen target utuh; jumlah fragmen spesifik akan meningkat eksponensial tiap siklus.
Keterbatasan	Kesalahan replikasi dapat terjadi; hasil PCR tidak sebaik kloning sel untuk produksi skala besar. Hasil PCR perlu diverifikasi melalui sekuensing.
Aplikasi PCR	Analisis DNA purba (misal: mamot 40.000 tahun) Forensik: darah, sidik jari, jaringan kecil Diagnosis genetik prenatal Deteksi DNA virus seperti HIV

Teknologi DNA memungkinkan kita mempelajari seKuens,ekspresi, dan fungsi gen

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Analisis Gen	Setelah DNA diklon dan tersedia dalam jumlah besar, analisis dapat dilakukan untuk memahami fungsi, variasi, dan ekspresi gen.
Pertanyaan Biologis	Apakah struktur protein gen tertentu lebih efisien (misalnya, β-globin kolibri)? Apakah alel gen manusia berkaitan dengan kelainan herediter? Di mana dan kapan gen diekspresikan dalam tubuh? Apa fungsi spesifik gen dalam tubuh organisme?
Langkah Awal	Mempelajari teknik laboratorium standar untuk analisis DNA dan fungsi genetik sebelum menjawab pertanyaan-pertanyaan biologis tersebut.

Elektroforesis Cel dan Southern Blotting

Topik	Isi Ringkasan
Elektroforesis Gel	Teknik pemisahan DNA atau RNA berdasarkan ukuran menggunakan gel dan medan listrik. Molekul bermuatan negatif akan bergerak ke kutub positif, molekul kecil bergerak lebih cepat.
Aplikasi Elektroforesis	Memisahkan fragmen DNA hasil pemotongan oleh enzim restriksi Membandingkan alel atau gen berbeda berdasarkan pola pita Mengidentifikasi DNA plasmid dan virus kecil
Analisis Fragmen Restriksi	Fragmen DNA yang dihasilkan dari pemotongan enzim restriksi menghasilkan pola pita khas pada gel; pola ini berbeda untuk setiap alel/genom.
Contoh Klinis	Mutasi pada gen β-globin manusia (penyakit sel sabit) mengubah situs restriksi; ini memengaruhi pola fragmen hasil digesti dan elektroforesis.
Southern Blotting	Dikembangkan oleh Edwin Southern Menggabungkan elektroforesis gel dengan hibridisasi DNA menggunakan kuar (probe) berlabel radioaktif Digunakan untuk mendeteksi fragmen DNA spesifik dari campuran kompleks
Kegunaan Southern Blotting	Mendeteksi gen spesifik seperti alel sel sabit Membedakan individu homozigot dan heterozigot Menjadi teknik utama sebelum digantikan oleh metode PCR yang lebih cepat

sekuensing DNA

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Sekuensing	Menentukan urutan lengkap nukleotida dari gen yang telah diklon; digunakan untuk memahami fungsi gen dan membandingkan antar spesies.
Metode Sekuensing	Metode terminasi rantai dideoksiribonukleotida (metode Sanger), kini dijalankan secara otomatis oleh mesin sekuenser DNA.
Penemu	Frederick Sanger, peraih dua Nobel, mengembangkan metode dideoksi dan juga menentukan sekuens insulin.
Manfaat Sekuens Gen	Perbandingan antar spesies Prediksi fungsi berdasarkan kesamaan sekuens Identifikasi ekspresi gen spesifik pada waktu dan lokasi tertentu
Aplikasi Lanjutan	Informasi sekuens digunakan dalam studi evolusi, fungsi protein, diagnosis penyakit genetik, dan rekayasa genetik.

Analisis Ekspresi GenMempelajari Ekspresi Gen tunggal

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan	Mengetahui apakah ekspresi gen B-globin berubah selama perkembangan embrio kolibri atau di jaringan tertentu.
Northern Blotting	Mirip dengan Southern blotting, tapi untuk mRNA mRNA diisolasi, dipisahkan dengan elektroforesis, dan dihibridisasi dengan kuar spesifik Menunjukkan waktu ekspresi gen berdasarkan kemunculan pita
RT-PCR (Reverse Transcriptase PCR)	mRNA diubah menjadi cDNA menggunakan transkriptase balik cDNA digunakan sebagai cetakan untuk amplifikasi PCR Pita hanya muncul jika mRNA target hadir, lebih cepat dan sensitif dibanding Northern
Analisis Jaringan	RT-PCR dapat digunakan dengan mRNA dari berbagai jaringan untuk menentukan di mana gen diekspresikan.
In Situ Hybridization	Melacak lokasi mRNA spesifik langsung dalam jaringan/organisme Menggunakan kuar berlabel fluoresen yang melekat pada mRNA target Dapat menggunakan berbagai warna untuk gen berbeda, memberikan visualisasi yang indah

Mempelajari Ekspresi Kelompok Gen yang Berinteraksi

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Biologi Modern	Mengungkap bagaimana gen bekerja bersama menjaga fungsi organisme melalui studi ekspresi gen secara sistemik (seluruh-genom).
Pendekatan Sistemik	Menggunakan informasi genom untuk mengetahui gen mana yang aktif dalam berbagai kondisi (jaringan, waktu, dll).
Strategi Dasar	Isolasi mRNA dari sel tertentu Transkripsi balik → cDNA Hibridisasi dengan array DNA genom Mengungkap gen-gen mana yang sedang aktif.
Teknologi Microarray DNA	Terdiri atas fragmen DNA berbagai gen yang difiksasi ke kaca objek (cip DNA) Hibridisasi dengan cDNA berlabel fluoresen menunjukkan gen yang terekspresi
Contoh Aplikasi	Uji pada Caenorhabditis elegans menunjukkan bahwa: ~60% gen mengalami perubahan ekspresi selama siklus hidup Banyak gen diekspresikan secara spesifik tergantung jenis kelamin Menunjukkan bahwa perkembangan organisme kompleks melibatkan regulasi ribuan gen.
Manfaat Medis	Identifikasi ekspresi gen spesifik pada penyakit seperti kanker Pengembangan diagnosis dan terapi yang lebih efektif berdasarkan profil ekspresi gen
Dampak Luas	Microarray membantu memahami interaksi gen dalam membentuk dan mempertahankan sistem kehidupan organisme secara keseluruhan.

Menentukan Fungsl Gen

Topik	Isi Ringkasan
Cara Menentukan Fungsi Gen	Melumpuhkan (knockout) gen target dan mengamati dampaknya pada sel/organisme untuk mengungkapkan fungsi gen tersebut.
Mutagenesis in vitro	Mutasi spesifik dimasukkan ke dalam gen, lalu gen dimasukkan kembali ke sel untuk melumpuhkan salinan gen normal.
Model Tikus Knockout	Para ilmuwan dapat melumpuhkan gen tertentu pada tikus untuk memahami peran gen tersebut dalam perkembangan dan kedewasaan. Sudah direncanakan >20.000 gen.
RNA Interference (RNAi)	Gunakan RNA beruntai ganda sintetik untuk menghancurkan atau menghambat mRNA spesifik Digunakan untuk menurunkan ekspresi gen dalam sel mamalia dan organisme model (nematoda, lalat buah) Berpotensi sebagai terapi untuk penyakit manusia
Studi Fungsi Gen Secara Luas	Contoh: RNAi digunakan untuk menonaktifkan 86% gen pada embrio nematoda satu per satu, lalu gen diklasifikasi menurut fungsi.
Biologi Sistem	Fokus pada interaksi gen dalam keseluruhan sistem biologis, bukan hanya fungsi gen tunggal.
Sel Punca (Stem Cell)	Dapat tumbuh menjadi berbagai jenis jaringan Memungkinkan studi diferensiasi sel Berpotensi digunakan dalam terapi penyakit dengan rekayasa DNA

Pengklonaan organisme mungkin dapat menghasilkan sel punca untuk penelitian dan aplikasi lain

Topik	Isi Ringkasan
Pengertian Pengklonaan Organisme	Proses menghasilkan satu atau lebih organisme yang secara genetik identik dengan induk melalui sel tunggal. Disebut juga kloning organisme.
Perbedaan dari Kloning Gen	Kloning organisme menghasilkan individu utuh, sedangkan kloning gen hanya memperbanyak segmen DNA tertentu.
Asal Kata Klona	Dari bahasa Yunani klon, berarti “ranting” — menekankan bahwa hasil klon adalah salinan identik dari satu sumber.
Tujuan Awal Penelitian Kloning	Menjawab pertanyaan apakah semua sel organisme memiliki genom yang sama atau kehilangan gen saat diferensiasi (ekuivalensi genom).
Potensi Aplikasi	Minat utama saat ini adalah untuk menghasilkan sel punca dari hasil kloning, yang dapat berkembang menjadi berbagai jaringan tubuh.
Sejarah Kloning Organisme	Telah dimulai lebih dari 50 tahun lalu dalam penelitian biologi dasar; fokus awal adalah menguji apakah sel terdiferensiasi bisa menghasilkan organisme utuh.

Pengklonaan Tumbuhan: Kultur Sel Tunggal

Topik	Isi Ringkasan
Keberhasilan Awal	Pada 1950-an, F.C. Steward dan tim di Cornell berhasil mengklon tumbuhan wortel dari sel akar yang telah terdiferensiasi menggunakan kultur jaringan.
Temuan Penting	Sel dewasa tumbuhan ternyata bisa berdediferensiasi dan kembali menjadi sel totipoten—dapat membentuk seluruh organisme baru.
Totipotensi	Sel totipoten adalah sel yang mampu menghasilkan semua jenis sel dari suatu organisme. Umum ditemukan pada tumbuhan.
Aplikasi Pertanian	Klona tumbuhan digunakan untuk memperbanyak tanaman bernilai ekonomi, seperti anggrek. Digunakan untuk memperbanyak tumbuhan tahan penyakit atau berkualitas unggul.
Praktik Umum	Bahkan menumbuhkan tanaman baru dari setek termasuk dalam pengklonaan tumbuhan secara vegetatif.

Pengklonaan Hewan: Transplantasi Nukleus

Topik	Isi Ringkasan
Masalah pada Sel Hewan	Sel hewan yang telah terdiferensiasi umumnya tidak dapat membelah atau berkembang menjadi berbagai tipe sel dalam kultur.
Solusi: Transplantasi Nukleus	Nukleus dari sel terdiferensiasi dipindahkan ke sel telur yang nukleusnya telah dibuang, untuk melihat apakah masih dapat mengarahkan perkembangan organisme.
Peneliti dan Percobaan	Robert Briggs & Thomas King (1950-an) John Gurdon (1970-an) Subjek: katak (transplantasi nukleus ke sel telur kosong)
Hasil Utama	Transplantasi nukleus dari sel muda dapat menghasilkan kecebong, tetapi potensi ini menurun drastis seiring bertambahnya usia sel donor.
Kesimpulan Gurdon	Potensi genetik nukleus sel hewan menurun selama diferensiasi; semakin tua sel donor, semakin terbatas kemampuan nukleusnya.
Makna Biologis	Menunjukkan bahwa meskipun DNA tetap sama, ekspresi gen berubah permanen selama diferensiasi pada hewan — berbeda dengan tumbuhan.

Pengklonaan Reproduktif Mamalia

Topik	Isi Ringkasan
Terobosan Kloning: Dolly	Pada 1997, Dolly menjadi mamalia pertama yang berhasil diklon dari sel somatik dewasa (sel ambing) melalui transplantasi nukleus. Hanya 1 dari ratusan embrio berkembang sempurna.
Teknik yang Digunakan	Sel donor dikultur dalam medium rendah nutrien untuk mendederensiasi Nukleusnya ditransfer ke sel telur tanpa nukleus Embrio dikembangkan lalu ditanamkan ke induk pengganti
Hasil dan Kematian Dolly	Dolly memiliki DNA nukleus identik dengan induk donor, tetapi mati muda akibat penyakit paru-paru. Hal ini menimbulkan pertanyaan tentang ketidaksempurnaan pemrograman ulang nukleus.
Kloning Reproduktif	Kloning untuk menghasilkan individu baru (bukan jaringan atau organ). Telah dilakukan pada mencit, kucing, sapi, anjing, dll. Namun klona tidak selalu identik dalam perilaku atau penampilan.
Contoh Ketidakteridentikan Klona	Kucing hasil klona (CC) memiliki warna bulu berbeda dengan induknya karena inaktivasi acak kromosom X. Lingkungan dan faktor acak turut memengaruhi perkembangan.
Kloning Manusia	Sudah dilakukan langkah awal (transplantasi nukleus → pembelahan awal → blastosit) Pernah dilaporkan di Korea Selatan, namun laporan kemudian ditarik
Isu Etis	Kloning manusia menimbulkan perdebatan etis yang serius dan belum terselesaikan hingga kini.

Masalah-Masalah yang Berkenaan dengan pengklanaan Hewan

Topik	Isi Ringkasan
Efisiensi Rendah	Hanya sebagian kecil embrio hasil kloning yang berkembang normal hingga lahir. Banyak menunjukkan kecacatan bahkan jika tampak normal secara luar.
Contoh Abnormalitas	Hewan hasil klona (misalnya mencit) mengalami obesitas, pneumonia, gagal hati, kematian dini, dan cacat tersembunyi lainnya.
Penyebab Epigenetik	Sel terdiferensiasi memiliki ekspresi gen spesifik yang diatur melalui modifikasi epigenetik (metilasi DNA, asetilasi histon) Pada kloning, perubahan ini harus dibalikkan agar nukleus donor berfungsi seperti nukleus zigot
Masalah Metilasi DNA	DNA embrio hasil klona sering menunjukkan pola metilasi yang tidak normal → menyebabkan ekspresi gen terganggu → gangguan perkembangan embrio.
Implikasi Biologis	Keberhasilan kloning sangat bergantung pada kemampuan mengembalikan struktur kromatin donor menjadi seperti pada sel telur normal.

Sel Funca Hewan

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Pengklonaan Embrio	Untuk menghasilkan sel punca (stem cell), bukan reproduksi, dengan tujuan terapi penyakit.
Definisi Sel Punca	Sel belum terspesialisasi, dapat memperbanyak diri tanpa batas dan berdiferensiasi menjadi satu atau lebih tipe sel tertentu.
Sel Punca Embrionik (ES)	Diisolasi dari embrio tahap blastosit Dapat menjadi hampir semua tipe sel (pluripoten) Dapat dikultur secara tak terbatas
Sel Punca Dewasa	Ditemukan di sumsum tulang, otak, kulit, dll Multipoten, hanya menghasilkan sel dari jaringan terkait Sudah digunakan dalam terapi sistem kekebalan tubuh
Tujuan Medis	Menghasilkan sel sehat untuk mengganti jaringan yang rusak pada penyakit seperti diabetes, Parkinson, dan kanker.
Kloning Terapetik	Menghasilkan embrio klona hingga blastosit untuk memperoleh ES cell yang sesuai secara imunologis dengan pasien.
Isu Etis	Karena ES diperoleh dari embrio manusia, muncul perdebatan moral; namun tidak semua menolak kloning terapetik.
Sel iPS (Induced Pluripotent Stem Cells)	Sel dewasa (misalnya kulit) diubah kembali menjadi sel pluripoten dengan menambahkan 4 gen utama menggunakan retrovirus Telah berhasil dilakukan pada mencit dan manusia Berpotensi menggantikan ES tanpa melibatkan embrio
Harapan Masa Depan	Sel iPS memungkinkan terapi personal tanpa isu etis, karena tidak memerlukan sel telur atau embrio manusia.

Aplikasi praktis teknologi DNA memengaruhi kehidupan kita dalam berbagai caraAplikasi medis

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Utama	Identifikasi gen manusia yang bermutasi dan menyebabkan penyakit genetik, untuk membantu diagnosis, terapi, dan pencegahan.
Penyakit Non-genetik	Gen juga memengaruhi kerentanan terhadap penyakit non-genetik seperti AIDS atau artritis; perubahan ekspresi gen turut terlibat.
Peran Ekspresi Gen	Semua penyakit melibatkan perubahan ekspresi gen, baik di jaringan yang terkena maupun di sistem imun pasien.
Teknologi yang Digunakan	Microarray DNA Teknik analisis ekspresi lainnya Digunakan untuk membandingkan ekspresi gen antara jaringan sehat dan jaringan berpenyakit.
Sasaran Terapi	Gen-gen yang berubah ekspresinya dalam kondisi sakit dapat menjadi target terapi atau pencegahan masa depan.

Diagnosis Penyakit

Topik	Isi Ringkasan
Penerapan PCR & RT-PCR	RT-PCR digunakan untuk mendeteksi RNA HIV dalam darah/tubuh PCR digunakan untuk mendeteksi ratusan kelainan genetik secara cepat dan akurat
Kelainan Genetik yang Dideteksi	Penyakit sel sabit, hemofilia, sistik fibrosis, penyakit Huntington, distrofi otot Duchenne, dll — bahkan sebelum gejala muncul atau bayi dilahirkan.
Pengganti Southern Blotting	PCR telah menggantikan Southern blot untuk mendeteksi alel resesif dan pembawa tanpa gejala.
Penanda Genetik	Genetic marker: sekuens DNA yang bervariasi antarindividu dan dapat ditautkan ke alel penyebab penyakit. Digunakan untuk diagnosis tidak langsung penyakit genetik.
SNP (Single Nucleotide Polymorphism)	Variasi pasangan basa tunggal (1 setiap 100–300 basa) Dapat berada di sekuens pengode maupun bukan-pengode Beberapa SNP memengaruhi situs restriksi → berpengaruh pada analisis genetik
RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)	Perubahan panjang fragmen DNA setelah dipotong enzim karena perbedaan sekuens (contoh: sel sabit) Dapat digunakan untuk mendeteksi alel penyebab penyakit secara tidak langsung
Diagnostik Tidak Langsung	Jika penanda SNP/RFLP sangat dekat dengan gen penyebab, keduanya diwariskan bersama → diagnosis mutasi meski gen belum diidentifikasi langsung.

Terapi Gen Manusia

Topik	Isi Ringkasan
Definisi Terapi Gen	Prosedur memperkenalkan gen normal ke dalam sel penderita penyakit genetik dengan tujuan memperbaiki fungsi sel atau menyembuhkan penyakit.
Target Utama	Sel somatik yang dapat membelah sepanjang hidup, khususnya sel punca dari sumsum tulang yang menghasilkan sistem imun.
Contoh: SCID	Penyakit defisiensi imun berat akibat mutasi gen Terapi gen menggunakan retrovirus untuk menyisipkan gen normal ke sel sumsum tulang
Hasil Uji Klinik	Dari 10 anak dengan SCID, 9 membaik signifikan; namun 3 kemudian terkena leukemia karena gen terapetik menyisip di dekat gen pemicu kanker.
Risiko dan Tantangan	Penyisipan acak bisa mengganggu gen penting Kontrol ekspresi gen sulit (waktu, lokasi, jumlah)
Isu Etis	Apakah boleh mengubah genom manusia, khususnya sel galur-germinal? Risiko eugenika dan hilangnya variasi genetik yang berguna dalam kondisi lingkungan berbeda
Catatan Evolusioner	Alel merugikan bisa menguntungkan dalam kondisi lain (contoh: sel sabit → resistensi malaria); menghapusnya bisa membahayakan ketahanan spesies.

Produk-produk FarmasiSintesis Molekul Kecil untuk Digunakan Sebagai Obat

Topik	Isi Ringkasan
Terapi Molekul Kecil	Obat dirancang untuk memblokir fungsi protein yang penting bagi kelangsungan hidup sel kanker.
Contoh Obat: Imatinib (Gleevec)	Menghambat tirosin kinase reseptor spesifik Efektif untuk leukemia mielogenus kronik (CML) yang disebabkan oleh translokasi kromosom Pasien CML menunjukkan kesembuhan jangka panjang
Aplikasi Lain	Obat sejenis juga digunakan untuk menangani beberapa jenis kanker paru-paru dan kanker payudara.
Syarat Keberhasilan	Pendekatan ini hanya efektif jika dasar molekuler kanker telah dipahami dengan baik.
Sintesis Protein Farmasi	Produk protein (misalnya hormon, antibodi) kini dapat disintesis dalam skala besar menggunakan kultur sel atau organisme utuh, namun kultur sel lebih umum digunakan.

Produksi Protein oleh Hewan dan Tumbuhan (Pharm)

Topik	Isi Ringkasan
Hewan Transgenik	Individu yang genomnya telah diintegrasikan dengan gen asing (transgen), sering dari spesies lain, melalui teknik rekayasa genetika.
Langkah Pembuatan	Sel telur diambil dari betina spesies penerima Dibuahi secara in vitro DNA transgen disuntikkan ke dalam nukleus zigot Embrio ditanam ke rahim induk pengganti
Contoh Produk	Protein manusia seperti antitrombin diproduksi dalam susu kambing transgenik; protein kemudian dimurnikan untuk digunakan sebagai obat.
Keuntungan & Pertimbangan	Kambing dipilih karena bereproduksi cepat dan menghasilkan banyak susu Perlu pengujian ketat terhadap protein hasil karena bisa berbeda dari bentuk alami dan menimbulkan efek samping
Tumbuhan 'Pharm'	Tumbuhan direkayasa untuk menghasilkan protein manusia (obat) atau virus (vaksin); misalnya, padi transgenik untuk susu formula diare bayi disetujui FDA pada 2007.

Bukti Forensik dan Profil Genetik

Topik	Isi Ringkasan
Masalah Uji Tradisional	Uji golongan darah atau tipe jaringan membutuhkan sampel segar dalam jumlah besar dan hanya dapat mengeliminasi tersangka, bukan mengidentifikasi secara pasti.
Keunggulan Uji DNA	Sekuens DNA unik untuk setiap individu (kecuali kembar identik); dapat menghasilkan identifikasi yang sangat akurat dari sampel biologis kecil.
Penanda Genetik	STR (Short Tandem Repeats): ulangan pendek (2–5 basa) yang sangat bervariasi antar individu. Amplifikasi dilakukan dengan PCR dan analisis elektroforesis.
Keuntungan STR	Dibutuhkan sangat sedikit DNA (hanya 20 sel) Tidak memerlukan Southern blot Lebih cepat dan tetap akurat meski DNA terdegradasi
Aplikasi STR	Identifikasi pelaku kejahatan dan korban Pembuktian paternitas Mengoreksi vonis keliru (misal: Innocence Project) Identifikasi korban bencana massal (misal: WTC 2001)
Probabilitas Kesamaan Profil	Dengan 13 penanda STR, peluang dua individu berbeda memiliki profil yang sama sangat kecil (1 banding 10 miliar hingga triliunan).
Variasi Etnis	Frekuensi penanda genetik dapat bervariasi antar kelompok etnis, sehingga data populasi penting untuk keakuratan statistik.
Keandalan Hukum	Profil genetik telah diterima secara luas di pengadilan karena keakuratannya, meskipun tetap harus memperhatikan kemungkinan kesalahan teknis atau data.

Pembersihan Lingkungan

Topik	Isi Ringkasan
Bioremediasi oleh Mikroba	Mikroorganisme dapat dimanfaatkan untuk membersihkan lingkungan dari zat berbahaya. Contoh: bakteri yang dapat mengekstraksi logam berat (tembaga, timbel, nikel) lalu mengubahnya menjadi senyawa mudah dikumpulkan seperti tembaga sulfat.
Rekayasa Genetik Mikroba	Gen-gen metabolisme dari mikroba ekstrem dapat ditransfer ke mikroorganisme lain agar lebih efektif digunakan untuk pembersihan limbah atau penambangan logam dari lingkungan.
Contoh Aplikasi Bioremediasi	Mikroba rekayasa digunakan untuk degradasi hidrokarbon terklorinasi dan senyawa toksik lainnya di pusat pengolahan limbah atau pabrik industri.
Biofuel dari Tanaman	Bioetanol dibuat dari fermentasi pati tumbuhan (jagung, singkong), sedangkan biodiesel berasal dari minyak nabati. Keduanya bisa menggantikan bahan bakar fosil.
Kontroversi Biofuel	Pendukung: biofuel lebih ramah lingkungan. Penentang: budidaya tanaman pangan untuk biofuel justru menimbulkan dampak lingkungan yang tinggi.

Aplikasi PertanianBudidaya Hewan

Topik	Isi Ringkasan
Pembiakan Selektif Tradisional	Selama berabad-abad, manusia membudidayakan hewan dengan menyilangkan individu-individu yang memiliki sifat unggul akibat mutasi dan rekombinasi genetik alami.
Peran Teknologi DNA	Teknologi DNA mempercepat proses pembiakan selektif dengan memungkinkan penciptaan hewan transgenik yang langsung membawa sifat unggul hasil kloning gen tertentu.
Contoh Hewan Transgenik	Contoh: Domba dengan wol lebih baik, babi dengan daging rendah lemak, sapi yang cepat tumbuh, atau domba yang membawa gen pembentuk otot dari ras sapi unggul.
Masalah yang Timbul	Hewan transgenik sering mengalami gangguan fertilitas atau lebih rentan terhadap penyakit. Oleh karena itu, kesehatan dan kesejahteraan hewan harus menjadi perhatian utama dalam pengembangannya.

Rekayasa Genetik pada Tumbuhan

Topik	Isi Ringkasan
Tujuan Rekayasa Genetik Tanaman	Memberikan gen-gen pengode sifat unggul seperti penundaan pematangan buah, resistensi penyakit, pembusukan, dan stres lingkungan seperti salinitas.
Proses Rekayasa	Dilakukan pada sel somatik dalam kultur. Gen asing diintroduksi menggunakan plasmid Ti dari Agrobacterium tumefaciens yang dimodifikasi.
Metode Transfer Gen	Melalui elektroporasi atau infeksi sel tumbuhan dengan Agrobacterium yang mengandung plasmid rekombinan.
Contoh Sifat Baru	Resistensi herbisida (tanaman tumbuh, gulma mati) Resistensi serangga (mengurangi insektisida) Resistensi salinitas (padi tahan air asin)
Peningkatan Nilai Gizi	Contoh: Padi transgenik (beras emas) menghasilkan beta karoten sebagai prekursor vitamin A, untuk mencegah kebutaan akibat defisiensi vitamin A.
Dampak Global	Tanaman rekayasa genetik seperti padi resisten salinitas sangat berguna dalam menghadapi lahan irigasi yang rusak akibat salinitas tinggi.

Pertanyaan tentang Keamanan dan Etika yang Dimunculkan oleh Teknologi DNA

Topik	Isi Ringkasan
Kekhawatiran Awal	Berfokus pada potensi terciptanya patogen baru yang berbahaya dari manipulasi DNA, seperti gen kanker pada mikroba.
Langkah Keamanan	Aturan laboratorium ketat Mikroba dibuat cacat genetik agar tidak hidup di luar lab Larangan eksperimen berisiko tinggi
Kontroversi GM Organisme (GMO)	Fokus publik kini beralih ke keamanan pangan dan lingkungan akibat tanaman GM Tersebar luas di AS, Brasil, Argentina; ditolak secara luas di Eropa
Isu Lingkungan GMO	Risiko gen resistensi menyebar ke tanaman liar dan menciptakan "gulma super", serta potensi toksisitas terhadap serangga seperti kupu-kupu.
Risiko Kesehatan	Kekhawatiran muncul terhadap kemungkinan reaksi alergi akibat protein transgen; pengujian terhadap alergen dilakukan sebelum rilis.
Regulasi Bioteknologi	Diatur oleh badan seperti FDA, EPA, dan USDA di AS, yang menilai risiko dan keamanan bioteknologi dalam pertanian dan medis.
Implikasi Etika	Akses dan privasi informasi genom individu kini menjadi perhatian. Perlu kejelasan mengenai siapa yang boleh mengakses data genetika.