Genome Editing : Memanipulasikan Pada Tingkat Genetik Menggunakan Aplikasi “CRISPR-Cas9” Dalam Mekanisme Imunitas Mikroba Penghambat Penuaan

Oleh: Nurul Azmi Abidin

Perkembangan kemajuan teknologi dibidang bioteknologi dan biologi molekuler mengalami peningkatan yang luar biasa pada saat ini. Kemajuan tersebut dimulai sejak ditemukannya teknologi PCR (polymerase chain reaction) untuk amplifikasi gen hingga teknologi transgenesis yang mengantarkan berbagai keberhasilan penelitian dibidang biomedik dan pertanian.

Gambar 1 : Illustrasi Ilustrasi kartun genome editing, sumber www.ecologise.in [10]

Dengan kemampuan gen yang mengontrol viabilitas sel mengalami penurunan, sejalan dengan meningkatnya aktivitas gen yang menyebabkan kematian sel dan berujung pada patogenesis penyakit. Memanipulasi aktivasi dan non-aktivasi gen yang terlibat dalam proses penuaan, maka kesehatan akan meningkat dan proses penuaan dapat dihambat bahkan dikembalikan. Saat ini telah ditemukan teknologi CRISPR Cas-9 yang memungkinkan manipulasi pada tingkat genetik. CRISPR dikembangkan sebagai bagian proses fisiologis pada bakteri, yang merupakan salah satu sistem imunitas bakteri.

Baca juga: CRISPR – Penyunting Gen Canggih

Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Yamaguchi-Shinozaki ilmuan berasal dari Jepang. Intervensi terhadap sistem DNA repair telah terbukti berdampak pada proses penuaan dini. Salah satu teknologi yang muncul dengan tingkat akurasi yang tinggi dan mudah digunakan adalah teknologi Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Cas9 (CRISPR/Cas9) [1].  Yang pertama dilakukan pada bakteri Escherichia coli.

Pengembangan proses penuaan merupakan akumulasi secara progresif berbagai perubahan patologis di dalam sel dan jaringan yang terjadi dengan berjalannya waktu. Menjadi tua atau aging adalah suatu proses menghilangnya kemampuan jaringan secara perlahan untuk memperbaiki atau mengganti diri dan mempertahankan struktur serta fungsi normalnya[2]. Pada penelitian yang dilakukan Baker et al dan Pangkahila pada tahun 2013  mendapatkan hasil bahwa kerusakan genom berkaitan dengan penuaan dan induksi artifisial dari kerusakan genom tersebut dapat menginduksi beberapa keadaan patologis yang berkaitan dengan mempercepat penuaan[2]. Terdapat bukti hasil penelitian yang menunjukkan bahwa perbaikan faktor yang terlibat dalam pengaturan segregasi kromosom saat pembelahan sel dapat meningkatkan harapan hidup pada mamalia.

Faktor genetik tersebut disebut juga dengan istilah Cas memiliki pengertian atau digunakan dalam satu set gen yang melakukan pengulangan CRISPR. Gen cas ini diduga mampu megkodekan nuklease atau helikase dengan menggunakan enzim yang mampu memotong DNA menurut Doudna & Charpentier[3].

Tim peneliti melakukan suatu percobaan mengenai Genome Editing. Genome editing adalah metode perakitan genetik dimana sebuah sekuens DNA bisa disisipkan, diganti dihapus, dan atau dipindahkan dari genom suatu organisme ke organisme lain dengan bantuan suatu enzim nuklease yang berfungsi seperti gunting molekuler. Tepatnya di tahun 2007, ilmuwan dari industri makanan Danisco yaitu Barrangou dan Horvath serta Moineau’s group di Universitas Laval Canada memperlihatkan bahwa mereka bisa memanfaatkan spacer DNA untuk mengubah Streptococcus thermophilus untuk menyerang fag[5].

Kemudian peneliti independen Doudna dan Charpentier mempelajari protein CRISPR terkait bagaimana suatu bakteri menggunakan spacer sebagai pertahanan kekebalan tubuh mereka[3]. Mereka bersama-sama mempelajari sistem CRISPR sederhana yang bergantung pada protein yang disebut Cas9. Mereka juga menemukan bahwa bakteri menanggapi suatu fag yang akan menyerang dengan cara menyalin spacer dan DNA palindromic menjadi molekul RNA lama. Kemudian sel akan menggunakan tracrRNA dan Cas9[3].

Cas9 sendiri sebenarnya merupakan nuklease yaitu sebuah enzim khusus yang mampu memotong DNA. Cas9 juga mempunyai dua situs aktif pemotong yaitu HNH dan RuvC dimana hanya dibutuhkan satu pemotong untuk setiap helai helix ganda dari DNA[3]. Tim ini menunjukkan bahwa mereka mampu menonaktifkan satu maupun kedua situs tadi sambil menjaga kemampuan Cas9 tetap diatas DNA target. Berikutnya Jinek et al mengusulkan bahwa sistem ini seperti panduan RNA sintesis yang dapat digunakan untuk mengedit DNA[6]. Jinek mengkombinasikan tracrRNA dan spacer RNA menjadi single-guide RNA dimana molekul yang dicampur dengan Cas9 mampu menemukan dan memotong DNA target dengan benar[6].

Gambar 2:  Prinsip kerja dari CRISPR penghapusan dari nukleotida yang menyebabkan rusaknya fungsi gen. Diambil dari www.clontech.com[7]

Gambar 3 : Struktur protein Cas9 (Song et al. 2016)[4]

Hasil pengujian hasil  terkait CRISPR-Cas9 fokus pada kelainan bawaan dan tidak ada relevansinya dengan penuaan. Namun jika diamati konteks penggunaan teknologi, maka teknologi CRISPR-Cas9 dapat digunakan sebagai tools untuk menangani penyakit degeneratif terkait penuaan. Ini adalah contoh dari metodologi untuk terapi gen dewasa dengan CRISPR yang mudah dibawa keluar untuk laboratorium dan menghasilkan jaringan dan organ yang baik pada orang dewasa. Hal ini karena esensi semua terapi gen adalah memungkinkan kita untuk mengobati dan mengimbangi kerusakan yang berkaitan dengan usia dan penurunan, seperti myostatin deletion untuk meningkatkan pertumbuhan otot, menambahkan reseptor lisosomal untuk meningkatkan autofagi dan menghambat penuaan sel, atau memindahkan gen mitokondria ke nukelus, sekarang secara teknik sangat mungkin dilakukan dengan metode CRISPR-Cas9[5].

Gambar 4 : Mekanisme kerja CRISPR-Cas9 pada Prokariota (Marraffini 2015) [8]

Dengan melakukan Targeted genome modification di banyak spesies yang belum bisa dilakukan dengan menggunakan teknik manipulasi genetik tradisional. Kemudahan penargetan ulang Cas9 hanya dengan merancang urutan RNA pendek juga memungkinkan percobaan modifikasi genom skala besar untuk menyelidiki fungsi gen atau menjelaskan varian genetik kausal. Berbagai protein atau RNA dapat ditambatkan ke Cas9 atau sgRNA untuk mengubah aktivitas transkripsi lokus genomik tertentu, memantau aktivitas kromatin, atau bahkan mengatur ulang organisasi tiga dimensi dari genom[9].

Teknologi genome editing CRISPR-Cas9 yang reliabel diaplikasikan pada embrio, dimana peneliti hanya perlu memastikan komponen genetik dari sejumlah sel kecil untuk membuat perubahan yang nantinya akan hadir di seluruh tubuh dewasa. Para peneliti berharap apa yang menjadi suatu kreativitas yang dibuat mendapatkan hasil yang sangat maksimal dalam proses teknologi CRISPR Cas9  untuk memberikan perkembangan yang baru pada sumber kehidupan.

Referensi :

[1] Todaka D, Shinozaki K, & Yamaguchi-Shinozaki K. (2017): Recent advances in the dissection of droughtstress regulatory networks and strategies for development of droughttolerant transgenic rice plants. Frontiers in plant science, 6, 84

[2] Pangkahila, W. 2011. Anti-Aging: Tetap Muda dan Sehat. PT Kompas Media Nusantara. Jakarta

[3]. Doudna, J.A. & Charpentier, E., 2014. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213), pp.1258096–1258096. Available at. http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1258096.

[4] Song, G. et al., 2016. CRISPR/Cas9: A powerful tool for crop genome editing. The Crop Journal, 4(2), pp.75–82.

[5] Barrangou, R. & Marraffini, L.A., 2014. CRISPR-cas systems: Prokaryotes upgrade to adaptive immunity. Molecular Cell, 54(2), pp.234–244.

[6] Jinek, M. et al., 2012. A Programmable Dual-Siswanto, F. M., B. H. Kartiko / Media Sains 1 (2) (2017)  56 J. Media Sains – September 2017  RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science, 337(6096), pp.816–821. Available at: http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1225829.

 [7] http://www.clontech.com/xxclt_i bcGetAttachment.jsp?cItemId=100247.Mei 2013.

[8] Marraffini, L.A., 2015. CRISPR-Cas immunity in prokaryotes. Nature, 526(7571), pp.55–61. Available at: http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature15386.

[9] Ran, F.A. et al., 2013. Double Nicking by RNA-Guided CRISPR Cas9 for Enhanced Genome Editing Specificity. Cell, 154(6), pp.1380–1389. Available at: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867413010155.

[10] http://www.ecologise.in/2016/03/13/crispr-is-coming-withbig- implications-for-food-farmers-consumers-and-nature/

 

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Warung Sains Teknologi

Warstek Media

Warung Sains Teknologi (Warstek) adalah media SAINS POPULER yang dibuat untuk seluruh masyarakat Indonesia baik kalangan akademisi, masyarakat sipil, atau industri. Sampai saat ini, sains dan teknologi berkesan ekslusif yang hanya ada di laboratorium dan tidak mampu secara langsung berdampak kepada masyarakat. Akibatnya masyarakat, pemerintah dan industri tidak menjadikan sains sebagai sarana mengatasi permasalahan atau membuat kebijakan. Untuk itu, warstek hadir untuk menjawab tantangan tersebut.

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar