Berdasarkan Hasil Riset Terbaru, CRISPR/Cas9 Menyebabkan Kerusakan Genom Lebih Banyak Dari yang Diduga

Bagikan Artikel ini di:

Gambar 1. Ilustrasi pengeditan gen CRISPR/Cas9. Seperti gunting yang memotong pita ganda DNA. Sumber gambar : [1]

Para peneliti di Wellcome Sanger Institute menemukan bahwa pengeditan genom menggunakan CRISPR/Cas9 dapat menyebabkan kerusakan genetik yang lebih besar dalam sel daripada yang diperkirakan sebelumnya. Temuan ini memiliki implikasi keamanan pada terapi gen yang menggunakan CRISPR/Cas9, karena kerusakan gen yang tak terduga dapat menyebabkan perubahan berbahaya pada sel.

Dilaporkan pada 16 Juli 2018 dalam jurnal Nature Biotechnology [2], penelitian ini juga mengungkap bahwa pengujian standar yang dilakukan untuk mendeteksi perubahan DNA pada sistem CRISPR/Cas9 masih gagal dalam menemukan kerusakan genetik. Oleh karena itu, tindakan hati-hati dan pengujian spesifik perlu dilakukan pada sistem ini, sehingga dapat digunakan untuk terapi gen potensial.

Gambar 2. Kartun struktur molekuler Cas9 (transparan) dan gRNA (merah) berinteraksi dengan DNA (biru). Sumber gambar : [3].

Sekilas Tentang Pengeditan Gen CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9 merupakan teknologi pengeditan genom terbaru. Teknik ini memodifikasi DNA dalam sel dengan memotong titik-titik tertentu dan menyingkirkan, menambah, atau mengganti urutan DNA di lokasi tersebut. Sistem CRISPR/Cas9 terdiri dari dua molekul kunci yang memberikan mutasi pada DNA. Molekul pertama adalah enzim Cas9, yang bertindak sebagai pasangan “gunting molekuler”. Enzim inilah yang memotong dua untai DNA pada lokasi spesifik. Molekul kedua adalah RNA pemandu (guide RNA/gRNA), yang memandu Cas9 ke bagian genom yang tepat. gRNA ini memang didesain untuk menemukan dan berikatan dengan urutan spesifik DNA. Akibat kerja kedua molekul ini, sel mengetahui bahwa DNA dirusak dan berusaha untuk memperbaikinya. Ilmuwan kemudian dapat menggunakan mesin perbaikan DNA untuk memberikan perubahan pada satu atau lebih gen pada genom sel yang diinginkan [4].

Gambar 3. Skema kerja pengeditan genom CRISPR/Cas9. Sumber gambar : [4].

Melalui penelitian yang ekstensif, CRISPR/Cas9 juga telah diharapkan dapat menjadi metode yang potensial untuk pengobatan berbasis pengeditan genom bagi penyakit seperti HIV [5], kanker [6], dan anemia sel sabit [7]. Namun, setiap pengobatan potensial harus terbukti aman. Termasuk dalam hal ini juga adalah keamanan dari mutasi yang tak diinginkan.

Mutasi Tak Diinginkan

Keamanan sistem CRISPR/Cas9 dari mutasi yang tak diinginkan telah menjadi topik utama yang diperbincangkan oleh para ilmuwan. Sebagian penelitian memberikan hasil yang mengkhawatirkan. Bahwa CRISPR/Cas9 menghasilkan mutasi di lokasi yang berbeda dari lokasi target [8,9]. Sejumlah upaya kemudian telah dikembangkan untuk mengurangi dampak masalah ini, di antaranya modifikasi enzim Cas9 dan protokol penghantaran enzim yang khusus [8,10]. Meskipun demikian, penelitian-penelitian sebelumnya menunjukkan mutasi yang tak diinginkan sangat jarang terjadi di lokasi target pengeditan DNA genom [2,11]. Untuk menyelidiki tentang ini lebih lanjut, peneliti-peneliti Wellcome Sanger Institute melakukan studi sistematis pada sel tikus maupun manusia. Mereka kemudian menemukan bahwa CRISPR/Cas9 dapat menyebabkan mutasi-mutasi yang signifikan dan ekstensif, berupa delesi (penghapusan DNA) dalam ukuran besar dan penyusunan ulang genom yang lebih kompleks. Beberapa di antara mutasi ini bisa jadi memiliki konsekuensi patogenik (menyebabkan penyakit) [2].

Dikutip dari laman Wellcome Sanger Institute [12], Profesor Allan Bradley, penulis korespondensi  penelitian tersebut berkomentar, “ini  merupakan pemeriksaan sistematis pertama untuk peristiwa tak diinginkan sebagai akibat dari pengeditan CRISPR/Cas9 pada sel yang relevan untuk terapi. Kami menemukan bahwa perubahan pada DNA telah sangat diremehkan sebelumnya. Penting bagi siapa pun yang berpikir untuk menggunakan teknologi ini dalam terapi gen, untuk bertindak dengan kehati-hatian, dan memeriksa secara teliti terhadap efek bahaya yang mungkin terjadi. ”

Implikasi Terapeutik

Studi [2] ini memiliki implikasi pada penggunaan CRISPR /Cas9 dalam terapeutik. Selain itu, hasil ini mungkin akan memantik kembali minat para peneliti untuk mencari alternatif dari metode CRISPR/Cas9 standar untuk pengeditan gen.

Sebagaimana juga dikutip dari laman Wellcome Sanger Institute [12], profesor Maria Jasin, peneliti dari Memorial Slone Kettering Cancer Centre, yang tidak terlibat dalam studi tersebut, berkomentar, “studi yang dilakukan oleh Wellcome Sanger Institute merupakan yang pertama memeriksa kumpulan kerusakan genom yang muncul pada lokasi pemotongan CRISPR/Cas9. Meskipun tidak diketahui apakah genom pada sel lain akan terpengaruh dengan cara yang sama, studi ini menunjukkan bahwa penelitian lebih lanjut dan pengujian spesifik diperlukan sebelum CRISPR/Cas9 digunakan secara klinis.”

Gambar 4. Peneliti sedang melakukan pengujian dengan DNA. Sumber gambar : [13].

Potensi Aplikasi Lain CRISPR/Cas9

Selain dalam terapeutik, sistem CRISPR/Cas9 memiliki potensi aplikasi yang beragam. Aplikasi yang paling mendasar adalah aplikasi pada bidang penelitian : CRISPR/Cas9 telah memungkinkan peneliti untuk menginvestigasi fungsi gen, biologi penyakit, dan pengembangan organisme model baru. Di luar itu, CRISPR/Cas9 juga memiliki potensi aplikasi besar dalam bidang pertanian dan lingkungan. Sebagai contoh, dalam bidang pertanian, sistem ini telah digunakan untuk merekayasa gandum roti dan jamur, sedangkan dalam bidang lingkungan, sistem ini berpotensi digunakan untuk mengeliminasi nyamuk pembawa penyakit [3].

CRISPR/Cas9 di Indonesia

CRISPR/Cas9 memang merupakan teknologi pengeditan genom terbaru. Meskipun demikian, efektifitasnya telah menarik minat banyak peneliti di dunia untuk menggunakan teknologi ini. Tidak ketinggalan juga para peneliti di Indonesia [14,15,16]. Peneliti di Fakultas Biologi Universitas Gadjah Mada, Dr. Endang Semiarti, sebagai salah satu contoh, sedang memimpin pelaksanaan riset pemuliaan anggrek berbasis CRISPR/Cas9 [15,16].

Yuli Setiawati, mahasiswa yang terlibat dalam riset pemuliaan tersebut, mengemukakan pendapatnya tentang temuan terkini CRISPR/Cas9 [2]. “Ada kemungkinan kerusakan gen akan (terjadi) lebih banyak dari yang ditargetkan. (Ini karena) kita seperti ‘force something to break’ (memaksa sesuatu untuk putus-red),” paparnya melalui aplikasi whatsapp. Riset pemuliaan anggrek berbasis CRISPR/Cas9 ini berjalan dengan hibah dari JSPS-RTDGHE Bilateral Joint Research Project for FY2017-2019 [16].

Tidak Menghalangi Penggunaan CRISPR/Cas9

Secara keseluruhan, hasil pengeditan tak terduga CRISPR/Cas9 ini merupakan permasalahan yang layak mendapatkan lebih banyak perhatian. Tetapi, masalah ini semestinya tidak menghalangi siapapun dari menggunakan CRISPR/Cas9, menurut James Haber, biologist molekular di Brandeis University, dikutip dari Nature [17].  “Ini berarti, saat orang menggunakan (CRISPR/Cas9) itu, mereka perlu melakukan analisis yang lebih menyeluruh,” ungkapnya. “Secara umum penting untuk mengetahui apakah mutasi-mu memang terjadi sebagaimana yang kau pikirkan.”

 

Referensi :

  1. Sampol, C. 2016. CRISPR-Cas9, A Troubling Genetic Revolution. MedicalExpo e-magazine. http://emag.medicalexpo.com/article-long/crispr-cas9-a-genetic-revolution-that-generates-questions/.
  2. Kosicki, M., et al. 2018. Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements. Nature Biotechnology : 1-8. https://doi.org/10.1038/nbt.4192.
  3. Illumina, Inc. 2017. An Overview of Recent Gene Editing Research Publication Featuring Illumina Technology. Gene Editing Research Review.  Illumina.com.
  4. Anonim. 2016. What is CRISPR-Cas9?. YourGenome. https://www.yourgenome.org/facts/what-is-crispr-cas9.
  5. Hu, X. 2016. CRISPR/Cas9 system and its applications in human hematopoietic cells. Blood Cells Mol Dis. 62 : 6-12.
  6. Cornu, T. I., et al. 2017. Refining strategies to translate genome editing to the clinic. Nat Med. 23 : 415–423.
  7. Traxler, E. A., et al. 2016. A genome-editing strategy to treat β-hemoglobinopathies that recapitulates a mutation associated with a benign genetic condition. Nat Med. 22(9) : 987-990.
  8. Zhang, X. H., et al. 2015. Off-target Effects in CRISPR/Cas9-mediated Genome Engineering. MolTher Nucleic Acids 4, e264 : 1 – 8. Doi : 10.1038/mtna.2015.37.
  9. Fu, Y., et al. 2013. High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells. Nat Biotechnol. 31(9) : 822-826. doi: 10.1038/nbt.2623.
  10. Kim, S., et al. 2014. Highly efficient RNA-guided genome editing in human cells via delivery of purified Cas9 ribonucleoproteins. Genome Res. 24 : 1012–1019.
  11. Ghezraoui, H., et al. 2014. Chromosomal Translocations in Human Cells Are Generated by Canonical Nonhomologous End-Joining. Mol. Cell 55 : 829–842.
  12. Wellcome Sanger Institute Communications Team. 2018. Genome damage from CRISPR/Cas9 gene editing higher than thought.  Wellcome Sanger Institute. https://www.sanger.ac.uk/news/view/genome-damage-crisprcas9-gene-editing-higher-thought.
  13. Mandelbaum, R. F. 2018. New Study Finds Unintended Consequences of CRISPR Gene Editing. Gizmodo. https://gizmodo.com/new-study-finds-unintended-consequences-of-crispr-gene-1827692218.
  14. Wardhani, B. W. K., et al. 2017. TMEPAI genome editing in triple negative breast cancer cells. Med J of Indones 26 (1) : 14 – 18. https://doi.org/10.13181/mji.v26i1.1871.
  15. Humas UGM. 2017. Pakar Biologi Molekular dan Bioteknologi Tanaman dari Nagoya Berkunjung ke UGM. https://www.ugm.ac.id/id/berita/13924-pakar.biologi.molekuler.dan.bioteknologi.tanaman.dari.nagoya.berkunjung.ke.fakultas.biologi.ugm.
  16. Faculty of Biology UGM. Research. http://biologi.ugm.ac.id/en/research/.
  17. Ledford, H. 2018. CRISPR gene editing produces unwanted DNA deletions. Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-018-05736-3.
Bagikan Artikel ini di:

Bagaimana Terjadinya Jenis Kelamin Makhluk Hidup?

Bagikan Artikel ini di:

Kugel, C. TED-Ed

Sudah tahu belum kenapa manusia ada yang berjenis kelamin laki-laki dan ada yang perempuan? Saat SMP atau SMA kita diajari bahwa di dalam manusia terdapat yang namanya kromosom. Kromosom ini adalah kumpulan DNA yang ibaratkan komputer, dia menyimpan banyak data tentang diri manusia. Misalkan warna rambutnya, bentuk matanya, warna kulitnya, botak atau tidaknya dan sebagainya termasuk jenis kelamin. Manusia memiliki 48 buah kromosom, 24 kita peroleh dari ibu dan 24 lainnya kita peroleh dari ayah. Dari 48 kromosom itu, terdapat 2 buah yang berbentuk unik X dan Y. Kromosom inil berfungsi untuk menyimpan data jenis kelamin, apakah laki-laki atau perempuan.

Pada perempuan kedua kromosom tersebut berbentuk XX dan disebut kromosom XX dan pada laki-laki berbentuk XY dan disebut kromosom XY. Sel telur yang ada pada rahim perempuan memiliki kromosom X saja, sedangkan sel sperma pada laki-laki bisa memiliki kromosom X saja atau Y saja. Jika terjadi pembuahan, sel sperma akan bertemu dengan sel telur, jika yang bertemu adalah sperma dengan kromosom X maka akan menjadi anak perempuan karena jumlah total kromosom sel telur dan sel sperma menjadi XX. Sedangkan jika yang bertemu dengan sel telur adalah sel sperma Y maka akan menjadi anak laki-laki karena jumlah total kromosom sel telur dan sel sperma menjadi XY.

Ini adalah bagaimana terjadinya jenis kelamin pada manusia. Lalu, bagaimana dengan jenis kelamin pada hewan? Lebah, kadal, penyu atau burung misalkan?

Jika pada manusia jenis kelamin ditentukan oleh sperma atau ayah, maka pada burung jenis kelamin ditentukan oleh betinanya. Pada burung terdapat kromosom Z dan W. Jika telur burung memiliki kromosom ZZ maka akan menjadi jantan dan jika memiliki kromosom ZW maka akan menjadi betina. Maka, pada burung jenis kelamin ditentukan oleh burung betina. Sperma burung jantan hanya memiliki kromosom Z sedangkan burung betina dapat menghasilkan sel telur dengan kromosom Z atau kromosom W. Sehingga, saat terjadi pembuahan menjadi telur, maka jenis kelamin lebih ditentukan oleh burung betina apakah sel telurnya memiliki kromosom Z atau kromosom W. Jika yang dibuahi oleh sperma adalah kromosom Z maka anak burung akan memiliki kromosom ZZ dan menjadi jantan. Sebaliknya, jika yang dibuahi adalah sel telur dengan kromosom W maka anak burung akan memiliki kromosom ZW dan menjadi burung betina.

Pada semut, penentuan jenis kelamin lebih menarik. Semua semut laki-laki tidak memiliki ayah. Semut betina dapat bertelur tanpa melakukan aktifitas reproduksi. Semut yang menetas dari telur-telur tanpa aktifitas seksual ini akan menjadi semut jantan. Sedangkan jika telur-telur dihasilkan dari aktifitas seksual akan menghasilkan semut betina. Cara penentuan jenis kelamin ini juga ada pada tawon dan lebah.

Berbeda dari semut dan burung yang jenis kelamin ditentukan oleh genetisnya, pada aligator dan penyu, jenis kelamin ditentukan oleh cuaca. Misalkan pada penyu, jenis kelamin belum dapat dipastikan saat telur masih baru keluar sampai mencapai waktu kritis. Pada titik ini, jenis kelamin ditentukan berdasarkan suhu saat itu. Suhu diatas suhu kritis akan menghasilkan penyu betina dan dibawah suhu kritis akan menghasilkan penyu jantan.

Hewan lain yang jenis kelaminnya ditentukan oleh lingkungan adalah cacing sendok. Cacing yang hidup dalam lautan. Jika larva dari cacing sendok jatuh mengenai dasar laut, maka cacing sendok akan berjenis kelamin betina. Namun jika larva jatuh diatas cacing sendok betina, maka akan menjadi cacing jantan.

Berbeda lagi dengan ikan. Jenis kelamin ikan bahkan masih dapat berubah saat sudah lahir. Contohnya pada ikan badut (ikan dalam kartun nemo). Semua ikan badut lahir sebagai ikan jantan namun setelah beranjak dewasa, ikan badut berubah menjadi ikan betina. Ikan badut hidup dalam struktur sosial dimana hanya ikan badut jantan dan betina yang dominan yang berkembang biak. Menariknya, jika betina paling dominan ini meninggal, maka ikan badut jantan paling dominan akan berubah menjadi betina menggantikan posisi ikan betina yang dominan tersebut. Selanjutnya, ikan jantan lain akan naik level menjadi ikan jantan paling dominan menggantikan ikan jantan yang berubah jadi betina.

Bagaimana dengan kadal gurun? Jawabannya sangat mudah. Kadal gurun berjenis kelamin perempuan dan selalu berkembang biak menjadi perempuan.

Ref.

Reedy, A. Sex Determination: More Complicated Than You Thought. 2012, TED-Ed

 

 

Anda merasa artikel ini bermanfaat? Mari bantu Warstek untuk bisa bermanfaat lebih besar dengan cara memberikan donasi.

Bagikan Artikel ini di: