1. Penemuan DNA terjadi pada Akhir Abad ke-19
Friedrich Miescher adalah seorang ahli biokimia Swiss dan juga orang pertama yang menemukan DNA. Pada tahun 1869, Ia mengekstrak substansi yang belum dikenal seperti sel-sel nanah dan biasa disebut "nuclein," yang kemudian dikenal sebagai DNA. Miescher menemukan bahwa substansi tersebut mengandung fosfor yang membedakannya dari protein dan menamai substansi tersebut dengan sebutan "nuclein" karena ditemukan dalam inti sel (nukleus). Protein yang ditemukan di sel nukleus ini diketahui mempunyai struktur dan kemampuan yang berbeda dalam pembentukannya.
Friedrich Miescher adalah seorang ilmuan dan ahli biologis yang berasal dari swiss, minat dan rasa penasarannya yang tinggi pada protein yang ditemukannya pun membawa si Friedrich ini melakukan penelitian tentang materi genetik saat bekerja di Universitas Tübingen di Jerman. Dia memulai berbagai percobaan dengan menggunakan sampel dari sel sel darah putih(pus cells) yang berasal dari jaringan limfatik, serta sel-sel dari pankreas dan kelenjar getah bening. Penemuannya berlanjut pada ekstraksi substansi baru ketika dia memulai percobaannya lagi menggunakan teknik pemecahan sel dan pemisahan kimia dengan mengisolasi material dari inti sel lalu menggunakan larutan garam untuk mengendapkan substansi tersebut dari larutan. Dari percobaan yang dilakukan Friedrich Miescher, ditemukan bahwa substansi yang terpisah dan berbeda dari protein dan lipid adalah material yang kaya fosfor dan asam nukleat serta dikenal dengan sebutan "nuclein" karena keberadaannya di dalam inti sel.
Nuclein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan fosfor yang menunjukkan bahwa komponen protein tersebut berbeda dari kebanyakan protein pada dasarnya yang mempunyai 20 jenis asam amino. Nuclein juga mempunyai tiga komponen penting yang membedakannya dari protein pada umumnya yaitu gugus fosfat, gula, dan basa nitrogen.
2. Struktur dan Fungsi DNA
Pada tahun 1900, prinsip-prinsip genetika ditemukan oleh Gregor Mendel dan diakui sebagai dasar pewarisan sifat. Penelitian ini dilakukan di tempat tinggalnya Brno yang sekarang telah menjadi Republik Ceko. Prinsip-prinsip utama yang ditemukan olehnya yaitu:
*Hukum Segregasi
Sebuah varian gen yang memiliki dua alel di setiap individu yang dapat berpengaruh pada kesehatan, perilaku, dan karakteristik fisik. Hukum ini menyatakan bahwa hanya ada satu gen dari setiap pasangan alel yang diteruskan secara turun menurun.
*Hukum Asortasi Bebas
Hukum ini menyatakan bahwa setiap pasangan alel dengan sifat lebih dari satu contohnya (Aa) diwariskan secara acak tanpa bergantung pada alel gen lain dalam proses pewarisan.
*Hukum Dominasi
Ada beberapa alel dapat mendominasi alel lain yaitu alel dominan yang berarti efek fenotipe yang dominan dan alel resesif yang berarti efek fenotipe jika dua salinan alel resesif ditemukan. Dalam eksperimennya, Mendel mengidentifikasi bahwa alel dominan akan menutupi efek alel resesif jika keduanya ditemukan dengan kata lain alel resesif jika bertemu dengan alel dominan maka efek resesif tidak akan terlihat.
Ekperimen yang dilakukan Mendel untuk menyelidiki pewarisan sifat adalah dengan melakukan persilangan terhadap tanaman yang mempunyai sifat berbeda pada kacang polong (Pisum sativum), perbedaan seperti warna bunga (ungu atau putih) dan bentuk biji (halus atau berkerut). Contoh pada dua varietas tanaman kacang polong yang berbeda yaitu
- Tanaman Purba (P Generation)
- Varietas Ungu (UU)
- Varietas Putih (uu)
Mendel menetapkan bahwa alel ungu (U) dominan dan alel putih (u) resesif.
2. Generasi F1 (Filial 1)
Mendel melakukan penyilangan terhadap tanaman ungu dengan tanaman putih yang menghasilkan semua keturunan (F1) dengan warna bunga ungu. Ini menunjukkan bahwa alel ungu dominan dan efek alel putih resesif
3. Generasi F2 (Filial 2)
Mendel kemudian menyilangkan tanaman F1 satu sama lain. Pada generasi F2, Mendel menemukan bahwa rasio fenotipe bunga adalah sekitar 3:1, yaitu 75% ungu dan 25% putih. Ini menunjukkan bahwa alel ungu dominan dan alel putih resesif dalam mewarisi pola dominasi.
Persilangan pada tanaman tertentu sesuai dengan hukum dominasi yang menyebutkan bahwa suatu individu memiliki satu alel dominan dan satu alel resesif untuk suatu sifat, sifat dominan akan terlihat pada fenotipe individu tersebut seperti eksperimen yang dilakukan Mendel diatas. Pengetahuan ini banyak membantu para ahli lain memahami lebih jelas tentang gen dan alel dalam berinteraksi untuk menentukan sifat individu, genetika molekuler, di mana konsep dominasi masih berhubungan dengan konteks variasi genetik dan ekspresi gen.
Pada tahun 1928 di Laboratorium Bakteriologi di University College London, Inggris penemuan DNA dilanjutkan oleh Frederick Griffith seorang ahli bakteriologi asal inggris dengan percobaan dalam mengetahui fenomena transformasi genetik, di mana bakteri yang tidak virulen(penuh racun) bisa menjadi virulen melalui pengambilan materi genetik dari bakteri yang virulen. Ini menunjukkan bahwa informasi genetik dapat dipindahkan antar bakteri dan mengubah sifat mereka. Meskipun pada saat itu Griffith tidak mengetahui bahwa DNA adalah materi genetik yang dimaksud, percobaannya membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut yang mengidentifikasi DNA sebagai molekul penyimpan informasi genetik.
Ada 2 jenis bakteri utama yang dilakukan oleh Frederick Griffith saat itu yaitu
1. Bakteri yang memiliki kapsul pelindung dan penyebab penyakit. Mereka disebut "virulen" karena bisa menyebabkan pneumonia yang dikenal sebagai S-Strain (S1)
2. Bakteri yang memiliki kapsul pelindung dan tidak menyebabkan penyakit. Mereka disebut "tidak virulen". Jenis ini dinamakan R-Strain (R1).
Griffith kemudian melakukan percobaan pada dua bakteri tersebut untuk mengetahui apakah sifat virulen dapat dipindahkan dari bakteri virulen ke bakteri virulen tidak berbakteri. Griffith melakukan percobaan tersebut dengan bakteri S-Strain (virulen) pada hewan uji mencit dan hasilnya mencit tersebut meninggal akibat pneumonia. Ini menunjukkan bahwa S-Strain dapat menyebabkan penyakit. Uji coba konduksi pun di lakukan dengan injeksi bakteri R-Strain. Hasil ini menunjukkan bakteri R-Strain (tidak virulen) tetap sehat dan tidak menyebabkan penyakit. Pada Injeksi Bakteri S-Strain, Griffith kemudian memanaskan (menyublim) bakteri S-Strain hingga mati dan menyuntikkan bakteri S-Strain yang telah mati ke mencit sehat. Hasilnya mencit ini tetap sehat, yang menunjukkan bahwa bakteri S-Strain yang mati tidak menyebabkan penyakit. Percobaan selanjutnya yaitu R-Strain dan bakteri S-Strain yang telah mati di campur dan disuntikkan ke mencit sehat. Hasilnya mencit yang disuntikkan mengalami pneumonia dan mati. Jadi apa penyebabnya? Iya, R-Strain bertranformasi jika dikombinasikan dengan S-strain virulen yang telah dimatikan, dikarenakan terdapat sejenis darah genetik bawaan dari S-strain virulen yang berakhir jikalau bakteri telah di hilangkan bawaan genetik tersebut masih ada.
Eksperimen Griffith, bersamaan dengan penemuan oleh Avery dan lain-lain, pada akhirnya mengarah pada penemuan struktur heliks ganda DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953. Struktur DNA ini menjelaskan bagaimana informasi genetik ditransmisikan dan diwariskan
3. Struktur Heliks Ganda
Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick, dengan bantuan data sinar-X dari Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins ditemukan struktur DNA heliks ganda. Struktur ini terdiri dari dua untai yang saling berpilin dan dihubungkan oleh pasangan basa.
Struktur DNA sendiri terdiri dari 3 fondasi yaitu:
Struktur heliks ganda memberikan replikasi tiga dimensi secara akurat, di mana setiap untai berfungsi sebagai template untuk sintesis untai baru dan membantu sintesis protein menjadi RNA dan diterjemahkan menjadi protein melalui informasi genetik yang ditranskripsi. Seiring berjalannya waktu penggunaan teknologi modern seperti PCR (Polymerase Chain Reaction), sekuensing DNA, dan terapi gen membawa dampak yang signifikan dalam bidang bioteknologi dan kedokteran.
4. Pemetaan Genom dan Rekayasa Genetika
Penemuan Kode Genetik
Pada awal 1960-an, Marshall Nirenberg dan Heinrich Matthaei melakukan eksperimen cermerlangnya di National Institutes of Health (NIH) Bethesda, Maryland, Amerika Serikat dengan berhasil memecahkan dan menafsirkan kode genetik dan menyatakan bahwa hubungan antara urutan basa dalam DNA (kodon) sangat penting dalam pembentukan fungsional protein. Penemuan ini menetapkan bahwa tiga basa (kodon) dalam DNA atau RNA menentukan satu asam amino dalam protein yaitu fenilalanin.
Kemajuan dalam Pemetaan dan Rekayasa Genetika
- Teknik Gel Elektrophoresis: pada tahun 1970-an, teknik pemisahan DNA menggunakan gel elektroforesis dikembangkan. Teknik ini memungkinkan ilmuwan untuk memisahkan fragmen DNA berdasarkan ukuran dan memudahkan analisis genetik.
- Penggunaan Enzim Restriksi: di tahun yang sama, enzim restriksi diriset kembali oleh Paul Berg dan timnya. Enzim ini dapat memotong DNA pada lokasi spesifik seperti urutan GAATTC, memungkinkan Paul dan timnya memahami kombinasi DNA dan memanipulasi segmen DNA dengan lebih akurat. Pada tahun 1972, Paul Berg, bersama dengan Walter Gilbert dan Fred Sanger berhasil membuat DNA rekombinan pertama kali dengan menggabungkan DNA dari dua sumber berbeda. Ini adalah langkah awal rekayasa genetika modern, di mana gen dari satu organisme bisa dipindahkan ke organisme lain dengan penggunaan enzim restriksi.
- Teknik Kloning Gen: pada tahun 1973, Stanley Cohen dan Herbert Boyer mengembangkan teknik kloning gen menggunakan plasmid bakteri(molekul DNA kecil). Mereka memasukkan gen dari satu organisme ke dalam plasmid bakteri yang dapat dikloning dan diproduksi dalam jumlah besar. Ini adalah langkah awal dalam produksi rekombinan protein, seperti insulin.
Pemetaan Genom Manusia
Pemetaan Genom: pada awal 1980-an, Projek pemetaan genon manusia dilakukan secara besar-besaran. Pemetaan genom manusia ini bertujuan untuk menentukan urutan data DNA manusia secara lengkap dan mengidentifikasi gen-gen tertentu yang terjangkit penyakit.
Teknik Sekuensing DNA: Fred Sanger dan rekan-rekannya mengembangkan metode sekuensing DNA yang lebih efisien yang dinamakan NGS(Next Generation Sequencing) memungkinkan analisis urutan basa DNA menjadi lebih murah dibandingkan sekuensing sebelumnya yang memerlukan biaya jutaan dollar per urutan genom. Metode ini menjadi dasar untuk pemetaan genetik yang lebih efisien dan akurat. Pada tahun 1988, Proyek Genom Manusia resmi diluncurkan. Proyek ini merupakan usaha internasional untuk menentukan urutan DNA manusia dan identifikasi gen-gen dalam genom manusia. Tujuan dari projek ini adalah untuk memahami kode genetik manusia secara menyeluruh dan dapat membuka jalan dibidang kedokteran dan terapi.
Pengembangan PCR (Polymerase Chain Reaction) : pada tahun 1983, Kary Mullis mengembangkan teknik PCR (Polymerase Chain Reaction), yang bertujuan untuk memungkinkan pembuatan spesifik DNA dalam jumlah banyak diwaktu singkat sehingga mempercepat dan mudah dalam analisis genetik dan pemetaan.
Periode 1960-an hingga 1980-an adalah masa penting dalam sejarah genetika dan bioteknologi, dengan kemajuan dalam pemetaan genom dan rekayasa genetika memungkinkan para peneliti untuk terus berkembang dan dapat memanfaatkan hasil penelitian tersebut ke arah yang lebih efisien dan akurat. Penemuan dan teknologi yang dikembangkan selama periode ini membangun pondasi di banyak aspek dalam genetika yang lebih modern dengan pemanfaatan bioteknologi saat ini.
5. Proyek Genom Manusia dan Era Modern
Proyek Genom Manusia dimulai pada tahun 1990 adalah sebuah pencapaian besar dalam memetakan dan menentukan urutan seluruh DNA dalam genom manusia. Tujuannya adalah untuk mengidentifikasi semua gen dalam genom manusia dan memahami fungsi serta interaksinya. Proyek ini melibatkan berbagai institusi di seluruh dunia, termasuk National Institutes of Health (NIH) di Amerika Serikat, Wellcome Trust di Inggris, dan berbagai laboratorium di Jepang, Prancis, Jerman, dan lainnya. Seiring berkembangnya teknologi, sekuensing DNA dan teknik pemetaan genetik canggih memungkinkan pemetaan ribuan gen sekaligus dan cepat. Proyek ini berhasil mengumpulkan sekuensing DNA hingga 90 persen dan merupakan momen yang sangat penting di berbagai aspek dalam bidang bioteknologi dan rekayasa gen serta mengubah pemahaman peneliti lain terhadap hubungan genetika dan penyakit.
Pada bulan Juni tahun 2000, sebagian besar hasil awal dari proyek ini diumumkan secara publik. Pada bulan April 2003, hasil lengkapnya diumumkan dengan sekuensing mencakup sekitar 99% dari urutan basa dan menjadikannya sebagai akurasi tertinggi. Proyek ini berhasil memetakan 20.000-25.000 gen dalam genom manusia, memberikan pondasi penting dalam penelitian lebih lanjut.
Dampak positif setelah proyek ini diumumkan yaitu berbagai penyakit dan gen dapat dengan mudah di pelajari dan diindentifikasi menggunakan data genetik. Pemahaman terhadap berbagai jenis genetik pada individu terstruktur dan lengkap sehingga dapat mempercepat dan mempermudah proses pembuatan obat. Dibagian medis dan klinis, data dari proyek ini digunakan untuk mengembangkan tes genetik yang lebih akurat dan jelas, diagnosis terhadap penyakit genetik tertentu dan pengobatan pasien yang lebih efektif. Contohnya terapi gen dan obat yang ditargetkan mudah bagi pengembang dibidang farmasi dalam mengembangkan obat yang telah disesuaikan dengan target genetik dari data proyek tersebut.
Perkembangan secara luas seiring berjalannya waktu
- Kemajuan Teknologi Genomik
Sekuen dan Teknologi NGS
- Next-Generation Sequencing (NGS): Teknologi sekuensing generasi berikutnya memungkinkan sekuensing untuk membaca urutan DNA dengan cepat dan dengan biaya yang jauh lebih rendah dan dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan metode sebelumnya.
- Sekuensing Sel Tunggal: Teknologi ini memungkinkan analisis genom individual pada tingkat sel tunggal saja, membantu memberikan pandangan yang sangat detail tentang bagaimana gen bekerja di tingkat sel individu.
Bioinformatika
- Analisis Data Besar: Kemajuan dalam bioinformatika dan analisis data besar memungkinkan penanganan dan interpretasi volume data genomik yang sangat besar, membantu dalam pemahaman mendalam tentang genetik individu dan populasi.
2. Proyek Inisiatif Lanjutan
Proyek Genom Pribadi
- 1000 Genomes Project (2008-2015): Proyek ini bertujuan untuk mendokumentasikan variasi genetik di seluruh dunia dengan sekuensing genetik dari ribuan individu, menyediakan referensi yang penting untuk variasi genetik manusia.
2. Genomics in Medicine
- Precision Medicine Initiative (2015): Di Amerika Serikat, inisiatif ini bertujuan untuk meningkatkan pemahaman tentang variasi genetik dan lingkungan untuk personalisasi pengobatan.
3. Human Cell Atlas
- Peta ini diluncurkan pada tahun 2016 dan telah digunakan sampai sekarang. Peta ini dibuat dengan tujuan untuk meningkatkan pemahaman kita tentang fungsi sel, jaringan dan organ dengan mudah.
Penemuan Friedrich Miescher pada tahun 1869 mengenai "nuclein" adalah langkah awal yang sangat penting dalam bidang genetika. Meskipun Miescher sendiri tidak menyadari sepenuhnya makna dari penemuannya, kerja kerasnya membuka jalan mendorong penemu lain untuk melakukan percobaan seterusnya yang akhirnya mengarah pada pemahaman kita tentang DNA sebagai materi genetik dan dasar pewarisan genetik. Penemuan ini merupakan fondasi yang mendukung semua kemajuan genetika, termasuk penemuan struktur heliks ganda oleh Watson dan Crick, serta perkembangan teknologi genetika modern seperti sekuensing DNA dan rekayasa genetika
Komentar
Posting Komentar