Kloning DNA / Gen pada Bakteri dengan Memanfaatkan Enzim Restriksi dan DNA Ligase

Perkembangan ilmu biologi molekuler saat ini semakin pesat. Ilmu biologi molekuler mempelajari aspek – aspek biologi pada tingkatan molekul. Seperti mempelajari tentang DNA, RNA, protein dan suatu gen tertentu. Gen adalah suatu rangkaian DNA (nukleotida) yang mengkodekan asam amino (protein). Para peneliti kesulitan ketika akan meneliti suatu gen tertentu karena gen terletak pada rangkaian DNA (nukleotida) yang sangat panjang. Bahkan dalam satu rangkaian DNA (nukleotida) dapat memiliki ratusan hingga ribuan gen. Kesulitan tersebut bertambah ketika yang akan dipelajari adalah gen pada genom eukariotik, contohnya pada manusia karena gen pada eukariotik hanya 1/100.000 dari seluruh DNA genom sedangkan sisanya adalah rangkaian DNA (nukleotida) yang tidak menyandikan protein (non-coding DNA). Antara gen dan non-coding DNA sulit dibedakan karena hanya berbeda kombinasi urutan basa nitrogennya.

Oleh karena itu, untuk mempelajari suatu gen tertentu, para peneliti menggunakan metode yang sering disebut dengan kloning DNA. Kloning DNA adalah metode untuk memperbanyak fragmen DNA (gen) sehingga mudah diamati dan dipelajari. Salah satu teknik cloning DNA adalah menggunakan bakteri Escherichia coli.

Baca Juga : Kontrol ekspresi gen pada Bakteri

Bakteri Escherichia coli mempunyai 2 jenis DNA, yaitu DNA kromosom dan DNA plasmid. DNA plasmid adalah DNA pada bakteri yang berbentuk sirkuler dan hanya berukuran kecil. DNA plasmid terpisah dari DNA kromosom bakteri namun terkadang DNA plasmid dapat menyatu / terintegrasi dalam DNA kromosom bakteri.

DNA plasmid tersebut yang dimanfaatkan oleh para peneliti untuk kloning DNA. Dengan suatu teknik tertentu, DNA plasmid diisolasi dari bakteri kemudian plasmid tersebut disisipi dengan gen tertentu yang diingikan sehingga terbentuk plasmid rekombinan. Plasmid rekombinan adalah plasmid bakteri yang telah disisipi gen tertentu. Plasmid rekombinan yang telah dibuat kemudian dimasukkan ke dalam bakteri lagi sehingga terbentuk bakteri rekombinan. Bakteri rekombinan adalah bakteri yang telah memiliki plasmid rekombinan atau dengan istilah lain bakteri yang memiliki gen asing dalam genom nya.

Suatu gen dari luar yang dimasukan ke genom bakteri rekombinan akan ikut dikopi ke bakteri anakan ketika suatu bakteri melakukan pembelahan diri. Selain itu, protein atau enzim yang dikodekan oleh gen tersebut juga akan diakspresikan dalam bakteri tersebut. Sebagai contoh jika gen yang dimasukkan (dikloning) ke dalam genom bakteri rekombinan adalah gen penghasil hormon insulin maka bakteri tersebut mampu akan mampu memproduksi insulin. Hormon insulin tersebut kemudian dapat diekstraksi dari bakteri rekombinan dan dapat digunakan untuk berbagai kepentingan. Hormon insulin yang dihasilkan oleh bakteri rekombinan mempunyai kualitas yang sama dengan hormon insulin yang dihasilkan oleh manusia (asal gen).

Kloning gen pada bakteri, termasuk kloning gen penghasil insulin dalam genom bakteri Escherichia coli mempunyai banyak keuntungan. Salah satu keuntungannya adalah perkembangbiakan bakteri relatif cepat sehingga gen dengan cepat dapat diperbanyak dan protein yang diekspresikan dengan cepat dapat dihasilkan.

Kloning DNA / gen pada bakteri dapat dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan guna memecahkan permasalahan dalam kehidupan manusia, seperti memproduksi hormon pertumbuhan dari bakteri Escherichia coli untuk mentreatmen anak kekurangan gizi (stunting) dan memproduksi hormon insulin dari bakteri Escherichia coli seperti yang telah dijelaskan diatas.

Selain itu Kloning DNA dapat juga dimanfaatkan untuk kepentingan riset dasar, seperti untuk mengembangkan tanaman tahan herbisida, mengembangkan bakteri rekombinan yang dapat membersihkan limbah dan lain – lain.

Gambar 1. (1) Kloning DNA adalah menyisipkan gen dalam plasmd bakteri, (2) kemudian plasmid tersebut dimasukkan ke dalam bakteri (3) bakteri rekombinan kemudian ditumbuhkan dan dibiakkan (4) protein dan copi gen yang dihasilkan oleh bakteri bisa dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan seperti untuk menghasilkan suatu hormon/protein dan untuk penelitian dasar.

Enzim Restriksi dan DNA Ligase

Kloning gen dan rekayasa genetika tidak lepas dari suatu enzim yang disebut dengan enzim restriksi. Enzim restriksi adalah enzim yang dapat memotong DNA membentuk suatu potongan – potongan DNA. Enzim restriksi tersebut dapat ditemukan secara alami pada suatu bakteri. Fungsi enzim restriksi dalam bakteri adalah untuk menghancurkan DNA – DNA asing yang masuk, seperti DNA dari bakteriofage yang menginfeksinya. Enzim restriksi memotong DNA pada ikatan antara gugus gula dan gugus fosfat antar nukleotida.

Enzim restriksi dalam kloning gen atau kloning DNA dimanfaatkan untuk memotong DNA plasmid. Saat ini telah banyak ditemukan berbagai enzim restriksi. Enzim-enzim restriksi tersebut mempunyai situs pemotongan yang berbeda-beda. Salah satunya enzim restriksi dinamakan dengan EcoRI. EcoRI mempunyai 1 situs pemotongan dalam plasmid bakteri Escherichia coli.

Untuk membuat plasmid rekombinan, Plasmid bakteri dan gen yang akan disisipkan pada plasmid dipotong menggunakan enzim restriksi (EcoRI). Fragmen gen yang telah dipotong kemudian sisipkan ke dalam plasmid. Untuk menyambungkan DNA plasmid dan fragmen gen digunakan DNA ligase. DNA ligase adalah suatu enzim yang dapat mengkatalis pembentukan ikatan gugus gula dan gugus fosfat pada potongan – potongan DNA. Setelah DNA plasmid dan gen disatukan oleh enzim restriksi maka terbentuknya suatu plasmid rekombinan. 

Gambar 2. Pembuatan plasmid rekombinan memanfaatkan enzim restriksi yang dapat memotong DNA dan DNA ligase yang dapat menyambungkan potongan DNA

Demikian postingan tentang Kloning DNA / Gen pada Bakteri dengan Memanfaatkan Enzim Restriksi dan DNA Ligase. Semoga bermanfaat.

Kata Kunci :

gen adalah, non-coding DNA, Kloning DNA, Kloning DNA adalah, DNA kromosom dan DNA plasmid bakteri, jenis DNA bakteri, DNA plasmid, pengertian DNA plasmid, plasmid rekombinan, plasmid rekombinan adalah, pengertian plasmid rekombinan, bakteri rekombinan, bakteri rekombinan adalah, pengertian bakteri rekombinan, Kloning gen pada bakteri, manfaat kloning, Enzim Restriksi dan DNA Ligase, Enzim restriksi adalah, pengertian Enzim, restriksi, Enzim restriksi pada bakteri, DNA ligase adalah, pengertian DNA ligase