REPLIKASI DNA

Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA . Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariotia waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S siklus sel , sebelum mitosis atau meiosis 1. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polmer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR).

Replikasi DNA yang terjadi, disebut replikasi semikonservatif, karena masing-masing dari kedua rantai DNA induk bertindak sebagai cetakan/templat untuk pembuatan dua rantai DNA dengan untai ganda yang baru.

Garpu  replikasi atau cabang replikasi (replikation fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-maing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi "cetakan" untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer.

DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida-dalam hal ini, deoksiribonukleotida- ke ujung 3'-hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain , rantai DNA baru disintesis dari arah 5'- 3', sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'-5'. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'-5', sementar untaian lainnya berorientasi 5'-3',dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5'-3'. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut.

Replikasi DNA. Mula-mula, heliks ganda DNA (merah) dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim helikase (9) dengan bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer (5) dan molekul DNA polimerase (3 & 8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan bergerak sepanjang untai tersebut memperpanjang primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebutleading strand (2) dan lagging strand (1). DNA polimerase yang membentuk lagging strand harus mensintesis segmen-segmen polinukleotida diskontinu (disebut fragmen Okazaki (7)). Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan-potongan lagging strand tersebut.

DNA

Asam deoksiribonukleat atau lebih dikenal dengan DNA adalah molekul informasi pengkodean instruksi genetik yang digunakan dalam pengembangan dan berfungsi untuk semua organisme hidup dan kebanyakan adalah virus. Seiring dengan RNA dan protein , DNA merupakan salah satu dari tiga makromolekul utama yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui. Informasi genetik yang dikodekaqn sebagai urutan nukleotida (guanin, adenin, timin, dan sitosin) dicatat dengan G, A, T, dan C. Sebagian besar molekul DNA beruntai ganda heliks , yang terdiri dari dua polimer panjang unit sederhana yang disebut nukleotida , molekul yang terbentuk dari gula (deoksiribosa) dan gugus fosfat , dengan basa nitrogen (G,A,T,C) yang menempel pada gula. DNA sangat cocok untuk penyimpan informasi biologis , karena backbone DNA tahan terhadap pembelaan dan struktur double-stranded menyediakan molekul dengan built-in duplikat dari informasi yang disandikan .

Kedua untai berjalan dalam arah yang berlawanan satu sama lain dan karena itu anti -paralel, satu menjadi tulang punggung 3'(tiga prima) dan 5' (lima prima). Hal ini mengacu pada molekul gula yang dihadapi . Terlampir gula masing-masing adalah salah satu dari empat jenis molekul yang disebut basa nitrogen (informal, basis). Ini adalah urutan keempat basa nitrogen sepanjang tulang punggung yang mengkodekan informasi. Informasi ini dibaca dengan menggunakan kode genetik , yang menentukan urutan asam amino dalam protein. Kode ini dibaca dengan menyalin membentang dari DNA ke RNA asam nukleat yang terkait dalam proses yang disebut transkripsi.

Dalam sel, DNA in disusun dalam struktur panjang yang disebut kromosom. Selama pembelahan sel kromosom yang diduplikasi dalam proses replikasi DNA , memberikan setiap sel mengatur sendiri kromosom secara lengkap. Organsme eukariotik (hewan,tumbuhan, jamur, dan protista) menyimpan sebagian besar DNA mereka didalam inti sel dan beberapa DNA mereka dalam organel, seperti motokondria atau kloroplas . Sebaliknya , Prokariota (bakteri dan archea) menyimpan DNA mereka hana dalam sitoplasma . Dalam kromosom , protein kromatin seperti histon kompak dan mengatur DNA. Struktur kompak memandu interaksi antara DNA dan protein lain, membantu mengendalikan bagian mana dari DNA ditranskripsi.

Kloning

Kemajuan dibidang teknologi belakangan ini memang berkembang sangat pesat, banyak penemuan baru tentang biologi molukular, diaantranya yaitu adanya sistem kloning. Sistem kloning itu sendari merupakan suatu proses menghasilkan individu-individu dari jenis yang sama yang identik secara genetik. Pada hewan atau tumbuhan tertentu pengkloningan terbentuk secara alami yaitu kebiasaan proses hewan atau tumbuhan bereproduksi aseksual. Sedangkan dalam bioteknologi, kloning merujuk pada berbagai usaha yang dilakukan manusia untuk menghasilkan salinan berkas DNA atau gen, sel, atau organisme. Telah diketahui pula bahwa mahluk hidup menggunakan DNA dan RNA untuk menyimpan dan mentransfer informasi genetiknya, karena setiap mahluk hidup menggunakan kode genetik yang sama untuk membuat proteinnya. Hal seperti ini lah yang memunculkan para peneliti untuk berpikir bisa atau tidak menciptakan materi gen ini dimanipulasi sedemikian rupa agar bisa didapatkan DNA dan RNA yang sifat genetikanya sesuai dengan yang kita inginkan.

Berdasarkan pengertian tersebut, ada beberapa jenis kloning yang dikenal, antara lain :

1. Kloning DNA rekombinan

Kloning ini merupakan pemindahan sebagian rantai DNA yang diinginkan dari suatu organisme pada satu element replikasi genetik, contohnya penyisipan DNA dalam plasmid bakteri untuk mengklon satu gen.  

2. Kloning Reproduktif

Merupakan teknologi yang digunakan untuk menghasilkan hewan yang sama, contohnya Dolly dengan suatu proses yang disebut SCNT (Somatic Cell Nuclear Transfer).

3. Kloning Terapeutik

Kloning ini merupakan suatu kloning untuk memproduksi embrio manusia sebagai bahan penelitian. Tujuan utama dari proses ini bukan untuk menciptakan manusia baru, tetapi untuk mendapatkan sel batang yang dapat digunakan untuk mempelajari perkembangan manusia dan penyembuhan penyakit.

Kloning reproduktif pertama kali dilakukan oleh seorang Ilmuan Inggris, John Gurdon. Beliau berhasil melakukan kloning pada katak. Kemudian para peneliti dengan antusias melakukan percobaan lain pada mamalia. Sampai dengan tahun 1996 tepatnya 5 Juli, Ian Wilmut dan para peneliti yang lain dari Roslin Institute di Edinburg (Skotlandia) berhasil menciptakan biri-biri yang diberi nama Dolly, akan tetapi penelitian ini dikatakan belum berhasil karena Dolly yang seharusnya dapat mencapai umur 11 tahun ternyata hanya dapat mencapai umur 6 tahun. Hasil penelitian ini, menunjukkan bahwa Dolly mengalami penuaan dini, menderita penyakit radang sendi, dan infeksi paru kronis. Dari kenyataan ini, para peneliti mengambil keputusan untuk melakukan euthanasia[1] pada Dolly.

Bagaimana jika kloning reproduktif ini dilakukan pada manusia?

Peminakan sel-sel induk merupakan salah satu langkah awal dari baik peminakan terapeutik, maupun peminakan reproduktif. Peminakan terapeutik pada manusia mempunyai tujuan untuk kepentingan klinis dalam rangka memperbaiki kualitas kehidupan menusia, maksud dari peningkatan kualitas kehidupan manusia dilihat dari keuntungan kloning itu sendiri yaitu: memproduksi organ tubuh untuk transplantasi , menghindarkan penyakit, memecahkan permasalahan reproduksi, menyediakan bahan riset.

Peminakan sel-sel induk dan proses diferensiasi ke arah pembentukan tubuh embrionik pada manusia telah dilakukan (Thomson, et al.,1998). Tubuh embrionik yang terbentuk dideteksi aktifitas telomerasenya untuk meyakinkan bahwa sel-sel embrionik tersebut bersifat totipoten dan dapat berdiferensiasi menjadi manusia apabila dilakukan transfer embrio ke dalam rahim.[2]^,[3]

Peminakan yang dilakukan Thompson, et al., (1998) adalah sebagai berikut:

1. Sel donor didapat dari embrio segar atau yang telah dibekukan, yang diproduksi dengan pembiakan in vitro. Setelah itu,
2. Embrio dipelihara sampai pada tahap blastula, 14 massa sel bagian dalam diisolasi.dan diperoleh lima bentuk sel batang dari lima embryo.dan didapatkan:
   1. Tiga bentuk sel yang mempunyai karyotype XY normal (H1,H13,H14)
   2. Dua bentuk yang mempunyai karyotype XX normal (H7 dan H9)
3. Empat dari bentuk sel dibekukan selama 5 sampai 6 bulan pada perkembangan yang tidak lagi terdeferensiasi.

Bentuk sel yang lain yaitu H9 dengan karyotype XX yang dikulturkan tertahan  selama 6 bulan dan terus dijalankan selama lebih dari 8 bulan.

Dari uraian di atas berdasarkan pemikiran teoritis dan dengan adanya metode – metode yang telah banyak dilakukan oleh para ahli, maka terjadinya kloning pada manusia merupakan bukan suatu hal yang tidak mungkin. Karena konsep dari kloning sendiri baik untuk manusia, hewan, atau spesies yang lainnya adalah sama.

Kemajuan dalam pengembangan berbasis dasar biologi diperlukan untuk mengatur sel batang embrionic secara efisien ke garis keturunan manusia. Bagaimanapun, kemajuan dalam hal ini telah dibuat secara in vitro pada deferensiasi sel batang embrionic menjadi jaringan atau sel – sel yang spesifik dan tidak menutup kemungkinan untuk dikembangkan lagi menjadi satu individu utuh dalam upaya melakukan kloning terhadap manusia untuk menghasilkan manusia/individu baru.

Seperti telah diuraikan pada teknik kloning, bukti – bukti yang ada tentang kloning yang telah dilakukan pada saat ini sudah sampai pada tahap kloning embrio manusia yang telah membelah sampai masa blastula yang terus dikembangkan sampai pada tahap sel – sel itu telah berhenti terdeferensiasi. 

Keterbatasan yang dihadapi pada kloning manusia:

• Masa kritis replikatif tidaklah diamati untuk bentuk sel manapun.
• Sel batang embryonic manusia didapat dari perkembangan dan pemilihan koloni individu yang seragam dengan morfologi yang tidak terdeferensiasi.
• Sel batang tidak ada yang didapat dari pengembangan clon sel tunggal. Oleh karena itu tidak bisa dikesampingkan adanya kemungkinan bahwa ada variasi pengembangan diantara sel yang tidak terdeferensiasi.
• Banyak sel yang berkaitan dengan kanker. Jika sel yang berkaitan dengan kanker ini dijadikan donor untuk kloning, secara otomatis sel atau jaringan yang dihasilkan merupakan sel kanker yang perkembangannya tidak dapat dikendalikan.
• Belum ada metode untuk mendeteksi gen yang rusak. Kerusakan gen dapat menyebabkan penyakit keturunan, ketidaknormalan gen itu akan menjadikan ketidaknormalan sel, sehingga mengakibatkan ketidaknormalan juga fungsi sel tersebut.
• Diperlukan banyak sel donor yang pada proses kloning terbuang percuma. Untuk melakukan suatu percobaan dibutuhkan beberapa ulangan, setiap ulangan membutuhkan satu sel, sedangkan pada akhirnya hanya didapatkan satu hasil kloning, ini berarti banyak sel yang terbuang.

 Tingkat Keberhasilan :

Sampai saat ini tingkat keberhasilan dari kloning sendiri pada manusia belum mencapai tahap yang diinginkan karena banyaknya keterbatasan – keterbatasan seperti yang diuraikan. Namun perkembangan dan upaya untuk menuju keberhasilan kloning pada manusia tetap dilakukan.

Jika menuruti bukti – bukti yang ada maka dapat dikatakan bahwa keberhasilan kloning manusia baru sampai pada tahap pembelahan menjadi beberapa sel embrionik saja, yang terdekat dari terbentuknya suatu individu baru adalah pembelahan pada saat setelah tahap Blastula.