CRISPR-cas9------ Penyunting Gen Canggih

Bagikan Artikel ini di:

WhatsAppLineTwitterTelegramFacebook

Kisah Awal Mula CRISPR

Sekelompok peneliti Jepang, Ishino et al., melaporkan temuan adanya susunan (sequences) asing tidak dikenal yang menyusup di antara susunan DNA bakteri Escherichia coli, yakni materi genetik yang bukanlah milik E. colidi tahun 1987. Namun, ketika itu Ishino et. al tidak melakukan karakterisasi sifat susunan genetik yang ditemukan. Bakteri E. Coli ini normal ditemukan di dalam usus besar manusia atau hewan yang juga berperan dalam menjaga kesehatan pencernaan.  Di belahan bumi lain, tepatnya di Costa Blanca Spanyol, pada tahun 1989, susunan DNA yang tidak dikenali pada bakteri Haloferax mediterranei – bakteri yang hidup di lingkungan kadar garam tinggi, teramati oleh Francisco Mojica yang membawanya untuk meneliti lebih jauh dengan pemikiran bahwa adanya materi genetik yang tidak dikenali ini pasti menandakan adanya suatu fungsi penting pada organisme prokariotik tersebut (organisme tanpa membran sel) [8].

Struktur replikasi serupa kemudian ditemukan pula pada jenis bakteri lainnya, namun dengan susunan yang berbeda, diantaranya pada Mycobacterium tuberculosis, Clostridium difficile dan sejumlah bakteri plag Yersinia pestis, dimana ketiga bakteri tersebut adalah bakteri penyebab penyakit pada manusia. Fenomena replikasi materi genetik asing pada  susunan RNA, yang hanya ditemukan pada Archaea  dan bakteri ini kemudian dinamakanClustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats (CRISPR). Istilah tersebut muncul pada  penelitian yang dilakukan oleh  Jansen et al., 2002; Mojica & Garrett, 2012. Penelitian lanjutan yang dilakukan Mojica di tahun 2005 menduga bahwa CRISPR ini pastinya berisi sejumlah kode biologi yang berfungsi sebagai suatu bentuk adaptasi sistem imun yang melindungi Archaea (organisme prokariotik yang hidup pada habitat ekstrim) dan bakteri dari serangan virus. Di tahun 2007, fungsi CRISPR sebagai sistem imun untuk melawan serangan infeksi virus ini dibuktikan oleh Barrangou et al. Pada tahun-tahun dipublikasikannya tulisan tentang fungsi CRISPR ini, penelitian di bidang lain yang serupa juga tidak kalah melengkapi temuan CRISPR, seperti penelitian oleh Gilles Vergnaud di Perancis  di bidang mikrobiologi forensik yang mengembangkan metode untuk menyusur sumber penyebab penyakit berdasarkan perbedaan genetik di antara sejumlah strain patogen, dan juga penelitian Alexander Bolotin di Rusia yang mengangkat isu spekulasi CRISPR yang merupakan suatu bentuk imunitas [8].

Singkat sejarah, studi demi studi oleh sejumlah peneliti di berbagai belahan bumi di berbagai bidang biologi molekuler telah mengembangkan sistem imun adaptif bakteri ini sebagai suatu alat penyunting DNA (DNA editing tool). Sebenarnya seperti apa rupa dari CRISPR itu?. CRISPR sendiri adalah istilah yang diberikan untuk suatu potongan RNA yang mengandung molekul pembawa informasi. Informasi yang tersimpan dalam CRISPR ini merupakan salinan dari materi genetik virus sebelumnya yang pernah menginfeksi suatu bakteri. RNA yang mengandung CRISPR kemudian dapat mengarahkan enzim CaS9, yang juga terdapat dalam bakteri, untuk memotong bagian RNA yang ingin diubah (di mutasi) dengan tujuan agar suatu DNA dapat dipelajari ataupun dimanfaatkan untuk tujuan tertentu oleh ilmuan [12], karena CRISPR ini tidak terlepas dari peran enzim CaS9, maka kerap disebut juga dengan istilah CRISPR-CaS9. Hingga kini CRISPR diklaim banyak kalangan peneliti di dunia sebagai alat penyunting DNA yang mudah, cepat, dan murah [9]. Apakah betul demikian?.

    Penyuntingan Gen Menggunakan CRISPR/ CaS9 [11]

Perkembangan Teknologi CRISPR

Alat penyunting DNA bernama CRISPR ini berkembang pesat seiring kemampuan CRISPR dalam  menyunting ulang susunan DNA atau bahkan menggantinya untuk tujuan tertentu yang diklaim banyak peneliti sebagaimetode penyunting DNA yang mudah, cepat dan murah dibanding dengan metode penyunting gen lain yang pernah digunakan. Klaim tersebut muncul dikarenakan beberapa hal. Pertama, dibanding dengan metode  zinc finger nucleases yang lebih dulu dipakai sebagai penyunting gen berharga USD 5000, sementara metode CRISPR hanya berharga sekitar USD 30 dan relatif lebih mudah diaplikasikan oleh para peneliti. Kedua, metode penyunting gen terdahulu hanya terbatas untuk memodelkan atau memanipulasi gen pada organisme tikus dan lalat buah saja, sementara dengan CRISPR memungkinkan untuk melakukan penyuntingan/ manipulasi gen untuk berbagai jenis organisme lainnya [9].

Cas9 Memotong Bagian DNA [2]

Di tahun 2013, Cong et. al., memanfaatkan CRISPR/Cas tipe II untuk mempelajari proses pembelahan sel endogen  (di dalam sel manusia ataupun hewan) secara teliti [3,9]. Pada tahun yang sama, 2013, CRISPR digunakan untuk membantu peneliti dalam mempelajari efisiensi proses perubahan bahan genetik/ mutasi gen (mutagenesis) di bagian protoplas daun pada tanaman Arabidopsis (sejenis tanaman model yang digunakan untuk mempelajari genetika pada tanaman dikotil) dan tembakau [5,9]. Selain pada tanaman, hewan bahkan sel manusia, pemanfaatan CRISPR digunakan juga oleh seorang peneliti untuk mempelajari sejenis jamur patogen yang mematikan penyebab infeksi di membran mukosa ataupun organ dalam pada manusia, yaitu, Candida albicans, yang diamati, dimanipulasi dan dipelajari jalur patogenesisnya (bagaimana suatu penyakit menyerang dan tumbuh dalam tubuh organisme) [13]. Kemampuan CRISPR untuk menyunting dan memanipulasi materi genetik pada berbagai jenis dan tingkatan organisme menjadikan teknologi CRISPR unggul dibandingkan teknologi penyunting gen pendahulunya, seperti Zinc Finger Nuclease (ZFN) dan TALENs. Grafik berikut menunjukkan minat peneliti terhadap teknologi CRISPR yang ditunjukkan pada naiknya jumlah publikasi penelitian menggunakan teknologi CRISPR yang mengalahkan jumlah publikasi penelitian teknologi zinc fingers maupun TALENs.

Gambar 1. Perbandingan Publikasi Penelitian pada Berbagai Teknologi Penyunting DNA [9]

Baca juga:

Batas Etik CRISPR?

Kemampuan teknologi CRISPR untuk menyunting (mengubah) DNA, kemudian menimbulkan perdebatan etik di kalangan akademisi dan ilmuan. Kekhawatiran akan potensi timbulnya ketidakseimbangan ekosistem, misalnya saja apabila teknologi CRISPR digunakan untuk memanipulasi nyamuk penyebab penyakit malaria pada manusia,Anopheles, atau bahkan membuat nyamuk tersebut punah, menimbulkan kekhawatiran apabila membunuh atau menghilangkan kemampuan biologis tertentu pada satu spesies maka dapat berpotensi pula menghilangkan kontrol terhadap predator atau dapat mengganggu proses penyerbukan tanaman tertentu yang memanfaatkan bantuan nyamuk tersebut [10]. Kekhawatiran lainnya muncul di tahun 2015, dimana sekelompok peneliti dari China melakukan modifikasi gen  β-thalasemia pada sel embrio manusia penyebab kelainan darah, modifikasi yang dilakukan pada sel embrio menyebabkan sejumlah embrio mengalami kematian, sehingga tim peneliti menghentikan penelitiannya yang masih pada tahap awal [4]. Perbincangan dan debat terkait batas etik penggunaan teknologi CRISPR pun semakin ramai. Menarik untuk menyimak kuliah tamu Ellen Jorgensen  di TEDTalks yang menyampaikan bahwa penggunaan teknologi CRISPR, yang memungkinkan ilmuan untuk melakukan perubahan gen di hampir semua spesies haruslah membawa kebaikan bagi manusia dan seluruh makhluk hidup di Bumi. Bagi Jorgensen, teknologi ini bisa digunakan untuk mempelajari bagaimana cara kerja suatu DNA atau mempelajari bagaimana suatu organisme tertentu dapat menginfeksi manusia, sehingga pencegahan dan penanganan pada suatu penyakit dapat diatasi dengan cara tepat dan benar [6].

Kuliah Tamu Ellen Jorgensen di TEDTalks tentang Teknologi CRISPR [6]

Sumber:

[1] Ash-Shiddiq, Billy. Penyakit Mycobacterium Tuberculosis. http://tuberkulosis.autoimuncare.com/penyakit-mycobacterium-tuberculosis/

[2] Biohack Info. CRISPR Editing DNA in Real Time. https://www.youtube.com/watch?v=gvTbIdKFJMM

[3] Cong, et al. Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/ Cas Systems. 10.1126/science.1231143

[4] Cyranoski, David & Reardon, Sara.  Chinese scientist genetically modify human embryos. Nature doi:10.1038/nature.2015.17378

[5] Jian-Feng, et al. Multiplex and homologous recombination-mediated plant genome editing via guide RNA/ Cas 9. doi:  10.1038/nbt.2654

[6] Jorgensen, Ellen. What You Need to Know About CRISPR. TED. https://www.youtube.com/watch?v=1BXYSGepx7Q

[7] Kumala, Widyasari. Clostridium difficile: penyebab diare dan kolitis pseudomembranosa, akibat konsumsi antibiotika yang irasional. J Kedokter Trisakti. http://libprint.trisakti.ac.id/163/1/2004-Kumala.pdf

[8] Lander, Eric S. The Heroes of CRISPR. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.12.041

[9] Ledford, Heidi. CRISPR, the disruptor. Nature 522, 20–24 (04 June 2015) doi:10.1038/522020a

[10] Ledfor, Heidi & Callaway, Ewen. ‘Gene drive’ mosquitoes engineered to fight malaria. Nature doi:10.1038/nature.2015.18858

[11] McGovern Institute for Brain Research at MIT. Genome Editing with CRISPR-Cas.https://www.youtube.com/watch?v=2pp17E4E-O8

[12] Saey, Tina Hesman. Explainer How CRISPR Works.https://www.sciencenewsforstudents.org/article/explainer-how-crispr-works

[13] Valmik K. Vyas, et al. A Candida albicans CRISPR system permits genetic engineering of essential genes and gene families. doi:  10.1126/sciadv.1500248 


sumber