1 ISSN Volume 15 No.1 Maret 2001 A2 .. WARTA BIOTEK XV NO.1 MARET 2001 KATAPENGANTAR Pada edisi Maret 200 I ini Warta Biotek mengambil tema tentang 'b...
KATAPENGANTAR Pada edisi Maret 200 I ini Warta Biotek mengambil tema tentang 'b ioteknologi hewan". Edi i kali ini diperkaya dengan bahan-bahan yang terkait dengan biotekno logi hewan dan Isu Biotek tentang peman faatan informasi genomik. Di sam ping itu, disajikan pula berita- berita rutin mengena i kegiatan biote knologi kumpulan artikel, naskah paten dan informas i tekn is koleksi terbaru Redaksi serta daftar buku bioteknol gi terbi tan terbaru. Berita dari In ternet menampilkan situs-s itus menarik yang berkaitan dengan biotekno logi. Redaksi tetap mengharapkan sumbangan artikel sem i populer dari semua pihak untuk d iterbitkan dalam Warta Biotek edisi mendatang. Tata cara penu lisannya dapat di li hat pada sampul belakang. Se lam at membaca. Redaksi
DAFTAR ISI Warta Biotek diterbitkan 4 x I tahun oleh Puslitbang Bioteknologi-L1PI. Mulai Vo l. 10 no. I, 1996 Warta Biotek memuat artike l semi populer bidang bioteknologi ata u yang terkait disamping berita-berita dan kegiatan bioteknologi dalam dan luar negeri. Wana Biotek diasuh oleh:
Redaksi Penanggung jawab: Kepa!a Bldang Jasa dan Infonnasi Puslitbang Bioteknologi-LiPI Redaks i Pelaksana: Ke tua A nggota
: M. Ahkam
ubroto
: Yantyati Widyastuti Tr i Muj i Ermayanti
u Biotek: Berbagai Aspek Pemant'aatan In('ormas! Ge nomik (l. l.C Atmosu\...arto ) ....
Artikel: - Manip ulasi Genom Hewan dengan Menggunakan Pendekatan Rekombinasi Ilomologus/Pcnlargetan Ge n (Ue. Almosukarto) . . ... ... .. .. . Membuat Sl lase: Upaya Me ngawetkan dan Me mpertahankan Nilai Nu tris i Hijauan Pakan Tcrnak (R . Ridwan & Y. Widya~tllli ) . .. - Difcrensiasi dan Pcmbentukan Otot Rangka pada I k wan ( '. M. Kaiin .. ... .. . ... ..... .
3
9 IS
Popu larisa.si Biotek: - . enJat ~ Baru Melawan £. coil (S Rah mawati) ..... .. .. . - Paten dan Bioteknologi (M.A. SubrolO) . - Biote\...nologi dan Negara Berkcmbang (T.M . Ermayanti)
21 23 27
Informasi: Kcterangan foto sampul depan: A. Inti spem1a tikus memasuki sel telur. B. Inti spenn a tikus selelah fertilisas i. C
permato zoa rik us .
(FOlO .
Syahrudd in aid)
• • -
Pene lilian dan Pengembangan . . ... ... .. . ... .. . . Terb itan Baru M~ngcnai Bioteknologl .. ...... . Beri ta dari Internet . .. ... ... .. .. Beasiswu .. . .. ... .. . .. ... .. Pertemuan Yang Akan Datang .. .. ..... .. . Kursu.sIPc lalihan Yang Akan Datang Pertemuan Yang Lalu ... .. .. .. .. ... . Tiniauan Buku Baru ... .. .. .. ..
Alamat Rcdaksi: Wat1a Biotek - Pusat Penclitinn dan Pengcmbnngan BiolckllOlog,i - Llt'l Jalan Raya Bogor Kill . 46. Kotak Pos Rogor 16004. Cibinong. l1ogur. Tclp. (U~ I) 875 1527. 8754587
Fax. (021) 875 4588. Email :
Warlabiolek ~~ h(}lmai l. colll
29
29 3_ 36
37 )8 38
40
ISU BIOTEK
BERBAGAI ASPEK PEMANF AATAN INFORMASI GENOMJK 1nes I. C. Atmosukarto Pu litbang Bioteknologi- LlPl
Sehubungan dengan dipublikasikannya ha il analisis pemetaan genom Illan u ia d i jurnal terkel11 uka Nature (15 Februari 2001), maka proyek Human Genome Proj ect (HGP) da n ana lisis genom secara umum diangkat sebagai topik isu biotek kali ini. JlGP merupakan stlatu kolaborasi multinasional yang dikoord inasikan oJeh ' Us. Department oj Energy ' dan "National InstitUle oj Health (Nfl!)" bertujuan untuk: (i) mengidentifikasi sem u gen pada DNA manusia (diperkirakan kurang lebih 30 000 gen); (ii) menetapkan ekuens ataa urutan dari sekurangnya tiga miJyar pasangan basa yang menyusun DNA manusia; ( iii) mengembangkan istem pangkalan data (daJabase) untuk penyimpanan infonnasi genorn ik; (iv) mengembangkan perangkat lunak untuk anaJisis/rnanipulasi infonnasi genomik; (v) mentransfer tekno log i dari akademisi/lembaga penelitian ke wasta; dan (vi) menyeJe aikan masalah etis, legal dan sosiaJ yang berhubungan dengan HGP . Sebagai proyek multinasiona l yang dibiayai oleh public fund. HGP menganut prinsip akses in fonnasi yang bebas. Hal ini ber eda dengan peru ahaan bioinfonnatika swasta seperti CeJera yang juga berhasi l mempublikasikan hasil p metaan genomnya pada tanggal 15 Febroari 200 I di maja\ah Science, yang didirikan sekitar tiga tahun yang lalu sebagai pe aing utama HGP. Kemampuan Celera untuk menyaingi HGP menggambarkan besarnya peranan perusahaan-perusahaan bioinfonnatika (yang didukung oleh dana yang umum nya besar) dalam penelitian ba 'ic ·ci~nce. Hal itu karena peru ahaan bioin~ nnatika umumnya menyadari besarnya potensi komersial yang dapat dipetik dari penelitian genomik yang dapat berupa perangkat lunak lisensi, konsultasi ataupun diagno lik. Sebagai gam baran, pangsa pa ar bioinformatika saat ini diperkirakan mendekati 1 milyar dolar US per t hun. Bioteknologi telah ampai pada suatu momentum yang bersejarah . Berbagai sequencing projects berlomba untuk menyele aikan pemetaan genom organisme-organi me yang umum digunakan di laboratorium lerrnasuk meneit, Drosophila melanogaster, Arabidopsis, dan aellorhabditis elegans . Hasil pernetaan tersebu t ibarat buku r ep yang menyimpan aturan -aturan molekLiler yang melandasi kehidupa n organisme itu. AtLiran itu perlLi diterjemahkan ' agar menjadi fondas i penelitian bioteknologi dan biomedikal di abad ke 2 1. Dengan berbagai infonnasi dan saran a yang tersedia, penelitian berfokus bukan lagi pada tingkat organisme ataupun tingkat seluler, melainkan pada tingkal moleku ler. Ram pungnya berbagai proyek pemetaan genom mencenninkan mu lai ditinggalkannya era genomik menuju era proteomik. Pendekatan proteomik ini bertuj uan untuk mem pelajarilmengidentifikasi pelaku -pe laku molek ul er (umumnya protein) yang menjalankan kehidupan seluler dan mekanisme dan pengaturan transduksi signal dari protein yang satll ke protein lainnya. Ap likasi penting dar i informas i genom ik ada pada bidang kedokteranlkesehatan (biomedical). Pemetaan ya,ng dilakukan HGP dapat memudahkan para peneJiti untuk menemukan mutasi -mutas i gen baru yang merupakan penyebab atau kontributor pada berbagai penyakit. Perusahaan-perusahaan bioteknologi telah menyadari besarnya pasaran tersebut dan bcrlomba untuk menciptakan uji-uji djagnostik untuk berbagai penyakit keturunan . Oleh karen a itu penguasaan infonnasi genomik (hak atas informasi tersebut) akan sangat menentukan kesuskesan (komersial) perusahaan- perusahaan lersebuL
VOL. 15 NO. I MARET 200 I
Dengan 'emak in banyaknya uji diagnostik genetik maka aturan penggunaan yang bertanggung jawab perlu dirancang sebab penggu naan inforrnasi yang tidak bertanggung jawab dapat berakibat diskriminatif seperti misalnya kasus dalam proses skrining lama ran pekerjaan ataupun untuk kepcrluan asuransi. Pentingnya pengaturan mcngingat efek dikriminatif tcrsebut tidak hanya akan mempengaruhi pribadi yang bersangkutan tetapi juga anggota keluarganya yang tentunya mempunyai komponen genetik yang sarna. Secara nyata, pemanfaatan informasi genomik di bidang biomedikal mempunyai dua tujuan yaitu untuk pengembangan tiildakan terapi dan tindakan preventif. Diidentifikasinya gen-gcn yang mendikte fungsi seluler yang kritis dapat membantu pengembangan terapi baru dengan prinsip rational dnJg design. Pendekatan ini menggunakan sekuens gen yang terkandung daJam DN A untuk mendapatkan kode urutan asam amino proteinnya. PengetaJman tersebut dilengkapi dengan informasi mengenai fungsi protein dan reglilasinya serta informasi mengenai struktur tiga dimensi protein untuk menciptakan obat-obat generasi baru yan g mempunyai target yang spesifik dan efek sampingan yang minim . Metode ini sangat berbeda dengan metode coba-coba (trials and error) yang secara konvensional di gunakan dalam pengembangan obat. Jenis terapi lain nya ya ng sal1gat potensial adalah terapi gen yang saogat berbeda dengan k loning yang akhir-akhir ini mendapat banyak sorotan dari medi a masa. Pada prinsipnya terapi gen bertujuan untuk memanipulasi ekspresi gen yang mengalami mutasi dengan tujuan untuk menyembuhkan atau mencegah suatu penyakit. Terapi jni membutuhkan tersedianya vektorlsistem delivery yang memadai seperti adena-associated virus, penghindaran reaksi dari sistem kekebaJan pasien dan ekspresi gen yang terkontrol. Sistem delivery ter ebut misalnya dapat digunakan untuk terapi yang mengg unakan protein seperti in ulin hormon pertumbuhan dan erythropoietin yang umumnya disuntikkan sehingga berbahaya, tidak praktis dan membutuhan biaya. Untuk pengobatan hemofilia mi salnya vektor yang membawa gen Factor IX dapat disuntikan pada sel otot untuk membuat sel otot tersebut memproduksi Factor IX yang akan meneegah pendarahan. erapi semacam ini akan menghindarkan penggunaan sunlikan yan g berulang- ulang dengan produk yang dapat merupakan sumber penyakit mcnular seperti hepatitis dan HIV. Terapi j enis ini sedang dalam proses pengembangan, beberapa telah memasuki tahap uji klinis. Oleh karena itu, dengan semakin banyaknya informasi genetiklgenomik maka target target untuk terapi gen ini akan semakin banyak . Maraknya manipulasi genetik dan semakin banyaknya informasi genetik yang tersedia telah melahirkan berbagai permasalahan etis, antara lain perlunya pengaturan akses dan kontrol inforrnasi genelik milik pribadi dan pengaturan penggunaan inforrnasi tersebut. Pengaruh pengetahuan informasi genetik terhadap k hidupan eseorang juga perlu dipertimbangkan, termasuk pada persepsi masyarakat luar terhadap individu tersebut. Aturan-aluran diagnosis genetik perlu diperjelas dan sektor kesehatan perlu disiapkan terutama dalam pemberian penyu luhan kepada orang tua. Hak orang tua untuk melakukan tes genetik pad a anak mereka untuk mendeteksi penyakit-penyakit yang bersifat lale onset j uga perlu dipertimbangan mengingat be arnya beban psikis yang akan ditimbulkan pada orang tua dan anak tersebut. Akhir kata, di era komersial yang penuh persaingan ini, pertanyaan yang sangat mendasar adaJaJ1 adakah yang berhak memil iki/m nguasai gen ataupun bagian-bagian DNA lainnya. Pertanyaan tersebut memang tidak mudah untuk dijawab, namun patut dipertimbangkan baik oleh para peneliti, maupun oleh pihak komersial. Sumber: Human Genome Project Information (http://www.ornl.gov/hgmis/)
2
WARTA BlOTEK
ARTIKEL
MANIPULA I GENO M HEWAN DENGAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN
REKOMBTNASI HOMOLOGUS/ P NTARGETAN GEN
Ines Irene C. Atmosuk rto
Pusli lbang Bioteknolog i - LlPI
E-mail: inesa rio ind .neLid
Ringkasan
Tcknologi pentarget n gen dengan pendekatan rekombinas i homo logu telah Illcmungkinkan diclptakannya meneit dengan mutasi yang spesifik pad a lokus tertentu . emua I-egiatan manipu lasi DNA dapat dilakukan seeara in vitro dengan menggunakan el yang ber ifat pluripotensia l yang dikena l dengan nama sel ES (Embryonic Stem). Dengan perantaraan vektor pentargetan yang dirancang eeara khuSllS, mu ta i yang diinginkan dapat disis ipkan ke dalam DNA sel ES . Sel ES ini kemudian menjembatani peneiptaan meneit pembawa mutasi ter ebut berkat kemampuannya untuk menkoloni asikan organ reprod uksi mene il sete lah pengembaliannya pada em brio tadium blaslo is . Denoan beberapa tahap pengembangbiaka n maka meneit hetero igot dan hom osigot untuk mutasi tersebut dapat dip roleh untuk kemudian dianalis is lebi h lanjut. Pentargetan ge n sangat bermanfaat untuk pene litian fungsi gen da n juga untllk menghasilkan bahan penelitian penya"it menuru n sepert i mencit pembawa l1lutasi tertentu yang diketahui menyebabkan penyakit-penyakit keturunan pada 111 nu ia. Katu kunci: rekombi nasi h mo loglls (homologous recomb;lIat;on), pentargetan gen (gene targe ting), DNA,
eklor, e l ES. Pendabuluan
Manipulas i genelika genom mene it Le lah ban yak dilakukan da lam 15 Lahun terakhir in i. Re kom binasi ilo mologlls Le lah diper kcnalkan kurang lebih satu dckade • ang lal u. Pe noekatan in i telah han)al- dirergunal-an untuk memrl.!lajari fung i gen dcngan iolon I11cngh ilangkan fungsinya . Pen Iitian in i umul11 nya d ilakukan d ngan I11cngana lisis fe notip yang Jiakibutknll oleh hilangll ya fu11 '7si gl.!l1 pada men ·it. Yang pertama J itelili adalah akibat d ri peng hilullgun fungsi gen pada fertilitas
VOL. 15
O. I MARET 200 I
mcneit dan perkcm bangan 1.::111 bri o ba ik pad a tahap heteros igot mau pun h mos ig 1. Jika gen tersebut terbukti ti dak mutlak dibuluhkan untul- kedua proses Lersebul maka aI-an dilanjutkan dengan penel ili an yang leb ih p sifil- pada meneit dewasa . ludi yang dapat dil akllkan antara lain meli puti proses-proses fi siologis da n per kem bangan, serta proses d iferen siasi se l akibat dari hilang nya fungsi gen. Kegu naan lai n dari teknol g i pentargetan gen adalah un tu k memproduk i meneit den an muta i te rtentu sebagai mode l untuk studi enyakit
menurun yang ull1 umnya d ite l11 u ka n pada manlJsia. Teknologi pentargetan geo
Teknologi pentargetan gen b rtujuan un tuk memp rod uk i menei t heterosig t dan homo igot un tuk mutasi yang sangat spesifik pad a lok ll tertentu. Jen is mutasi yang paling UI11 UI11 adalah unt ll k menghi langkan fungsi gen dcngan cara menghilangkan ekson ter tentu (u mumnya ekson yang terletak pad daerah 5' dari I kus yang d it uju) atau dengan me nyisipkan se-kllen DNA asing
3
(umumnya marka resistensi untuk antibiotika) untuk mengaeaukan sckuen eDNA yang ditarg tkan. Semua kegiala n ma nipulasi DNA dilakukan dengall menggu nakan sel Embryonic Stem (sel ES). Proses penghilangan fungsi gen pada el - S diakibatkan oleh proses rekombinasi homo loglls yang terjadi pada saar slIatu frag men DNA eksogen yang di tran fer dalam sel ES (an tara lain dengan teknik elektroporasi) dapal mengidentifikasi sekuen DNA yang homolog (sam a) pada genom sel, untuk kemudian diintegrasikan dengan cross over menjadi bagian dari genom/ DNA sel tersebut. Dengan dem ikian rragmen DNA eksogen dapat d iraneang wltuk mentargetkan lokasi-Ioka i yang sangat spesifik pada kromosom meneil. DNA ek ogen itu disebut sebagai vektor pentargetan. Veklor tersebut ter diri dari ekuen DNA homologu marka DNA un tu k selek i (umumnya gen pembawa resis lensi tcrhadap antibiotika tertentu) dan sekuen plasmid untuk me mudahkan manipulasi dan am plifika i DNA . Vektor in i d ikon truksi dengan tcknologi DNA re kombillan standar dan memer lukan karakterisasi sekuen DNA genomil... dari lokus yang dituju .
Vektor peotargetan eperLi yang tcrtera pada Gambar I ada dua maeam vektor pentargetan . Yang pertama di k nal sebagai vektor pengganti (replacement vector) (Gam bar
4
[kson
A)
Eksoll
I Irui targt't
B)
1::1 son
Lokus
hll"gt't
><
Vt'ktor sisipan
Gambar I.
Desain vektor pentargetan.
I A) dan yang kedua adalah vektor sisipan (insertion vector) (Gam bar I B) . Vektor pengganti diran eang dengan tujuan untuk meng h ilangkan sebagian dari sekuen DNA pada lokus yang ditargetkan dan menggantikannya dengan gen resistensi terhada p antibiotika. Vektor ini perlu dilinearisasi di luar daerah homologi dengan menggunakan enzim restriksi ebelum elektroporasi. Pcnyi sipannya dalam genom sel ES memerlukan dua kali cross over. Vektor sisipan berfungsi untuk menyisipkan gen resistens i ter hadap anlibiotika ke dalam ekson tertentu untuk mengacaukan sekuen DNA ekson ters bu t. Untuk itu vektor dilinearisasi di
daerah homologi dan inte grasinya hanya memerlukan atu kali cross over. Ada dua pcrkembangan Lekllologi yang t rjadi dalam satu dekade terakh ir ini yang me mungkinkan pendekatan pentar getan gen untuk studi fungsi gen pada mencit. Yang perta ma ada lah diisolas inya sel embrio meneit yang dapat dikulturkan secara in vitro tanpa meng-hilangkan sifat pluripotensialnya yang dinanlakan sel ES (Evans & Kaufman, 198 1; Martin, 198 1). Sifat pi uri potensial ini menggambarkan ke mampuan se l ES untuk ber diferensiasi menjadi jaringan atau organ meneit lermasuk organ reproduksi, walau pu n telah di-
WART A BIOTEK
kulturkan dan dipr servasl eeara krio (Bradley e( 1.1/, 1984). el ES diperoleh dari daerah I M (inlier cell /lUlSS) pada embrio la
L\ ,\ IPI'I..\SI • EI~kl l " l loraSi • Selc~,i Anlih,.1Iib • "klllln, ". I Icl~,"b l ll il" h 1111010';'" I,"II~.", reR III," Smllhe' " Iliol
hap blast si .
• " ,"~ 1" tv fl ln g
Sete lRh dikultur
kan, .e l t rsebut dapat dikcm balil,a n ke da lam blaslosi r si pien yang I..ernudian dilran fer ke induk lainnya sehingga dapat me lanjutkan pe rkernbanga nnya eeara in vivo . etelall uilahirkan. umbangan scI E pada per kcmbangan mbrio dapat diukur berdasarkan tingkat kimerisme pada bul u mencit. Hal itu di mungkinkan karen3 bla tosi yang digunai
S.