Bab 5.  MUTASI, REKOMBINASI DAN TEKNIK DNA REKOMBINAN

            Bab ini memberikan penjelasan dan gambaran secara molekuler tentang mutasi dan rekombinasi.  Selain itu dijelaskan secara singkat beberapa teknik DNA rekombinan

Sasaran belajar bab ini adalah: 1) menjelaskan dan menggambarkan mutasi; 2) menjelaskan dan menggambarkan rekombinasi; 3) menjelaskan dan menggambarkan dasar dari teknik DNA rekominan khususnya peran enzim restriksi DNA, enzim ligasi DNA, hibridisasi, dan kloning DNA.

5.1.    Mutasi

Mutasi dapat terjadi karena adanya perubahan urutan dan jumlah nukleotida dalam DNA, perubahan urutan dan jumlah gen dalam kromosom, atau penambahan atau pengurangan jumlah kromosom.  Perubahan ini dapat mengakibatkan kematian suatu organisme, menguntungkan atau tidak berpengaruh apapun.   Organisme yang telah mengalami mutasi disebut mutan.  Mutasi dapat terjadi secara spontan maupun dibuat.  Berbagai bahan kimia maupun agen fisis dapat menyebabkan mutasi.  Sesuatu yang dapat menyebabkan mutasi disebut mutagen.  Beberapa contoh bahan kimia yang dapat menyebabkan mutasi adalah analog basa seperti 5-bromourasil dan 2-Aminopurin, senyawa yang dapat bereaksi dengan DNA sepertiasam nitrat,  senyawa pengakilkan seperti nitrosoguanidin, dan radiasi seperti sinar ultraviolet dan sinar X .

Mutasi yang mengakibatkan perubahan satu basa dengan basa lain disebut mutasi titik (Gambar 5.1).  Jika basa pirimidin diganti dengan basa pirimidin lain atau basa purin diganti dengan basa purin lain maka disebut transisi.  Jika basa puriin diganti dengan basa pirimidin atau sebaliknya, maka disebut transverse.

Mutasi yang mengakibatkan penghilangan satu atau lebih basa disebut mutasi delesi sedangkan mutasi yang menyebabkan penambahan satu atau lebih basa disebut mutasi insersi.  Kedua jenis mutasi ini disebut mutasi pindah bingkai karena menyebabkan pembacaan urutan basa kodon berubah (Gmbar 5.2).

Mutasi akibat hilang, bertambah, atau perpindahan gen dalam kromosom akan mengakibatkan berubahnya struktur kromosom (Gambar 5.3). 

Hilang atau bertambahnya satu atau lebih kromosom atau pasangan kromosom, juga dapat mengakibatkan suatu mutan berbeda sifat dengan induknya.  Misal jumlah kromosom suatu organisme awal adalah  2n, maka jumlah kromosom mutan dapat n, 3n, 4n, atau 2n+1 dan sebagainya.

Kadang-kadang terjadi suatu mutan mengalami mutasi sehingga memiliki sifat seperti induknya yang tidak mengalami mutasi.  Organisme ini disebur revertan.

5.2.    Rekombinasi

Rekombinasi adalah proses perpindahan satu atau lebih gen dari satu kromosom pada kromosom lain.  Secara sederhana proses rekombinasi bisa dilihat pada Gambar 5.4. Adanya rekombinasi menyebabkan keturunan dari sepasang manusia  tidak sama satu dengan yang lain.  Demikian pula hasil persilangan tanaman yang tidak homosigot akan menghasilkan tanaman yang beragam materi genetiknya.

5.3.    Teknik DNA rekombinan

Teknik DNA rekombinan adalah gabungan beberapa teknik yang sangat berguna dalam bioteknologi khususnya untuk menggabungkan suatu potongan DNA dari suatu organisma pada DNA organisma lain.  Beberapa teknik yang sangat penting dalam teknik DNA rekombinan adalah: 1) teknik memotong DNA pada posisi tertentu dengan bantuan enzim endonuklease restriksi; 2)  teknik menyambung DNA dengan bantuan enzim ligase DNA; 3) Teknik mengurut basa DNA secara cepat; 4) teknik hibridisasi asam nukleat; 5) teknik kloning DNA; dan 6) rekayasa genetik.  Pada bab ini hanya akan dijelaskan secara singkat dan digambarkan secara sederhana prinsip pemotongan dan penyambungan DNA yang merupakan inti dari teknik penggabungan potongan DNA dari satu organisme pada DNA organisme lain, serta prinsip hibridisasi asam nukleat dan kloning DNA.

Enzim DNAse restriksi atau lebih sering disebut dengan enzim restriksi adalah suatu enzim yang memotong DNA untai ganda pada urutan basa tertentu yang dikenali.  Beberapa coontoh enzim restriksi dan urutan basa yang dikenali dapat dilihat pada Tabel 5.1.  Saat ini sudah ratusan enzim restriksi berhasil diisolasi.  Hasil potongan suatu enzim ristriksi bisa tidak rata atau rata (Gambar 5.5.).

 Di dalam sel enzim ini berfungsi menghancurkan DNA asing yang masuk pada suatu organisme.   Perbedaan enzim ini dengan enzim DNAse adalah 1) potongan hasil enzim restriksi merupakan potongan DNA sedangkan hasil kerja DNAse adalah mononukleotida dan 2) ptongan-potongan DNA hasil enzim restriksi masih mungkin bergabung kembali dengan bantuan enzim ligase, sedangkan hasil potongan DNAse tridak bisa bergabung kembali walau dibantu dengan enzim ligase.   

Tabel 5.1.  Beberapa enzim restriksi DNA dan urutan basa yang dikenalinya

Nama enzim	Asal	Urutan basa yang dikenali
Alu I	Arthrobacter luteus	AG\CT
BamH I	Bacillus amyloliqufaciens II	G\GATCC
EcoR I	Escherichia coli RY13	G\AATTC
Hind III	Haemophilus influenzae Rd	A\AGCTT
Mbo I	Moraxella bovis	\GATC
Pst I	Providencia stuartii 164	CTGCA\G
Sal I	Streptomyces albus G	G\TCGAC
Sca I	Streptomyces caespitosus	AGT\ACT

-

Enzim ligase adalah suatu enzim yang dapat mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester potongan-potongan DNA yang memiliki ujung 5’ fosforil dengan ujung 3’ hidroksil  (Gambar 5.6).  Tanpa adanya ikatan fosfodiester, potongan-potongan DNA yang tidak rata hasil aktivitas enzim restriksi yang telah bergabung karena ikatan hidrogen akan mudah putus.  Tanpa enzim ini, potongan DNA yang rata hasil aktivitas enzim restriksi tidak akan bisa bergabung.

            Hibridisasi asam nukleat dapat terjadi secara spontan antara dua untai DNA dengan DNA atau DNA dengan RNA yang sesuai.  Hibridisai terjadi karena adanya ikatan hydrogen antara basa nitrogen Adenin dengan Timin, Adenin dengan Urasil, atau  Guanin dengan Sitosin. 

Untai ganda DNA bila dipanaskan lebih dari 90^oC akan terdenaturasi yaitu ikatan hydrogen antara basa nitrogen rusak, sehingga menjadi benang tunggal DNA.  Jika suhu kemudian diturunkan dibawah 70^oC kedua benang tunggal akan kembali seperti semua.   proses ini yang dikenal sebagai renaturisasi..   Fenomena ini kemudian digunakan sebagai cara untuk mendeteksi suatu organisme berdasarkan deteksi DNA atau RNA dengan menggunakan probe berupa potongan benang tunggal DNA atau RNA yang berlabel.  Teknik ini disebut dengan hibridisasi (Gambar 5.7).

Kloning DNA adalah suatu teknik untuk memperbanyak potongan DNA yang diinginkan dengan menggabungkan potongan DNA tersebut pada suatu vector (plasmid atau virus) yang kemudian dimasukan ke dalam suatu inang yang sesuai.  Setelah diseleksi, maka sel inang yang mengandung vector yang mengandung potongan DNA tersebut diperbanyak, sehingga potongan DNA dapat berlipat ganda (Gambar 5.8).  Saat dibutuhkan, vector yang mengandung potongan DNA yang diinginkan dapat diekstrak dari sel inang.

.Ringkasan

            Mutasi dapat terjadi secara spontan maupun dibuat.  Mutasi terjadi karena perubahan urutan basa DNA,  Perubahan ini bisa menguntungkan, merugikan atau tidak berpengaruh pada organisme yang mengalami mutasi.  Beberapa senyawa kimia maupn agen fisik dapat menyebakan terjadinya mutasi.   Rekombinasi genetik terjadi ketika dua elemen genetik yang berbeda bergabung pada elemen yang sama.   Mutasi dan rekombinasi menyebabkan terjadinya keragamam genetik.

Teknik DNA rekombinan merupakan beberapa teknik yang sangat berguna untuk memotong dan menyambung DNA,  mengurut basa nitrogen, mendeteksi DNA atau RNA,  memperbanyak DNA, dan mengmindahkan potongan DNA dari satu organisme ke organisme lain.

5.5.  Daftar acuan

Alberts, B., D. Bray, J. Lewis,  M. Raff, K Roberts, and J. D. Watson.  1989.  Molecular Biology of the Cell (2^nd Ed.).  Garland Pub. Inc., New York.

Brock, T. D. and M. T. Madigan.  1991.  Biology of Microorganisms (6^th Ed.).  Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs. New Jersey.

Campbell, N. A. and J. B. Reece.  2001. Biology (6^th Ed.) Benjamin Cummings. New York.

Stern, K. R., S. Jansky and J. E. Bidlack.  2003. Introductory Plant Biology.  9^th ed. McGraw-Hill Co. New York.

Suzuki, D. T.,  A. J. F. Griffiths, J. H. Miller, and R. C. Lewontin.   1986.  An Introduction to Genetic Analysis.  (3^rd Ed.).  Freeman and Co. New York.