CRISPR untuk Rekayasa Jenis Kelamin Nyamuk

Jenis kelamin penting dalam keberlangsungan hidup dan evolusi organisme yang bereproduksi secara seksual. Pada spesies serangga yang berbeda, terdapat sistem kromosom yang beragam yang digunakan untuk menentukan jenis kelamin individu. Dalam kelompok Diptera, misalnya, sistem kromosom seks menentukan  cakupan yang luas seperti XX / XY dalam nyamuk Anopheles dan lalat Drosophila buah, ZW / ZZ dan XX / XO di beberapa Tephritidae lalat, dan kromosom seks-menentukan homomorphic di nyamuk Culicinae.

Inovasi terbaru perkembangan CRISPR-Cas9 dalam mengedit gen telah membuat lebih mudah, lebih cepat, dan lebih murah dalam kemajuan rekayasa genetik hewan dan tumbuhan. Seperti pada spesies nyamuk Anopheles gambiae dan Aedes aegypti yang dapat dimanipulasi menjadi nyamuk transgenik.

CRISPR (clustered regulatory interspaced palindromic repeat) adalah alat yang terbuat dari DNA rekayasa, yang mengandung urutan panduan gen tertentu yang akan di sambung ke sasaran, bersamaan dengan  enzim cas9. Sistem CRISPR pada bakteri tipe-II  telah diadaptasi dalam berbagai organisme untuk menghasilkan RNA endonuklease, atau RGENs, yang menargetkan daerah tertentu dari genom RNA-DNA. Pada dasarnya sistem CRISPR/ Cas terdiri dari dua komponen: 

• SgRNA (synthetic single guide RNA ), yang merupakan RNA kecil yang berisi 17-20 bp yang dapat berpasangan pada urutan genom tertentu.
• Enzim Cas9 (CRISPR-associated protein 9) adalah enzim yang dapat memotong untai DNA dilokasi yang ditentukan. 

Sebagaimana dalam sel bergerak memperbaiki untai DNA, dan diganti dengan DNA yang cocok dan yang dipilih sebelumnya. Ini berarti peneliti dapat menyisipkan urutan gen yang dipilih dengan tepat. Cas9  berasal dari Streptococcus pyogenes (SpCas9). SpCas9 membentuk kompleks dengan sgRNA dan menginduksi untai ganda DNA jeda di daerah genom yang memenuhi dua kriteria:

1. Berisi urutan komplementer ke situs inisiasi sgRNA 
2. Berbatasan langsung dengan  PAM (protospacer-adjacent motif ). 

Urutan PAM berfungsi agar SpCas9  dapat  membentuk urutan NGG. Motif ini terjadi kira-kira sekali setiap 17 bp di genom Ae. aegypti, sehingga memungkinkan peneliti dapat menargetkan setiap lokus genom dengan sistem CRISPR-Cas9.

Sistem CRISPR mempunyai sifat /karakteristik :

1. non-homologous end joining (NHEJ)
2. homology-directed repair (HDR)

Gen NIX

Pada 2015, sebuah tim Peneliti yang dipimpin oleh Zhijian Tu dan Zach Adelmen mempelajari spesies nyamuk Aedes aigypti dan  menemukan faktor penentu jenis kelamin jantan yang ditranskripsi dari sebuah  gen tunggal bernama Nix yang mereka sebut faktor M, yang terletak di kromosom Y. Nix diduga mengkode RNA-binding protein dan ditranskripsikan selama transisi ibu ke zigot, sebelum  jenis kelamin ditentukan.

Ketika Nix disisipkan dengan CRISPR-Cas9, menghasilkan jantan feminin yang menunjukkan alat kelamin dan antena betina. Ketika Nix itu ektopik menghasilkan secara genetik nyamuk betina tetapi mengembangkan alat kelamin jantan secara eksternal dan internal termasuk testis dan kelenjar aksesoris. integrasi Nix ke dalam genom sebagai transgen mungkin cukup untuk mengkonversi betina ke jantan subur. Atau, Nix diekspresi pada betina dapat mengkonversi betina ke jantan steril atau hanya  betina lethal.

Setiap kali sel membelah, alat CRISPR-Cas9 disambung ke setiap genom nyamuk, dan membawa serta urutan genetik yang dipilih peneliti. Dengan cara ini, urutan genetik dapat dimasukkan ke dalam setiap urutan DNA wild type. Mekanisme ini disebut “ gen drive“, karena dapat digunakan untuk menggerakkan urutan genetik yang dipilih ke populasi sehingga, akhirnya jika gen berfungsi seperti yang diharapkan, setiap organisme keturunan akan memiliki sifat fenotip terkait dengan urutan DNA yang dipilih peneliti 

Penulis: 

Suyatno Rindang

Referesi

1. Adelman, Z.(2015).“A male-determining factor in the mosquito Aedes aegypti”. sciencexpres
2. Bioetic Program IOWA  State University.  2016. Engineering Extinction: CRISPR, Gene Drives and Genetically-Modified Mosquitoes.
3. Kathryn E. (2015). “Genome Engineering with CRISPR-Cas9 in the Mosquito Aedes aegypti”. Cell Reports 11, 51–60

Karya Agung dari Lukisan Bakteri

Mikroorganisme adalah mahkluk hidup yang bersifat renik yang dapat diamati dengan menggunakan mikroskop. Para ahli mikrobiologi jika ingin mengembangbiakkan bakteri maupun jamur maka salah satunya dengan menggunakan media tertentu dalam cawan petri. Keunikan warna dan perpendaran yang dihasilkan mikroorganisme tertentu telah menginspirasi karya seni ilmiah yang unik.

Tidak semua orang yang berkecimpung dalam dunia mikrobiologi bisa menghasilkan karya hebat ini karena ketika melukis tidak langsung nampak. Lukisan akan nampak ketika bakteri sudah tumbuh membentuk koloni dengan warna-warna tertentu. Berikut adalah contoh hasil karya lukisan bakteri yang mengesankan:

TUT WURI HANDAYANI

Karya lukisan bakteri dengan lambang "Tut Wuri Handayani" ini berasal dari pertumbuhan mikroorganisme bakteri E. coli dan Klebsiella sp. yang dibiakkan dengan menggunakan medium Mac Conkey. Kedua bakteri tersebut diisolasi dari minuman CapCin (Capucino Cincau). Kedua bakteri tersebut adalah indikasi pencemaran air yang dapat menyebabkan sakit pada saluran pencernaan. 

CANDI BOROBUDUR

Karya seni dari mikobiologi ini adalah lukisan Candi Borobudur yang terbuat dari bakteri Escherechia coli yang ditumbuhkan dalam medium Mac Conkey Agar ( MCA ). Lukisan ini adalah karya Mahbubatur Rohmah yang ingin mengenalkan warisan Nusantara dalam cawan petri.

FERTILISASI

Karya rumit ini menggambarkan proses fertilisasi. Dalam lukisan bakteri tersebut digunakan empat jenis bakteri antara lain (1) yakni Staphylococcus aureus (berwarna merah) yang merupakan bakteri patogen oportunis pada manusia maupun hewan; (2)Staphylococcus xylosus (berwarna hijau) yang merupakan bakteri komensalisme pada kulit manusia, (3) Staphylococcus hyicus (berwarna putih) yang merupakan bakteri patogen pada babi, (4) Corynebacterium glutamicum (berwarna kuning) adalah bakteri non patogen yang biasanya digunakan untuk keperluan industri untuk memproduksi asam amino glutamat dan lisin. Author: Md Zohorul Islam, DVM.

ANATOMI JANTUNG

Lukisan anatomi jantung ini terdiri dari bakteri (1) Serratia marcescens yang berwarna merah akibat adanya pigmen prodigiosin. Bakteri tersebut menggambarkan posisi aorta jantung. (2) Chromobacterium violaceum yang berwarna ungu gelap yang menggambarkan posisi saluran pulmonalis , (3) Corynebacterium xerosis yang berwarna merah yang menggambarkan jantung.

GAJAH THAILAND

Karya tersusun atas biakan bakteri Chromobacterium violaceum (berwarna ungu gelap), Staphylococcus aureus (berwarna putih) dan  Micrococcus sp. (berwarna putih) dalam medium darah.

ZEBRA

Lukisan zebra ini berasa dari bakteri Escherichia coli yang telah ditransformasi dengan membawa plasmid pGLO™ yang menghasilkan protein berpendar hijau, green fluorescent protein (GFP). GFP pertama kali diisolasi dari gen  ubur-ubur jenis Aequorea victoria oleh Osamu Shimomura pada tahun 1962. 

Cara Sederhana Membuat VCO (Virgin Coconut Oil)

Cara Sederhana Membuat VCO 

(Virgin Coconut Oil)

Minyak Kelapa Murni

VCO (Virgin Coconut Oil) adalah minyak kelapa murni yang diekstrak dari kelapa tua dengan menggunakan berbagai metode. Kandungan VCO didominasi oleh lemak jenuh yang berupa MCT (Medium Chain Triglyceride) dan asam laurat. Salah satu khasiat VCO bagi kesehatan yakni mampu melancarkan metabolisme tubuh.

Harga VCO di pasaran cukup bervariasi mulai dari yang murah hingga yang mahal. Jika anda rajin mengkonsumsi VCO, tidak salahnya membuat VCO sendiri agar lebih ekonomis dan tentunya kualitasnya asli. Prinsip dasar dalam membuat VCO ada 3 tahapan utama, yakni: (1) pembuatan santan kelapa, (2) pembuatan VCO, dan (3) penyaringan. Berikut adalah penjelasan mengenai langkah-langkah membuat VCO:

Pembuatan Santan

Hal yang harus diperhatikan sebelum proses pembuatan santan yakni pilihlah kelapa yang tua. Perbandingan kelapa dan air yakni 2,5 butir kelapa diberi air matang 1,5 liter. Untuk menghancurkan kelapa bisa diparut manual atau mesin maupun menggunakan food processor. Jika untuk skala kecil bisa menggunakan blender dengan memotongnya kecil-kecil kemudian diblender dengan air.

Peras dan saring kelapa sampai menghasilkan santan. Langkah selanjutnya yakni masukkan santan ke dalam wadah atau toples yang transparan dan tutup bagian atasnya. Biarkan santan kelapa tersebut selama kurang lebih 1 jam sampai terbentuk 2 lapisan, yaitu lapisan atas yang disebut krim (kanil) dan lapisan bawah yang berupa air. Pisahkan krim dari air untuk proses pembuatan VCO.

Proses pembuatan santan hinggan terbentuk krim

Pembuatan VCO

Setelah diperoleh krim di lapisan atas, maka langkah berikutnya yakni proses pembuatan VCO yang terdiri dari 6 metode. Adapun metode pembuatan VCO antara lain:

1. Metode Pemanasan
Metode ini menggunakan pemanasan terkendali. Caranya yakni krim yang diperoleh dari santan kemudian dimasak dengan wajan pada suhu sedang 60°C - 75°C. Jaga suhu jangan sampai panas berlebihan. Aduk perlahan hingga keluar minyak. Jika sudah diperoleh minyak, matikan apinya. Pisahkan minyak dari blondo dengan cara menggunakan serok. Keunggulan menggunakan metode ini adalah VCO yang dihasilkan diperoleh dalam waktu yang singkat dibandingkan metode yang lain.

Cara membuat VCO dengan pemasan

2. Metode Fermentasi
Cara membuat VCO dengan fermentasi dimulai dari menyiapkan krim santan di dalam toples dan kemudian tambahkan ragi roti sebanyak 1/4 sendok teh. Aduk campuran tersebut dan kemudian tutuplah toples. Biarkan (inkubasi) selama 24 jam. Hasilnya adalah terbentuk 3 lapisan yakni: lapisan atas (minyak), lapisan tengah (blondo), lapisan bawah (air).

3. Metode Pemancingan
Metode pancingan adalah membuat VCO dengan menggunakan VCO yang sudah jadi sebagai pemancing untuk terbentuknya VCO baru. Langkahnya sangat mudah sekali yakni siapkan krim dan masukkan ke dalam toples kemudian tambahkan 1-2 sendok makan VCO dan aduk hingga merata. Tutuplah toples kemudian tunggu selama 24 jam. Hasilnya yakni akan terbentuk 3 lapisan yaitu: lapisan atas (minyak), lapisan tengah (blondo), lapisan bawah (air).

4. Metode Enzim Daun Pepaya
Daun pepaya mengandung enzim papain yang bisa digunakan untuk membuat VCO. Siapkan daun pepaya dan iris kecil-kecil. Campurkan irisan daun pepaya secukupnya dengan krim santan dan msukkan ke dalam toples tertutup. Tunggu hingga 24 jam sampai terbentuk 3 lapisan. Lapisan atas berupa minyak, lapisan tengah berupa blondo, dan lapisan bawah berupa air.

5. Metode Enzim Nanas
Nanas mengandung enzim bromelain yang dapat digunakan untuk membuat VCO. Siapkan buah nanas secukupnya (termasuk bonggol tengahnya) dan kemudian diparut. Parutan nanas tersebut dicampur dengan krim santan dan taruh di toples tertutup. Biarkan selama 24 jam hingga terbentuk 3 lapisan.

6. Metode Asam Cuka
Cara membuat VCO dengan pengasaman cukup sederhana. Hanya menambahkan asam cuka makanan kedalam krim santan. Perbandingannya yakni 200 ml krim santan dicampur dengan 2 sendok asam cuka. Setelah dicampur dengan cuka, aduk hingga merata dan biarkan hingga 24 jam hingga terbentuk 3 lapisan.

Penyaringan

Tahap terakhir yakni menyaring VCO agar menjadi lebih jernih.. Hasil pada tahapan pembuatan VCO yang terbentuk 3 lapisan, ambilah lapisan atas yang berupa minyak dan kemudian disaring. Penyaringan bisa dengan menggunakan kain saring atau kertas saring. Setelah disaring masukkan ke dalam botol tertutup agar terjaga kualitasnya. Jangan disimpan di kulkas dan hindari terkena sinar matahari.

Proses penyaringan VCO

Kandungan Gizi VCO (Virgin Coconut Oil) 
Jumlah Per 100 g

Kalori (kcal) 862
Jumlah Lemak 100 g
___Lemak jenuh 87 g
___Lemak tak jenuh ganda 1,8 g
___Lemak tak jenuh tunggal 6 g
Kolesterol 0 mg
Natrium 0 mg
Jumlah Karbohidrat 0 g
___Serat pangan 0 g
___Gula 0 g
Protein 0 g

Cara Kerja CRISPR-Cas9 untuk Edit Gen

CRISPR adalah singkatan dari Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, yakni suatu sekuens DNA dengan repitisi pendek dan tiap repitisi tersebut diikuti dengan segmen pendek lainnya yakni DNA Spacer sehingga terususun secara selang-seling yang terdapat pada genom bakteri. Secara alami, CRISPR berfungsi sebagai sistem kekebalan tubuh bagi bakteri terhadap invasi materi genetik asing. Ulasan mengenai CRISPR dalam bakteri dapat dibaca di artikel Pengertian dan Mekanisme Kerja CRISPR-Cas9.

CRISPR berasosiasi dengan protein Cas9 membentuk sistem CRISPR-Cas9 yang berfungsi menghancurkan materi genetik asing secara tertarget pada bakteri. Berdasarkan kemampuan sistem tersebut, CRISPR-Cas9 dapat dipakai untuk melakukan pengeditan pada gen. Bagaimana cara kerja CRISPR tersebut untuk mengedit gen? Silahkan perhatikan gambar berikut!

Temukan, Potong kemudian Tempelkan!

Berbeda dengan teknik transgenik dimana proses rekayasa genetika dilakukan dengan acak dalam suatu genom, maka sistem CRISPR-Cas9 bekerja secara tertarget dan presisi. Uraian sederhana dari gambar di atas yakni:

(1) Temukan! Cas9 ibaratnya adalah gunting pemotong DNA yang dapat bekerja jika ada pemandu. Gunting ini berbeda dengan enzim restriksi yang bekerja berdasarkan restriction sites yang spesifik. Cas9 dapat bekerja jika membentuk kompleks dengan RNA Pemandu (sgRNA). Dari sinilah kunci untuk menargetkan untuk memotong DNA dibagian tertentu diantara jutaan urutan DNA. sgRNA dapat dibuat secara artifisial untuk memotong suatu bagian DNA tertentu secara tertarget.

(2-3) Potong! Ketika gunting Cas9 ini memiliki panduan untuk memotong, maka kompleks Cas9 akan mencari suatu urutan DNA target. Selanjutnya, kompleks Cas9 membuka untaian DNA dan sgRNA akan menempel sesuai dengan urutan DNA target. Setelah itu, kompleks Cas9 akan memotong DNA tersebut.

(4) Tempelkan! Setelah dipotong, maka tinggal ditempelkan gen yang ingin disisipkan sesuai dengan tujuan yang diinginkan.