Rekayasa genetika dan CRISPR: DNA rekombinan, kloning gen, organisme hasil rekayasa genetik dan aturannya, penyuntingan gen CRISPR, dan klaim populer

Bagian pembelian sebuah hotel menerima penawaran kedelai impor untuk susu kedelai dan tahu sarapan. Dokumen pemasok menyebut kedelai itu produk rekayasa genetik, dan harganya 8 persen lebih murah. Kepala dapur meminta teknisi gedung memastikan kedelai itu aman. Minggu itu juga seorang tamu bertanya apakah susu kedelai rekayasa genetik dapat mengubah DNA tubuhnya, dan pesan berantai di grup staf menyebut CRISPR sudah dipakai membuat manusia super. Ketiga pertanyaan itu berbeda jenisnya: ada yang dijawab fakta biologi, ada yang dijawab aturan dan dokumen izin, dan ada yang hanya klaim tanpa bukti. Bab ini memilahnya.

Batas pembahasan

Struktur DNA dan plasmid dibahas di Bab 29 tentang DNA dan gen, transformasi, transduksi, dan konjugasi di alam di Bab 30 tentang pertukaran gen pada bakteri, dan mekanisme ketahanan antibiotik di Bab 13 tentang ketahanan mikroba. PCR, elektroforesis, dan sekuensing untuk memeriksa hasil kloning ada di Bab 32 tentang PCR dan sekuensing. Tingkat keamanan biologis laboratorium ada di Bab 22 tentang sterilisasi dan pembuktiannya, vaksin dan klaim keliru tentang vaksin di Bab 26 tentang vaksin, dan pola pemilahan klaim populer mengikuti Bab 35 · Fisika tentang tafsir mekanika kuantum dan klaim populer.

Aturan Indonesia di bab ini hanya diambil dari keterangan ringkas sumber resmi di hasil pencarian per 22 Oktober 2026, belum dari naskah utuhnya. Bab ini tidak menilai keamanan produk tertentu dan tidak memberi anjuran pengobatan.

Bioteknologi, rekayasa genetika, dan DNA rekombinan

Bioteknologi (biotechnology) adalah ilmu yang memakai sistem hidup untuk kepentingan manusia. Rekayasa genetika (genetic engineering) adalah pengubahan langsung susunan genetik suatu organisme untuk memperoleh sifat yang diinginkan. Teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology) adalah proses memotong DNA suatu organisme dan menyisipkan potongan DNA asing dari organisme kedua sehingga terbentuk kombinasi bahan genetik baru. DNA rekombinan dimasukkan ke organisme inang; bila DNA berasal dari spesies lain, inangnya disebut transgenik, dan protein yang dibuat dari DNA rekombinan disebut protein rekombinan.

Pertukaran gen juga terjadi di alam: bakteri memperoleh DNA asing lewat konjugasi, transduksi, dan transformasi, dan Agrobacterium tumefaciens memindahkan DNA-nya ke sel tumbuhan. Tonggak sejarahnya:

Gunting dan lem: enzim restriksi dan ligase

Enzim restriksi (restriction endonuclease) adalah enzim bakteri yang memotong DNA pada situs pengenal yang khas dan sering palindrom. Di alam, bakteri memakainya untuk menghancurkan DNA asing, terutama DNA bakteriofag. Situs pengenal (recognition site) adalah urutan DNA tertentu, biasanya sepanjang empat sampai enam pasang basa, yang dibaca sama dari arah 5ʹ ke 3ʹ pada kedua untai.

Ujung lengket (sticky ends) adalah juluran untai tunggal pendek yang saling melengkapi, yang terbentuk ketika banyak enzim restriksi memotong DNA. Enzim lain memotong tanpa juluran dan menghasilkan ujung tumpul. Misalnya, BamHI mengenali situs enam nukleotida dan menghasilkan ujung lengket, sedangkan HaeIII mengenali situs empat nukleotida dan menghasilkan ujung tumpul. Juluran umumnya sepanjang 2 atau 4 basa. Ujung lengket mudah menempel karena basanya membentuk ikatan hidrogen; ujung tumpul juga dapat disambung, tetapi kurang efisien. DNA ligase (DNA ligase) adalah enzim yang membentuk ikatan fosfodiester kovalen antara ujung 3ʹ-OH satu potongan DNA dan ujung 5ʹ fosfat potongan lain. Karena itu DNA asing dan plasmid yang dipotong dengan enzim yang sama dapat disatukan menjadi untai ganda yang utuh.

Bila keempat basa muncul acak dengan peluang sama,

$$L = 4^{k}, \qquad N_{situs} \approx \frac{G}{4^{k}}$$

dengan $L$ jarak rata-rata antarsitus (pasang basa, bp), $k$ panjang situs pengenal (bp), $G$ panjang DNA yang dipotong (bp), dan $N_{situs}$ jumlah situs yang diharapkan (tanpa satuan). Genom nyata tidak acak, sehingga angka ini hanya taksiran awal (Contoh 1).

Plasmid, vektor, dan kloning gen

Kloning molekuler (molecular cloning) adalah rangkaian cara menyusun DNA rekombinan dan memasukkannya ke inang yang mudah ditangani agar gen yang diteliti dapat diperbanyak. Kloning di bab ini berarti kloning molekuler, bukan kloning reproduktif seluruh organisme seperti domba Dolly yang lahir pada 1996.

Plasmid (plasmid) adalah molekul DNA untai ganda yang kecil dan biasanya melingkar, yang bereplikasi terpisah dari kromosom bakteri. Vektor (vector) dalam rekayasa genetika adalah molekul DNA yang membawa potongan DNA dari satu organisme ke organisme lain. Plasmid vektor buatan biasanya memuat gen ketahanan antibiotik untuk seleksi, situs kloning ganda berisi banyak situs pengenal unik, dan gen pelapor (reporter gene), yaitu gen yang menyandi sifat yang mudah diamati sehingga ekspresinya dapat dipantau.

Langkah kloning dengan transformasi:

1. DNA asing dan plasmid dipotong dengan enzim restriksi yang sama, lalu disambung dengan ligase.
2. Plasmid dimasukkan lewat transformasi (transformation), yaitu pengambilan DNA telanjang dari lingkungan oleh sel bakteri. Kebanyakan bakteri dibuat kompeten dengan bahan kimia atau medan listrik.
3. Sel ditanam pada media berantibiotik, sehingga hanya sel berplasmid yang tumbuh.
4. Penapisan biru-putih (blue-white screening) adalah teknik mengenali bakteri pembawa plasmid rekombinan dengan vektor bergen lacZ. Enzim dari lacZ memecah zat tak berwarna X-gal menjadi biru; sisipan merusak lacZ, sehingga koloni putih membawa sisipan, sedangkan koloni biru biasanya berasal dari plasmid yang tersambung kembali tanpa sisipan.
5. Koloni putih diperiksa lebih lanjut, dan sisipannya dapat disekuensing.

Pustaka genom (genomic library) adalah kumpulan seluruh genom suatu organisme yang disimpan sebagai potongan terkloning di dalam galur inang. Fag lambda memuat sisipan jauh lebih besar daripada plasmid, sehingga biakan yang diperlukan untuk mewakili seluruh genom jauh lebih sedikit (Contoh 3). Pustaka cDNA dibuat dari mRNA dengan transkriptase balik, sehingga hanya memuat gen yang diekspresikan, tanpa intron dan promotor; misalnya semua sel manusia membawa gen insulin, tetapi hanya sel pankreas yang membuat mRNA insulin.

Transfeksi (transfection) adalah pemasukan molekul DNA rekombinan ke inang eukariota. Caranya lebih invasif daripada pada bakteri: elektroporasi dengan denyut listrik yang membuka pori sementara, mikroinjeksi, senapan gen yang menembakkan partikel emas atau tungsten berlapis DNA ke protoplas tumbuhan, plasmid Ti A. tumefaciens yang gen tumornya dibuang, dan vektor virus seperti adenovirus.

Organisme hasil rekayasa genetik dan contohnya

Organisme hasil rekayasa genetik (genetically modified organism, GMO) adalah organisme yang genomnya diubah secara buatan. Bakteri, tumbuhan, dan hewan dimodifikasi sejak awal 1970-an untuk tujuan akademik, medis, pertanian, dan industri. Di Amerika Serikat, kedelai tahan herbisida dan jagung tahan penggerek menjadi bahan banyak pangan olahan; ini data AS, bukan data Indonesia.

Insulin rekombinan identik dengan insulin manusia dari pankreas; sebelumnya diabetes hanya dapat diobati dengan insulin babi, yang persediaannya terbatas dan dapat menimbulkan alergi. Vaksin hepatitis B tidak mengandung virus: khamir hanya membuat protein permukaannya, yang dikenali sistem imun sebagai antigen.

Bacillus thuringiensis (Bt) membentuk kristal protein yang beracun bagi banyak serangga setelah termakan, dan gen toksinnya telah dimasukkan ke tanaman. Sebuah buku teks biologi menyatakan toksin Bt aman bagi lingkungan dan tidak beracun bagi manusia dan mamalia lain; kalimat ini dikutip sebagai pernyataan buku teks, bukan penilaian bab ini atas suatu produk. Buku yang sama mencatat bahwa lembaga pemerintah mengawasi tanaman transgenik agar layak dikonsumsi dan tidak membahayakan makhluk lain, dan bahwa pengujian luas diperlukan karena gen asing dapat menyebar ke spesies lain.

Terapi gen dan batasnya

Terapi gen (gene therapy) adalah pengobatan penyakit akibat mutasi genetik dengan memasukkan gen fungsional yang tidak bermutasi ke genom pasien, sering lewat vektor virus. Risikonya meliputi peradangan tak terduga terhadap vektor adenovirus yang dapat berujung gagal organ, virus yang menginfeksi sel yang tidak dituju atau kembali menular, dan gen sisipan yang mematikan gen penting lain sehingga dapat memicu tumor. Pada 1999 Jesse Gelsinger, pasien berusia 18 tahun dalam uji klinis di University of Pennsylvania, meninggal empat hari setelah terapi gen karena respons imun besar terhadap vektor adenovirus. Efek samping pada pasien lain dan kematian tiga monyet sebelumnya tidak disampaikan kepadanya, dan kasus ini memicu peninjauan ulang aturan terapi gen di Amerika Serikat.

Terapi gen galur benih (germ-line gene therapy) adalah terapi gen pada sel telur atau sperma, sehingga sifat barunya dapat diwariskan kepada keturunan. Terapi gen sel somatik, sebaliknya, tidak diwariskan. Pendekatan galur benih menimbulkan soal persetujuan karena yang terdampak belum lahir; pemerintah AS tidak mendanai riset galur benih pada manusia (data AS). Sebuah buku teks mikrobiologi juga menulis bahwa belum ada terapi gen di pasar AS, dengan catatan akses bertanggal 2016; kalimat itu tidak dipakai sebagai keadaan per 2026, yang tidak diperiksa bab ini.

Penyuntingan gen CRISPR

Penargetan gen (gene targeting) adalah pemakaian vektor DNA rekombinan untuk mengubah ekspresi gen tertentu dengan memasukkan mutasi atau menghapus sebagian atau seluruh urutan gen dari genom.

Hadiah Nobel Kimia 2020 diberikan kepada Emmanuelle Charpentier dan Jennifer A. Doudna untuk pengembangan metode penyuntingan genom. Menurut siaran pers Nobel, keduanya menemukan gunting genetik CRISPR/Cas9, yang memungkinkan peneliti mengubah DNA hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme dengan ketelitian sangat tinggi. Charpentier meneliti Streptococcus pyogenes dan menemukan molekul yang ia namai tracrRNA, bagian dari sistem kekebalan kuno bakteri yang melumpuhkan virus dengan memotong DNA-nya. Siaran pers menyebut alat ini telah merevolusi ilmu dasar, menghasilkan tanaman inovatif, dan diharapkan membawa pengobatan baru. Latar ilmiah resmi Nobel menyebut keduanya merumuskan sistem dua komponen sederhana yang dapat cepat diprogram untuk memotong DNA sasaran pada urutan tertentu.

Penyuntingan genom (genome editing) adalah pengubahan urutan DNA pada tempat yang dipilih di dalam genom organisme. Secara umum, Cas9 adalah enzim pemotongnya dan komponen kedua adalah RNA pemandu yang berpasangan basa dengan DNA sasaran, sehingga tempat potong ditentukan oleh urutan RNA itu. Rincian mekanisme lain di luar kedua komponen ini tidak dibahas di bab ini.

Pemandu panjang membuat kecocokan acak jauh lebih jarang (Contoh 4), tetapi urutan yang hampir cocok tetap mungkin terpotong, sehingga hasilnya diperiksa dengan sekuensing seperti di Bab 32 tentang PCR dan sekuensing. Pertanyaan etika tentang terapi gen berlaku juga: sifat mana yang layak diperbaiki, bolehkah dipakai untuk meningkatkan kemampuan atau pada yang belum lahir, dan siapa yang mengawasinya.

Aturan keamanan hayati dan keamanan pangan di Indonesia

Yang dapat dipastikan dari sumber resmi per 22 Oktober 2026:

1. Peraturan Pemerintah Nomor 21 Tahun 2005 tentang Keamanan Hayati Produk Rekayasa Genetik ditetapkan dan diundangkan pada 19 Mei 2005 (Lembaran Negara 2005 Nomor 44) untuk melaksanakan Pasal 8 Undang-Undang Nomor 23 Tahun 1997 tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup, dan berstatus berlaku menurut basis data peraturan BPK. Dasar hukumnya juga mencakup ratifikasi Konvensi Keanekaragaman Hayati lewat Undang-Undang Nomor 5 Tahun 1994.

2. Peraturan itu memakai istilah keamanan hayati produk rekayasa genetik untuk keamanan lingkungan, keamanan pangan, dan/atau keamanan pakan; keamanan pangan mencakup upaya mencegah dampak merugikan bagi kesehatan manusia dari produksi sampai pemanfaatan pangan produk rekayasa genetik.

3. Peraturan BPOM Nomor 19 Tahun 2024 tentang Pengawasan Pangan Produk Rekayasa Genetik mencabut Peraturan BPOM Nomor 6 Tahun 2018 dan berdasar antara lain pada Undang-Undang Nomor 18 Tahun 2012 tentang Pangan, PP Nomor 69 Tahun 1999 tentang Label dan Iklan Pangan, PP Nomor 21 Tahun 2005, dan PP Nomor 86 Tahun 2019 tentang Keamanan Pangan.

4. Peraturan BPOM tentang pangan PRG mendefinisikan pangan PRG sebagai pangan yang diproduksi atau yang menggunakan bahan baku, bahan tambahan pangan, dan/atau bahan lain yang dihasilkan dari proses rekayasa genetik.

5. Menurut ringkasan sebuah basis data kepatuhan pangan, peraturan BPOM 2024 mulai berlaku 28 November 2024 dan memuat bab tentang persetujuan keamanan pangan PRG, penyuntingan genom, label PRG, pengawasan, dan penanganan dampak negatif.

Yang belum dapat dipastikan dari sumber resmi per 22 Oktober 2026: lembaga dan tahapan persetujuan menurut PP Nomor 21 Tahun 2005, rincian kewajiban dan batas pencantuman label PRG dalam peraturan BPOM 2024, dan perlakuan hukum yang tepat bagi produk hasil penyuntingan genom. Bagi dapur, dokumen status PRG dari pemasok disimpan bersama dokumen pembelian, dan pertanyaan izin diteruskan kepada bagian mutu atau BPOM. Laboratorium yang bekerja dengan organisme hasil rekayasa genetik juga terikat aturan keamanan biologis, yang tingkatannya dibahas di Bab 22 tentang sterilisasi dan pembuktiannya.

Klaim populer: fakta, tafsir, atau klaim tanpa bukti

Pola Bab 35 · Fisika tentang klaim populer dipakai dengan tiga label. Fakta tercatat di sumber dan dapat diuji ulang; tafsir adalah penilaian manfaat, risiko, atau etika yang dapat berbeda di antara orang yang memegang fakta sama; klaim tanpa bukti tidak didukung sumber yang dipakai bab ini.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: memotong genom E. coli. Genom E. coli berukuran 4,6 juta pasang basa. Enzim bersitus 6 bp, dengan $L = 4^6 = 4.096$ bp, diharapkan memotong di $4{,}6 \times 10^{6}/4.096 \approx 1.123$ situs. Kromosomnya melingkar, sehingga jumlah potongan sama dengan jumlah situs, sekitar 1.100 potongan; enzim bersitus 4 bp, dengan $L = 4^4 = 256$ bp, memberi sekitar $4{,}6 \times 10^{6}/256 \approx 18.000$ potongan.

Contoh 2: ukuran plasmid rekombinan. Plasmid 2.700 bp dengan satu situs dan sisipan 1.500 bp dipotong dengan enzim yang sama. Hasil ligasi yang benar adalah lingkaran $2.700 + 1.500 = 4.200$ bp. Ukurannya diperiksa dengan elektroforesis di Bab 32 tentang PCR dan sekuensing.

Contoh 3: jumlah klon pustaka genom. Untuk genom 4,6 juta bp, sisipan plasmid 5.000 bp memerlukan paling sedikit $4{,}6 \times 10^{6}/5.000 = 920$ klon, sedangkan sisipan fag 20.000 bp memerlukan 230 klon. Karena potongan tersebar acak, pustaka nyata dibuat beberapa kali lipat, misalnya tiga kali menjadi 2.760 dan 690 klon.

Contoh 4: kekhasan RNA pemandu. Misalkan bagian pemandu sepanjang 20 nukleotida; urutan sepanjang itu mempunyai $4^{20} \approx 1{,}1 \times 10^{12}$ kemungkinan urutan. Pada DNA 6 miliar pasang basa, angka genom manusia yang disebut buku teks biologi, kecocokan sempurna acak yang diharapkan sekitar $6 \times 10^{9}/1{,}1 \times 10^{12} \approx 0{,}0055$, sedangkan situs 6 bp muncul sekitar $6 \times 10^{9}/4.096 \approx 1{,}46$ juta kali. Kecocokan sebagian tetap harus diperiksa.

Contoh 5: membaca risiko dari genom. Cacat satu gen hanya sekitar 5 persen penyakit di negara maju, dan analisis genom Stephen Quake memberi risiko 23 persen untuk kanker prostat dan 1,4 persen untuk Alzheimer. Dari 1.000 orang dengan taksiran risiko sama, sekitar 230 diperkirakan terkena kanker prostat dan 770 tidak; untuk Alzheimer sekitar 14 orang. Dari 200 kasus penyakit, hanya sekitar $0{,}05 \times 200 = 10$ yang berakar pada satu gen; genom memberi peluang, bukan kepastian.

Contoh 6: menilai brosur "aktivator gen CRISPR". Minuman yang katanya memperbaiki DNA kulit lewat CRISPR ditawarkan ke spa. Dengan aturan latihan, enam butir diberi skor 0 sampai 2: mekanisme sesuai sumber 0, uji independen 0, izin edar yang sesuai klaim 1, besaran terukur 0, pembanding 0, dan data keselamatan 1. Totalnya $2/12 \approx 0{,}17$, atau sekitar 17 persen, di bawah ambang latihan 6 dari 12, sehingga klaimnya diberi label klaim tanpa bukti dan diteruskan kepada bagian mutu. Skor dan ambang ini bukan standar resmi.

Kondisi berhenti

Hentikan dan serahkan kepada bagian mutu, laboratorium, dokter, atau lembaga berwenang bila:

1. Teknisi atau staf dapur diminta menyatakan suatu bahan aman, PRG, atau bebas PRG tanpa dokumen pemasok dan keputusan lembaga berwenang.
2. Dokumen status PRG atau persetujuan keamanan pangannya tidak ada, tidak cocok dengan barang, atau diragukan; tahan pemakaian bahan menurut prosedur fasilitas dan laporkan.
3. Ada permintaan masuk ke laboratorium yang bekerja dengan organisme hasil rekayasa genetik tanpa izin, pengarahan, dan pendamping, seperti dibahas di Bab 22.
4. Terjadi tumpahan atau kerusakan lemari keamanan biologis atau autoklaf di laboratorium semacam itu; jangan membersihkan atau memperbaiki sebelum petugas keamanan biologis mengizinkan.
5. Teknisi diminta membuang biakan atau limbah organisme hasil rekayasa genetik; dekontaminasi dan pembuangannya wewenang laboratorium.
6. Seseorang meminta pendapat tentang terapi gen atau penyuntingan gen untuk dirinya; arahkan kepada dokter dan fasilitas kesehatan.
7. Produk berlabel CRISPR, DNA, atau gen ditawarkan untuk hotel atau spa dengan klaim kesehatan; tunda sampai bagian mutu dan legal memeriksa izinnya.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 29 tentang DNA dan gen memberi dasar DNA dan plasmid, Bab 30 tentang mutasi dan pertukaran gen membahas pertukaran gen di alam, dan Bab 13 tentang ketahanan mikroba membahas ketahanan antibiotik. Bab 32 tentang PCR dan sekuensing memakai PCR dan sekuensing untuk memeriksa hasil kloning. Bab 22 tentang sterilisasi memberi tingkat keamanan biologis, Bab 26 tentang vaksin membahas vaksin, dan Bab 35 · Fisika tentang tafsir mekanika kuantum memberi pola pemilahan klaim populer.

Latihan dan pembahasan

Referensi