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 tersusun secara selang-seling yang terdapat pada genom bakteri. Secara alami, CRISPR berfungsi sebagai sistem kekebalan tubuh bagi bakteri terhadap invasi materi genetik asing.
CRISPR-Cas9 merupakan
alat pengeditan genom yang menciptakan buzz di dunia sains. Cara ini lebih
cepat, lebih murah dan lebih akurat daripada teknik pengeditan DNA sebelumnya
dan memiliki berbagai aplikasi yang potensi.
Makna CRISPR-Cas9
CRISPR-Cas9 adalah
teknologi unik yang memungkinkan ahli genetika dan peneliti medis mengedit
bagian genom dengan menghapus, menambah atau mengubah bagian urutan DNA.
Saat ini metode
manipulasi genetik yang paling sederhana, paling serbaguna dan tepat dan karena
itu menyebabkan issue utama di dunia sains.
Cara Kerja
· Sistem
CRISPR-Cas9 terdiri dari dua molekul kunci yang memperkenalkan perubahan
(mutasi) ke dalam DNA. Ini adalah:
1. Sebuah enzim disebut Cas9
Ini
bertindak sebagai sepasang 'gunting molekuler' yang dapat memotong dua untai
DNA di lokasi tertentu dalam genom sehingga potongan DNA kemudian dapat
ditambahkan atau dihilangkan.
2. Sepotong RNA disebut guide RNA (gRNA).
Ini
terdiri dari sepotong kecil urutan RNA yang telah dirancang sebelumnya (panjang
sekitar 20 basa) yang terletak di dalam perancah RNA yang lebih panjang. Bagian
perancah mengikat DNA dan urutan pra-desain 'membimbing' Cas9 ke bagian kanan
genom. Ini memastikan bahwa enzim Cas9 memotong pada titik yang tepat dalam
genom.
· Panduan RNA dirancang untuk menemukan
dan mengikat urutan tertentu dalam DNA. Panduan RNA memiliki basa RNA? yang
saling melengkapi? dengan urutan DNA target dalam genom. Ini berarti bahwa,
setidaknya secara teori, RNA pemandu hanya akan mengikat pada urutan target dan
tidak ada wilayah lain dari genom.
· Cas9 mengikuti panduan RNA ke lokasi
yang sama dalam urutan DNA dan memotong kedua untai DNA.
· Pada tahap ini sel? mengenali bahwa DNA
rusak dan mencoba memperbaikinya.
· Ilmuwan dapat menggunakan mesin
perbaikan DNA untuk memperkenalkan perubahan pada satu atau lebih gen? dalam
genom sel yang diinginkan.
Diagram yang
menunjukkan cara kerja alat pengeditan CRISPR-Cas9. Image credit:
Genome Research Limited.
Pengenbangan Metode ini
Beberapa bakteri memiliki
sistem pengeditan gen bawaan yang serupa dengan sistem CRISPR-Cas9 yang mereka
gunakan untuk merespons patogen yang menyerang? seperti virus,? sangat mirip
dengan sistem kekebalan tubuh.
Dengan menggunakan
CRISPR, bakteri memotong bagian-bagian DNA virus dan menyimpannya sedikit di
belakang untuk membantu mereka mengenali dan bertahan melawan virus saat
menyerang lagi.
Para ilmuwan
mengadaptasi sistem ini sehingga dapat digunakan di sel lain dari hewan,
termasuk tikus dan manusia.
Teknik lain yang ada untuk mengubah gen
· Selama bertahun-tahun para ilmuwan telah
belajar tentang genetika dan fungsi gen dengan mempelajari efek perubahan DNA.
· Jika Anda dapat membuat perubahan pada
gen, baik dalam garis sel atau seluruh organisme, maka Anda dapat mempelajari
efek perubahan itu untuk memahami apa fungsi gen itu.
· Untuk waktu yang lama ahli genetika
menggunakan bahan kimia atau radiasi untuk menyebabkan mutasi. Namun, mereka
tidak memiliki cara untuk mengontrol di mana mutasi akan terjadi dalam genom.
· Selama beberapa tahun para ilmuwan telah
menggunakan 'penargetan gen' untuk memperkenalkan perubahan di tempat-tempat
tertentu dalam genom, dengan menghapus atau menambahkan baik seluruh gen atau
basa tunggal.
· Penargetan gen tradisional telah sangat
berharga untuk mempelajari gen dan genetika, namun butuh waktu lama untuk
membuat mutasi dan cukup mahal.
· Beberapa teknologi 'pengeditan gen'
baru-baru ini dikembangkan untuk meningkatkan metode penargetan gen, termasuk
sistem CRISPR-Cas, nuklease efektor seperti aktivator transkripsi (TALENs) dan
nuklease jari-seng (ZFNs).
· Sistem CRISPR-Cas9 saat ini menonjol
sebagai sistem tercepat, termurah, dan paling andal untuk 'mengedit' gen.
Aplikasi dan implikasinya
· CRISPR-Cas9 memiliki banyak potensi
sebagai alat untuk mengobati berbagai kondisi medis yang memiliki komponen
genetik, termasuk kanker, hepatitis B atau bahkan kolesterol tinggi.
· Banyak dari aplikasi yang diusulkan melibatkan
pengeditan genom somatik (non-reproduksi) sel tetapi ada banyak minat dan perdebatan
tentang potensi untuk mengedit cell germline
(reproduksi).
· Karena setiap perubahan yang dibuat pada
cell germline akan diturunkan dari
generasi ke generasi, hal itu memiliki implikasi etis yang penting.
· Melakukan pengeditan gen dalam cell germline saat ini ilegal di Inggris
dan sebagian besar negara lain.
· Sebaliknya, penggunaan CRISPR-Cas9 dan
teknologi pengeditan gen lainnya dalam sel somatik tidak kontroversial. Memang
mereka telah digunakan untuk mengobati penyakit manusia pada sejumlah kecil kasus
luar biasa dan/atau mengancam jiwa.
Sel sperma dan sel
telur. Melakukan pengeditan gen dalam sel germline saat ini ilegal di Inggris.
Kredit gambar: Shutterstock
Masa depan CRISPR-Cas9
· Mungkin perlu bertahun-tahun sebelum
CRISPR-Cas9 digunakan secara rutin pada manusia.
· Banyak penelitian masih berfokus pada
penggunaannya pada model hewan atau sel manusia yang diisolasi, dengan tujuan
untuk akhirnya menggunakan teknologi tersebut untuk secara rutin mengobati
penyakit pada manusia.
· Ada banyak pekerjaan yang berfokus pada
menghilangkan 'off-efek target, di mana sistem CRISPR-Cas9 memotong gen yang
berbeda dengan gen yang dimaksudkan untuk diedit.
Penargetan
CRISPR-Cas9 yang lebih baik
1. Dalam kebanyakan kasus, RNA pemandu
terdiri dari urutan spesifik 20 basa. Ini melengkapi urutan target dalam gen
yang akan diedit. Namun, tidak semua 20 basa harus cocok agar RNA pemandu dapat
mengikat.
2. Masalah dengan ini adalah bahwa urutan
dengan, misalnya, 19 dari 20 basa komplementer mungkin ada di suatu tempat yang
sama sekali berbeda dalam genom. Ini berarti ada potensi RNA pemandu untuk
mengikat di sana alih-alih atau sebaik pada urutan target.
3. Enzim Cas9 kemudian akan memotong di
situs yang salah dan akhirnya memperkenalkan mutasi di lokasi yang salah.
Sementara mutasi ini mungkin tidak penting sama sekali bagi individu, itu bisa
mempengaruhi gen penting atau bagian penting lain dari genom.
4. Para ilmuwan ingin menemukan cara untuk
memastikan bahwa CRISPR-Cas9 mengikat dan memotong secara akurat. Dua cara ini
dapat dicapai adalah melalui:
· desain RNA panduan yang lebih baik dan
lebih spesifik menggunakan pengetahuan kami tentang urutan DNA genom dan
perilaku 'di luar target' dari berbagai versi kompleks Cas9-gRNA.
· penggunaan enzim Cas9 yang hanya akan memotong
satu untai DNA target daripada untai ganda. Ini berarti bahwa dua enzim Cas9
dan dua RNA pemandu harus berada di tempat yang sama agar pemotongan dapat
dilakukan. Ini mengurangi kemungkinan pemotongan dilakukan di tempat yang
salah.
Sumber:
https://www.yourgenome.org/facts/what-is-crispr-cas9#:~:text=CRISPR%2DCas9%20is%20a%20unique,buzz%20in%20the%20science%20world. Diakses 26 September 2021.