CRISPR sebagai sistem kekebalan tubuh bagi bakteri

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 CRISPR-Cas9

·  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.

 

                              Cara kerja CRISPR untuk mengedit gen

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.