Clustered regularly interspaced short palindromic repeats yang disingkat menjadi CRISPR adalah suatu segmen DNA tertentu pada prokariota (bakteri dan archaea) yang terdiri dari sekuens atau urutan nukleotida dengan repitisi pendek. Masing-masing repetisi tersebut diikuti dengan segmen pendek lainnya yakni DNA Spacer secara selang-seling (Gambar 1). Pada genom bakteri, 40% genomnya tersusun atas CRISPR sedangkan pada genom archaea tersusun 90%. Fungsi dari gen CRISPR ialah sebagai sistem imun pada prokarita tersebut dari infeksi, konjugasi, dan transformasi akhir serangan meteri genetik asing.
 |
| Gambar 1. Sistem Genom CRISPR/Cas9. Sumber: Doudna & Charpentier, 2014. |
CRISPR associated proteins yang disingkat menjadi Cas adalah enzim endonuklease yang dihasilkan oleh gen dari "cas operon". Gen cas terdapat dua kelas, yakni kelas 1 yang merupakan sistem kompleks untuk memotong bahan genetik asing, sedangkan kelas 2 hanya memakai protein tunggal dengan tujuan yang sama. Masing-masing kelas tersebut dibagi lagi menjadi tipe cas. Pada bahasan kali ini fokus pada kelas 2 yang menghasilkan tipe Cas9 dan tipe cas yang lainnya pada Gambar 1.
Komponen protein Cas9 tersusun atas empat yakni terdiri dari dua domain protein utama yakni REC dan RuvC (Gambar 2). REC dan RuvC dihubungkan oleh kawasan yang kaya akan asam amino arginin (warna biru). Sementara dua komponen berikutnya yakni HNH dan PAM (Protosapecer-Adjacent Motif) yang merupakan urutan DNA yang tersusun 2-6 bp.
Fungsi masing-masing komponen Cas9 yakni REC dan NHN berfungsi sebagai endonuklease (memotong DNA); RuvC berfungsi sebagai kawasan sisi pengenalan (recognition site); PAM berfungsi untuk menyisipi urutan DNA sasaran dengan segera ketika Cas9 mengenali DNA gila yang dijadikan target. PAM juga sebagai pengunci dalam proses sistem CRISPR/Cas9.
 |
| Gambar 2. Struktur protein Cas9. Sumber: Song et al, 2016. |
Mekanisme Kerja CRISPR/Cas9 pada Prokariota
Sistem CRISPR-Cas9 ialah dua komponen penting yang sinergis untuk menghancurkan bahan genetik asing. Secara alami, pada dikala basil atau archaea terinfeksi bahan genetik gila ibarat bakteriofag, maka proses kerja CRISPR-Cas9 ada tiga prosedur utama yakni akuisisi DNA, pemrosesan crRNA, dan interferensi yang disajikan dalam Gambar 3 sebagai berikut:
Keterangan dari Gambar 3 tersebut yakni, (1) pada dikala DNA gila masuk ke dalam sel, maka dengan segera (2) fragmen DNA gila tersebut akan direkam sebagai memori genetik dan disimpan dalam spacer yang disebut dengan tahapan akuisisi DNA. Ketika ada virus dengan fragmen DNA yang sudah pernah direkam, langkah selanjutnya ialah pemrosesan crRNA. (3) Gen CRISPR akan melaksanakan transkripsi menghasilkan CRISPR RNA (crRNA) sedangan gen Cas9 akan menghasilkan protein Cas9.
(4) tracrRNA juga disintesis (lokasi gen di Gambar 1) dan bergabung dengan crRNA. Gabungan kedua RNA tersebut dinamakan guide RNA (gRNA) atau disebut RNA Pemandu. Selanjutnya, (5) RNA pemandu akan bergabung dengan Cas9. (6) Kompleks RNA Pemandu/Cas9 akan mengikat DNA gila dan (7) memotongannya menjadi DNA inaktif.
Dengan diketahui cara kerja CRISPR-Cas9, Martin Jinek, dkk mempublikasikan sebuah jurnal penelitian dengan judul "A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity" pada Agustus 2012 yang menyebutkan bahwa sistem CRISPR-Cas9 bersifat progammable sehingga dengan mudahnya melaksanakan pengeditan pada genom.
Setelah adanya inovasi editing genome, pada tahun 2013, publikasi mengenai CRISPR/Cas9 sampai kini muncul bertubi-tubi. Berawal dari eksplorasi kini menjadi ekploitasi besar-besaran dalam skala molekuler. Berikut ialah hasil penelitian mengenai jadwal aplikasi CRISPR-Cas9 selama tahun 2013:
 |
| Gambar 3. Mekanisme kerja CRISPR-Cas9 pada Prokariota. |
Keterangan dari Gambar 3 tersebut yakni, (1) pada dikala DNA gila masuk ke dalam sel, maka dengan segera (2) fragmen DNA gila tersebut akan direkam sebagai memori genetik dan disimpan dalam spacer yang disebut dengan tahapan akuisisi DNA. Ketika ada virus dengan fragmen DNA yang sudah pernah direkam, langkah selanjutnya ialah pemrosesan crRNA. (3) Gen CRISPR akan melaksanakan transkripsi menghasilkan CRISPR RNA (crRNA) sedangan gen Cas9 akan menghasilkan protein Cas9.
(4) tracrRNA juga disintesis (lokasi gen di Gambar 1) dan bergabung dengan crRNA. Gabungan kedua RNA tersebut dinamakan guide RNA (gRNA) atau disebut RNA Pemandu. Selanjutnya, (5) RNA pemandu akan bergabung dengan Cas9. (6) Kompleks RNA Pemandu/Cas9 akan mengikat DNA gila dan (7) memotongannya menjadi DNA inaktif.
Meretas Sistem DNA
Dengan diketahui cara kerja CRISPR-Cas9, Martin Jinek, dkk mempublikasikan sebuah jurnal penelitian dengan judul "A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity" pada Agustus 2012 yang menyebutkan bahwa sistem CRISPR-Cas9 bersifat progammable sehingga dengan mudahnya melaksanakan pengeditan pada genom.Setelah adanya inovasi editing genome, pada tahun 2013, publikasi mengenai CRISPR/Cas9 sampai kini muncul bertubi-tubi. Berawal dari eksplorasi kini menjadi ekploitasi besar-besaran dalam skala molekuler. Berikut ialah hasil penelitian mengenai jadwal aplikasi CRISPR-Cas9 selama tahun 2013:
- Januari 2013: dipakai untuk rekayasa genom insan dan ikan zebra
- Februari 2013: dipakai untuk jadwal represi dan aktivasi gen transkripsi
- Maret 2013: dipakai untuk rekayasa genom Saccharomuces cerevisae
- April 2013: dipakai untuk regulasi gen bakteri.
- Mei 2013: digunakan untuk rekayasa genom Drosophila
- Juni 2013: digunakan untuk mutagenesis dan digunakan untuk rekayasa genom cacing Caenorhabditis elegans
- September 2013: digunakan untuk memperbanyak rekayasa genom.
- Oktober 2013: digunakan untuk rekayasa genom ulat sutera dan digunakan untuk rekayasa genom katak Xenopus tropicalis.
- November 2013: Penemuan sekuens target, RNA pemandu, dan Cas9 berkontribusi untuk menghindari pengaruh salah target.
- Desember 2013: digunakan untuk mengoreksi penyakit genetik; dan untuk screening genom manusia.
Dengan kemampuan CRISPR-Cas9 untuk mengedit DNA diperlukan waktu yang sangat cepat dan presisi. Di masa depan, kita tidak bisa membayangkan kemungkinan ibarat apa yang terjadi dengan teknik CRISPR-Cas9 ini. Tentunya regulasi bioetika perlu dipertimbangkan untuk mencegah hal yang tidak diinginkan.
Penulis:
