Pengertian CRISPR dan Bagaimana Proses Kerjanya

Istilah CRISPR merupakan metode rekayasa genetik yang saat ini lagi marak digunakan dalam penelitian. Cluster Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats atau yang dikenal dengan istilah CRISPR adalah segmen DNA prokariotik dimana mengandung pengulangan singkat dari urutan basa. Pada setiap repetisi biasanya diikuti oleh segmen pendek atau spacer DNA dari eksposur sebelumnya untuk virus bakteri maupun plasmid. Biasa disebut juga sebagai "crisper".

Sistem CRISPR atau yang dikenal juga dengan Cas sistem merupakan sebuah sistem kekebalan tubuh prokariotik dimana mampu memberikan kekebalan terhadap elemen-elemen genetik asing seperti plasmid dan juga fag (bakteriofag/virus bakteri). Pemberi jarak CRISPR atau dikenal juga dengan spacer CRISPR mampu mengenali dan memotong elemen genetik eksogen dengan cara analog dengan RNAi pada sebuah organisme eukariotik.

Diagram CRISPR: mekanisme pertahan virus prokariotik CRISPR

CRISPR ditemukan sekitar 40% dari urutan genom bakteri dan 90% pada urutan archaea. Sistem Cas atau CRISPR saat ini telah digunakan dalam dalam rekayasa genetik terutama dalam proses editing gen atau menambahkan, mengganggu, maupun mengubah urutan gen tertentu pada regulasi gen dalam spesies rantai kehidupan.

Dengan menambahkan protein Cas9 dan sedikit paduan RNA yang tepat ke dalam sel maka genom suatu organisme akan dapat relatif lebih mudah di potong pada lokasi yang diinginkan. Beberapa keuntungan menggunakan metode CRISPR ini diantaranya mampu mengobati penyakit genetik, melawan infeksi serta peningkatan hasil tanaman pangan.

Sejarah CRISPR

CRISPR sebenarnya merupakan bagian proses normal yang biasanya terjadi pada bakteri. Keunikan proses bakteri tersebut membuat para peneliti berlomba-lomba mempelajari CRISPR. Dikatakan unik karena proses metode CRISPR yang awalnya ada pada bakteri ini mampu menggabungkan DNA asing kedalam keadaan lain bahkan bakteri juga mampu mengais DNA yang telah rusak dari lingkungannya.

Diagram sederhana dari CRISPR yang terdiri dari tiga komponen utama CRISPR.

Kumpulan pengulangan (repeat) yang merupakan cara kerja CRISPR ini pertama kali ditemukan pada tahun 1987 oleh Yoshizumi Ishino pada bakteri Escherichia coli. Namun pada saat itu Yoshima belum mengetahui fungsi CRISPR dan manfaatnya.

Di tahun 2000, proses pengulangan (repeat) serupa diidentifikasi terjadi pada bakteri bakteri lain dan archaea. Kemudian peristiwa pengulangan ini diberi istilah SRSR atau Short Regularly Spaced Repeats dan dirubah lagi istilahnya menjadi CRISPR pada tahun 2002. Sedangkan istilah Cas memiliki pengertian atau digunakan dalam satu set gen yang melakukan pengulangan CRISPR. Gen cas ini diduga mampu megkodekan nuklease atau helikase dengan menggunakan enzim yang mampu memotong DNA.

Tiga penelitian idependen pada tahun 2005 juga menemukan spacer CRISPR yang berasal dari fag DNA dan DNA ekstrakromosomal seperti plasmid. CRISPR ditemukan pada spacer fragmen DNA dari virus yang sebelumnya mencoba menyerang sel. Dari sinilah diketahui bahwa sistem CRISPR atau cas mampu memberikan kekebalan adaptif pada bakteri. Usulan pertama untuk menggunakan spacer sebagai tempale untuk molekul RNA dimana memiliki fungsi sama dengan sistem yang disebut RNA interferensi dimana digunakan oleh sel-sel eukariotik di kemukakan oleh Koonin dan rekan-rekannya.

Tepatnya di tahun 2007, ilmuan dari industri makanan Danisco yaitu Barrangou dan Horvath serta Moineau’s group di Universitas Laval Canada memperlihatkan bahwa mereka bisa memanfaatkan spacer DNA untuk mengubah Streptococcus thermophilus untuk menyerang fag.

Kemudian peneliti independen Doudna dan Charpentier mempelajari protein CRISPR terkait bagaimana suatu bakteri menggunakan spacer sebagai pertahanan kekebalan tubuh bakteri. Mereka bersama-sama mempelajari sistem CRISPR sederhana yang bergantung pada protein yang disebut Cas9. Mereka juga menemukan bahwa bakteri menanggapi suatu fag yang akan menyerang dengan cara menyalin spacer dan DNA palindromic menjadi molekul RNA lama. Kemudian sel akan menggunakan tracrRNA dan Cas9 untuk memotong molekul RNA lama menjadi potongan-potingan yang disebut crRNAs.

Apa Itu Cas9

Cas9 sendiri sebenarnya adalah merupakan nuklease, yaitu sebuah enzim khusus yang mampu memotong DNA. Cas9 juga mempunyai dua situs aktif pemotong yaitu HNH dan RuvC dimana hanya dibutuhkan satu pemotong untuk setiap helai helix ganda dari DNA. Tim ini menunjukan bahwa mereka mampu menonaktifkan satu maupun kedua situs tadi sambil menjaga kemampuan Cas9 tetap diatas DNA target.

Berikutnya Jinek et al mengusulkan bahwa sistem ini seperti panduan RNA sintesis yang dapat digunakan untuk mengedit DNA. Jinek mengkombinasikan tracrRNA dan spacer RNA menjadi single-guide RNA dimana molekul yang dicampur dengan Cas9 mampu menemukan dan memotong DNA target dengan benar.

Di tahun 2012 CRISPR pertama kali digunakan untuk bekerja sebagai rekayasa genom atau lat editing pada kultur sel manusia. Sejak saat itu, pemanfaatan CRISPR mulai berkembang dan digunakan dalam berbagai organisme termasuk penggunaan CRISPR pada ragi roti (S. cerevisiae), Zebrafish (D. rerio), lalat (D. melanogaster), axolotl (A. mexicanum), nematoda (C. elegans), tanaman, monyet, tikus, embrio, serta organisme lainnya.

Selain itu juga CRISPR telah dimodifikasi untuk dapat membuat faktor transkrip terprogram yang memungkinkan para ilmuwan untuk dapat mengaktifkan dan menargetkan editing pada gen tertentu.