KUN FAYAKUN DALAM PERSPEKTIF TAFSIR EMBRIOLOGI

Sebelum manusia ataupun hewan terlihat sesempurna sekarang ini, manusia terlihat sebagai makhluk yang dapat berdiri tegak dengan kedua kakinya, dengan simetri tubuh bilateral simetris, mempunyai dua lengan untuk memegang, mempunyai kepala yang dilebihkan isinya oleh Allah SWT dengan akal fikiran yang tidak dimiliki makhluk hidup lain. Dalam proses penciptaannya, tidak semata-mata Allah menjadikannya hanya dengan  kalimat “Kun Fayakun”. Proses “Kun Fayakun” disini bermakna luas, yakni sebuah proses yang terdiri dari berbagai tahapan yang Allah atur sedemikian rupa. Dalam ilmu pengetahuan, proses ini dipelajari dalam Embriologi (Ilmu yanng mempelajari tentang perkembanagan hewan). Pada manusia dan vertebrata umumnya, perkembangan ini dimulai setelah fertilisasi dilanjutkan dengan pembelahan yang memakan waktu sekitar 2 minggu, gastrulasi seminggu kemudian, dan organogenesis sekitar 4 minggu, sedangkan pertumbuhan berikutnya dan spesialisasi fungsional menempati 7 bulan terakhir kehamilan. Dalam perkembanagnnya Embriologi melahirkan istilah histogenesis. Organisasi histogenesis akan didasarkan pada tiga lapisan germinal, ektoderm, mesoderm dan endoderm yang terbentuk pada tahap gastrula, sebagaimana ditunjukkan pada Bagan 13.2. yang menjelaskan suatu aliran  dari struktur embrio menjadi jaringan dewasa dan organ-organ yang fungsional. Dalam perkembangan embrio, proses pembentukan sel baru melibatkan induksi embrionik. Sel-sel saling menginduksi sel tetangganya untuk membentuk sel yang baru. Seperti yang kita ketahui bahwa induksi embrionik terjadi dalam beberapa langkah disertai dengan sinyal-sinyal yang menginduksinya. Salah satu contoh induksi embrionik sebagaimana pada Gambar 12.26 menunjukkan perkembangan dorsal mesoderm yang terjadi karena induksi aksis dengan sinyal disinhibisi. Sebagai hasil dari disinhibisi ini, maka perkembangan dorsal terjadi pada pengaturan default yang akan dibahas pada paragraf berikutnya. Singkatnya, proses perkembangan hewan dari embrio sampai menjadi jaringan dewasa yang berasal dari lapisan ektoderm, mesoderm, dan endoderm, sehingga membentuk organ fungsional seperti terlihat sekarang ini, keseluruhannya dihasilkan melalui tahapan perkembangan embrionik yang dalam prosesnya disertai dengan induksi embrionik yang melibatkan sinyal-sinyal antar sel. Dari latar belakang tersebut, Saya menarik sebuah judul tulisan “ Kun Fayakun dalam Perspektif Tafsir Embriologi”

Tujuan dari penulisan ini adalah untuk menganalisis beberapa hal yang berkaitan dengan sistem perkembangan hewan. Pertama, mengetahui senyawa pengantar komunikasi sel yang bereperan dalam proses perkembangan embrio. Kedua, menjelaskan adanya penentu yang terlokalisasi dalam sitoplasma. Ketiga, menjelaskan adanya ikatan sel (adhesi) sehingga terbentuk morfogenesis yang memberikan pergerakan dalam gastrulasi. Keempat, menghubungkan  bagan 12.26 mengenai gerakan morfogenesis terinduksi membentuk sistem saraf serta sumbu tubuh. Kelima, menganalisis pembentukan organ-organ tubuh dari 3 lapisan germinal, ektoderm, mesoderm, dan endoderm serta menjelaskan keseluruhan organ menjadi tersusun atas 4 jaringan dewasa yang utama, yakni jaringan saraf, epitel, otot,  dan ikat.

Dalam proses perkembangan embrio, salah satu bagian yang sangat penting adalah komunikasi intra dan antar sel. Komunikasi sel ini berperan di dalam proses proliferasi, diferensiasi, dan apoptosis yang melibatkan molekul atau senyawa pembawa pesan (cell mesengger/mesengger kimiawi) yang akan berikatan dengan reseptor protein di permukaan sel atau melalui inti sel targetnya. Pengikatan ini akan menimbulkan perubahan kimiawi. Senyawa kimiawi pengantar pesan ini dapat berupa protein, asam amino, polipeptida, steroid, nukleotida, asam lemak, dan senyawa terlarut seperti CO dan NO.

Komunikasi sel yang berperan dalam proses proliferasi menghasilkan sel blastomer yang banyak, perkembangan nasib blastomer tersebut dapat diketahui melalui penentu lokalisasi sitoplasma. Faktor penentu lokalisasi sitoplasma adalah faktor yang mempengaruhi nasib blastomer yang dialokasikan. Dua strategi biasanya digunakan untuk mengidentifikasi faktor penentu lokalisasi sitoplasma. Strategi penyelamatan embrio mutan atau eksperimen dimanipulasi, kemudian dikembalikan keperkembangan normal oleh transplantasi sitoplasma dari donor normal. Strategi lainnya adalah transplantasi heterotropik. Dalam prosedur ini, sitoplasma mengandung penentu diduga ditransplantasikan dari lokasi normal didonor kewilayah dipenerima yang berbeda. Struktur yang sama yang akan terbentuk di lokasi donor yang mana sitoplasmanya telah dihapus kemudian dapat dibentuk dalam penerima di lokasi transplantasi. Kedua penyelamatan dan transplantasi heterotropik dapat digunakan sebagai uji hayati untuk mengkarakterisasi sifat molekul dan sifat-sifat lainnya sebagai faktor penentu sitoplasma.

Setelah sel memperbanyak diri, sel-sel dari jaringan embrio yang berbeda saling melekat dan membentuk pengaturan konsentris di mana sel-sel yang paling lekat menempati posisi sentral. Gerakan morfogenetik seperti epiboli dan ingresi (berjalan masuk) berhubungan dengan perubahan yanng terukur dalam pelekatan sel. Perubahan kelekatan sel (adhesi sel) ditambah dengan motilitas sel adalah penggerak kekuatan dalam morfogenesis. Antar sel yang berebda ini dilekatkan  secara cepat dan selektif oleh molekul adhesi sel (CAMs) yaitu suatu protein membran plasma. CAM ini memilik 3 domain, terdiri dari domain ekstaselular transmemberan dan sitoplasmik. Domain sitoplasmik terhubung ke sitoskeleton dengan protein penghubung termasuk β-catenin. Ada tiga anggota utama CAMs yang meliputi N-CAM, Cadherins, dan lectins. Sel juga melekat pada beberapa komponen matriks ekstra seluler (MES), molekul yang terlibat secara kolektif disebut substrat molekul adhesi (SAMs) yang terdiri dari anyaman serat berupa glikosaminaglikan, preteoglikan, kolagen fibronektin, dan laminin. Sedangkan sel terhubung dengan komponen MES umumnya oleh protein integrin, subunit  α dan β integrin memiliki domain ekstraselular, transmembran, dan sitoplasmik yang yang terhubung dengan mikrofilamen. Kedua CAMs dan SAMs diperkirakan memainkan peran kunci dalam siklus morforegulatori di mana ekspresi gen mengendalikan peristiwa morfogenetik dan sebaliknya.

Terjadinya morfogenesis ditandai dengan gastrulasi, ketika epitel dan sel-sel individual menjalani gerakan bertahap yang menghasilkan organ dasar embrio. Peristiwa ini secara kolektif disebut gerakan morfogenetik atau morfogenesis (morphe, "bentuk"; genesis, "penciptaan"). Gerakan-gerakan ini membawa gastrulasi dan tahap perkembangan berikutnya  yang disebut organogenesis pada saat tiga lapisan germinal bekerja sama untuk membentuk organ dasar tubuh. Meskipun secara umum 3 lapisan germinal ini akan membentuk organ dasar tubuh yang sama, akan tetapi gerakan morfogenetik setiap hewan berebda-beda.

Setelah gastrulasi, organogenesis melibatkan gerakan morfogenetik yang luas. Proses ini dialami dengan baik pada neurulation, yaitu pembentukan sistem saraf pusat pada vertebrata. Neurulation merupakan bagian dari pembentukan aksis, yang berarti dalam konteks ini termasuk juga pembentukan pola terorganisir organ dasar dorsal. Pembentukan Axis tergantung pada interaksi induktif, yang dikenal sebagai induksi sumbu. Gambar 12.26 menggambarkan tentang perkembangan dorsal terjadi karena diatur program default. Dalam kasus induksi aksis,  sinyal yang menghambat perkembangan dorsal  dapat mendorong perkembangan ventral sebagai gantinya. Akan tetapi Induksi aksis dapat mengganggu sinyal penghambatan ini, dengan melepaskan sinyal disinhibisinya. Model Induksi aksis dengan disinhibisi ini direpresentatifkan oleh embrio pada spesies Xenopus Laevis pada tahap midblastula, dimana protein morfogenetik tulang (BMP-4) berperan sebagai inhibitor alami pada perkembangan dorsal diganggu oleh dua protein Chordin dan Noggin yang disentesis secara khusus dalam organizer spemann dan dikontrol oleh faktor transkripsi goosecoid yang berasal dari jalur-Wnt. Chordin dan noggin mengikat langsung ke BMP-4 sehingga mengganggu fungsi penghambatannya. Sebagai hasil dari disinhibisi ini, maka perkembangan dorsal terjadi pada pengaturan default.

Perkembangan organ-organ dasar diikuti oleh jangka histogenesis. Sebuah jaringan terdiri dari sel-sel dan bahan ekstraseluler yang melakukan suatu fungsi tertentu. Organisasi histogenesis akan didasarkan pada tiga lapisan germinal, ektoderm, mesoderm dan endoderm yang terbentuk pada tahap gastrula, sebagaimana ditunjukkan pada Bagan 13.2. yang menjelaskan suatu aliran  dari struktur embrio menjadi jaringan dewasa dan organ-organ yang fungsional. Turunan utama lapisan germinal ektodermal, yaitu tabung saraf, puncak saraf (neural cress), plakoda-plakoda ektodermal, dan epidermis (kulit). Tabung saraf bagian anterior akan membentuk otak sedangkan posteriornya akan membentuk sumsum tulang belakang, neural crest (NC) akan memebntuk sistem saraf simpatik dan parasimpatik, Plakoda-plakoda ektodermal akan memebentuk organ-organ pada panca indra seperti lensa mata, organ telinga dalam, dan epitel olfaktori (pembau). Sedangkan epidermis akan membentuk lapisan epidermis kulit beserta derivatnya seperti rambut, bulu, sisik. Organ-organ turunan endoderm yang utama adalah saluran pencernaan makanan dan kelenjar-kelenjarnya, serta paru-paru dan saluran respiratori (pernapasan). Selain itu beberapa kelenjar endokrin seperti timus, tiroid, dan paartiroid. Faring memeprlihatkan banyak derivat yaitu evaginasi laterad berupa kantung faring yang selengkapnya ada 6 pasang disertai lengkung dan celah paring, dimana pada setiap lengkung, kantung, dan celah faring akan menjadi organ yang berebda-beda. Turunan mesoderm akan membentuk berbagai macam organ termasuk tulang, otot, organ urogentia, dan sistem peredaran darah. Mesoderm terbagi menjadi mesoderm aksial, paraksial, intermediet, lateral plate, dan head mesenkim. Mesoderm aksial memebentuk notokord, mesoderm paraksial membentuk somit, mesoderm intermediet membentuk organ urogentia dan ginjal, lateral plate memebentuk sel darah, dan head mesenkim membentuk otot.

Pembentukan organ-organ tubuh dari 3 lapisan germinal, ektoderm, mesoderm, dan endoderm, keseluruhan organ-organ tersebut menjadi tersusun atas 4 jaringan dewasa yang utama, yakni jaringan saraf, epitel, otot,  dan ikat. Jenis jaringan utama yang dibahas pada organ ektodermal adalah jaringan epitel dan jaringan saraf. Jaringan epitel yakni jaringan yang menutupi atau melindungi jaringan lain. Jaringan saraf terdiri dari sel-sel neuron dan serabut saraf, berfungsi sebagai penghantar rangsang. Sedangkan pada organ-organ endodermal dan mesodermal adalah jaringan ikat dan jaringan otot. Yang termasuk ke dalam jaringan ikat yakni tulang rawan, tulang sejati, tendon, jaringan adiposa (lemak), jaringan darah, dan jaringan limfa, sedangkan yang termasuk ke dalam jaringan otot adalah otot rangka, otot polos dan otot jantung.

PEMANFAATAN DNA DALAM BIOTEKNOLOGI

Asam Deoksiribonukleat atau disingkat DNA merupakan persenyawaan kimia yang palin penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan genetik dari sel khususnya atau dari makhluk hidup dalam keseluruhannya sari satu generasi ke geenerasi berikutnya (Suryo, 2013; 57). DNA sangat menarik perhatian para biologiwan modern dalam abad ini, seperti halnya ahli kimia serta fisika tertarik pada atom. Oleh karena DNA sangat erat hubungannya dengan hampir semua aktivitas biologi, maka banayk sekali penyelidikan telah dilakukan, bahkan kini masih terus berjalan untuk mengetahui lebih banyak lagi tentang DNA. DNA menempati tempat utama dalam sitologi, genetika, biologi molekuler, biokimia, dan bioteknologi.

Bioteknologi adalahh aplikasi organisme atau bagian tubuh organisme ke dalam teknologi untuk menghasilkan sesuatu yang bermanfaat. Bioteknologi memiliki sejarah panjang yang mencakup praktik-praktik terdahulu seperti pembiakan selektif hewan ternak dan penggunaan mikroorganisme untuk membuat minuman anggur dan keju. Kini bioteknologi juga mencakup rekaya genetika (genetic engineering), manipulasi langsung gen demi tujuan praktis. Rekayasa genetik telah melancarkan sebuah sebuah revolusi dalam bioteknologi, sehingga sangat mengembangkan lingkup potensi aplikasi bioteknologi. DNA kini dimanfaatkan dalam bioteknologi dengan  berbagaai cara yang tidak terpikirkan satu dasawarsa lalu, memengaruhi semua bidang mulai dari pertanian, pertenakan, penelitian medis, bahkan hukum pidana (Campbell, 2008; 429).

Memanipulasi sifat genetic ini dilakukan dengan menambah atau mengurangi DNA dari sumber yang berbeda dikenal sebagai rekombinani DNA. DNA rekombinan (recombinant DNA) merupakan molekul DNA yang terebntuk ketika segmen DNA dari dua sumber yang berbeda digabungkan in-vitro (dalam tabung reaksi). Ini membuka jalan bagi perkembangan teknik-teknik yang canggih untuk menganalisis gen dan ekspresi gen. Bagaimana ilmuwan menyiapakan DNA rekombinan dan menggunakan teknologi DNA untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan fundamental biologi (Campbell, 2008; 429)

Perkembangan teknologi DNA rekombinan memainkan peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi DNA rekombinan memunculkan suatu pengetahuan baru dalam rekayasa genetika. Perkembangan bioteknologi dari bioteknologi tradisional ke bioteknologi modern salah satunya ditandainya dengan kemampuan manusia dalam melakukan analisis DNA organisme, sekuensing DNA dan manipulasi DNA.  Bioinformatika ialah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasi untuk mengelola dan menganalisis informasi hayati. Bidang ini mencakup penerapan metode metode matematika-statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologi, terutama yang terkait dengan penggunaan sekuens DNA dan asam amino. Contoh topik utama bidang ini meliputi pangkalan data untuk mengelola informasi hayati, penyejajaran sekuens (sequence alignment), prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein atau pun struktur sekunder RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresi gen.

Molekul DNA yang ditemukan di alam sangatlah panjang, dan seutas molekul biasanya mengandung banayk gen. Untuk bekerja langsung dengan gen gen spesifik, para ilmuwan mengembangkan berbagai metode untuk menyiapkan segmen-segmen DNA yang terdefinisi dengan baik dalam banyak salinan identik, proses yang disebut pengklonan DNA. Salah satu pendekatan yang banyak diterapkan menggunakan bakteri, paling sering Escherichia coli. E. coli merupakan molekul DNA besar yang melingkar. Selain itu E. coli dan banyak bakteri lain memiliki plasmid, molekul DNA kecil melingkar yang bereplikasi secara terpisah dari kromosom bakteri. Pengklonan gen dan rekayasa genetik mengandalkan penggunaan enzim-enzim yang memotong molekul DNA pada lokasi yang spesifik dalam jumlah terbatas. Enzim-enzim ini disebut endonuklease restriksi, atau enzim restriksi (restriction enzyme). Enzim restriksi akan memotong molekul DNA lebih dari sekali , menghasil sejumlah fragmen restriksi (restriction fragment). Fragment apapun dengan ujung lengket yang komplementer dapat berpasangan basa yang dipotong dengan enzim yang sama. Jika fragmen itu berasal dari DNA yang berebda, produknya adalah DNA rekombinan. Sambungan ini hanya sementara, namun dapat dibuat permanen dengan DNA ligase.

Kegunaan bioinformatika mempengaruhi kehidupan kita dalam berbagai bidang:

A.    Aplikasi Medis

Penggunaanya yakni untuk mengidentifikasi gen-gen manusia dengan mutasi yang berepran dalam penyakit genetik.

1.        Diagnosis penyakit, menggunakan PCR dengan primer yang menyasar gen-gen yang berkaitan dengan penyakit-penyakit tersebut

2.        Terapi Gen manusia, mengintroduksi gen ke dalam pengidap penyakit demi tujuan terapetik-menyimpan potensi yanng besar untuk menangani kelainan-kelainan yang disebabkan oleh suatu gen cacat.

3.        Produk-produk farmasi : produksi hormon insulin manusia dan hormon pertumbuhan, pembuatan obat, produksi protein, membuat vaksin.

B.     Pembersihan Lingkungan

Sebagai contoh, banyak bakteri dapat mengekstraksi logam berat, seperti tembaga, timbel, dan nikel, dari lingkungan dan menggabungkan logam-logam itu menjadi senyawa seperti tembaga sulfat atau timbel sulpat, yang mudah dikumpulkan.

C.    Aplikasi Pertanian dan Peternakan

Penggunaannya dalam tanaman dan hewan transgenik dengan mengintroduksi gen dari hewan atau tumbuhan bergenotip tertentu ke dalam genom dari individu lain, sering kali dari spesies berbeda atau gen asing (transgen) dan mampu mengekspresikan gen asing.

Referensi

Campbell, Neil A. Biologi Edisi Ke-delapan. Jakarta: Erlangga. 2008

Suryo. Genetika Cetakan Ke-13. Yogyakarta: UGM Press. 2013

Fatchiyah. Bioinformatika. http://fatchiyah.lecture.ub.ac.id/teaching-responsibility/bioinformatics/whats-bioinformatics/. 2016. Diakses pada tangggal 30 Maret 2016, pukul 22.00 WIB.