CRISPR untuk Rekayasa Jenis Kelamin Nyamuk

Jenis kelamin penting dalam keberlangsungan hidup dan evolusi organisme yang bereproduksi secara seksual. Pada spesies serangga yang berbeda, terdapat sistem kromosom yang beragam yang digunakan untuk menentukan jenis kelamin individu. Dalam kelompok Diptera, misalnya, sistem kromosom seks menentukan  cakupan yang luas seperti XX / XY dalam nyamuk Anopheles dan lalat Drosophila buah, ZW / ZZ dan XX / XO di beberapa Tephritidae lalat, dan kromosom seks-menentukan homomorphic di nyamuk Culicinae.

Inovasi terbaru perkembangan CRISPR-Cas9 dalam mengedit gen telah membuat lebih mudah, lebih cepat, dan lebih murah dalam kemajuan rekayasa genetik hewan dan tumbuhan. Seperti pada spesies nyamuk Anopheles gambiae dan Aedes aegypti yang dapat dimanipulasi menjadi nyamuk transgenik.

CRISPR (clustered regulatory interspaced palindromic repeat) adalah alat yang terbuat dari DNA rekayasa, yang mengandung urutan panduan gen tertentu yang akan di sambung ke sasaran, bersamaan dengan  enzim cas9. Sistem CRISPR pada bakteri tipe-II  telah diadaptasi dalam berbagai organisme untuk menghasilkan RNA endonuklease, atau RGENs, yang menargetkan daerah tertentu dari genom RNA-DNA. Pada dasarnya sistem CRISPR/ Cas terdiri dari dua komponen: 

• SgRNA (synthetic single guide RNA ), yang merupakan RNA kecil yang berisi 17-20 bp yang dapat berpasangan pada urutan genom tertentu.
• Enzim Cas9 (CRISPR-associated protein 9) adalah enzim yang dapat memotong untai DNA dilokasi yang ditentukan. 

Sebagaimana dalam sel bergerak memperbaiki untai DNA, dan diganti dengan DNA yang cocok dan yang dipilih sebelumnya. Ini berarti peneliti dapat menyisipkan urutan gen yang dipilih dengan tepat. Cas9  berasal dari Streptococcus pyogenes (SpCas9). SpCas9 membentuk kompleks dengan sgRNA dan menginduksi untai ganda DNA jeda di daerah genom yang memenuhi dua kriteria:

1. Berisi urutan komplementer ke situs inisiasi sgRNA 
2. Berbatasan langsung dengan  PAM (protospacer-adjacent motif ). 

Urutan PAM berfungsi agar SpCas9  dapat  membentuk urutan NGG. Motif ini terjadi kira-kira sekali setiap 17 bp di genom Ae. aegypti, sehingga memungkinkan peneliti dapat menargetkan setiap lokus genom dengan sistem CRISPR-Cas9.

Sistem CRISPR mempunyai sifat /karakteristik :

1. non-homologous end joining (NHEJ)
2. homology-directed repair (HDR)

Pada 2015, sebuah tim Peneliti yang dipimpin oleh Zhijian Tu dan Zach Adelmen mempelajari spesies nyamuk Aedes aigypti dan  menemukan faktor penentu jenis kelamin jantan yang ditranskripsi dari sebuah  gen tunggal bernama Nix yang mereka sebut faktor M, yang terletak di kromosom Y. Nix diduga mengkode RNA-binding protein dan ditranskripsikan selama transisi ibu ke zigot, sebelum  jenis kelamin ditentukan.

Ketika Nix disisipkan dengan CRISPR-Cas9, menghasilkan jantan feminin yang menunjukkan alat kelamin dan antena betina. Ketika Nix itu ektopik menghasilkan secara genetik nyamuk betina tetapi mengembangkan alat kelamin jantan secara eksternal dan internal termasuk testis dan kelenjar aksesoris. integrasi Nix ke dalam genom sebagai transgen mungkin cukup untuk mengkonversi betina ke jantan subur. Atau, Nix diekspresi pada betina dapat mengkonversi betina ke jantan steril atau hanya  betina lethal.

Setiap kali sel membelah, alat CRISPR-Cas9 disambung ke setiap genom nyamuk, dan membawa serta urutan genetik yang dipilih peneliti. Dengan cara ini, urutan genetik dapat dimasukkan ke dalam setiap urutan DNA wild type. Mekanisme ini disebut “ gen drive“, karena dapat digunakan untuk menggerakkan urutan genetik yang dipilih ke populasi sehingga, akhirnya jika gen berfungsi seperti yang diharapkan, setiap organisme keturunan akan memiliki sifat fenotip terkait dengan urutan DNA yang dipilih peneliti 

Penulis: Romi Febriansyah, S.Si