Detektif DNA: Bagaimana Cara Teknik RAPD Mengungkap Identitas dan Kekerabatan Suatu Individu?

Misteri tentang faktor yang menyebabkan perbedaan warna mata dan bentuk hidung pada manusia, bentuk biji pada tumbuhan, dan perbedaan-perbedaan karakteristik lainnya pada makhluk hidup telah mendorong para ilmuwan untuk mencari apa sebenarnya faktor penentu tersebut. 

Berbagai penelitian telah dilakukan oleh para ilmuwan hingga akhirnya pada tahun 1950-an dua ilmuwan bernama James D. Watson dan Francis Crick dapat menguak misteri tersebut. DNA atau gen, suatu molekul yang bahkan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, merupakan unit penyusun makhluk hidup yang dapat menjadi penentu "nasib" dari suatu makhluk hidup. 

DNA tersusun atas satuan nukleotida yang dibedakan menjadi empat jenis, yaitu nukleotida dengan basa nitrogen adenin, timin, sitosin, dan guanin. Empat jenis nukleotida tersebut berpilin dan berputar dengan indah membentuk molekul DNA beruntai ganda. Urutan keempat jenis nukleotida memiliki peran yang krusial dalam menentukan karakteristik apa yang akan dimiliki oleh suatu makhluk hidup.

Pertanyaannya, dengan empat penyusun nukleotida yang sama, bagaimana suatu individu dapat berbeda dengan individu lainnya? Pertanyaan yang serupa juga dapat diajukan, mengapa ada jeruk yang memiliki rasa manis dan ada pula jeruk yang memiliki rasa asam? Hal ini dapat dijelaskan dengan teori mengenai polimorfisme DNA. 

Polimorfisme DNA adalah variasi genetik yang disebabkan oleh mutasi. Mutasi dapat mengubah sebagian besar DNA yang berfungsi dalam mengkodekan gen tertentu atau hanya mengubah satu jenis nukleotida saja yang dikenal dengan istilah polimorfisme nukleotida tunggal (single nucleotide polymorphism disingkat SNP). 

Meskipun perbedaan pada SNP hanya terdapat pada satu jenis nukleotida saja, tetapi perubahan ini sangat berpengaruh signifikan dan dapat dengan drastis mengubah karakter dari suatu individu. 

Adanya polimorfisme DNA inilah yang menyebabkan keanekaragaman antara satu individu dengan individu lainnya pada satu spesies yang sama. Hal ini jugalah yang menjadi jawaban mengapa ada jeruk yang memiliki rasa manis dan ada pula jeruk yang memiliki rasa asam. Dengan melihat polimorfisme DNA, para ilmuwan dapat memprediksi karakter yang dapat diekspresikan oleh suatu individu begitu pula melihat kekerabatan antar individu sehingga dapat diketahui silsilah dari individu tersebut.

Lantas, bagaimana cara ilmuwan dapat mengetahui polimorfisme DNA yang terdapat pada suatu individu? Hal ini dapat diketahui dengan menggunakan berbagai teknik dalam Biologi Molekuler, salah satunya dapat dilakukan dengan teknik RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). 

Teknik ini dikembangkan oleh ilmuwan asal Wales bernama Jonathan G. Williams dan rekan-rekannya pada tahun 1990. Metode ini mengandalkan teknik PCR (Polymerase Chain Reaction) untuk memperbanyak urutan DNA menggunakan primer pendek dan acak. 

Pendekatan primer dengan urutan yang acak ini dapat menghasilkan polimorfisme, yaitu variasi dalam urutan DNA antara individu-individu yang diuji. Gambar di bawah menunjukkan cara PCR memperbanyak urutan DNA tertentu. Metode ini sangat berguna bagi ilmuwan dalam melakukan penelitian-penelitian dalam bidang Biologi Molekuler.

PCR, metode yang dapat memperbanyak urutan DNA tertentu dari sampel biologis (ilustrasi: iStock)

Teknik RAPD dimulai dengan mengekstraksi DNA dari sampel biologis, seperti jaringan tumbuhan atau sampel darah hewan. DNA kemudian diperbanyak dengan menggunakan PCR menggunakan primer acak yang memiliki panjang sekitar 10-20 basa. 

Setelah diperbanyak, hasil PCR dipisahkan menggunakan elektroforesis agarose atau poliakrilamida. Pola pita DNA yang dihasilkan kemudian diamati dengan menggunakan pewarna atau teknik deteksi lainnya. 

Gambar berikut menunjukkan ilustrasi hasil dari elektroforesis dari lima sampel yang berbeda dan satu pita DNA standar (paling kiri). Kesamaam dari pola pita DNA pada hasil elektroforesis ini dapat mengungkap hubungan kekerabatan dari beberapa individu. 

Semakin mirip pola pita DNA pada sampel dari suatu individu, semakin dekat kekerabatan antara individu-individu tersebut. Pada gambar di bawah ini, sampel 3 dan 4 menghasilkan pola pita DNA yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa kedua individu tersebut memiliki kekerabatan yang paling dekat dibandingkan dengan individu-individu lainnya.

Ilustrasi elektroforesis: semakin banyak pita DNA yang sejajar, artinya sampel dari individu tersebut memiliki banyak kesamaan (ilustrasi: iStock)

RAPD telah digunakan dalam berbagai penelitian biologi untuk menjelaskan fenomena-fenomena penting. Salah satu penerapannya adalah dalam studi taksonomi dan identifikasi spesies. 

Dalam banyak kasus, organisme yang serupa secara morfologi, tetapi berbeda secara genetik dapat diidentifikasi dengan menggunakan RAPD. Metode ini juga dapat membantu dalam menentukan keragaman genetik dalam populasi organisme tertentu. RAPD juga telah diterapkan dalam penelitian Bioteknologi, terutama dalam pemuliaan tanaman. 

Dengan menggunakan RAPD, ilmuwan dapat mengidentifikasi marka molekuler yang terkait dengan sifat-sifat penting seperti ketahanan terhadap penyakit atau produktivitas tinggi. Informasi ini dapat digunakan untuk memilih tanaman yang memiliki sifat-sifat yang diinginkan secara genetik dan mengembangkan varietas tanaman yang lebih unggul.

Teknik RAPD memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan teknik Biologi Molekuler lainnya karena teknik ini dapat dilakukan dengan pengetahuan yang sedikit tentang urutan DNA yang diteliti, tidak membutuhkan biaya yang besar, dan waktu pengerjaan yang relatif singkat. 

Teknik ini telah banyak diaplikasikan dalam berbagai penelitian, seperti dalam penelitian pemeriksaan asal populasi, pemetaan genom, identifikasi asal geografi serangga, identifikasi keanekaragaman genetik suatu organisme, dan lain sebagainya.