Penerapan Elektroforesis sebagai Visualisasi dari Tahapan PCR (Polymerase Chain Reaction)

Oleh : Dr. Ir. Vina Serevina, M.M., Indira Putri Arthamoliza, Fisika Dasar, UNJ 2021

Dalam menghadapi permasalahan baik itu pada individu maupun secara sosial, banyak prinsip-prinsip dari ilmu-ilmu pengetahuan alam yang kita gunakan. Ilmu-ilmu tersebut tidak semata-mata berdiri sendiri dan tidak dapat berikatan dengan ilmu-ilmu yang lainnya. Salah satu contohnya yaitu Ilmu Fisika. Ilmu ini dapat berkolaborasi dengan ilmu-ilmu umum lainnya, contohnya Ilmu Biologi. Dengan banyaknya perkembangan teknologi, penerapan sains dibidang fisika dan biologi sudah semakin berkembang dan menjadi alat untuk mempermudah hidup manusia. 

Salah satu penggabungan ilmu fisika dengan ilmu biologi yaitu penerapan elekroforesis sebagai visualisasi dari tahapan PCR (Polymerase Chain Reaction), yaitu teknik untuk memisahkan molekul dalam cairan atau gel menggunakan medan listrik. 

Tujuan dari elektroforesis yaitu untuk mengetahui ukuran dan bentuk partikel baik DNA, RNA, maupun protein. Manfaat dari elektroforesis yaitu untuk memvisualisasi dari hasil tahapan PCR supaya mudah diidentifikasikan. 

Virus merupakan sebuah patogen yang bersifat obligat yang hanya dapat berkembangbiak dalam sel inangnya. Hal ini terjadi karena virus hanya mempunyai asam nukleat (DNA atau RNA) tetapi tidak mempunyai kromosom, dan juga enzim-enzim yang dapat melakukan proses replikasi, transkripsi, dan juga translasi untuk mengasilkan DNA beru atau protein. Virus juga bisa dikatakan sebagai makhluk tak hidup karena virus dapat dikristalisasi. Virus yang menempel pada inangnya sangat merugikan bagi sel inang. 

Coronavirus adalah virus yang sedang melanda dunia saat ini. Coronavirus merupakan kelompok virus yang mempunyai asam nukleat RNA. Virus ini umumnya menyerang sistem pernapasan makhluk hidup bahkan dapat menyebabkan kematian. Jenis coronavirus yang sedang terjadi saat ini adalah SARS-CoV-2 atau yang lebih dikenal dengan Covid-19. 

Coronavirus memiliki bentuk tubuh sepertu bola, dengan diameter rata-rata virus sekitar 125 nm. Amplop virus berukuran 85 nm dan panjang lonjakan sekitar 20 nm. Amplop virusu sendiri terdiri dari lipid ganda yang tersusun dari protein struktural membran (M), amplop (E) dan spike (S). 

Penanganan virus paling efektif menggunakan vaksin. Namun, vaksin tidaklah dengan mudah didapatkan. Perlu ada beberapa rangkaian panjang sehingga vaksin bisa siap digunakan untuk masyarakat luas. Ciri-ciri dari penderita Covid-19 yaitu batuk, sesak nafas, kehilangan penciuman dan juga perasa, lalu deman tinggi. Namun, faktor-faktor tersebut belum tentu adalah penyakit yang berasal dari Covid-19. Dalam mendeteksi virus Covid-19, bisa dilakukan dengan cara PCR atau (Polymerase Chain Reaction). PCR merupakan metode molekular yang bertujuan untuk mengandakan potongan DNA dalam waktu yang relatif singkat. Biasanya PCR akan mengandakan DNA sampai berjuta kali lipat. 

Dalam PCR virus Covid-19, kegiatan pertama yang harus dilakukan adalah ekstrasi dari RNA virus. Ekstrasi terdiri dari beberapa tahapan yaitu 

1. Homogenisasi Homogenisasi 

merupakan proses pertama dalam ekstrasi RNA yaitu penyiapan sampel. Dalam memaksimalkan kerja RNA extraction Solution ditambahkan larutan Chloroform sebanyak 100 l yang mana berfungsi sebagai pelarut organik.

2. Presipitasi RNA 

Tahapan ini merupakan tahap koagulasi atau penggumpalan RNA yang larut dalam fase air menjadi padat. Lapisan akan terbagi menjadi tiga lapisan, dan bagian paling atas . lalu selanjutnya, larutan dietesi dengan isopropanol sebanyak 200 l, diaduk dan di entrifugasi selama 10 menit dengan kecepatan 12.000 rpm. 

3. Pencucuian RNA 

Pencucian RNA adalah membuang supernatant dan mencuci pelen RNA dengan menambahkan 500 l ethanol 75% lalu dilakukan sentrifugasi dengan kecepatan 9000 rpm. 

Setelah melakukan proses ekstrasi, tahapan selanjutnya adalah amplikasi. Amplikasi sendiri adalah proses penggandaan DNA. Karena virus Covid-19 termasuk virus RNA maka dilakukan transkripsi RNA terlebih dahulu yang nantinya akan menghasilkan cDNA (complement DNA). Proses transkripsi pada RNA menggunakan enzim Reverse transcription. Tahapan dari transkripsi RNA sama dengan tahapan pada proses transkripsi DNA, yaitu terdapat proses pre-denaturasi, denaturasi, anneling, extension. 

ELEKTROFORESIS 

Setelah selesai melakukan penggandaan DNA, maka selanjutnya akan masuk ke tahapan metode elektrolisis. Elektrolisis merupakan metode pemisahan dengan memanfaatkan medan listrik dari elektroda-elektroda dengan tujuan memisahkan senyawa-senyawa yang memiliki muatan berupa kation atau anion. Media pemisah elektrolisis berupa fase diam seperti sel agarosa yang dicampur dengan larutan buffer supaya keasaman sampel dapat terjaga saat proses terjadi. Hasil dari proses ini adalah rekaman pita-pita pemisahan senyawa.

Elektrolisis tidak terlepas dari medan listrik. Medan listrik ini dihasikan dari elektroda-elektroda yang diberikan energi listrik dari sumber energi seperti listrik searah (DC) atau listrik bolak-balik (AC). Prinsip dasar dari metode elektrolisis adalah hukum Coulomb, dimana terjadi gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus dengan besar muatannya. 

Besarnya gaya gesek pada fluida disebabkan karena adanya viskositas fluida. Viskositas fluida yang semakin besar akan menjadi semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan menyebabkan semakin sulit benda yang ada dalam fluida tersebut untuk bergerak. Dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair yang mana gaya tersebut disebut dengan gaya Stokes. Molekul bermuatan Q dalam medan listrik berkekuatan x akan bergerak dengan kecepatan v karena mengalami gaya sebesar qx. Jika f merupakan koefisien gesekan, maka molekul akan mengalami gaya hambatan sebesar vf. Maka qx = vf. Koefisien gesekan dapat dirumuskan sebagai berikut. 

Fs = 6 r v

Keterangan rumus : 

Fs = Gaya gesek (N)

 r = Jari-jari benda (m) 

= koefisien viskositas 

v = kecepatan jatuh dalam fluida (m/s) 

Pada elektroforesis, media pemisahan berupa gel agarosa. Maka dapat dihitung laju molekulnya dengan rumus 

v/x = q/6 r  

Alat elektroforesis terdiri dari medium pemisah yang terhubung dua elektroda dan kerta saring. Keberhasilan elektrolisis dipengaruhi oleh medium pemisahannya. Selain itu terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi elektrolisis yaitu faktor sampel, larutan buffer, dan medan listrik. Proses elektroforesis dilakukan dengan menyiapkan larutan buffer TBE (Tris-boreate-EDTA), larutan agarose 1% dan merangkaikan perangkat elektroforesis gel. 

Setelah di eletroforesis selama kurang lebih 2 jam. Proses elektroforesis dijalankan dengan menghubungkan tank elektroforesis dengan sumber listrik. Kabel merah sebagai penghubung arus positif dihubungkan dengan stop kontak negatif ( katoda) dan kabel hitam sebagai penghubung arus negatif dihubungkan pada stop kontak positif (anoda). hasil dari elektroforesis kemudian dilihat dengan transilluminator ultra violet dan hasilnya difoto dengan kamera digital. Jika virus tidak terdapat dalam PCR maka tidak akan ada penggandaan dari cDNA alhasil visualisasi tidak terdapat pita. Apabila terdapat virus, maka pita hasil penggandaan cDNA akan terbentuk panjang. 

Dengan berbagai proses yang telah kita dijabarkan, kita dapat menyimpulkan bahwa, ilmu fisika erat kaitannya terhadap ilmu-ilmu lainnya, contohnya ilmu biologi yang mana fisika berperan penting dalam memvisualisasikan hasil dari PCR (Polymerase Chain Reaction) sehingga kita dapat mendeteksi virus yang sedang berada dalam tubuh makhluk hidup dengan lebih mudah. 

DAFTAR PUSTAKA 

Fitriatin, Elly dan Abdul Manan. 2015. Pemeriksaan Viral Nervous Necrosis (VNN) pada ikan dengan metode Polymerase Chain Reaction (PCR). Jurnal Ilmiah Perikanan dan Kelautan Vol. 7 (2)

Devi, Made dkk. 2019. Aplikasi Polymerase Chain Reaction (PCR) Konvensional dan Real Time-PCR Untuk Deteksi Virus VNN (Viral Nervous Necrosis) Pada Ikan Kerapu Macan (Epinephelus fuscoguttatus). Jurnal TECHNO-FISH Vol. 3 (1) 

Lucianus, Johan. 2013. Introduksi Genetika Molekular Virus. Vol. 3 (1) 

Suprapto, Hari dan Yulia Kartika. 2012. Pemantauan Virus dengan Metode PCR (Polymerase Chain Reaction) di Pantai Utara Jawa Timur. Jurnal Ilmiah Perikanan dan Kelautan Vol. 4 (1) 

Ridwan, Muhammad. 2018. Elektroforesis: Analisis Elektronika Terhadap Biokimia Genetika. Jurnal Ilmiah Pendidikan Teknik Elektro. Vol. 2 (1) : 21-26 

Ardhanaricwari, Galuh. Coronavirus Disease (Covid-19). Diakses pada tanggal 28 Oktober 2021,dari http://tanjungpriok.karantina.pertanian.go.id/?coronavirus_disease_(covid_19)&tab=tulisan&id=250