iii Alhamdulillahirobbil’alamin dengan terselesaikannya penulisan dan penyusunan buku Metode Biologi Molekuler ini semoga dapat mendukung khasanah keilmuan dibidangnya. Perkembangan dan pemanfaatan biologi molekuler saat ini sangat pesat. Kajian biologi molekuler berperan penting dalam menjawab pertanyaan di berbagai bidang ilmu seperti pangan (pertanian dan perikanan), kesehatan (farmasi dan kedokteran), forensik, energi, lingkungan dan lain-lain termasuk dalam pengelolaan keanekaragaman hayati di Indonesia. Buku ini membahas beberapa metode dan aplikasinya di beberapa bidang melalui pendekatan pengembangan biologi molekuler. Buku ini terdiri dari 12 bab yang menjelaskan sejarah, pemanfaatan dan berbagai metode Biologi Molekuler terkini. Dua bab pertama mendeskripsikan tentang perkembangan Biologi Molekuler dan pemanfaatannya. Bab selanjutnya menjelaskan tentang berbagai metode terkini dalam bidang Biologi Molekuler, di antaranya: RAPD, RFLP, microsatellite, SNP, multipleks PCR, sekuensing, Reverse Transcription, real time-PCR, DNA barcode, e-DNA, dan CRISPR-Cas9. Setiap Bab dalam buku ini ditulis oleh para peneliti yang menguasai teknik tersebut dengan baik, sehingga dapat memberi gambaran yang komprehensif dan mendalam. Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki Megabiodiversitas hayati di dunia, dengan demikian penelitian mengenai observasi dan inventarisasi keanekaragaman hayati sangatlah penting dalam konservasi dan pengelolaan sumber daya alam. Marka molekuler merupakan salah satu metode yang efektif dalam penelitian keanekaragaman genetik. Mikrosatelit atau simple sequence repeat (SSR), PCR-RAPD, PCR-RFLP adalah marka molekuler yang banyak diaplikasikan dalam identifikasi keanekaragaman genetik. Selain itu, teknologi DNA Barcoding memberikan alternatif cepat dan tepat dalam identifikasi makhluk hidup lokal dan Endemik Indonesia yang sudah maupun belum terdeskripsikan. Penelitian biodiversitas dalam skala besar dapat dilakukan dengan aplikasi DNA lingkungan (eDNA). eDNA merupakan metode baru dalam penelitian keanekaragaman hayati. Sampel DNA dapat diambil dari lingkungan (air, tanah, dan udara) tanpa memerlukan tanda yang jelas dari sumber biologis. Kajian metabarcoding untuk menduga DNA yang tersebar di lingkungan (air, tanah dan udara) memberikan harapan kajian biodiversitas yang semakin efisien dan biaya yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan survei tradisional. Aplikasi DNA lingkungan (eDNA) menggabungkan para ilmuwan ekologis, dan bioinformatik untuk bersama-sama terus mengembangkan metode yang lebih efektif dalam pengelolaan sumberdaya alam. Penemuan PCR dan sekuensing berperan besar dalam perkembangan riset genetika dan biologi molekuler. Saat ini teknik PCR dan sekuensing telah berkembang pesat. Metode multipleks PCR memungkinkan amplifikasi beberapa sekuens menggunakan beberapa pasang primer dalam satu reaksi. Teknik multipleks PCR dapat menghemat waktu dan reagen. Aplikasi multipleks PCR dapat kita lihat secara nyata dalam diagnosis pasien Covid-19. Selain itu, revolusi metode deteksi urutan sekuen nukleotida melalui sekuensing memungkinkan deteksi mutasi virus Covid-19 yang sangat cepat. Awalnya sekuensing berkembang dari metode sanger dan maxam-gilbert, teknik ini telah berkembang menjadi next generation sequencing. Prinsip dan aplikasi teknologi sekuensing ini dapat dibaca dengan lebih jelas di buku ini. Penemuan enzim reverse transkriptase oleh Termine dan Baltimore pada tahun 1970 merupakan cikal bakal berkembangnya reverse transcription secara in vitro. Teknik Reverse Transcription memanfaatkan enzim transkriptase untuk transkripsi balik RNA menjadi DNA. Aplikasi teknik reverse transcription dan real time-PCR dikenal luas di tengah mewabahnya virus SARS-CoV-2 saat ini. Namun demikian, aplikasi reverse transcription dan real time-PCR tidak terbatas pada analisis diagnosis Covid-19 saja, prinsip dan aplikasi reverse transcription dan real time-PCR dalam berbagai bidang dapat dibaca dalam buku ini. Bab terakhir dari buku ini akan membahas secara detail tentang prinsip dan aplikasi CRISPR-Cas9, mulai dari sejarah penemuan dan klasifikasi sistem CRISPR, prinsip kerja CRISPR-Cas9 baik sebagai mekanisme imunitas adaptif pada organisme prokariotik maupun sebagai alat dalam metode genome editing, serta aplikasi CRISPR-Cas9 khususnya pada pengeditan genom tumbuhan. Untuk memahami lebih detail tentang CRISPR-Cas9, pembaca dapat mempelajarinya pada bab terakhir dari buku ini. Buku ini tidak akan hadir tanpa kontribusi dan komitmen berbagai pihak. Kami berterima kasih pada para reviewers karena telah memberikan kritik dan saran yang sangat berharga. Kami berterimakasih pada tim penerbit yang tidak lelah untuk mengkoordinasi dan menampung aspirasi kami. Terimakasih secara khusus pada guru-guru kami, mahasiswa kami, kolega kami, keluarga, dan orangtua kami yang selalu memberikan dukungan agar kami senantiasa berkontribusi positif bagi perkembangan pendidikan dan sains di Indonesia. Kami berharap bahwa kita semua dapat menikmati membaca buku ini!
Miftahul Jannah, Nila Kartika Sari, Miftahul Mushlih, Muhammad Rifqi Hariri, Priyambodo, Rina Hidayati Pratiwi, Dwi Sendi Priyono, Yana Rubiyana, Pratiwi Prananingrum, Dwi Anggorowati Rahayu, Sapto Andriyono, Mo Awwanah.
WIDINA BHAKTI PERSADA BANDUNG (Grup CV. Widina Media Utama)
Dalam bab ini Anda akan mempelajari konsep biologi sel, biologi molekuler, yang diawali dengan penggolongan makhluk hidup mulai dari tahun 1735 oleh Linnaeus, kemudian disusul oleh Haeckel (1866), oleh Chatton (1937), Chopeland (1938), Whittaker (1969), Whoese (1990), Cacalier (1998) dan yang terakhir oleh Ruggiero (2015) yang mulai dari 2 Kingdom sampai dengan 7 Kingdom. Namun dalam bab ini ditekankan khususnya pada sel manusia (animalia) sebagai wakil dari kelompok Eukaryot dan bakteri sebagai wakil dari kelompok protista. Manfaat secara umum setelah mempelajari bab ini, Anda akan dapat menjelaskan tentang konsep biologi sel, biologi molekuler, serta perkembangan penggolongan makhluk hidup mulai dari yang paling sederhana sampai ke aras molekuler. Materi ini sangat penting untuk Anda pelajari karena tugas Anda sebagai tenaga Ahli Teknologi Laboratorium Medik (ATLM), mengharuskan Anda untuk selalu berhadapan dengan tugas-tugas pengambilan sampel darah pasien melalui tindakan invasif. Tindakan ini mengandung resiko, baik bagi Anda maupun bagi pasien. Setelah itu Anda juga melakukan pemeriksaan laboratorium dari sampel yang berasal dari pasien, baik sampel dari darah, sputum, feces, urin, LCS dan komponen jaringan yang lainnya yang sangat beresiko dengan terjadinya infeksi. Untuk itulah Anda harus mempelajari berbagai materi biologi sel dan molekuler agar Anda dapat bekerja dengan benar dan aman. Era yang semakin canggih dengan perkembangan teknologi maka pemeriksaan Laboratorium juga semakin berkembang, salah satunya pemeriksaan yang menggunakan molekuler (diagnosa molekuler). Oleh karena itu pulalah Anda sebagai ATLM yang harus mempelajari biologi sel dan molekuler. Setelah mempelajari bab ini, Anda sebagai tenaga ATLM diharapkan dapat menjelaskan tentang konsep biologi sel, biologi molekuler, serta penggolongan makhluk hidup mulai tahun 1735 sampai dengan tahun 2015 (8 generasi). Namun, fokus kompetensi yang perlu Anda miliki adalah Anda dapat menjelaskan penggolongan makhluk hidup berdasarkan struktur ultra sel (Eukaryor dan Prokaryot). Secara lebih spesifik, Anda diharapkan dapat menjelaskan struktur ultra sel eukaryot beserta macam- macam organellanya yaitu inti sel, RE kasar, RE halus, badan golgi, mitokondria, lisosom, vakuola, mikrotubulus, sentriol serta fungsi dari masing-masing organella. Selain itu, Anda juga diharapkan dapat menjelaskan struktur ultra sel prokaryot. Untuk mempelajari bab ini, pembahasan diawali dengan penggolongan makhluk hidup di dunia, mulai dari yang paling sederhana sampai dengan yang kompleks.
1. Dr. Betty Nurhayati, M.Si. 2. Dr. Sri Darmawati, M.Si.
Dr. Abdull Quddus, MA
Evolusi sains seringkali berada sejajar dengan penemuan peralatan yang memperluas indera manusia untuk bisa memasuki batas-batas penemuan baru. Penemuan dan kajian awal tentang sel memperoleh kemajuan sejalan dengan penemuan dan penyempurnaan mikroskop pada abad ke-17. Sehingga mikroskop sejak awal tidak dapat dipisahkan dengan sejarah penemuan sel.
Dr. Hj. Tuti Kurniati, M.Pd.
BIOLOGI SEL Unit Terkecil Penyusun Tubuh Makhluk Hidup
1.1 BIOLOGI SEL BAGIAN DARI ILMU Sel (Sitologi) merupakan salah satu cabang Ilmu Biologi yang mempelajari tentang sel. Sel merupakan salah satu unit dasar kehidupan yang susunannya secara struktural dan fungsional sangat berpengaruh terhadap kepribadian dan tingkah laku dari masing – masing makhluk hidup. Seluruh makhluk hidup tersusun atas sel yang saling berinteraksi satu dengan yang lainnya. Dewasa ini pemahaman setiap orang mengenai sel dan juga cara mereka untuk mengetahui keberadaan sel tersebut sudah mengalami perkembangan yang sangat jauh jika dibandingkan dengan zaman dahulu saat pertama kali mengenai sel ini dilahirkan sebagai bahan pembelajaran bagi kehidupan. Sel memiliki sifat yang fundamental (mendasar) dalam ilmu biologi. Semua organisme kehidupan ini tersusun atas sel tunggal. Makhluk bersel tunggal ini hanya dapat dilihat dengan menggunakan alat khusus berupa mikroskop. Walaupun demikian, sel tunggal ini banyak menyimpan materi yang lebih kecil lagi yang disebut mikroplasma. Sel tunggal ini merupakan salah satu organisme kehidupan yang dapat dipercaya sehingga dapat memperlihatkan semua atribut kehidupan. Mereka merupakan makhluk terkecil yang membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mengumpulkan dan menata dengan mudah mesin molekulernya yang dapat dijadikan dalam satu kemasan yang lebih kecil lagi daripada mikoplasma.
KARTIKA MANALU, M.Pd
Penemuan sel yang telah terjadi sejak 200 tahun yang lalu dianggap sebagai bagian dari sistem membran yang tak dipisahkan dalam organisme multisel. Perkembangan sel ini terjadi dengan pesat setelah perkembangan penggunaan lensa yang dilakukan oleh para peneliti dalam penelitiannya, sehingga para peneliti lebih serius dalam melakukan penelitiannya terhadap sel. Perkembangan sel ini dimulai sejak seorang ahli yang bernama Robert Hooke (1665), ia merancang mikroskop majemuk yang memiliki sumber cahaya sendiri sehingga mudah digunakan. Ia melakukan pengamatan pada sayatan (irisan- irisan tipis ) gabus yang merupakan sel- sel mati pada pepagan pohon ek dengan mikroskop sederhana. Ia menjabarkan struktur mikroskopik gabus sebagai “berpori- pori seperti sarang lebah tetapi pori- porinya tidak beraturan” dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 1665. Ia melihat adanya ruangan- ruangan kecil dan pori- pori itu yang disebutnya cella yang berarti ruang atau kamar kecil yang kosong. Hooke menyebut pori- pori itu cells karena mirip dengan sel (bilik kecil) di dalam penjara atau biara yang sebenarnya dilihat Hooke adalah dinding sel kosong yang melingkupi sel- sel mati pada gabus yang berasal dari kulit pohon ek. Ia juga mengamati bahwa di dalam tumbuhan hijau terdapat sel yang berisi cairan. (Rahmadina & Febriani, 2019).
Dr. Irdalisa, S.Si., M.Pd.
Erica Champion, Heather Moffat