EKSPERIMEN PADA MANUSIA

Eksperimen pada manusia sebagai medianya sudah berlangsung jauh sebelum masehi, pada waktu itu masih menggunakan metode coba-salah (trial and error). Pada perkembangan selanjutnya para ahli sudah mengetahui metode-metode yang dipergunakan yang berasal dari pendahulunya, sehingga kesalahan fatal yang diakibatkan dari proses penelitiannya bisa diminimalkan. Penelitian klinis yang menggunakan manusia sebagai obyek penelitian merupakan cara pengukuran definitif yang paling sensitif untuk mengetahui efektivitas suatu senyawa, dimana melibatkan pengukuran respon suatu organisme (manusia) dengan senyawa yang diuji.

Penelitian secara klinis membutuhkan serangkaian tes yang sangat kompleks, dimana penelitian tidak hanya dilakukan pada hewan yang diinfeksi dengan suatu bibit penyakit tertentu, akan tetapi penelitian serupa juga diuji cobakan pada manusia, hal ini disebabkan karena :

Antara hewan dan manusia memberikan respon yang berbeda terhadap stimulus yang sama.

Hasil penelitian jangka panjang pada sejumlah besar hewan percobaan, sering kali tidak dapat menggantikan hasil penelitian jangka pendek pada sekelompok kecil manusia.

Belum aadnya model eksperimen pada hewan untuk penyakit tertentu.

Adanya keuntungan yang didapat bagi kemajuan ilmu kedokteran dari penelitian pada manusia yang dilakukan dengan baik serta resiko yang dapat dipertanggung jawabkan.

Dengan adanya perkembangan ilmu kedokteran, manusia banyak digunakan dalam berbagai macam eksperimen baik diluar maupun didalam laboratorium tanpa mengindahkan nilai-nilai etis pada manusia. Fakta dunia kedokteran mengungkapkan rahasia dari eksperimen pada manusia pada abad pertengahan. Pada tahun 1923 Adolf Hitler dijebloskan kepenjara. Dalam penjara tersebut ia menulis buku Mein Kampf (perjuanganku) yang isinya tentang paham NAZIisme. NAZI  menganggap bangsa Yahudi sebagi musuhnya yang telah menyengsarakannya. Pada perang dunia II (1939-1945) banyak orang Yahudi yang dijebloskan dalam penjara sebagai tahanan dan siap untuk dieksekusi. Dengan menggunakan samaran dunia sains, ribuan orang Yahudi mendapatkan ajalnya sebagai bahan percobaan oleh NAZI. Percobaan yang dilakukan oleh para ilmuwan NAZI, yaitu dengan mengurangi pasokan oksigen untuk simulasi efek ketinggian, transfusi darah, transplantasi organ tubuh manusia, menginfeksikan kolera dan agen-agen penyakit pada manusia, serta sterilisasi pada manusia untuk mengendalikan populasi penduduk[1]. Dari sekian banyak eksperimen yang dilakukan dengan media manusia, NAZI tanpa ragu dan segan untuk melakukannya tanpa memperhatikan nilai etis manusia dan hak asasi manusia.

Siphilis merupakan salah satu penyakit seks tertua dan paling berbahaya sebelum AIDS muncul, yang paling menonjol pada abad ke-16 sampai abad ke-20. Sebenarnya tidak ada yang mengetahui darimana datangnya penyakit tersebut dan tidak ada daerah yang mengakui sebagai tempat asal penyakit siphilis. Sampai kini beberapa ahli sejarah mempertahankan pendapat bahwa siphilis disebarluaskan di Eropa dalam bentuk wabah oleh para tentara dan para pelaut jaman itu, sedangkan orang lain berpendapat bahwa penyakit tersebut dibawa orang Spanyol dari Amerika. Sebenarnya kerahasiaan tidak hanya meliputi asal mula penyebaran penyakit tetapi juga cara-cara perkembangan dan sebab menghilangnya.

Pada tahun 1932 di Tuskegee, Alabama 600 laki-laki dijadikan bahan eksperimen untuk mengetahui penyakit siphilis yang diakibatkan oleh T. Pallidium dan resikonya terhadap tubuh manusia, serta cara pengobatannya. Dokter yang berasal dari Amerika bernama Taliaferro Clark (Head of The Public Healt Service) yang mempelopori percobaan di Tuskegee, Alabama menginfeksi 399 orang laki-laki dengan kuman siphilis dan 201 orang laki-laki sebagai kontrol. Alasan mereka menggunakan penduduk lokal, karena penduduk lokal tidak tahu menahu mengenai apa yang mereka lakukan, apalagi ditambah kondisi penduduk lokal yang tingkat kemiskinan dan kebodohannya masih relatif tinggi. Hampir selama 40 tahun eksperimen pada manusia di Alabama tidak diketahui oleh publik. Pada tahun 1972 kalangan pers membuka rahasia tersebut dan membeberkanya kepada publik dan menuntut adanya penyelesaian kasus tersebut. Banyak tuntutan yang dilontarkan kepada pemerintah pada saat itu seperti tentang masalah rasialis (mengapa kulit hitam yang menjadi subyek penelitian), hak asasi manusia dan etika medis.  Tujuan dari penelitian siphilis yakni mengetahui pengaruh Treponema pallidium terhadap tubuh manusia, resiko dan pengobatannya.

Siphilis merupakan penyakit infeksi yang disebabkan oleh T. pallidum dan dapat menyerang semua organ yang ada didalam tubuh manusia terutama sistem kardiovaskular, otak dan susunan saraf. T. pallidium merupakan bakteri berbentuk spiral panjang, tipis, bergulung secara heliks, berbentuk spiral berukuran lebar kira-kira 0,2µm dan panjang 5-15µm. Spiralnya melilit teratur berjarak 1µm satu sama lain. Organisme ini bergerak secara aktif terus-menerus berputar mengelilingi sumbu panjang spiral. Sumbu panjang spiral biasanya lurus tetapi kadang-kadang dapat bengkok, sehingga pada suatu saat organisme ini membentuk lingkaran yang utuh kemudian kembali ke posisi lurus yang normal. T. pallidium memiliki selubung luar atau pelapis glikosaminoglikan. Bagian dalam terselubung adalah selaput luar yang mengandung peptidoglikan dan menjaga keutuhan struktur dari organisme. Infeksi pada manusia biasanya disebabkan oleh kontak seksual, kira-kira 30% infeksi jenis siphilis berkembang secara spontan sampai sembuh sempurna tanpa pengobatan, 30% yang tidak diobati tetapi terinfeksi akan tetap laten. Pada kasus di Alabama para ilmuwan dengan sengaja menginjeksikan sejumlah bakteri T. pallidum kedalam tubuh masyarakat di Alabama. Bakteri tersebut diperoleh dari orang yang sebelumnya telah terinfeksi secara alamiah oleh T. pallidium melalui selaput mukosa kemudian masuk kedalam sistem peredaran darah

T. pallidium sekali masuk kedalam tubuh, bakteri tersebut menempel atau melekatkan diri pada sel inang kemudian berkembang biak dan menyebar langsung melalui jaringan atau lewat sistem getah bening menuju aliran darah. Infeksi ini dapat bersifat sementara atau menetap dan memungkinkan bakteri ini untuk menyebar ke dalam tubuh dan mencapai jaringan yang cocok bagi perkembangbiakannya.

T. pallidium dalam tubuh berkembang dalam tiga tahap: Tahap pertama muncul bintil-bintil bagaikan jerawat yang tidak sakit disebut dengan chancre (borok). Pada laki-laki borok ini biasanya muncul di zakar dan pada perempuan muncul di leher rahim dan kadang-kadang di payudara. Tahap ini terjadi selama 2-6 minggu setelah infeksi. Tahap kedua selama 2-6 minggu sesudah chancre sembuh maka timbullah bintik-bintik merah (di kulit, telapak tangan, [2]telapak kaki dan selaput atau membran). Penderita pada umumnya merasa kurang enak badan, nafsu makan berkurang, sakit kepala dan demam. Tahap ketiga atau tahap latent merupakan tahap dimana penyakit menjadi pasif selama waktu tertentu. Penyakit ini menyerang jantung dan sistem saraf (otak) yang mengakibatkan kerusakan mental karena susunan saraf telah terganggu, kelumpuhan karena terganggunya saraf yang berperan didalam koordinasi pergerakan tubuh, yang mengakibatkan kematian, karena organ-organ dalam tubuh banyak yang tidak berfungsi sebagaimana mestinya.

Penyakit siphillis dapat ditularkan melalui hubungan sex, bila salah satu pasangan tersebut terinfeksi kuman siphillis. Akibat tragis dari siphilis yang tidak diobati pada ibu hamil ialah penularan penyakit itu ke janin. Wanita hamil penderita siphilis dapat menularkan T. pallidium melalui plasenta mulai kira-kira minggu kesepuluh sampai limabelas kehamilan. Beberapa janin yang terinfeksi akan mati dan mengakibatkan keguguran, lainnya dapat hidup tetapi menunjukkan tanda-tanda siphilis kongenital. Pada sifilis kogenital tidakterdapat sifilis stadium I. Sifilis kongenital dibagi menjadi sifillis kongenital dini, lanjut, dan stigmata. Sifilis kongenital dini dapat muncul beberpa minggu (3 minggu) setelah bayi dilahirkan. Kelainan berupa papul dengan skuama yang menyerupai sifilis stadium II. Kelainan pada selaput lendir berupa sekret hidung yang sering tercampur darah, sedangkan kelainan pada tulang terutama tulang panjang berupa osteokondritis yang khas pada foto Rontgen. Sifilis kongenitalm lanjut terdapat pada usia lebih dari 12 tahun. Manifestasi klinis baru ditemukan pada usia 7-9 tahun dengan adanya trias Huthinson, yakni kelainan pada mata, ketulisn N VIII, serta kelainan tulang tibia dan frontalis. Sedangkan sifilis kongenital stigma terlihat pada sudut mulut berupa garis-garis yang jalannya radier, gigi molar pertama berbentuk seperti murbai, dan penonjolan tulang frontal kepala (frontal bossing).

Dalam kasus ini, ilmuwan secara sengaja membohongi masyarakat di Alabama bahwa Ia tidak menginfeksikan kuman siphilis itu pada mereka. Akan tetapi menawarkan bantuan pengobatan (pemberian makanan Cuma-cuna, dan asuransi jiwa selama masa penyembuhan) kepada para korban dan menyakinkan mereka bahwa tidak ada yang bisa mengobati mereka selain ilmuwan tersebut.

Selama pengobatan, para korban diinjeksikan dengan komponen arsenial, bismut dan merkuri. Komponen ini terkandung dalam obat-obatan yang dipakai dalam pengobatan siphilis, tetapi ini kurang efektif jika dibandingkan dengan menggunakan penisilin yang ditemukan pada tahun 1940 sebagai antibiotik untuk mengobati siphilis. Cara kerja penisilin yakni penisilin mengikat obat pada reseptor sel atau protein pengikat penisilin (PBP) dan beberapa diantaranya merupakan enzim dalam reaksi transpeptidasi. Pada setiap sel dapat ditemukan 3 sampai 6 PBP. Setelah molekul penisilin melekat pada resptor, sintetis peptidoglikan dihambat sehingga transpeptidasi akan tertahan. Tahap akhir peristiwa bakterisida adalah penyingkiran atau penginaktifan suatu penghambat enzim autolisis dan mengakibatkan lisis sel. Organisme kekurangan fungsi autolisis hanya dihambat tetapi tidak dimatikan oleh obat β-laktan dan organisme tersebut toleran. Karena pembentukan dinding sel yang aktif merupakan syarat kepekaan terhadap penisilin, mikroorganisme yang metabolisme tidak aktif, bentuk L, atau mikroplasma tidak dipengaruhi penisilin.

Akan tetapi penggunaan penisilin ini memberikan efek biologis kepada tubuh, diantaranya terjadi komplikasi pada organ tubuh, alergi dan keracunan karena diberikan tidak sesuai dengan aturan penggunaannya serta mengakibatkan bakteri menjadi resisten. Dan hasil tersebut juga harus dibayar mahal dengan mengorbankan penduduk lokal, sebanyak 120 penduduk laki-laki meninggal akibat komplikasi ditimbulkan oleh penyakit siphillis, 40 perempuan ikut terinfeksi dan 19 anak-anak yang dilahirkan cacat dan mengalami kelainan.

Pengobatan siphillis sekarang dapat dilakuakan dengan pemberian antibiotik :

1.   Untuk Siphillis Primer dan Sekunder dengan pemberian:

Penisilin benzatin G dosis 4,8 juta unit injeksi intramuskular (2,4 juta unit/kali) dan diberikan satu kali seminggu.

Penisilin prokain dalam aqua dengan dosis 600.000 unit injeksi intramuskular sehari selama 10 hari.

Penisilin prokain + 2 % aluminium monostearat, dosis total 4,8 juta unit, diberikan 2,4 juta unit / kali sebanyak 2 kali seminggu.

2. Siphillis Laten

Penisilin benzatin G dosis total 7,2 juta unit.

Penisilin G prokain dalam aqua dengan dosis total 12 juta unit (600.000 unit sehari).

Penisilin prokain + 2 % aluminium monostearat, dosis total 7,2 juta unit (diberikan 1,2 juta unit/kali, 2 kali seminggu).

Berdasarkan kasus di Tuskege, Alabama pada tanggal 16 mei  1972 di gedung putih, Bill Clinton meminta maaf atas kejadian Tuskegee di Alabama. Clinton meminta maaf kepada seluruh korban berserta seluruh keluarga korban. Clinton juga mengalokasikan dana sebesar $200.000 untuk membantu Universitas Tuskegee Alabama membangun pusat penelitian dan perawatan kesehatan. Bagi para korban Tuskegee juga diberi santunan sebesar sepuluh juta dolar amerika.

PANDANGAN ETIS TERHADAP PENELITIAN DI TUSKEGEE

Pandangan agama

Penelitian pada manusia bertentangan dengan ajaran agama karena melanggar hak-hak Tuhan dan tidak menghormati ciptaan Tuhan. Menurut pandangan kristiani, manusia merupakan makhluk ciptaan yang segambar dengan Allah, berarti bahwa kebaikan eksistensi manusia dan seluruh alam ciptaan harus menjadi asumsi dasar positif dalam setiap pertimbangan dan penilaian etis. Asumsi dasar positif dapat dibagi menjadi dua yaitu bersifat afirmatif dan imferatif. Afirmatif artinya menegaskan apa yang menjadi kenyataan asasi di balik semua kenyataan (“the really real”). Sedangkan imferatif artinya kita terima sebagai suatu yang “harus” dan “wajib” yang menunutun tindakan kita.

Pandangan medis

Kurangnya informasi mengenai  penelitian siphillis yang diberikan ilmuwan kepada masyarakat di Tuskegee sebagai objek percobaan tidaklah etis karena tidak adanya kesepakatan yang diperoleh dari objek untuk mengikuti penelitian. Hal ini bertentangan dengan Informed consent dari salah satu etika kedokteran yang ada. Informed consent menyangkut adanya kesepakatan antara kedua belah pihak yang bebas dari paksaan, dan informasi baik dari segi teknologi yang digunakan, resiko, keuntungan percobaan tujuan, tujuan jalannya penelitian serta riset biomedis dengan obyek manusia hanya boleh dilakukan oleh orang yang secara ilmiah memenuhi syarat dan dibawah pengawasan seorang tenaga medis yang mempunyai kompetensi klinis dan kemungkinan perasaan sakit.

Menginjeksikan manusia yang sehat dengan bibit penyakit dari orang yang sakit sangat tidak etis karena secara tidak langung membuat orang tersebut menderita suatu penyakit. Pemberian antiboitik pada kasus siphilis diatas tanpa memperhatikan efek samping, dosis dan usia termasuk tindakan yang tidak etis karena sejalan dengan perkembangan dan penggunaannya dapat meyebabkan bakteri patogen (T. Pallidium) menjadi resisten terhadap antibiotik, karena tidak hanya bakteri patogen sebagai target antibiotik tersebut, tetapi juga mikro organisme lain yang memiliki habitat yang sama dengan mikroorganisme target. Seperti Escherichiacoli, Klebsiella dan Salomella.

Pandangan hukum

Dari beberapa kasus diatas dianggap sah-sah saja karena pada saat itu belum ada peraturan atau hukum yang mengatur tentang etika kedokteran. Pada saat sekarang, dengan adanya peraturan dan hukum yang berlaku yang melindungi hak asasi manusia kegiatan penelitian yang menggunakan manusia sebagi obyeknya harus memenuhi dua kriteria yang mutlak diperlukan yaitu kriteria kepatuhan dan kriteria persetujuan  (hitam diatas putih). Dari sudut hukum, sebelum percobaan dilakukan objek harus mengerti inti atau esensi  dari eksperimen tersebut dan mengerti resiko yang mungkin terjadi. Seandainya orang tidak mengerti esensi dan resiko eksperimen maka obyek tidak boleh diikut sertakan dalam suatu eksperimen. Suatu persetujuan dikatakan sah secara hukum jika informasi yang diberikan kepada orang percobaan yang ada hubungannya dengan eksperimen. Jadi informasi mutlak menjadi syarat sebagai dasar hukum untuk memenuhi kriteria persetujuan informasi kepada orang percobaan. Dengan demikian perbuatan yang menimbulkan rasa sakit atau luka kepada orang lain yang merupakan upaya untuk mencapai tujuan tertentu dikategorikan sebagai tindakan penganiyaan, sebagaimana dirumuskan dalam pasal 351 KUHP.

Pandangan sosial

Alasan dari penelitian menggunakan penduduk lokal karena penduduk lokal dianggap tidak tahu menahu mengenai apa yang mereka lakukan, apalagi ditambah kondisi penduduk lokal yang tingkta kemiskinan dan kebodohan masih relatif tinggi. Tindakan ini merupakan tindakan yang tidak etis karena manusia itu memiliki derajat yang sama, memiliki suatu hak dasar yaitu hak kebebasan untuk memilih dan menentukan kehidupannya, Disamping itu, sikap demikian merupakan yang tidak bemoral atau tidak berprikemanusiaan. Secara umum masyarakat menganggap penelitian yang menggunakan manusia sebagai obyek penelitian sangat bervariasi. Ada kalangan yang berpendapat sah-sah saja, asalkan sesuai dengan aturan main yang berlaku. Ada juga kalangan masyarakat yang menolak hal tersebut dan menganggap telah menyalahi tata krama atau norma-norma tertentu. Dari berbagai pandangan sosial mengenai sikap etis dalam menggunakan  manusia sebagai bahan eksperimen dalam penelitian, tergantung dari mana masyarakat tersebut memandang. Bisa dikatakan bahwa pandangan etis dari penelitian yang menggunakan manusia sebagai obyeknya bila dilihat secara sosial akan sangat bervariasi tergantung siapa dan bagai mana latar belakang masyarakat.

KESIMPULAN

Pandangan etis terhadap pengambilan keputusan etis mengenai eksperimen yang menggunakan manusia sebagai medianya berbeda-beda, tergantung dari sudut pandang mana pengambilan keputusan etis tersebut. Hukum sebagai salah satu dari sudut pandang tersebut dapat menjadi solusi bagi setiap pengambilan keputusan etis. Setiap pengambilan keputusan etis harus tetap memperhatikan tentang etika kehidupan dan dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.

DAFTAR PUSTAKA

Abercrombie,M, Hickman, M, Johnson, M.L, M, Thain.1993. Kamus Lengkap Biologi. Erlangga. Jakarta.

Abu Al-Soud.W, Jonsson,L.J. Radstrom,P.2000. Identification and Characterization of Immunoglobulin G in Blood as a Major Inhibitor of Diagnostic PCR.Journal of Clinical Microbiology, 38, 345-350.

Ameln,F.1991.Hukum Kedokteran.Grafikatama Jaya.jakarta.

Burstain,J.M, Grimpel,E. Lukehart,S.A, Norgard,M.V, Radolf,J.D.1991. Sensitive Detection of Treponema pallidum by Using the Polymerase Chain Reaction. Journal of Clinical Microbiology, 62-69.

Grimprel.E, Sanchez.P.J, Wendel.G.D, Burstain,J.M, McCraken,G.H, Radaolf,J.D, Norgard.M.V.1991. Use of Polymerase Chain Reaction and Rabbit Infectivity Testing To Detect Treponema pallidum in Amniotic Fluid, Fetal and Neonatal Sera and Cerebrospinal Fluid. Journal of Clinical Microbiology,1771-1778.

Koolman,J and Heinnichrohm, K. 1995. Atlas Berwarna dan Teks Biokimia. Hipokrates. Jakarta.

Liu.H, Rodes.B, Chen,C.Y, Steiner,B. 2001. New Tests for Syphilis: Rational Design of a PCR Method for Detection of Treponema pallidum in Clinical Specimens Using Unique Regions of the DNA Polymerase I Gene. Journal of Clinical Microbiology, 39, 1941-1946.

Putra, S.T, Soedibjo, S.A, Erwin, S, Alan, R.T, Chairil, H, Kusdijanto, Ahmad, T.S, Faisal, Y, Laurentia, L.P.2000.Kapita Selekta Kedokteran.Media Aesculapius Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia.Jakarta.

Samil,R.S.2001.Etika Kedoteran Indonesia. Yayasan Bina PustakaSaiwono Prawirohardjo.Jakarta.

Schoot,E and Syah, D.1994. Kamus Kedokteran. Rineka. Jakarta.

Wicher.K, Noordhoek,G.T, Ambruscato.F, Victoria.W.K. 1992. Detection of Treponema pallidum in Early Syphilis by DNA Amplification. Journal of Clinical Microbiology, 497-500.

Yang chung.K, Geol Lee.M, Bock Lee,J. 1994. Detection of  Treponema pallidum by Polymerase Chain Reaction in The Cerebrospinal Fluid of Syphilis Patient. Yonsei Medical Journal, 35, 190-195.
——————————————————————————–

[1] Transfusi darah adalah  transfusi darah utuh  atau komponen darah langsung kedalam aliran darah, Abercrombie, dkk.1993. Transplantasi adalah transfer buatan suatu bagian organisme ke proses baru pada organisme yang sama atau pada organisme lain. Sinonim dengan pencangkokan. Abercrombie,1993. Sterilisasi adalah suatu keadaan yang tidak mampu menghasilkan gamet hidup dan/atau keturunan seksual, tidak sebagaimana halnya individu normal. Abercrombie,dkk.1993.

[2] Glikosaminoglikan adalah suatu golongan heteropolisakarida bersifat asam dan mempunyai komponen khas berupa gula amino dan asam glukuronat atau asam iduironat.Jan koolman dan Klaus.1995. Keratitis adalah peradangan kornea mata, tepatnya jaringan yang menutupi sisi mata dan selaput pelangi. Edmund dan Djalinus,1994. Periostistis adalah tenggorokan yang membesar akibat suatu penyakit. Sungguh, A.1979. Saddle nose adalah suatu penyakit kulit yang menular serta menimbulakn bercak-bercak merah di kulit. Sungguh,A.1979.

Oleh: Dina Datu, Novita, Christine Juliana, Dhanang.P (dari Situs Pak. Ferry Karwur)

Konservasi Informasi Genetika

Untuk mempertahankan hidupnya organisme berkembang-biak dengan cara kawin ataupun dengan cara tidak kawin.  Kawin merupakan cara pembiakan utama pada organisme tingkat tinggi.  Pada organisme tingkat rendah, cara tidak kawin merupakan strategi utamanya. Nampaknya, arah perubahan evolutif bergerak dari strategi tidak kawin menjadi strategi kawin [mengapa?]. Baik cara kawin atau tidak kawin, prinsipnya adalah menghasilkan turunan berikutnya yang sama atau sedikit sama. Jadi, setiap organisme yang berbiak harus memiliki sifat dan kemampuan meng-kopy dirinya sendiri menjadi copy lainnya yang serupa.

Sel adalah unit dasar hidup. Semua organisme hidup tersusun dari unit sel tunggal atau sel banyak. Untuk mempertahankan hidupnya, sel memperbanyak dirinya dari satu generasi ke generasi lain dengan cara meng-copy dirinya dari satu menjadi dua, dari dua menjadi empat, dan seterusnya.  Bukan saja soal jumlah sel yang berlipat-ganda, volume sel pun meningkat linier searah dengan peningkatan jumlah sel.

Karena komposisi dan jumlah zat-zat penyusun sel tunggal dari satu generasi ke generasi selanjutnya relatif tetap, maka terjadi peningkatan biomasa secara linier sesuai dengan jumlah sel. Artinya bahwa seiring dengan peningkatan jumlah sel, berlangsung biosintesis senyawa-senyawa penyusun tubuh sel terutama karbohidrat, protein, asam-asam nukleat dan lemak. Mereka adalah bahan baku penyusun tubuh sel seperti dinding sel, membrane, cairan sel, dan organela; atau menjadi mesin-mesin fungsional bekerjanya aspek-aspek fisiologis sel seperti enzim, penghantaran dan alih-ragam signal (signal transduction), sistem kekebalan tubuh, atau cadangan energi kimia.

Keempat golongan senyawa penyusun utama tubuh sel itu disintesis dari senyawa-senyawa antara seperti asam amino, nukleotida, gula dan asam lemak. Senyawa-senyawa antara ini disintesis dari unsur-unsur yang jauh lebih sederhana lagi seperti glukosa, amonia, dan garam-garam anorganik. Dalam hal ini, glukosa disintesis langsung oleh organisme berklorofil, melalui proses fotokimia dan biokimia fiksasi CO2 dan konversi energi radiasi matahari ke dalam ikatan-ikatan kimia karbon glukosa.  Organisme yang tidak berklorofil bergantung penyediaan energi dan senyawa karbon dari organisme berklorofil.

Pertanyaannya ialah, “apa kiranya yang menyebabkan sel dan organisme mampu memperbanyak dirinya sendiri dan mewariskan semua informasi genetis yang terkandung kepada sel turunannya?” Teori kromosom tentang pewarisan informasi menerangkan bahwa selama proses mitosis satu sel membela menjadi dua sel. Namun sebelum pembelahan sel berlangsung, jumlah kromosomnya berlipat-ganda. Pada sel manusia dari 46 menjadi 92 sebelum kemudian dipilah menjadi masing-masing 46 untuk sel-sel turunannya. Dalam pembelahan meiosis, satu sel diploid menggandakan bahan genetiknya sekali namun diikuti oleh pembelahan sel dua kali.  Sehingga, satu sel diploid menghasilkan empat sel haploid. Setiap sel memiliki jumlah kromosom separuh dari jumlah kromosom sel induknya.

Dengan membandingkan jumlah DNA pada sel-sel diploid dan sel-sel haploid diperoleh data bahwa jumlah DNA pada sel-sel diploid memiliki jumlah DNA dua kali-lipat.  Seandainya satu sel diploid memiliki 9 pg (pico gram; 10-12 g) DNA maka sel haploid memiliki 4.5 pg DNA. Dalam hal ini, jumlah kelipatan DNA selaras dengan jumlah kelipatan kromosom.  Dengan demikian, setiap sekali pembelahan sel mitosis jumlah DNA-nya pun bertambah dua dua kali.

Visualisasi replikasi DNA berselaras dengan replikasi kromosom selama proses pembelahan sel mitosis didemonstrasikan oleh Herber Taylor (1958). Ia memberi makan tanaman keluarga lili dengan thimin radioaktif, setelah sel-selnya membelah. Tanaman-tanaman tersebut kemudian dipindahkan ke dalam media tanpa radioisotop.   Preparat kromosom yang berasal baik sebelum, selama dan setelah perlakuan isotop disiapkan dipermukaan slide kaca, dan disingkap kepermukaan film fotograf.

Hasilnya bahwa sebelum kromosom itu diperlakukan dengan isotop thimin, kromosomnya tidak menghasilkan "pengenal" dalam kromosom berupa warna "hitam hangus" di permukaan film. Kromosom yang langsung dipersiapkan dari perlakuan thimin menghasilkan "pengenal" pada kedua pasang kromosom dipermukaan film.  Menariknya, kromosom yang dipersiapkan dari tanaman yang telah dipindahkan ke media tanpa thimin isotop yang sebelumnya diperlakukan dengan radioisotop, terdapat kromosom yang satu dari pasangannya  tidak ditemui pengenal (kecuali di daerah pindah-silang). Eksperimen ini membuktikan bahwa Sintesis DNA berselaras dengan replikasi DNA dan bersifat linear terhadap struktur kromosom, dan terjadi sekali untuk setiap kali pembelahan sel.

Sifat memperbanyak diri secara vegetatif demikian tidak hanya dimiliki oleh bahan genetik dalam kromosom. DNA sirkuler yang disebut plasmid atau DNA batangan pada virus berkemampuan memperbanyak diri dengan cara mengkopi molekul DNA tunggal menjadi sepasang ikatan DNA ganda. Proses mengkopi diri sendiri dari polimer DNA menjadi jiplakan-jiplakan DNA identik disebut replikasi DNA.

 
Replikasi DNA

Selang beberapa saat setelah publikasi Crick dan Watson mengenai struktur rantai ganda DNA, mereka kemudian mengemukakan implikasi struktur rantai ganda ini kepada mekanisme cetak-kopi informasi. Baik penelitian E. Chargaff dan Herbert Taylor membuktikan bahwa DNA bereplikasi semikoservatif. Artinya bahwa dalam sintesis DNA, dengan bahan awal DNA yang mampu memperbanyak diri, replicon, seperti plasmids dan kromosom, setiap rantai tunggal DNA berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis rantai DNA baru pasangannya.

Pertanyaannya ialah, “bagaimana mekanisme biosintesis DNA sesungguhnya terjadi di dalam sel?”  Arthur Kornberg menjawab pertanyaan ini dengan mendekatinya melalui pendekatan ensimatik. Ia berpendapat: "replikasi rantai nukleotida pasti dikatalisis oleh suatu enzim". Atas dasar pandangan tersebut, ia berusaha mengisolasi enzim yang bertanggungjawab pada biosintesis DNA dan mempelajari mekanisme aksi ensimnya.

Ia membuat ekstrak protein dari bakteri E. coli dan menambahkannya ke dalam suatu campuran reaksi dengan sejumlah komponen berikut: deoksinukleosida trifosfat dimana atom P dan C-nya menggunakan 32P atau 14C dan deoksinukleosidanya mengandung keempat basa nitrogen A, T, G, C; Mg++, serta DNA sebagai cetakan.  Dengan campuran ini dalam tabung reaksi, diharapkan akan terbentuk polinukleotida dengan berat molekul yang lebih tinggi.

Usahanya berhasil, dan bukti-bukti menunjukkan bahwa bahwa polimerisasi dimaksud menunjuk kepada biosintesis DNA. Ia mendemonstrasikan bahwa polimerisasi DNA hanya dapat berhasil jika keempat deoksinukleosida trifosfat dan cetakan ada dalam komponen reaksi. Selanjutnya, dengan adanya alat uji (bioassay) aktifitas enzim yang mensintesis DNA, memungkinkan diisolasinya enzim yang bertanggung-jawab pada reaksi tersebut. Kornberg menamai enzim tersebut DNA polimerase.

Reaksi kimia yang dipercepat oleh DNA polimerase adalah mensintesis polinukleotida sambil melepaskan satu molekul pirofosfat (P-P) untuk setiap penambahan satu nukleosida trifosfat ke dalam rantai baru. Bukti yang paling kuat mendukung bahwa reaksi in vitro dipercepat oleh DNA polimerase bukan sekedar polimerisasi acak nukleotida, tetapi terlibat dalam replikasi DNA, adalah bahwa DNA cetakan yang ditambahkan ke dalam campuran reaksi tidak hanya diperlukan agar polimerisasi berlangsung, tetapi juga sebenarnya menentukan ciri dari polinukleotida yang di bentuk.

Melalui analisis komposisi basa nukleotida yang terbentuk setelah reaksi enzimatis dari berbagai macam DNA cetakan, Arthur Kornberg berhasil menunjukan bahwa DNA yang disintesis mengikuti ciri komposisi basa cetakan DNA-nya. Penelitian lanjut membuktikan bahwa DNA cetakan mengarahkan tidak hanya komposisi keseluruhan basa yang terbentuk, tetapi frekuensi relatif dari basa-basa yang terbentuk.

Berdasarkan studi sintesis DNA secara in vitro, dapat dikatakan bahwa DNA bertindak langsung sebagai cetakan dalam proses kopolimerisasi teratur replika-replika yang terbentuk tanpa membutuhkan sintesis senyawa antara bukan DNA. Dalam perkembangan studi biokimia, kemudian dapat dirancang bangunan yang lebih detil replikasi DNA, serta berbagai enzim yang terlibat.

Mekanisme pembelahan sel

Pertanyaan lanjut ialah, bagaimana sesungguhnya sel menggandakan DNA nya sendiri dan kemudian mendistribusikannya secara meraka kepada sel turunannya secara sama?  Untuk menjawab pertanyaan tersebut,  sel berhadapan dengan persoalan koordinasi antar bagian dan proses, yaitu bahwa karena replikasi DNA hanya berlangsung sekali untuk setiap sekali pembelahan sel, replikasi DNA harus terpadu dengan pembelahan sel. Replikasi DNA harus mendahului pembelahan sel agar sebelum pembelahan sel berlangsung, telah tersedia bahan genetik untuk diagihkan kepada masing-masing sel turunan.

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, maka replikasi DNA merupakan bagian keseluruhan dari pembelahan sel, dan merupakan proses awal bagi sel berkomitmen meneruskan proses pembelahan sel. Sekali pembelahan sel diawali ia tidak bisa kembali lagi ketahap semula, dan harus menyelesaikan proses sintesis DNA sebelum pembelahan sel berlangsung. Pembelahan sel tidak boleh terjadi jika replikasi DNA belum selesai. Di dalam kenyataannya, selesainya proses replikasi merupakan pemicu bagi terjadinya pembelahan sel. Jika aturan ini dilanggar, maka transmisi informasi akan mengalami kegalauan.

Pada prokarion, replikasi DNA berawal di suatu tempat yang amung yang disebut daerah “pengawalan” (origin). Sebaliknya pada eukarion, replikasi DNA dimulai di awal fase S, yaitu fase yang memiliki periode yang panjang dalam pembelahan sel, yang dalam periode tersebut sintesis DNA berlangsung, bahkan berlangsung di banyak titik-titik pengawalan di dalam genom.

Ada sejumlah tujuan dari isolasi DNA, antara lain:

    * Visualisasi DNA dengan elektroforesis gel.
    * Peninjauan pola fragmen DNA hasil pemotongan secara enzimatik melalui teknik Hibridisasi Southern
    * Isolasi DNA genomik dalam rangka  pembuatan pustaka genomik.
    * Isolasi plasmid atau DNA fage dalam prosedur rutin peminakan DNA,
    * Isolasi DNA yang diperlukan sebagai cetakan (template) dalam prosedur perbanyakan DNA secara in vitro melalui teknik PCR.

Setiap maksud penggunaan DNA yang beragam membutuhkan persyarakan kualitas DNA yang berbeda. Kualitas DNA tersebut ditentukan oleh hal-hal berikut:

    * Kemurnian
    * Panjang DNA
    * Kemampuan untuk dipotong oleh sembarang enzim
    * Tidak mengalami modifikasi kimiawi selama proses isolasi berlangsung

Oleh sebab itu, terdapat sejumlah teknik isolasi DNA, yang disesuaikan untuk berbagai maksud penggunaan dan kualitas minimum yang ingin dicapai