Pengaruh DNA Sequencing terhadap GenKelly 102012078 D 8Mahasiswi Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaJalan Arjuna Utara No. 6 Jakarta Barat 11510kelly.kresentia@civitas.ukrida.ac.id

PendahuluanBioteknologi secara umum berarti meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut. Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi seperti rekayasa genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS. Rekayasa genetika dalam arti paling luas adalah penerapan genetika untuk kepentingan manusia. Dengan pengertian ini, kegiatan pemuliaaan hewan atau tanaman melalui seleksi dalam populasi dapat dimasukkan. Demikian pula penerapan mutasi buatan tanpa target dapat pula dimasukkan. Masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih sempit, yaitu penerapan teknik-teknik genetika molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada pemanfaatan tertentu. Perubahan sifat biologis melalui rekayasa genetika tersebut menyebabkan lahirnya organisme baru yaitu produk bioteknologi dengan sifat - sifat yang menguntungkan bagi manusia.1

Pembahasan1.1Identifikasi istilah yang tidak diketahui Enzim restriksi EcoRI adalah enzim yang mengenali dan memotong DNA setiap kali ada urutan huruf GAATTC dalam sekuens DNA.2 Protein P defektif adalah protein yang memiliki gen P yang cacat.3 Kodon adalah urutan nukleotida yang terdiri atas 3 nukleotida berurutan yang menyandi suatu asam amino tertentu.4 Sequencing adalah penentuan urutan basa DNA dalam segmen molekul DNA yang relatif pendek.5 Gel agarosa adalah suatu bahan semi padat berupa polisakarida yang diekstraksi dari rumput laut.6 Membran nilon adalah selapu tipis dari bahan nilon.7 Probe adalah DNA untaian tunggal yang dapat membentuk pasangan basa dengan urutan komplementer pada polinukleotida untai tunggal lain yang tersusun dari DNA atau RNA.8 Bp adalah pasangan basa.91.2Rumusan MasalahRumusan masalah dari skenario B antara lain gen, DNA, enzim restriksi EcoRI, protein P defektif, gen normal dan gen defektif.1.3Analisis MasalahDefinisi

Ezim RestriksiTeknologi Genomik

DNA

JenisGEN

DNA SequencingRekombinasi

1.4HipotesisHipotesis dari skenario D adalah sequencing dari DNA dapat menentukan gen normal atau abnormal.1.5Sasaran pembelajaranSasaran pembelajaran dari skenario D antara lain:1. Mengetahui dan mengerti tentang gen.2. Mengetahui dan mengerti tentang DNA.3. Mengetahui dan mengerti tentang teknologi genomik.1.6Belajar MandiriDalam membahas skenario D, ada 3 hal yang akan dijelaskan secara lebih mendalam antara lain gen, DNA, dan teknologi genomik.1) GenGen adalah unit instruksi untuk menghasilkan atau mempengaruhi suatu sifat hereditas tertentu. Tiap gen mengandung satu unit informasi mengenai suatu karakter yang dapat diamati. Gen bertanggung jawab terhadap suatu sifat-sifat genetik. Setiap gen tersusun oleh kode-kode kata yang disebut basa nitrogen yang terdapat di dalam kromosom. Gen terletak di dalam kromosom sehingga gen juga merupakan fragmen DNA di dalam kromosom. Gen terdiri dari DNA yang diselubungi dan diikat oleh protein. Secara kimia, dapat dikatakan bahwa unit informasi genetik adalah DNA.1

2) DNAa. DefinisiDNA merupakan materi genetik dari sebagian besar organisme. Bentuk molekul DNA menyerupai tangga spiral atau dikenal dengan double helix (helix ganda). Molekul tersebut memiliki 2 untai yang saling berpilin dengan penghubung-penghubung di antara kedua untai tersebut sehingga membentuk anak tangga. Meskipun sangat panjang, DNA sebenarnya merupakan molekul yang cukup sederhana. Tiap untai terdiri dari deretan linier unit-unit kimia dasar yang disebut dengan nukleotida. Ada 4 macam nukleotida yaitu Adenin (A), Guanin (G), Sitosin (C), dan Timin (T). Seuntai DNA dapat memiliki sekuens atau urutan yang tersusun dari keempat huruf tersebut dalam susunan yang bervariasi. Apabila kita mengetahui sekuens huruf pada satu untai DNA, kita dapat langsung mengetahui pula sekuens huruf di untai pasangannya, karena keempat huruf tersebut membentuk pasangan yang saling melengkapi. A selalu berpasangan dengan T dan G selalu berpasangan dengan C.2 Berikut adalah contoh DNA secara acak:AATCATTCGGTACGSusunan huruf pada untai pasangannya adalah sebagai berikut:TTAGTAAGCCATGC

b. JenisDNA rekombinan termasuk jenis dari DNA. Di dalam bioteknologi modern, manusia mengembangkan teknologi DNA rekombinan. DNA rekombinan adalah DNA yang rangkaian zat kimia penyusunnya dipotong kemudian disisipkan atau disambungkan dengan DNA baru yang membawa sifat unggul seperti yang diinginkan. Cara pembuatan DNA rekombinan adalah sebagai berikut:1. Mencari DNA unggul dengan mengambil DNA dari makhluk hidup lain atau membuat sesuai dengan yang diinginkan.2. Mempersiapkan alat untuk memasukkan DNA yang tersedia ke dalam sel tubuh makhluk hidup yang akan diubah sifatnya. Selama ini bahan yang dianggap efektif dan efisien adalah virus atau plasmid. Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang dapat bereplikasi sendiri.3. Menyisipkan DNA rekombinan ke dalam sel yang dipersiapkan.4. Kloning DNA rekombinan. DNA yang sudah dimasukkan atau disisipkan ke dalam sel diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteri yang disisipi DNA rekombinan membuat tiruan dari DNA rekombinan yang masuk ke dalam selnya.5. Memelihara sel agar menghasilkan produk yang diinginkan sesuai dengan sifat yang dibawa oleh DNA yang disisipkan.6

c. Rekombinasi DNARekombinasi DNA merupakan salah satu dari jenis rekayasa genetika. Proses penyambungan DNA dari satu spesies dengan DNA dari spesies lain dengan tujuan agar mendapatkan sifat yang baru dikenal dengan nama rekombinasi DNA. Teknik rekayasa genetika adalah suatu cara mengganti atau menambah DNA dari organisme lain ke susunan DNA asli dalam suatu sel dari suatu organisme. Melalui rekayasa genetika, instruksi suatu gen dapat dihilangkan dari suatu sel kemudian dipindahkan ke sel yang lain. Suatu tumbuhan dapat disisipi gen agar tahan terhadap penyakit yang dibawa serangga. Seekor hewan dapat pula disisipi gen tertentu untuk menjaga tubuhnya agar tetap sehat. Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi atau melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA atau menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan dan organisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja.1

3) Teknologi Genomika. Enzim restriksiEnzim restriksi adalah enzim-enzim bakteri yang dapat mengenali dan memotong sekuens nukleotida tertentu di dalam molekul DNA beruntai ganda. Enzim-enzim tersebut memotong DNA menjadi fragmen-fragmen dengan panjang yang bervariasi, bergantung pada berapa banyak situs yang dikenali enzim tersebut berada di dalam molekul DNA. Sebagian besar enzim restriksi yang dikenali digunakan untuk pengklonan biasanya mampu mengenali sekuens pasangan basa sepanjang 4-6 bp (pasangan basa) dan melakukan pemotongan di dalam nukleotida tersebut. Sebagian besar urutan DNA yang dikenali oleh enzim restriksi adalah palindrom yaitu kedua untai DNA memiliki urutan basa yang sama apabila dibaca 5 ke 3. Hasil potongan enzim restriksi pada DNA dapat berupa fragmen-fragmen dengan ujung yang tajam (sticky ends) atau tumpul (blunt ends). Sifat utama enzim restriksi adalah spesifitasnya. Enzim ini selalu memutuskan urutan DNA yang sama dan hanya memutuskan di urutan tertentu. Fragmen restriksi DNA dapat membentuk pasangan basa satu sama lain apabila fragmen tersebut memiliki ujung lengket yang bersifat komplementer. Oleh karena itu, dua fragmen DNA yang tidak berhubungan dapat membentuk pasangan basa satu sama lain apabila keduanya diputuskan oleh enzim restriksi yang sama. Contohnya adalah enzim EcoRI yang ditemukan pada bakteri Escherichia coli dan merupakan enzim restriksi yang pertama ditemukan pada spesies ini. Enzim ini mengenali urutan DNA 5-GAATTC-3.8

Gambar 1. Enzim EcoRI.9b. DNA SequencingInformasi genetik pada suatu makhluk hidup tersimpan pada DNA-nya. Untuk mengetahui informasi genetik tersebut digunakan teknik DNA sequencing, yaitu metode yang digunakan untuk menentukan urutan basa nukleotida (adenin, guanin, sitosin dan timin) pada molekul DNA. Saat ini teknik DNA Sequencing sudah memasuki tahap baru yang mengarah pada large scale atau high-throughput sequencing. Dengan teknik ini, jutaan bahkan miliaran basa nukleotida DNA dapat ditentukan urutannya dalam sekali run saja. Meskipun begitu, teknik lama berbasis chain-termination masih umum digunakan, bahkan sangat efisien untuk menentukan sekuens DNA fragmen pendek (masih dalam hitungan kilobasa).2DNA sequencing menggunakan metode PCR (Polymerase Chain Reaction) sebagai pijakannya. PCR merupakan sebuah cara yang cepat dan sederhana untuk mengkloning gen dalam tabung reaksi tanpa membutuhkan energi. DNA yang akan ditentukan urutan basa ACGT-nya dijadikan sebagai cetakan (template) untuk kemudian dikembangkan menggunakan enzim dan bahan-bahan yang mirip dengan reaksi PCR, namun ada penambahan beberapa pereaksi tertentu. Proses ini dinamakan cycle sequencing.Ada 2 metode yang digunakan untuk mengurutkan molekul DNA yaitu metode Maxam-Gilbert dan metode Sanger. Metode Maxam-Gilbert merupakan metode yang didasarkan atas pemotongan DNA di daerah spesifik oleh zat-zat kimiawi selain enzim. Akan tetapi, metode ini jarang digunakan. Metode Sanger yang lebih banyak disukai.Dalam metode Sanger, sintesis DNA secara enzimatik terjadi melalui pembentukan secara berurutan ikatan fosfodieter antara gugus fosfat ujung 5 bebas dari nukleotida baru dengan gugus OH dari ujung 3 rantai yang sedang memanjang. Proses ini berlangsung sepanjang molekul DNA. Dideoksinukleotida tidak mempunyai gugus OH pada ujung 3-nya, melainkan gugus H. Adanya dideoksinukleotida menyebabkan sintesis DNA terhenti karena ikatan difosfat tidak terbentuk. Pemanjangan rantai akan terhenti pada titik ini dan basa terakhir di ujung 3 rantainya adalah terminator dideoksi. Modifikasi dari metode Sanger ini disebut dideoxy teminator sequencing.Dalam metode pengurutan Sanger, digunakan 4 campuran reaksi dalam pengurutan fragmen DNA. Tiap campuran reaksi mengandung molekul DNA cetakan yang akan diurutkan, primer yang telah diberi label dengan radioaktif, keempat macam deoksinukleotida, DNA polimerase, dan 4 terminator dideoksi (ddATP, ddCTP, ddGTP, atau ddTTP). Jika salah satu dari terminator ini digunakan pada untai DNA yang baru terbentuk, maka sintesis untai baru ini akan terhenti. Hasilnya adalah semua untai dengan panjang yang bervariasi pada campuran reaksi akan berakhir dengan basa yang sama. Produk-produk radioaktif tersebut akan dipisahkan dengan elektroforesis dan divisualisasikan melalui autoradiografi. Hasil autoradiografi dibaca dari bawah gel (fragmen terpendek yang berhenti paling dekat dengan ujung 5) ke arah atas untuk mengetahui sekuens basa komplementer dari untai cetakan.4PenutupGen adalah unit instruksi untuk menghasilkan atau mempengaruhi suatu sifat hereditas tertentu. Gen terletak di dalam kromosom sehingga gen juga merupakan fragmen DNA di dalam kromosom. DNA merupakan materi genetik dari sebagian besar organisme. DNA rekombinan termasuk jenis dari DNA. DNA rekombinan adalah DNA yang rangkaian zat kimia penyusunnya dipotong kemudian disisipkan atau disambungkan dengan DNA baru yang membawa sifat unggul seperti yang diinginkan. Rekombinasi DNA merupakan salah satu dari jenis rekayasa genetika. Teknik rekayasa genetika adalah suatu cara mengganti atau menambah DNA dari organisme lain ke susunan DNA asli dalam suatu sel dari suatu organisme. Adapun perangkat yang digunakan dalam teknik DNA rekombinan adalah enzim restriksi yang berfungsi untuk memotong molekul DNA. Informasi genetik pada suatu makhluk hidup tersimpan pada DNA-nya. Untuk mengetahui informasi genetik tersebut digunakan teknik DNA Sequencing, yaitu metode yang digunakan untuk menentukan urutan basa nukleotida.

Daftar Pustaka1. Aryulina D, Muslim C, Manaf S, Winarni EW. Biologi 3. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2006.h.77-8.2. Brookes M. Bengkel ilmu: genetika. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2005.h.12-5.3. Elrod SL, Stansfield WD. Genetika. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2006.h. 243.4. Yuwono T. Biologi molekular. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2008.h.209.5. Stansfield WD, Colome JS, Cano RJ. Biologi molekular dan sel. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2007.h.86-7.6. Sudjadi. Bioteknologi kesehatan. Yogyakarta: Kanisius; 2008.h.94.7. Hartanto H. Kamus ringkas kedokteran. Jakarta: Penerbit EGC; 2005.h.1236.8. Williams W. Biokimia kedokteran dasar. Jakarta: Penerbit EGC; 2006.h.237-9.9. Ferdinand FP, Ariebowo M. Praktis belajar biologi. Jakarta: Penerbit Visindo Media Persada; 2007.h.110.

1