Genetika terapan

GENETIKA TERAPAN

Langkah awal pengembangan bioteknologi adalah: mencari suatu organisme yg sesuai, yg dpt

menghasilkan produk/ jasa yg menguntungkan bagi industri.

Kemudian dilakukan SELEKSI organisme, pengembangbiakan.

Seleksi konvensional lama teknologi genetika yg baru spt fusi protoplas,

rekombinan DNA çiri pembawaan genetis’ dpt disiapkan scr langsung ke dlm organisme yg diinginkan.

Tujuan aplikasi genetika terapan dlm memanipulasi organisme industrial

meningkatkan kestabilan genetik, produktivitas, kekebalan, mengurangi pembentukan produk samping yg berbahaya, menghilangkan warna, bau atau kotoran produk yg mengganggu.

Organisme industrial: sebaiknya kultur murni, sifat genetikanya stabil, mudah dipropagasi, pertumbuhan cepat, pembentukan produk cepat, bebas produk samping yg beracun, dpt dimanipulasi scr genetik.

Tahapan dlm memperoleh kultur utk industri

Kultur penelitian dipelajari utk mencari produk yg berguna

Kultur pengembangan kultur penelitian yg sudah menunjukkan kegunaan

Kultur produksi kultur penelitian yg digunakan utk produksi industrial

Seleksi dan penyaringan

Dlm semua aspek bioteknologi diperlukan program penyaringan utk memperoleh organisme baru baik dari alam maupun kultur, dg cara mutasi, hibridisasi, dan rekayasa genetika.

Untuk mikroorganisme tdp dua bentuk dasar penyaringan: Penyaringan acak non-selektif : semua isolat

diuji scr individual utk memperoleh kualitas yg diinginkan

Penyaringan rasional: tdp beberapa aspek praseleksi.

Seleksi/ pemuliaan Hewan

Tujuan seleksi al: memperoleh bibit yang unggul dalam berbagai sifat

1. Konvensional: seleksi berdasarkan fenotip (sifat yang

nampak) saja kurang akurat.

2. Seleksi pd level DNA: Seleksi berdasarkan pada penanda (marka)

pada level DNA Lebih akurat

MARKA GEN DALAM SELEKSI TANAMAN

Penggunaan Marka Gen Sifat yang memiliki nilai ekonomi tinggi umumnya

bersifat kuantitatif dan dikendalikan oleh berbagai lokus pengendali sifat kuantitatif (QTL) dan juga factor lingkungan, maka tidak dapat melakukan genotyping utk sifat tsb hanya berdasarkan pada karakter fenotip.

Marka gen: suatu sekuen variable DNA yang terjadi secara bersamaan dengan variable sifat kuantitatif, baik secara langsung mempengaruhi atau karena berpautan dengan sekuen DNA yg lain yang mempengaruhi suatu sifat tertentu.

Marka gen sangat bermanfaat untuk melakukan seleksi secara akurat terhadap suatu sifat yang dinginkan.

dua pendekatan utama : 1). candidate marker dan 2). random marker approach.

candidate marker vs

random marker approach.

Candidate gene approach

Pendekatan ini didasarkan pada pengetahuan pendukung yang telah ada seperti bukti-bukti fisiologi dan biokimia yang menunjukkan bahwa gen ybs terlibat pada sifat yang diinginkan. Misal dipilihnya gen penyandi hormon pertumbuhan untuk studi gen-gen yang mempengaruhi pertumbuhan karena produk dari gen tsb adalah sangat penting dalam pertumbuhan somatic.

Keuntungan pendekatan kandidat gen: Gen yang dipelajari terlibat pada sifat fenotip yg diinginkan. Pendekatan ini straightforward, hanya memfokuskan pada gen

yang relevan thd fenotip yang diinginkan, Dapat sebagai penentu nilai genotip, Sesuai untuk analisis yang menunjukkan kontribusi lokus

kandidat terhadap variasi total fenotip, Hasil yang diperoleh interpretable secara fisiologis dan biokimia,

dan kandidat gen yg diinginkan dapat dilokasikan dari produk protein dengan teknik standard.

Candidate gene approach Langkah yang diperlukan:

identifikasi locus/loci diinginkan berdasarkan bukti fisiologis dan biokimia yang berhubungan dengan sifat fenotipidentifikasi varian molekuler pada atau sekitar locus/loci tersebut. Umumnya varian molecular dideteksi dengan teknik RFLP, PCR-RFLP, microsatellite atau teknik molecular yang lain.Variasi molecular dikelompokkan dalam klas genotipe, Variasi nilai fenotip dikelompokkan, Gunakan uji statistik yang sesuai untuk menguji keterkaitan klas genotip dan fenotip.

Kelemahan kandidat gen: Terbatas hanya pada sifat-sifat yang telah diketahui

hubungan fisiologis dan biokimianya. Variasi molekuler harus diperoleh pada locus/loci yang

dipelajari.

Random marker approach Pendekatan random berusaha melokalisasi marka gen dengan

melakukan pengukuran genotipe pada sejumlah loki yang sangat banyak (keseluruhan genome) tanpa mengetahui pengaruh fenotipnya, dengan harapan ada locus/loci yang berpautan dengan sifat yang diinginkan. RAPD sering digunakan dalam pendekatan ini.

Keuntungan pendekatan random: Tidak hanya terbatas pada sifat-sifat yang telah diketahui keterkaitan

gen secara fisiologis dan biokimianya, Pendekatan ini mencari variable marker pada keseluruhan genom,

sehingga lebih memungkinkan untuk diketemukannya QTL multiple bahkan pada daerah yang mungkin belum diketemukan sebelumnya yang berhubungan dengan sifat yang diinginkan.

Sesuai untuk melokalisir QTL dari persilangan antar populasi yang secara genetic dan fenotipe berbeda.

Kelemahan utama dari pendekatan ini: Susah untuk menginterpretasikan varian molekuler dalam hubungannya dengan sifat fenotip secara fisiologis dan biokimia, karena lokus yang dideteksi berasal dari daerah yang fungsinya tidak diketahui.

Lebih sesuai untuk mempelajari crosses dari populasi yang divergent daripada populasi alami.

Pendekatan ini kurang valuable dibanding pendekatan kandidat.

APLIKASI BIOTEKNOLOGI UNTUK PENINGKATAN PRODUKSI DAN

KESEHATAN TERNAK

Teknologi DNA rekombinan Teknologi transfer embrio dan teknik-teknik

terkait Bioteknologi utk meningkatkan produksi pakan

ternak Monoklonal antibodi

Teknologi DNA rekombinan

Transgenik hewan ternak telah berhasil dikembangkan Eropah dan Amerika utara)

Di Asia, khususnya Jepang, India, Thailand dan China, umumnya baru mengembangkan scientifik research melibatkan prokaryot khususnya RFLP, dan penelitian utk memperoleh vektor yang cocok untuk propagasi suatu gen dan ekspresinya pada host yang terpilih.

Skema rekombinan DNA

Sumber DNA

DNA target

Fragmentasi enzimatik

Vektor kloning

Linearisasi enzimatik

DNA vektor

Gabungkan DNA target dengan Vektor kloning

DNA construct

Masukkan ke sel host

Pisahkan sel yg mengandung insert

Sel host (eg. Bakteri)

Produksi protein

Protein yg dikodekan oleh insert gen

Enzim restriksi, Ligase dan rekombinan

Restriction Enzymes

Enzymes that cut DNA at specific sites. They are properly called restriction endonucleases

because they cut the bonds in the middle of the polynucleotide chain.

Their biochemical activity is the hydrolysis ("digestion") of the phosphodiester backbone at specific sites in a DNA sequence.

Some restriction enzymes cut straight across both chains, forming blunt ends, but most enzymes make a staggered cut in the two strands, forming sticky ends.

The cut ends are “sticky” because they have short stretches of single-stranded DNA with complementary sequences. These sticky ends will stick (or anneal) to another piece of DNA by complementary base pairing, but only if they have both been cut with the same restriction enzyme.

Cara potong enzim restriksi

Restriction enzymes are highly specific, and will only cut DNA at specific base sequences, 4-8 base pairs long, called recognition sequences. Restriction enzymes are produced naturally by bacteria as a defence against viruses (they “restrict” viral growth), but they are enormously useful in genetic engineering for cutting DNA at precise places ("molecular scissors"). Short lengths of DNA cut out by restriction enzymes are called restriction fragments.

DNA Ligase

This enzyme repairs broken DNA by joining two nucleotides in a DNA strand. It is commonly used in genetic engineering to do the reverse of a restriction enzyme, i.e. to join together complementary restriction fragments.

The sticky ends allow two complementary restriction fragments to anneal, but only by weak hydrogen bonds, which can quite easily be broken, say by gentle heating. The backbone is still incomplete.

DNA ligase completes the DNA backbone by forming covalent bonds. Restriction enzymes and DNA ligase can therefore be used together to join lengths of DNA from different sources.  

Kerja Enzim DNA Ligase

Transfer embrio

Di Asia, hanya 1,4% dari embrio transfer yg dilakukan di Amerika. Transfer embrio banyak dilakukan di Jepang. Di Korea, dengan superovulasi mampu menyediakan kebutuhan embrio utk ET.

Di India, ET, preservasi embrio, in vitro fertilisaasi dan kultur oosit telah berhasil.

Area yang masih perlu dikembangkan di Indonesia

Produksi antibodi monoklonal Pendekatan bioteknogi dan biengineering utk

meningkatkan kualitas tanaman, makanan ternak dan limbah pertanian

Manipulasi genetik maupun non-genetik terhadan rumen mikroflora untuk meningkatkan pemanfaatan materi lignosellulosa

Aspek-aspek embrio transfer teknologi Riset cloning gen dan transfer gen .

Problem pengembangan bioteknologi Indonesia

Kurangnya kerjasama pada suatu proyek yang berorientasi pada tujuan, dan kurangnya tenaga terlatih dibidang teknik-teknik genetik, reproduktif, nutrisi dan veterinari yang baru.

Fasilitas fisik dan SDM non-teknik kadang memenuhi, tetapi peralatan penting dan bahan kimia yang mahal kadang tidak tersedia.