Kuliah 7 Teknologi DNA Rekombinan.pdf

(1)

Kapas-Bt

Kapa

Kapas bi

s bia

asa

sa

Te

(2)

Tomat-Bt Tomat-Bt Tahan hama Tahan hama Tomat biasa Tomat biasa

Tidak tahan hama Tidak tahan hama

►

► Ta Tannaammaan n kkaappaas-s-Bt Bt ddaan n ttoommaatt--Bt Bt ttaahhaan n tteerrhhaaddaap p seserraannggaan n hhaammaa

k

kararenenaa mmenengghhasilkasilkanan ttokoksinsin yyanang g ddapapatat mmemembbuunnuuhh hhamamananyya.a.

►

► To Tokksisinn ppaaddaa kkaappaas-s-Bt Bt ddaann ttoommaatt--Bt Bt ddiisasannddiikkaann oolleehh ggeenn yyaanng g bbeerraasasall

d

dararii bbakakttererii Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis (Bt =(Bt =Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis))

Ta

(3)

Organisme transgenik: organisme yang membawa gen yang berasal dari jenis organisme lainnya.

Organisme transgenik dihasilkan melalui Rekayasa Genetika

Rekayasa Genetika menggunakan Teknologi DNA Rekombinan

Teknologi DNA Rekombinan : kumpulan teknik atau metoda yang digunakan untuk mengkombinasikan gen-gen secara buatan.

(Proses: rekombinasi; Hasil: rekombinan)

Teknologi DNA Rekombinan meliputi:

- Teknik untuk mengisolasi DNA. - Teknik untuk memotong DNA.

- Teknik untuk menggabung atau menyambung DNA.

- Teknik untuk memasukkan DNA ke dalam sel hidup sehingga DNA rekombinan dapat bereplikasi dan dapat diekspresikan.

(4)

Teknologi DNA Rekombinan berdasarkan mekanisme yang ada pada bakteri:

(5)

- menyebabkan terbentuknya kombinasi gen-gen yang

berasal dari dua sel yang berbeda.

- merupakan pertukaran DNA atau gen dari satu sel ke sel

lainnya. Mekanisme seksual pada bakteri ini tidak

bersifat reproduktif (tidak menghasilkan anak atau zuriat).

Lihat konjugasi !

Percobaan Lederberg dan Tatum (1946) menunjukkan:

bakteri mempunyai mekanisme seksual:

DNA dapat masuk ke dalam sel bakteri melalui 3 cara:

1. Konjugasi

2. Transformasi

3. Transduksi

(6)

DNA sel resipien DNA sel donor

Pili seks

Sel donor (sel jantan)

Sel resipien (sel betina)

1. Konjugasi : perpindahan DNA dari satu sel (sel donor) ke dalam sel bakteri lainnya (sel resipien) melalui kontak fisik antara kedua sel.

2. Transformasi : pengambilan DNA oleh bakteri dari lingkungan di sekelilingnya.

DNA asing Kromosom bakteri (DNA bakteri)

(7)

3. Transduksi : cara pemindahan DNA dari satu sel ke dalam sel lainnya melalui perantaraan fage.

DNA yang masuk ke dalam sel bakteri：

a. dapat berintegrasi dengan DNA atau kromosom bakteri sehingga terbentuk DNA rekombinan atau kromosom rekombinan.

Kromosom bakteri DNA fage

Sel Bakteri

Kromosom bakteri DNA asing Kromosom rekombinan By Aris Tj

(8)

Perangkat utama yang digunakan pada pembentukan

DNA rekombinan:

•plasmid

•enzim restriksi

•DNA ligase

•bakteri

¾Plasmid:

 Terdapat pada bakteri

 DNA selain kromosom

 Berbentuk sirkuler

 Umumnya berukuran kecil (lebih kecil dari ukuran kromosom bakteri)

 J enis, jumlah, dan ukurannya bervariasi antar sel dan antar jenis bakteri

(9)

¾Enzim Restriksi untuk memotong DNA:

Contoh: EnzimEcoRI telah diisolasi pertama kali oleh Herbert Boyer pada tahun 1969 dari E.coli.

EnzimEcoRI memotong pada bagian antara basa G dan A pada sekuens GAATTC.

(10)

Setiap enzim restriksi (endonuklease restriksi) mengenal

sekuen pemotongan yang khas dan memotong DNA pada

situs pemotongan yang khas.

Nama Enzim Sekuens Pengenal Organisme asal

EcoRI G↓ AATTC Escherichia coli

HindIII A↓ AGCTT Haemophilus influenzae HhaI GCG↓C Haemophilus haemolyticus TaqI T↓CGA Thermus aquaticus

BsuRI GG↓CC Bacillus subtilis

BalI TGG↓CCA Brevibacterium albidum NotI GC↓GGCCGC Nocardia otidiscaviarum BamHI G↓GATCC Bacillus amyloliquefaciens SmaI CCC↓GGG Serratia marcescens

(11)

(12)

Menggunakan enzim restriksi dan DNA ligase: J ackson, Simon & Berg (1972) berhasil membuat DNA rekombinan.

(13)

Bagaimana menyisipkan, memperbanyak dan

mengekspresikan informasi genetik dengan menggunakan

teknologi DNA rekombinan?

Isolasi gen Bakteri

Bakteri

rekombinan

Perbanyakan sel bakteri

Klon bakteri rekombinan Copy gen

Protein untuk melarutkan gumpalan darah dalam terapi serangan jantung

Protein untuk membuat salju Gen untuk mengubah bakteri agar

dapat membersihkan limbah Plasmid

Gen di-sisipkan pada tanaman

Sel berisi gen yang diinginkan Penyisipan gen

Kromosom bakteri

Gen yang diinginkan

Memasukkan plasmid ke dalam sel bakteri

Copy protein Isolasi Plasmid

Plasmid rekombinan

(14)

Fungsi Plasmid pada pembentukan DNA rekombinan:

a. digunakan sebagai vektor untuk mengklonkan gen

atau mengklonkan fragmen DNA atau

mengubah sifat bakteri.

b. untuk memperbanyak gen (

copy gene

) yang

telah disisipkan dengan bantuan

sel bakteri

(15)

¾

Bagaimana menyimpan seluruh informasi genetik dari suatu

organisme??

Pustaka Genom

digunakan untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang

telah diklonkan.

 Isolasi gen menggunakan pendekatan “shotgun” dapat menghasilkan ribuan potongan DNA (fragmen DNA)

 Potongan disimpan untuk sementara waktu di dalam pustaka plasmid atau pustaka fage

(16)

Fragmen DNA yang lebih besar bergerak lebih lambat, fragmen yang lebih kecil bergerak lebih cepat.

(+)

Bagaimana mendeteksi DNA atau fragmen DNA? Teknik Elektroforesis digunakan untuk memisahkan fragmen-fragmen DNA berdasarkan ukurannya.

Sumber listrik

Campuran molekul

DNA dengan berbagai ukuran

Gel

Ｍｏｌｅｋｕｌ beruku besar

Ｍｏｌｅｋｕｌ beruku kecil

(17)

Agrobacterium Plasmid Ti T-DNA Kromosom bakteri T-DNA Kromoso m

¾ Bagaimana membuat dan menyisipkan DNA rekombinan pada tanaman: Bakteri Agrobacterium tumefaciens untuk

menyisipkan gen ke dalam genom tanaman.

Prinsip:

9 Agrobacterium tumefaciens strain liar (galur alami) memiliki

plasmid Ti. Pada plasmid Ti terdapat T-DNA yang mengandung gen penyebab tumor.

9Pada waktu menginfeksi tanaman, Agrobacterium tumefaciens menyisipkan T-DNA ke dalam kromosom sel tanaman sehingga sel-sel tanaman yang terinfeksi membentuk tumor.

(18)

Agrobacterium

DNA mengandung gen yang diinginkan

Penyisipan gen

Plasmid-Ti

Situs restriksi

T-DNA Plasmid-Ti_rekombinan

Introduksi ke dalam sel tumbuhan

T-DNA membawa gen baru pada

kromosom tumbuhan

Regenerasi tanaman

Tanaman dengan sifat baru

9Gen yang diinginkan dimasukkan ke dalam sel tanaman dengan cara menitipkannya (menyisipkan) pada T-DNA.

9 Agrobacterium yang digunakan untuk menginfeksi sel tanaman adalah Agrobacterium yang sudah tidak patogen

(19)

Manfaat

Teknologi DNA rekombinan telah memberikan manfaat di bidang ilmu pengetahuan maupun di bidang terapan.

Contoh:

A. Bidang Kesehatan:

A1. Insulin manusia telah diproduksi secara massal menggunakan bakteri E.coli dan telah diperdagangkan untuk mengobati penyakit diabetis.

Merek dagang: HumulinR

A3. Hormon tumbuh manusia (GH) diproduksi

menggunakan E.coli dan digunakan untuk mengobati kelainan pertumbuhan (misal: cebol).

A2. Vaksin hepatitis B digunakan untuk mencegah infeksi virus hepatitis. Telah diproduksi secara komersial

(20)

A4. Therapi gen untuk penyakit

dilakukan dengan menggantikan gen yang mengalami kerusakan dengan gen yang normal, digunakan untuk mengobati

penyakit-penyakit keturunan (genetic disorders) dan penyakit lain yang

disebabkan oleh kerusakan gen (misal: kanker)

Klon gen

(alel normal) Penyisipan normal_{gen pada vektor}

DNA rekombinan Vektor retrovirus

Infeksi sel bone marrow DNA rekombinan menyisip ke kromosom Injeksi sel ke pasien

Sel Bone marrow_{mengandung stem sel}

yang mampu miningkatkan semua sel-sel darah dan si i

Sel bone marrow

(21)

B1. Bakteri Ice- ₍_{ice minus}_): _{bakteri yang telah}

direkayasa sehingga tidak membeku pada suhu rendah.

Digunakan (disemprotkan) pada tanaman agar tanaman tidak membeku di musim dingin.

Telah diperdagangkan dengan merek FrostbanR_.

B. Bidang Pertanian:

B2. mikroba pendegradasi limbah.

B3. Tanaman tahan hama, misal kapas Bt, tomat Bt

(22)

Tanaman

Penambahan

nutrisi

Keuntungan

Rice

Provitamin

Vitamin A

supplement

Tomato

Flavonoid

Antioxidant

Sugar beet

Fructants

Low calori

Rice

Iron

supplement

B 5. Peningkatan nilai nutrisi

(23)

Bioteknologi Kelautan

• Penggunaan hormon pertumbuhan untuk meningkatkan ukuran ikan

(24)

Pelaku kejahatan dapat diidentifikasi dengan

menggunakan analisis Sidik J ari DNA

misalnya: kasus perkosaan C. Bidang Hukum:

•pola pita DNA pada darah pelaku ke 2 sama dengan pola pita yang diperoleh dari tempat kejadian-_Æ orang ke2 adalah pelaku kajahatannya

P e n a n d a ( m a r k e r ) T e r s a n g k a 1 v a g i n a k o r b a n T e r s a n g k a 2 P e n a n d a ( m a r k e

(25)

Hubungan keluarga berdasarkan DNA Fingerprint

-DNA mitokondriaÆ diwariskan melalui ibu

(26)

Perbedaan pada urutan DNA dapat diketahui dengan teknik RFLP

(

restriction fragment length polymorfism

)

- untuk menentukan keturunan,

-perbedaan antar satu organisme dengan yang lain.

Pemotongan dengan

enzim restriksi

DNA yang berasal dari kromosom

Ｍｏｌｅｋｕｌ berukuran besar Ｍｏｌｅｋｕｌ berukuran kecil

(27)

D. Bidang pengembangan ilmu pengetahuan:

D1. Membantu upaya memahami terjadinya kelainan pada manusia (penyakit genetik) misalnya kanker payudara, Huntington’s disease.

Huntington’s disease disebabkan oleh gen dominan

•Gejala sakit mulai terlihat setelah usia pertengahan

•Gejalanya antara lain: kemunduran mental, gerakan tubuh tak terkontrol, kesulitan bicara. Biasanya meninggal 10 – 20 tahun setelah timbul gejala.

D2. Kemajuan Teknologi DNA telah mendorong para ilmuwan

(konsorsium ilmuwan internasional) untuk mewujudkan proyek genom manusia dan genom organisme lainnya

(28)

Teknologi DNA Rekombinan juga mengandung resiko.

Penyebaran pollen berpotensi menyebarkan gen yang diintroduksi dalam tanaman transgenik ke dalam tumbuhan lainnya