Teknologi DNA Rekombinan

Kapas-BtKapas biasa1

Tomat-BtTahan hama

Tomat biasaTidak tahan hama

Tanaman kapas-Bt dan tomat-Bt tahan terhadap serangan hamakarena menghasilkan toksin yang dapat membunuh hamanya.

Toksin pada kapas-Bt dan tomat-Bt disandikan oleh gen yang berasaldari bakteri Bacillus thuringiensis (Bt = Bacillus thuringiensis)

Tanaman kapas-Bt dan tomat-Bt = tanaman transgenik

2

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

Organisme transgenik dihasilkan melalui Rekayasa Genetika

Rekayasa Genetika menggunakan Teknologi DNA Rekombinan

Teknologi DNA Rekombinan : kumpulan teknik atau metoda yangdigunakan untuk mengkombinasikan gen-gen secara buatan.(Proses: rekombinasi; Hasil: rekombinan)(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.

3

Teknologi DNA Rekombinan berdasarkan mekanisme yangada pada bakteri:

4

- menyebabkan terbentuknya kombinasi gen-gen yangberasal dari dua sel yang berbeda.

- merupakan pertukaran DNA atau gen dari satu sel ke sellainnya. Mekanisme seksual pada bakteri ini tidakbersifat reproduktif (tidak menghasilkan anak atau zuriat).Lihat konjugasi !

Percobaan Lederberg dan Tatum (1946) menunjukkan:bakteri mempunyai mekanisme seksual:

Lihat konjugasi !

DNA dapat masuk ke dalam sel bakteri melalui 3 cara:

1. Konjugasi2. Transformasi3. Transduksi

5

DNA sel donor

Pili seks

Sel donor(sel jantan)

DNA sel resipien

Sel resipien(sel betina)

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

2. Transformasi : pengambilan DNA oleh bakteri dari lingkungan disekelilingnya.

DNA asing Kromosom bakteri(DNA bakteri)

6

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

DNA fage

Kromosom bakteri

DNA yang masuk ke dalam sel bakteri

7

DNA yang masuk ke dalam sel bakteria. dapat berintegrasi dengan DNA atau kromosom bakteri sehingga terbentuk DNA

rekombinan atau kromosom rekombinan.DNA asing Kromosom bakteri rekombinan

Sel Bakterib. tidak dapat berintegrasi dengan DNA atau kromosom bakteri

Perangkat utama yang digunakan pada pembentukanDNA rekombinan:plasmidenzim restriksiDNA ligasebakteri

Plasmid:

Terdapat pada bakteriDNA selain kromosomBerbentuk sirkulerUmumnya berukuran kecil (lebih kecil dariukuran kromosom bakteri)Jenis, jumlah, dan ukurannya bervariasiantar sel dan antar jenis bakteri

8

Enzim Restriksi untuk memotong DNA:Contoh: Enzim EcoRI telah diisolasi pertama kali oleh HerbertBoyer pada tahun 1969 dari E.coli.Enzim EcoRI memotong pada bagian antara basa G dan A padasekuens GAATTC.

9

Nama Enzim Sekuens Pengenal Organisme asalEcoRI GAATTC Escherichia coliHindIII AAGCTT Haemophilus influenzaeHhaI GCGC Haemophilus haemolyticus

TCGA

Setiap enzim restriksi (endonuklease restriksi) mengenalsekuen pemotongan yang khas dan memotong DNA padasitus pemotongan yang khas.

TaqI TCGA Thermus aquaticusBsuRI GGCC Bacillus subtilisBalI TGGCCA Brevibacterium albidumNotI GCGGCCGC Nocardia otidiscaviarumBamHI GGATCC Bacillus amyloliquefaciensSmaI CCCGGG Serratia marcescens

9

Enzim DNA ligase untuk menyambung DNA

10

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

12

Bagaimana menyisipkan, memperbanyak danmengekspresikan informasi genetik dengan menggunakan

teknologi DNA rekombinan?Bakteri Sel berisi gen

yang diinginkangen

Penyisipan genPlasmid

Gen yang diinginkan

Memasukkan plasmid ke dalam sel bakteri

Protein untuk melarutkan gumpalan darahdalam terapi serangan jantung

Bakterirekombinan

Copy gen

Klon bakteri rekombinan Protein untukmembuat salju

Gen untuk mengubah bakteri agardapat membersihkan limbah

Gen di-sisipkanpadatanaman

13

Perbanyakan sel bakteri

Copy protein

Fungsi Plasmid pada pembentukan DNA rekombinan:a. digunakan sebagai vektor untuk mengklonkan gen

atau mengklonkan fragmen DNA ataumengubah sifat bakteri.

b. untuk memperbanyak gen (copy gene) yangtelah disisipkan dengan bantuan

sel bakteri

Bagaimana menyimpan seluruh informasi genetik dari suatuorganisme??Pustaka Genom digunakan untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yangtelah diklonkan.Isolasi gen menggunakan pendekatan shotgun dapat menghasilkan ribuanpotongan DNA (fragmen DNA)Potongan disimpan untuk sementara waktu di dalam pustaka plasmid ataupustaka fage

15

Bagaimana mendeteksi DNA atau fragmen DNA? Teknik Elektroforesis digunakan

Sumberlistrik Gel

untuk memisahkan fragmen-fragmen DNA berdasarkan ukurannya.

Campuran molekulDNA dengan berbagai ukuran

berukurbesar

Fragmen DNA yang lebih besar bergerak lebih lambat, fragmen yang lebih kecilbergerak lebih cepat. 16

listrik Gel berukurkecil

(+)

Bagaimana membuat dan menyisipkan DNA rekombinan padatanaman: Bakteri Agrobacterium tumefaciens untukmenyisipkan gen ke dalam genom tanaman.Prinsip:

Agrobacterium tumefaciens strain liar (galur alami) memilikiplasmid Ti. Pada plasmid Ti terdapat T-DNA yang mengandunggen penyebab tumor.Pada waktu menginfeksi tanaman, Agrobacterium tumefaciensmenyisipkan T-DNA ke dalam kromosom sel tanaman sehinggasel-sel tanaman yang terinfeksi membentuk tumor.

Plasmid TiT-DNA

Kromosombakteri

Agrobacterium

T-DNA

Kromosomtanaman

menyisipkan T-DNA ke dalam kromosom sel tanaman sehinggasel-sel tanaman yang terinfeksi membentuk tumor.

17

Agrobacterium

DNA mengandunggen yang diinginkan

Plasmid-Ti

Gen yang diinginkan dimasukkan ke dalam sel tanaman dengancara menitipkannya (menyisipkan) pada T-DNA.Agrobacterium yang digunakan untuk menginfeksi sel tanamanadalah Agrobacterium yang sudah tidak patogen

Penyisipan gen

Plasmid-Ti

Situs restriksiT-DNAPlasmid-Tirekombinan

Introduksi kedalam seltumbuhan

T-DNA membawagen baru padakromosom tumbuhan

Regenerasitanaman

Tanamandengan sifat baru

18

ManfaatTeknologi DNA rekombinan telah memberikan manfaat di bidang ilmupengetahuan maupun di bidang terapan.Contoh:A. Bidang Kesehatan:A1. Insulin manusia telah diproduksi secara massal

menggunakan bakteri E.coli dan telah diperdagangkanuntuk mengobati penyakit diabetis.Merek dagang: HumulinR

A3. Hormon tumbuh manusia (GH) diproduksimenggunakan E.coli dan digunakan untuk mengobatikelainan pertumbuhan (misal: cebol).

A2. Vaksin hepatitis B digunakan untuk mencegah infeksivirus hepatitis. Telah diproduksi secara komersialmenggunakan S.cereviciae dalam skala industri

19

A4. Therapi gen untuk penyakitdilakukan dengan menggantikan gen yangmengalami kerusakan dengan gen yangnormal, digunakan untuk mengobatipenyakit-penyakit keturunan (geneticdisorders) dan penyakit lain yangdisebabkan oleh kerusakan gen (misal:kanker)

Klon gen(alel normal)

Penyisipan normalgen pada vektor

DNA rekombinan

Vektor retrovirus

Infeksi sel bonemarrow

20

Injeksi selke pasien

Sel Bone marrow mengandung stem selyang mampu miningkatkan semua sel-sel darah dansistem imun

DNA rekombinanmenyisip kekromosom

Sel bone marrowdari pasien

B1. Bakteri Ice- (ice minus): bakteri yang telahdirekayasa sehingga tidak membeku pada suhurendah.

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

Telah diperdagangkan dengan merek FrostbanR.

B. Bidang Pertanian:

Telah diperdagangkan dengan merek FrostbanR.

B2. mikroba pendegradasi limbah.B3. Tanaman tahan hama, misal kapas Bt, tomat BtB4. Tanaman tahan herbisida.

21

Tanaman

Rice

Tomato

Penambahannutrisi

Provitamin

Flavonoid

Keuntungan

Vitamin Asupplement

Antioxidant

B 5. Peningkatan nilai nutrisi

Sugar beet

Rice

Fructants

Iron

Low calori

Ironsupplement

22

Bioteknologi Kelautan

Penggunaan hormon pertumbuhan untuk meningkatkanukuran ikan

23

Pena

nda

(mar

ker)

Ters

angk

a1

Ters

angk

a2

Pena

nda

(mar

ker

vagi

nako

rban

Pelaku kejahatan dapatdiidentifikasi denganmenggunakan analisisSidik Jari DNAmisalnya: kasus perkosaan

C. Bidang Hukum:

pola pita DNA pada darah pelaku ke 2sama dengan pola pita yang diperolehdari tempat kejadian- orang ke 2adalah pelaku kajahatannya

24

Hubungan keluarga berdasarkan DNA Fingerprint

-DNA mitokondria diwariskan melalui ibuBagaimana mencari siapa ibu kita?

Perbedaan pada urutan DNA dapat diketahui dengan teknik RFLP(restriction fragment length polymorfism)

- untuk menentukan keturunan,-perbedaan antar satu organisme dengan yang lain.

Pemotongandenganenzim restriksi

berukuran

besar

berukuran

kecil

DNA yang berasal dari kromosom

D. Bidang pengembangan ilmu pengetahuan:

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

Huntingtons 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 tahunsetelah timbul gejala.setelah timbul gejala.

D2. Kemajuan Teknologi DNA telah mendorong para ilmuwan(konsorsium ilmuwan internasional) untuk mewujudkan proyekgenom manusia dan genom organisme lainnya

25

Teknologi DNA Rekombinan juga mengandung resiko.

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

22

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28