Genetika terapan

1. Genetikaterapan

2. GENETIKA TERAPAN • Langkahawalpengembanganbioteknologiadalah: • mencarisuatuorganismeygsesuai, ygdptmenghasilkanproduk/ jasaygmenguntungkanbagiindustri. • KemudiandilakukanSELEKSI organisme, pengembangbiakan. • Seleksikonvensional lama • teknologigenetikaygbarusptfusiprotoplas, rekombinan DNA çiripembawaangenetis’ dptdisiapkanscrlangsungkedlmorganismeygdiinginkan.

3. 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.

4. 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

5. 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.

6. 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

7. MARKA GEN DALAM SELEKSI TANAMAN • PenggunaanMarka Gen • Sifat yang memilikinilaiekonomitinggiumumnyabersifatkuantitatifdandikendalikanolehberbagailokuspengendalisifatkuantitatif (QTL) danjuga factor lingkungan, makatidakdapatmelakukan genotyping utksifattsbhanyaberdasarkanpadakarakterfenotip. • Marka gen: suatusekuen variable DNA yang terjadisecarabersamaandengan variable sifatkuantitatif, baiksecaralangsungmempengaruhiataukarenaberpautandengansekuen DNA yg lain yang mempengaruhisuatusifattertentu. • Marka gen sangatbermanfaatuntukmelakukanseleksisecaraakuratterhadapsuatusifat yang dinginkan. • duapendekatanutama : • 1). candidate marker dan • 2). random marker approach.

8. candidate marker vsrandom marker approach.

9. Candidate gene approach • Pendekataninididasarkanpadapengetahuanpendukung yang telahadasepertibukti-buktifisiologidanbiokimia yang menunjukkanbahwa gen ybsterlibatpadasifat yang diinginkan. Misaldipilihnya gen penyandihormonpertumbuhanuntukstudi gen-gen yang mempengaruhipertumbuhankarenaprodukdari gen tsbadalahsangatpentingdalampertumbuhan somatic. • Keuntunganpendekatankandidat gen: • Gen yang dipelajariterlibatpadasifatfenotipygdiinginkan. • Pendekatanini straightforward, hanyamemfokuskanpada gen yang relevanthdfenotip 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.

10. Candidate gene approach • Langkah yang diperlukan: • identifikasi locus/loci diinginkanberdasarkanbuktifisiologisdanbiokimia yang berhubungandengansifatfenotip • identifikasivarianmolekulerpadaatausekitar locus/loci tersebut. Umumnyavarian molecular dideteksidenganteknik RFLP, PCR-RFLP, microsatellite atauteknik molecular yang lain. • Variasi molecular dikelompokkan dalam klas genotipe, • Variasinilaifenotipdikelompokkan, • Gunakanujistatistik yang sesuaiuntukmengujiketerkaitanklasgenotipdanfenotip. • Kelemahankandidat gen: • Terbatashanyapadasifat-sifat yang telahdiketahuihubunganfisiologisdanbiokimianya. • Variasimolekulerharusdiperolehpada locus/loci yang dipelajari.

11. Random marker approach • Pendekatan random berusahamelokalisasimarka gen denganmelakukanpengukurangenotipepadasejumlahloki yang sangatbanyak (keseluruhan genome) tanpamengetahuipengaruhfenotipnya, denganharapanada locus/loci yang berpautandengansifat yang diinginkan. RAPD seringdigunakandalampendekatanini. • Keuntunganpendekatan random: • Tidakhanyaterbataspadasifat-sifat yang telahdiketahuiketerkaitan gen secarafisiologisdanbiokimianya, • Pendekataninimencari variable marker padakeseluruhangenom, sehinggalebihmemungkinkanuntukdiketemukannya QTL multiple bahkanpadadaerah yang mungkinbelumdiketemukansebelumnya yang berhubungandengansifat yang diinginkan. • Sesuaiuntukmelokalisir QTL daripersilanganantarpopulasi yang secara genetic danfenotipeberbeda. • Kelemahanutamadaripendekatanini: Susah untukmenginterpretasikanvarianmolekulerdalamhubungannyadengansifatfenotipsecarafisiologisdanbiokimia, karenalokus yang dideteksiberasaldaridaerah yang fungsinyatidakdiketahui. • Lebihsesuaiuntukmempelajari crosses daripopulasi yang divergent daripadapopulasialami. • Pendekataninikurang valuable dibandingpendekatankandidat.

12. APLIKASI BIOTEKNOLOGI UNTUK PENINGKATAN PRODUKSI DAN KESEHATAN TERNAK • Teknologi DNA rekombinan • Teknologi transfer embrio dan teknik-teknik terkait • Bioteknologi utk meningkatkan produksi pakan ternak • Monoklonalantibodi

13. 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.

14. Sumber DNA Vektor kloning DNA target Linearisasi enzimatik Fragmentasi 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 Skema rekombinan DNA

15. Enzim restriksi, Ligase dan rekombinan

16. 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.

17. 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.

18. 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.  

19. Kerja Enzim DNA Ligase

20. 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.

21. 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 .

22. 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.