Mengungkap Proses: Bagaimana DNA Diurutkan (How DNA is Sequenced)

Table of Contents

 

INFOLABMED.COM - DNA, atau asam deoksiribonukleat, adalah molekul yang menyimpan informasi genetik makhluk hidup. 

Dalam beberapa dekade terakhir, memahami urutan DNA menjadi bagian penting dalam biologi modern. 

Melalui pengurutan DNA, kita dapat mengetahui urutan nukleotida dalam DNA dan membuka wawasan baru tentang fungsi gen-gen yang ada. 

Artikel ini akan mengupas metode dan teknologi yang digunakan dalam pengurutan DNA, serta tantangan yang dihadapi.

Pentingnya Pengurutan DNA

Urutan DNA memegang kunci untuk memahami berbagai aspek biologi dan kesehatan manusia. 

Dengan mengetahui urutan nukleotida (Adenin, Timin, Sitosin, dan Guanin) dalam DNA, ilmuwan dapat mengidentifikasi gen-gen yang ada dan memprediksi fungsi-fungsi biologisnya. 

Baca juga : Genetika di Dunia Modern: Menguak Rahasia DNA dan Perannya dalam Kehidupan Kita

Ini sangat penting untuk penelitian genetik, diagnosis penyakit, dan pengembangan terapi medis.

Tantangan dalam Mengurutkan DNA

Molekul DNA yang terdapat dalam sel hidup sangat panjang, seringkali mencapai jutaan pasangan basa (base pairs). 

Mengurutkan DNA sepanjang ini dalam satu kali percobaan masih jauh di luar kemampuan kita saat ini, meskipun teknologi pengurutan DNA terus berkembang pesat. 

Saat ini, maksimal urutan yang dapat dibaca dalam satu percobaan hanya sekitar 750 basa. 

Oleh karena itu, strategi dalam proyek pengurutan DNA adalah memotong molekul DNA yang panjang menjadi banyak fragmen pendek, yang kemudian diurutkan secara individual. 

Setelah itu, urutan asli molekul DNA disusun kembali dengan mencari tumpang tindih antara urutan fragmen pendek tersebut.

Persiapan Fragment DNA untuk Pengurutan

Langkah pertama dalam proyek pengurutan DNA adalah menyiapkan koleksi fragmen DNA pendek yang siap untuk diurutkan, yang dikenal sebagai pustaka klon (clone library). 

Fragmen DNA ini disiapkan melalui proses kloning DNA. 

Baca juga : Mengungkap Teknologi CRISPR: Revolusi Baru dalam Dunia Genetika

Dalam proses ini, molekul DNA yang ingin diurutkan dipecah menjadi fragmen-fragmen pendek menggunakan teknik sonikasi, yang memanfaatkan gelombang suara frekuensi tinggi untuk memotong molekul DNA secara acak.

Setelah DNA dipecah, fragmen-fragmen tersebut kemudian dipisahkan sehingga masing-masing dapat diurutkan secara individual. 

Proses ini memerlukan vektor, yaitu molekul DNA yang dapat bereplikasi di dalam sel bakteri Escherichia coli. 

Vektor ini biasanya merupakan versi modifikasi dari molekul DNA alami yang dapat mereplikasi sendiri yang disebut plasmid.

Metode Pengurutan DNA

Ada beberapa metode untuk mengurutkan DNA, tetapi sebagian besar percobaan dilakukan menggunakan metode terminasi rantai (chain termination method). 

Metode ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1970-an dan terus digunakan dengan berbagai modifikasi dan perbaikan. 

Dalam metode terminasi rantai, urutan DNA diperoleh dengan membuat salinan fragmen DNA yang dikloning sedemikian rupa sehingga posisi setiap dari empat nukleotida (A, C, G, T) dapat diidentifikasi.

Proses ini melibatkan penggunaan DNA polimerase, enzim yang membuat salinan molekul DNA. 

Molekul vektor rekombinan dimurnikan dari salah satu klon dalam pustaka klon, dan sebuah oligonukleotida pendek ditambahkan ke bagian vektor dari molekul DNA rekombinan, tepat di sebelah situs tempat fragmen klon dimasukkan. 

Oligonukleotida ini bertindak sebagai primer untuk sintesis untai DNA baru. Untai baru ini dibuat oleh DNA polimerase dan diperpanjang di atas fragmen klon, sehingga salinannya dibuat.

Membaca Urutan DNA

Untuk membaca urutan DNA, teknik yang digunakan disebut elektroforesis gel kapiler (capillary gel electrophoresis). 

Dalam teknik ini, molekul yang telah dihentikan rantainya (chain-terminated molecules) dimasukkan ke dalam kapiler gel dan arus listrik diterapkan. 

Molekul-molekul ini bermigrasi melalui kapiler gel dengan kecepatan yang berbeda-beda berdasarkan panjangnya. 

Molekul terpendek bergerak paling cepat, sementara molekul yang lebih panjang bergerak lebih lambat.

Setiap dari empat dideoksinukleotida (ddNTPs) memancarkan sinyal fluoresen dengan panjang gelombang yang berbeda.

 Detektor fluoresensi digunakan untuk mengidentifikasi dideoksinukleotida mana yang ada di setiap pita. 

Dengan mengidentifikasi apakah dideoksinukleotida adalah A, C, G, atau T, detektor mampu membangun urutan DNA dari fragmen klon nukleotida demi nukleotida. 

Urutan ini dapat dicetak untuk pemeriksaan lebih lanjut atau dimasukkan langsung ke perangkat penyimpanan untuk analisis di masa mendatang.

Teknologi Otomatisasi dan Pengembangan Masa Depan

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, sekitar 750 pasangan basa urutan dapat diperoleh dalam satu percobaan. 

Mesin pengurutan otomatis dengan beberapa kapiler yang bekerja secara paralel dapat membaca hingga 96 urutan berbeda dalam periode 2 jam, yang berarti 864.000 pasangan basa informasi dapat dihasilkan per mesin per hari. 

Ini, tentu saja, memerlukan dukungan teknis sepanjang waktu, dengan perangkat robotik yang digunakan untuk mempersiapkan reaksi pengurutan dan memuat molekul yang dihentikan rantainya ke dalam mesin pengurutan.

Dengan pendekatan pabrik seperti ini, data yang diperlukan untuk mengurutkan molekul DNA yang panjangnya jutaan pasangan basa dapat dihasilkan dalam beberapa minggu. 

Seiring berkembangnya teknologi pengurutan DNA, diharapkan kita dapat mengurutkan molekul DNA yang lebih panjang dalam waktu yang lebih singkat di masa depan.

Proses pengurutan DNA adalah salah satu terobosan terbesar dalam biologi modern yang membuka banyak peluang untuk penelitian genetik dan pengembangan terapi medis. 

Meski teknologi pengurutan DNA terus berkembang, tantangan tetap ada dalam hal kecepatan, akurasi, dan biaya. 

Namun, dengan kemajuan yang pesat, masa depan pengurutan DNA terlihat semakin menjanjikan.

Artikel ini hanya untuk tujuan informasi. Untuk nasihat atau diagnosis medis, konsultasikan dengan profesional.