Penemuan penanda genetik baru yang membantu mengidentifikasi dan, oleh karena itu, untuk mencegah lebih banyak penyakit menjadi lebih sering .
Penanda ini digunakan untuk menghubungkan mutasi genetik tertentu dengan risiko munculnya dan berkembangnya berbagai kelainan bawaan . Penggunaan teknik pengurutan genom baru akan sangat penting dalam memajukan pengetahuan tentang jenis penyakit ini dan banyak lainnya.
Dalam artikel ini kita menjelaskan apa itu penanda genetik, jenis penanda apa yang ada, bagaimana varian genetik yang berbeda dideteksi dan apa teknik utama yang digunakan dalam pengurutan genom.
- Artikel yang Direkomendasikan: “Apa yang dimaksud dengan ‘bawaan’?”
Apa itu penanda genetik?
Penanda genetik adalah segmen DNA yang terletak pada posisi yang diketahui (lokus) pada kromosom tertentu. Penanda ini biasanya terkait dengan fenotipe penyakit tertentu dan sangat berguna dalam mengidentifikasi variasi genetik yang berbeda pada individu dan populasi tertentu.
Teknologi penanda genetik berdasarkan DNA telah merevolusi dunia genetika, karena berkat mereka dimungkinkan untuk mendeteksi polimorfisme (bertanggung jawab atas variabilitas besar yang ada antara individu-individu dari spesies yang sama) antara genotipe atau alel yang berbeda dari suatu gen ke suatu urutan DNA dalam sekelompok gen.
Penanda-penanda yang memberikan probabilitas tinggi terjadinya penyakit lebih berguna sebagai alat diagnostik . Penanda dapat memiliki konsekuensi fungsional, seperti mengubah ekspresi atau fungsi gen yang secara langsung berkontribusi pada perkembangan penyakit; Sebaliknya, mungkin tidak memiliki konsekuensi fungsional, tetapi mungkin terletak dekat dengan varian fungsional sedemikian rupa sehingga baik penanda dan varian cenderung diwariskan bersama-sama dalam populasi umum.
Variasi DNA diklasifikasikan sebagai “netral” ketika mereka tidak menghasilkan perubahan apa pun dalam sifat metabolik atau fenotipik (sifat yang dapat diamati), dan ketika mereka tidak tunduk pada tekanan evolusi (baik positif, negatif, atau penyeimbang); jika tidak, variasi disebut fungsional.
Mutasi pada nukleotida kunci dalam urutan DNA dapat mengubah komposisi asam amino protein dan menyebabkan varian fungsional baru. Varian tersebut mungkin memiliki efisiensi metabolisme yang lebih tinggi atau lebih rendah dibandingkan dengan urutan aslinya; mereka dapat kehilangan fungsinya sepenuhnya atau bahkan memasukkan yang baru.
Metode deteksi polimorfisme
Polimorfisme didefinisikan sebagai varian genetik dalam urutan DNA antara individu dari spesies yang sama . Ini dapat memiliki konsekuensi pada fenotipe jika mereka ditemukan di daerah pengkodean DNA.
Untuk mendeteksi polimorfisme ini, ada dua metode utama: metode Selatan, teknik hibridisasi asam nukleat; dan teknik PCR reaksi berantai polimerase, yang memungkinkan untuk mengamplifikasi daerah-daerah kecil tertentu dari bahan DNA.
Dengan menggunakan dua metode ini, variasi genetik dalam sampel DNA dan polimorfisme di wilayah tertentu dari urutan DNA dapat diidentifikasi. Namun, penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa dalam kasus penyakit yang lebih kompleks, lebih sulit untuk mengidentifikasi penanda genetik ini, karena mereka biasanya poligenik, yaitu disebabkan oleh cacat pada banyak gen.
Jenis penanda genetik
Ada dua jenis utama penanda molekuler : penanda pascatranskripsi-translasi, yang dilakukan dengan analisis DNA tidak langsung; dan jenis pra-transkripsi-translasi, yang memungkinkan untuk mendeteksi polimorfisme secara langsung pada tingkat DNA dan yang akan kita bicarakan di bawah.
1. Penanda RFLP
Penanda genetik RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) diperoleh setelah ekstraksi dan fragmentasi DNA, dengan memotong endonuklease oleh enzim restriksi .
Fragmen restriksi yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan elektroforesis gel. Mereka adalah alat dasar untuk pemetaan genom dan analisis penyakit poligenik.
2. Penanda AFLP
Penanda ini bersifat biallelic dan dominan . Variasi pada banyak lokus (penamaan multi lokus) dapat diurutkan secara simultan untuk mendeteksi variasi nukleotida tunggal dari daerah genom yang tidak diketahui, di mana mutasi tertentu mungkin sering hadir pada gen fungsional tak tentu.
3. Mikrosatelit
Mikrosatelit adalah penanda genetik yang paling populer dalam studi karakterisasi genetik . Tingkat mutasi yang tinggi dan sifat kodominannya memungkinkan untuk memperkirakan keragaman genetik di dalam dan di antara ras yang berbeda, dan campuran genetik antar ras, bahkan jika mereka berkerabat dekat.
4. Penanda DNA mitokondria
Penanda ini menyediakan cara cepat untuk mendeteksi hibridisasi antar spesies atau subspesies .
Polimorfisme dalam urutan tertentu atau di wilayah kontrol DNA mitokondria telah berkontribusi, untuk sebagian besar, untuk identifikasi nenek moyang spesies domestik, pembentukan pola geografis keragaman genetik, dan pemahaman perilaku domestikasi.
5. Penanda RAPD
Penanda ini didasarkan pada reaksi berantai polimerase atau teknik PCR. Fragmen yang diperoleh dengan RAPD diamplifikasi di berbagai daerah acak.
Kegunaannya terletak pada kenyataan bahwa itu adalah teknik yang mudah digunakan dan memungkinkan banyak polimorfisme untuk dibedakan dengan cepat dan bersamaan. Telah digunakan dalam analisis keragaman genetik dan perbaikan dan diferensiasi garis klon.
Teknik pengurutan genom
Banyak penyakit yang ada memiliki dasar genetik. Penyebabnya biasanya ditentukan oleh munculnya satu atau lebih mutasi yang menyebabkan penyakit atau, setidaknya, meningkatkan risiko mengembangkannya.
Salah satu teknik yang paling umum untuk mendeteksi mutasi ini dan yang telah digunakan hingga saat ini adalah studi asosiasi genetik , yang melibatkan pengurutan DNA dari satu atau sekelompok gen yang diduga terlibat dalam penyakit tertentu.
Studi asosiasi genetik mempelajari urutan DNA dalam gen pembawa dan orang sehat, untuk menemukan gen yang bertanggung jawab. Studi-studi ini telah mencoba memasukkan anggota keluarga yang sama untuk meningkatkan kemungkinan mendeteksi mutasi. Namun, jenis penelitian ini hanya memungkinkan identifikasi mutasi yang terkait dengan satu gen, dengan keterbatasan yang menyertainya.
Dalam beberapa tahun terakhir, teknik sequencing baru telah ditemukan yang memungkinkan untuk mengatasi keterbatasan ini, yang dikenal sebagai teknik Next Generation Sequencing (NGS). Ini memungkinkan genom untuk diurutkan dengan menginvestasikan lebih sedikit waktu (dan lebih sedikit uang). Akibatnya, apa yang disebut Genome-Wide Association Studies (GWAS) saat ini sedang dilakukan.
Pengurutan genom menggunakan GWAS memungkinkan semua mutasi yang ada dalam genom untuk dieksplorasi , secara eksponensial meningkatkan kemungkinan menemukan gen yang bertanggung jawab atas penyakit tertentu. Hal ini menyebabkan terciptanya konsorsium internasional dengan para peneliti dari seluruh dunia yang berbagi peta kromosom dengan varian risiko banyak penyakit.
Namun, GWAS bukannya tanpa batasan, seperti ketidakmampuan mereka untuk sepenuhnya menjelaskan risiko genetik dan keluarga dari penyakit umum, kesulitan dalam mengevaluasi varian genetik langka, atau ukuran efek kecil yang diperoleh di sebagian besar penelitian. Tentu saja aspek-aspek bermasalah itu harus diperbaiki di tahun-tahun mendatang.
Referensi bibliografi:
- Korte, A., & Farlow, A. (2013). Keuntungan dan keterbatasan analisis sifat dengan GWAS: ulasan. Metode tanaman, 9 (1), 29.
- Pritchard, JK, & Rosenberg, NA (1999). Penggunaan penanda genetik yang tidak terkait untuk mendeteksi stratifikasi populasi dalam studi asosiasi. Jurnal Genetika Manusia Amerika, 65 (1), 220-228.
- Williams, JG, Kubelik, AR, Livak, KJ, Rafalski, JA, & Tingey, SV (1990). Polimorfisme DNA yang diamplifikasi oleh primer sewenang-wenang berguna sebagai penanda genetik. Penelitian asam nukleat, 18 (22), 6531-6535.