Teknologi Genetik — Nota JomSkor

Kejuruteraan Genetik dan GMO

Kejuruteraan genetik ialah satu teknik manipulasi gen untuk mengubah suai genetik sesuatu organisma bagi membentuk kombinasi baharu organisma. Organisma terubah suai genetik (GMO, genetically modified organism) ialah organisma yang melalui teknologi DNA rekombinan — gen daripada satu organisma dipindahkan dan digabungkan ke dalam DNA organisma lain. Organisma yang dihasilkan dikenali sebagai organisma transgenik.

Makanan Terubah Suai Genetik (GMF)

Teknologi DNA rekombinan telah menghasilkan banyak tanaman GMF seperti padi, kelapa sawit, nanas dan kacang soya. Kebaikan GMF: mengatasi masalah bekalan makanan dunia, meningkatkan kandungan nutrisi tanaman, rintang terhadap penyakit/herbisid/logam berat/serangga. Risiko GMF: berpotensi mengganggu kepelbagaian jadi alergen, dimasukkan kepada manusia tanpa pengetahuan, kerintangan antibiotik mungkin berpindah kepada manusia melalui kandungan genetik dalam terigas.

Pengeluaran Insulin Manusia melalui Teknologi DNA Rekombinan

Langkah: (1) Gen insulin manusia dikenal pasti dan dipotong daripada DNA manusia menggunakan enzim pembatasan. (2) Plasmid bakteria digunakan sebagai vektor pengklonan — plasmid dipotong menggunakan enzim pembatasan yang sama. (3) Gen insulin manusia digabungkan ke dalam plasmid menggunakan enzim DNA ligase, membentuk plasmid rekombinan. (4) Plasmid rekombinan dimasukkan ke dalam sel bakteria (Escherichia coli), menghasilkan bakteria transgenik. (5) Klon bakteria membiak dengan banyak dan menghasilkan insulin di dalam sel bakteria. (6) Insulin diekstrak daripada bakteria dan dibersihkan untuk digunakan oleh pesakit diabetes mellitus. Selain insulin, teknik kejuruteraan genetik telah berjaya menghasilkan vaksin hepatitis B dan faktor pembekuan darah.

Terapi Gen

Terapi gen digunakan untuk merawat penyakit genetik (contoh fibrosis sistik, distrofi otot) dan kanser. Langkah umum: sel yang mempunyai gen abnormal dikenal pasti; vektor (biasanya virus dilemahkan) digunakan untuk memasukkan gen normal ke dalam virus; virus dimodifikasikan untuk mengandungi gen normal disuntik ke dalam sel pesakit; sel berfungsi normal dengan gen normal yang baharu menggantikan gen abnormal.

Pencapan Jari DNA (DNA Fingerprinting)

Digunakan dalam forensik untuk mengenal pasti suspek/mangsa. Langkah: sampel (darah, air mani, kulit) dikumpul dari tempat kejadian dan diekstrak DNA; DNA dipotong menggunakan enzim pembatasan menjadi fragmen-fragmen pelbagai saiz; fragmen dipisahkan menggunakan gel elektroforesis mengikut saiz, membentuk profil/jalur DNA unik (filem X-ray diproses daripada gel untuk dapatkan profil DNA); profil DNA sampel kemudian dibandingkan dengan profil DNA suspek untuk mengenal pasti kesepadanan.

Tumbuhan Transgenik: Kapas dan Jagung Bt

Gen daripada bakteria Bacillus thuringiensis (penghasil toksin Bt) dimasukkan ke dalam genom tumbuhan kapas/jagung melalui kejuruteraan genetik, menghasilkan tumbuhan Bt yang dapat menghasilkan toksin Bt sendiri. Apabila serangga perosak memakan tumbuhan Bt, toksin tersebut mengganggu sistem pencernaan serangga dan menyebabkan kematiannya, sekaligus mengurangkan kerosakan tanaman akibat serangga perosak tanpa perlu menyembur racun serangga secara meluas.

Bioteknologi dan Bioremediasi

Bioteknologi ialah penggunaan organisma hidup (atau bahagiannya) bagi tujuan tertentu yang memberi manfaat kepada manusia. Bioremediasi ialah kaedah membersihkan tumpahan minyak dan kawasan tercemar menggunakan mikroorganisma (contoh bakteria Alcanivorax borkumensis) yang berkemampuan menguraikan minyak/bahan pencemar menjadi sebatian ringkas dan kurang toksik, memulihkan ekosistem akuatik yang terjejas.

Kloning: Domba Dolly

Dolly merupakan haiwan mamalia pertama yang berjaya diklonkan menggunakan teknik pemindahan nukleus sel somatik (nukleus daripada sel kelenjar susu domba dewasa dipindahkan ke dalam ovum yang nukleusnya telah dikeluarkan, kemudian dirangsang untuk membahagi dan ditanam ke dalam rahim domba pengganti). Kejayaan ini menunjukkan kemungkinan mengklonkan organisma daripada sel dewasa, membuka jalan kepada penyelidikan kloning terapeutik dan pemuliharaan spesies terancam.

Kepentingan Bioteknologi dalam Kehidupan

Pertanian: tanaman GMO/Bt meningkatkan hasil dan kerintangan terhadap perosak/penyakit. Perubatan: pengeluaran insulin, vaksin, faktor pembekuan darah secara komersial; terapi gen untuk penyakit genetik. Forensik: pencapan jari DNA untuk mengenal pasti suspek/mangsa jenayah. Alam sekitar: bioremediasi untuk membersihkan tumpahan minyak dan sisa toksik. Pemuliharaan: teknologi kloning untuk membantu memulihara spesies terancam kepupusan.

Etika dan Risiko Teknologi Genetik

Kejuruteraan genetik bukan sahaja menyumbangkan faedah kepada manusia, tetapi turut menimbulkan kebimbangan etika dan keputusan kod undang-undang yang perlu dipandu kepada kod etika yang disediakan. Antara risiko: kebimbangan keselamatan GMO jangka panjang terhadap kesihatan dan biodiversiti, persoalan etika berkaitan terapi gen dan kloning manusia, serta keperluan kawal selia (regulasi) sebelum sebarang aplikasi teknologi genetik dibenarkan untuk kegunaan awam.

Contoh soalan

Huraikan langkah-langkah penggunaan teknologi DNA rekombinan untuk menghasilkan insulin manusia menggunakan bakteria.

• Gen insulin manusia dikenal pasti dan dipotong daripada kromosom manusia menggunakan enzim pembatasan (enzim restriksi).
• Plasmid bakteria (vektor pengklonan) dipotong menggunakan enzim pembatasan yang sama untuk menghasilkan hujung yang sepadan.
• Gen insulin manusia digabungkan ke dalam plasmid menggunakan enzim DNA ligase, membentuk plasmid rekombinan.
• Plasmid rekombinan dimasukkan ke dalam sel bakteria (contoh Escherichia coli) untuk menghasilkan bakteria transgenik.
• Bakteria transgenik membiak dengan banyak (kloning bakteria) dan menghasilkan insulin manusia secara komersial, yang kemudiannya diekstrak dan dibersihkan untuk rawatan pesakit diabetes mellitus.

Contoh soalan

Jagung Bt ialah tumbuhan transgenik yang tahan terhadap serangan serangga perosak. Jelaskan bagaimana jagung Bt dihasilkan dan bagaimana ia melindungi tanaman daripada serangga perosak.

• Gen penghasil toksin Bt daripada bakteria Bacillus thuringiensis dimasukkan ke dalam genom jagung melalui kejuruteraan genetik, menghasilkan jagung transgenik (jagung Bt).
• Jagung Bt yang terhasil dapat menghasilkan toksin Bt sendiri di dalam tisunya.
• Apabila serangga perosak memakan tanaman jagung Bt, toksin Bt mengganggu sistem pencernaan serangga tersebut.
• Gangguan ini menyebabkan kematian serangga perosak, lalu mengurangkan kerosakan tanaman tanpa memerlukan penggunaan racun serangga secara meluas.

Contoh soalan

Polis menjumpai sampel darah di tempat kejadian jenayah dan ingin mengenal pasti suspek menggunakan teknik pencapan jari DNA. Terangkan secara ringkas proses ini.

• DNA diekstrak daripada sampel darah yang dijumpai di tempat kejadian dan juga daripada suspek.
• DNA dipotong kepada fragmen pelbagai saiz menggunakan enzim pembatasan, kemudian dipisahkan mengikut saiz menggunakan gel elektroforesis untuk menghasilkan profil DNA (jalur unik).
• Profil DNA daripada sampel tempat kejadian dibandingkan dengan profil DNA suspek — jika profil sepadan, ini mengesahkan suspek terlibat dalam kejadian tersebut.