Rekayasa Genetika
Rekayasa Genetika
•
Isolasi,
kloning dan kharakterisasi gen Prokaryot (Bakteri)
•
Isolasi,
Kloning dan kharakterisasi gen Eukaryot (yeast, jamur, algae, tumbuhan,
serangga, hewan, manusia)
•
Metode-metode
dan strateginya (PCR, Southern Blotting, Northern Blotting, Western Blotting,
SDS-PAGE, Colony PCR, AFLP, RAPD, Mating, Kultur jaringan, kultur sel, media
seleksi, DNA sequencing, Protein Sequensing,dll)
Isolasi, kloning dan kharakterisasi gene
Prokaryot; Isolasi gene virulent Agrobacterium tumefaciens
• Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri Gram negatif penyebab penyakit
tumor Crown Gall pada tanaman
• Beberapa strains bakteri ini juga ditemukan
patogenik pada manusia
• Ditemukan pada tahun 1917 oleh Smith
• Awalnya diteliti sebagai model untuk mempelajari
tumor/kanker pada manusia/hewan
Tumor Crown Gall
Sel Agrobacterium tumefaciens
Kultur Agrobacterium tumefaciens
• LB (Louria-Bertani) Media
Per 1000 ml :
10 gram Pepton
5 gram ekstrak yeast
5 gram NaCl
• Media Seleksi :
AB media (hanya Agrobacterium yang bisa tumbuh, kadang perlu
ditambah Rifamfisin 10 ppm untuk lebih selektif.
• Warna koloni; pink
AB Media (per 1 liter)
• 3 g K2HPO4
• 1 g NaH2PO4
• 1 g NH4Cl
• 0,3 g MgSO4.7H2O
• 0,15 g KCl
• 0,01 g CaCl2
• 2,5 mg FeSO4.7H2O
• 5 g Glukose
Gen-gen Virulen
• Virulensi Agrobacterium ditentukan oleh
sejumlah gen baik yang berada pada Ti plasmid maupun yang berada pada khromosom
• Sangat jarang virulensi ditentukan oleh satu gen
(single gen)
• Bahkan sudah diketahui umum guna memunculkan
kharakter terntetukan dibutuhkan sejumlah gen
Genetika Agrobacterium
Mekanisme Induksi Penyakit Tumor Crown Gall
Molecular Mechanism
Mutasi Transposon
• Ada banyak jenis transposon (Tn3, Tn5, Tn10, dll.
Ada juga retro-transposon)
• Transposon adalah mobile extra chromosomal linear
DNA (DNA linier non-khromosom yang mobil/bergerak)
• Transposon pertama kali ditemukan oleh Mc.Clintox
pada sel tanaman jagung
• Karena sifatnya yang mobil transposon dapat
digunakan dalam rekayasa genetika sebagai mutasi penyelip (insertion mutation)
Transposon 5 (Tn5)
Proses Mutasi: Melalui Konjugasi
(Cell Mating)
Prosedur Mutasi Tn5 dengan Metode Sel Mating
•
Kultur
Bakteri:
a. Kultur A. tumefaciens :
•
Kultur
sel A. tumefaciens (A208) pada AB medium agar dengan rifampisin 10 ppm,
inkubasi pada suhu 28 oC overninght
•
Ambil single
koloni lalu kultur pada media LB cair, diinkubasi pada suhu
28
oC dengan digoyang (shaker) selama satu malam (overnight)
b. Kultur
sel E. coli (Tn5)
•
Ambil
E.coli (Tn5) dari kultur stok (glycerol/stub)
•
Kultur E.
coli (Tn5) pada media LB agar dengan kanamisin 100 ppm, inkubasi overnight
pada suhu 37 oC
•
Ambil
single koloni lalu kultur pada media LB cair dengan kanamisin 100 ppm, inkubasi
overnight pada suhu 37 oC
B. Panen
dan Mating sel bakteri:
• Centrifuge kultur cair bakteri (A.
tumefaciens-A208 dan E. coli (Tn5)) selama 3 menit dalam 3000 -5000
rpm – dalam 1,5 ml Eppendorf tube
• Buang supernatant
• Cuci sel-sel bakteri (pelet) dengan distilled
water steril)- pelet disuspen dalam distilled water steril
• Centrifuge selama 3 menit dalam 3000 -5000 rpm
• Suspen pelet sel-sel bakteri masing-masing dalam
300 l LB medium
• Campurkan masing-masing 100 l (A.
tumefaciens-A208 dan E. coli (Tn5)) dalam 1,5 ml Eppendorf tube.
• Teteskan (spot) 50- 100 l campuran bakteri
tersbut pada LB medium agar, inkubasi pada suhu 30 oC overnight
• Kultur dengan roof kultur campuran bakteri tsb
pada media AB dengan kanamisin 100 ppm (gunakan roof agar muncul banyak single
colonies
• Single Colonies yg tumbuh pada media AB kanamisin
100 ppm adalah A. tumefaciens yang telah membawa Tn5 (mingkin pada khromosomnya
atau pada Ti plasmid nya.
• Kultur single koloni ini pada media LB kanamisin
100 ppm untuk uji virulensi dan pada AB kanamisin untuk kultur stok
•
Virulent
Assay (Uji Virulensi)
Uji virulensi mutan-mutan A. tumefaciens
(Tn5) ini dapat dilakukan pada beberapa jenis tanaman, seperti; wortel, lobak,
cocor bebek (kalanchoe), tembakau, dll.
Seleksi Avirulent Mutant
•
Dari
sekitar 5000 – 6000 koloni (mutan A.tumefaciens-Tn5) yang diuji
virulensinya pada penelitian ini ditemukan;
* 2 koloni yang avirulen,
* 10
koloni yang melemah virulensinya, dan
* satu koloni menjadi sangat virulen
Kharakterisasi Mutan Avirulen B119 dan B90
• Karena yg mau diisolasi adalah gen virulen (gen
yang terlibat dalam virulensi/patogenisitas A. tumefaciens, maka yang
dianalisis lebih lanjut adalah mutan avirulen
• Dilakukan analisis terhadap mutan B119 dan
B90 (angka menunjukkan nomor koloni)
Tahapan induksi tumor Crown Gall oleh A. tumefaciens
•
Pertumbuhan
A. tumefaciens
• Kemampuan menempel (attachment) pd sel inang
(tumbuhan)
• Ekspresi gen-gen virulen pada Ti Plasmid
• Prosesing T-DNA
• Transfer T-DNA
• Integrasi T-DNA pada genom inang (tumbuhan)
Mengapa menjadi avirulen
• Uji Pertumbuan sel pada media
• Uji Attachment (kemampuan bakteri menempel pada
sel inang (tanaman)
• Uji ekspresi gen-gen virulen Ti plasmid
Uji Ekspresi Gen-Gen Virulen
Ti Plasmid
Letak terselipnya Tn5 pada B119 dan B90
Elektroforesis Gel Agarose
• Cara buat Gel
:
Untuk total DNA dari bakteri digunakan 0,8%
agarose; 0,8 g agarose dalam 100 ml
bufer TAE
Panaskan dalam mikrowave selama 5 menit
Setelah dipanaskan biarkan dalam suhu ruang
sampai hangat (60 oC) lalu tetesi dengan Ethidium bromida 10 l (10 mg/ml)
Lalu tuangkan ke dalam cetakan gel(dengan
sisir pembuat lubang-lubang sampel, tunggu sampai padat. Siap digunakan untuk elektroforesis
Bufer TAE
• 40mM Tris-acetat,
pH 7,9
• 2mM sodium EDTA
Elektroforesis
dilaksanakan pada ;
100 volt
atau 50 volt
Strategi untuk mengisolasi flanking DNA dari B119
• Tn5 tidak memiliki sisi (site) pemotongan enzim
EcoRI
• B119 adalah mutan A. tumefaciens yang pd
khromosomnya terselip Tn5, jadi kalau khromosom B119 dipotong dengan EcoRI maka
pemotongan akan terjadi pada khromosom B119, bukan pada Tn5, sehingga pasti
didapatkan Tn5 utuh dan DNA dari kromosom B119
Pemetaan terselipnya Tn5 pada khromosom A. tumefaciens
Sekuen flanking DNA
Strategi untuk mendapatkan fragmen DNA asal (A208) tempat
Tn5 terselip (B119)
• Isolasi DNA khromosom dari strain induk, A208,
lalu potong dengan EcoRI
• Elektroforesis
• Southern Blotting dengan Probe flanking DNA
Sekuen DNA asal (Wild type) dan penentuan ORF
ORF (Open Reading Frame)
Dari urutan DNA itu dilihat apakah terdapat
ORF didalamnya dengan ketentuan:
ORF mulai dari sekuen ATG (initiation
kodon)
ORF selalu diakhiri oleh stop kodon (TGA,
TAG, TAA
Profil Hidropati (Hydropaty Profile) dari ORF
Uji ekspresi Protein
Kloning Fragmen DNA
TN5 + Flanking DNA
Cloning Gene (DNA)
• Fragment DNA
10 kb (Tn5 dan flanking DNA)
Vektor Plasmid
• Charomid (15 kb) ; digunakan vektor plasmid
berukuran besar ini karena fragmen DNA yang diklon berukuran besar (10 kb)
• Fragmen DNA yang diklon merupakan fragmen yang
dihasilkan dari pemotongan dengan enzim EcoRI, maka vektor plasmidnya juga
dipotong dengan EcoRI (pada multi cloning site)
• Vektor plasmid ini membawa gen penanda yaitu gen
untuk ketahanan pada ampisilin
Skema kloning
Prosedur dan Tahapan Kerja Kloning
• Isolasi Vektor plasmid (dari sel E.coli)
• Isolasi dan purifikasi fragmen DNA (insert)
• Enzim digestion (Pemotongan dengan ECoRI)
• Ligasi
• Transformasi ke sel E.coli (host-
Compitent cells)
• Kultur pada media seleksi (LB Ampisilin 100ppm +
X-gal)
• Seleksi dan kultur koloni putih
• Isolasi plasmid untuk membuktikan klon fragmen
telah terjadi atau dapat dilakukan dengan Koloni PCR (lebih cepat)
E.Coli sebagai Host (sel inang)
•
E.coli digunakan karena beberapa alasan:
•
Genomnya
kecil (sekitar 6 juta pasang basa)
•
Mudah
dikultur; pertumbuhan cepat
•
Mudah
direkayasa (dihilangkan faktor-faktor yang tidak inginkan; plasmid,dll)
•
Telah
sangat banyak diteliti, sehingga sudah terkharakterisasi dengan baik
•
Terdapat
banyak strain dan kompatibel
Prosedur pemotongan DNA dengan Endonuklease dan prosedur
Ligasi
Prosedur dan tahapan kerja isolasi plasmid dari sel E.
Coli
Prosedur Pembuatan Compitent Cells E.coli
Prosedur Transformasi DNA ke dalam sel E.coli
Prosedur Koloni PCR
Complementation Analysis
No comments:
Post a Comment