DNA Sequencing adalah teknik pembacaan urutan basa nitrogen pada DNA. Setiap makhluk hidup diketahui memiliki urutan basa nitrogen yang berbeda-beda dan menjadi ciri khas makhluk hidup tersebut. Namun, kita tidak dapat membaca urutan basa tersebut begitu saja karena membutuhkan teknologi khusus yang dinamakan DNA Sequencing.
Pada artikel kali ini, IDN Times akan membahas fakta-fakta seputar DNA Sequencing yang sangat menarik untuk disimak. Let's go!
Sebelum kita membahas teknik Sequencing DNA, ada baiknya kita memahami terlebih dahulu subjek utama kita, yaitu DNA. DNA atau Deoxyribonucleic Acid adalah materi genetik utama makhluk hidup yang ditemukan di dalam inti sel. Molekul DNA terdiri dari kumpulan nukleotida yang disebut polinukleotida. Polinukleotida ini akan membentuk satu utas panjang yang berikatan dengan polinukleotida lainnya membentuk molekul DNA.
Nukleotida sendiri adalah molekul yang tersusun dari gula deoksiribosa, fosfat, dan basa nitrogen. Dua utas polinukleotida bisa saling berikatan karena terdapat ikatan hidrogen antar basa nitrogen. Basa nitrogen sendiri terdapat dua jenis, yaitu basa Purin yang terdiri dari Adenin (A) dan Guanin (G), serta basa Pirimidin yang terdiri dari Timin (T) dan Sitosin (C), dimana Adenin hanya berikatan dengan Timin dan Guanin dengan Sitosin.
Basa nitrogen pada polinukleotida tersusun dengan urutan yang berbeda-beda pada semua makhluk hidup. Urutan basa nitrogen inilah yang akan dibaca dengan teknik DNA Sequencing untuk mengetahui identitas suatu makhluk hidup dari materi genetiknya.
Usaha untuk membaca urutan basa DNA telah dimulai pada tahun 1965 oleh Robert Holley di Cornell University. Dia mentranskripsikan DNA menjadi RNA terlebih dahulu agar terbentuk materi genetik yang terdiri dari 1 utas saja dan digunakan untuk membaca urutan basa DNA. Hal ini perlu dilakukan karena pembacaan urutan basa dilakukan dengan menambahkan basa nitrogen sintesis yang telah diberi probe (penanda). Sehingga harus menggunakan materi genetik yang tersusun dari 1 utas saja.
Teknik ini terus berkembang hingga akhirnya bisa menggunakan DNA murni tanpa harus ditranskripsikan menjadi RNA terlebih dahulu. Teknik yang saat ini banyak digunakan adalah hasil penemuan Frederick Sanger pada tahun 1975 dan dikenal dengan nama metode Sanger.
Metode Sanger ini menggunakan nukleotida 1 utas yang telah diperbanyak sebagai template atau cetakan, kemudian digunakan oligonukletida dengan panjang 8-10 basa atau disebut juga primer yang akan menempel pada template. Primer yang telah menempel akan diperpanjang dengan basa nitrogen sinstesis dan dibantu enzim DNA Polimerase.
Di dalam campuran basa nitrogen sintesis, terdapat dideoksinukleotida (ddNTPs) yang diberi probe dan berfungsi menghentikan pemanjangan primer. DdNTPs yang ditambahkan mewakili 4 jenis basa nitrogen dan akan menghasilkan fragmen-fragmen DNA yang berhenti di tempat ddNTPs tersebut berikatan. Fragmen-fragmen ini nantinya akan dipisahkan berdasarkan ukurannya dan sinyal dari probe yang dihasilkan akan dibaca untuk mengetahui jenis basa nitrogennya.
Human Genome Project atau HGP adalah proyek internasional yang melibatkan banyak peneliti di seluruh dunia dengan tujuan membuat peta lengkap untuk genom (kumpulan total gen DNA) manusia yang terdiri dari 23 pasang kromosom. Proyek ini dimulai pada tahun 1990 dan berhasil diselesaikan pada tahun 2003 dengan total dana lebih dari 5 miliar USD.
Teknologi DNA Sequencing, yang mayoritas menggunakan metode Sanger, saat itu belum memungkinkan peneliti untuk membaca genom manusia secara langsung sehingga membuat mereka harus memisahkannya menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil dan membutuhkan banyak waktu.
Proyek ambisius ini tidak dilakukan tanpa sebab. Dengan mengetahui secara pasti informasi genom manusia, para peneliti dapat mempelajari evolusi manusia, mutasi pada gen manusia, hingga forensik. Saat ini, data GenBank HGP dapat diakses oleh siapa saja melalui database online yang tersedia.
Manusia memiliki 23 pasang kromosom (46 kromosom) dan setiap kromosom terdiri dari 50.000.000 - 300.000.000 pasang basa. Artinya, genom (kumpulan seluruh gen DNA) manusia memiliki panjang sekitar 3,2 miliar pasang basa. Jumlah ini setara dengan 200 buku telepon setebal 1000 halaman.
Meski pada saat proyek HGP dilakukan masih membutuhkan waktu lama, saat ini pembacaan DNA telah mampu dilakukan secara cepat. Saat ini telah dikembangkan teknik yang dinamakan Next Generation Sequencing (NGS), dimana teknik ini lebih baik dibandingkan metode Sanger yang menjadi teknik utama saat proyek HGP. Selain itu, biaya yang dibutuhkan juga lebih murah dibandingkan menggunakan metode Sanger.
NGS membuat penelitian dan aplikasi di bidang biologi molekuler menjadi lebih bisa dilakukan secara masif. Salah satu keunggulannya adalah membaca genom total manusia hanya dalam satu hari saja, dimana sebelumnya dibutuhkan lebih dari 10 tahun untuk membaca genom total manusia saat proyek HGP dilakukan.
Apakah itu artinya NGS pasti selalu lebih baik daripada metode Sanger? Jawabannya adalah tidak. NGS memang metode terbaik jika melakukan analisis untuk gen dalam jumlah banyak, tetapi jika dilihat dari akurasinya maka metode Sanger tetaplah yang terbaik. Oleh karena itulah, metode Sanger dijadikan sebagai Gold Standard dalam analisis gen.
Pernahkah kamu mendengar istilah personal medicine? Ini adalah istilah yang didasari kesadaran bahwa efek tiap obat berbeda-beda untuk setiap orang. Perbedaan ini disebabkan oleh komponen paling mendasar dalam tubuh kita, yaitu materi genetik. Oleh karena itu, informasi materi genetik pasien dapat digunakan oleh dokter untuk membuat resep obat yang betul-betul sesuai untuk pasien. Untuk mengetahui informasi materi genetik seseorang secara lengkap, metode DNA Sequencing adalah jawabannya.
Selain itu, DNA Sequencing dapat digunakan untuk mendeteksi dan mendiagnosis penyakit, khususnya penyakit yang berhubungan dengan genetik kita, seperti risiko kanker, risiko diabetes keturunan (tipe 1), serta ada tidaknya mutasi abnormal di genetik kita. Apabila penyakit-penyakit tersebut dapat diketahui lebih dini, maka bisa segera ditangani dan meningkatkan persentase keberhasilan.
Saat ini, para peneliti juga mulai mencoba mengobati penyakit-penyakit genetik yang tidak bisa disembuhkan dengan pengobatan tradisional menggunakan metode gene editing. Pengobatan ini bertujuan untuk mengubah susunan basa nukleotida pada seseorang secara langsung agar menjadi normal kembali. Metode ini diharapkan dapat mengobati penderita autoimun bawaan, autisme, dan penyakit genetik lainnya. Namun, pengembangan gene editing ini membawa banyak perdebatan karena dianggap melawan kodrat Tuhan.
Untuk membaca dan memahami hasil pembacaan urutan basa nukleotida dibutuhkan ilmu khusus, yaitu bioinformatika. Bioinformatika secara luas adalah ilmu yang menggabungkan biologi dengan teknologi informasi atau secara lebih spesifik adalah ilmu yang mempelajari analisis dan aplikasi informasi genetik yang ada. Ilmu ini dapat digunakan untuk mendeteksi risiko penyakit, mencari gen potensial, dan lain-lain.
Informasi yang diperoleh dari pembacaan DNA hanyalah berupa simbol urutan basa nukleotida saja (A,T,G,C) sehingga jika tidak dilakukan analisis maka data yang diperoleh tidak ada artinya. Dengan ilmu bioinformatika, peneliti dapat membandingkan data DNA Sequencing yang ada dengan database sehingga dapat segera mengetahui jika terjadi mutasi (perubahan urutan basa nukleotida) yang berpotensi menimbulkan penyakit (contoh: kanker).
Bioinformatika sendiri tumbuh dari kesulitan peneliti untuk menganalisis data sekuens DNA yang jumlahnya sangat banyak. Dengan adanya ilmu ini, peneliti menjadi lebih menghemat waktu dan tenaga dalam melakukan analisis. Bioinformatika ini juga menjadi kunci dari kesuksesan proyek HGP yang dilakukan pada tahun 2003 silam.
Nah, jadi itulah 5 fakta mengenai teknik DNA Sequencing. Dengan mengetahui secara langsung informasi mengenai penyusun dasar makhluk hidup, para peneliti berharap mereka dapat lebih mengenal jati diri makhluk hidup tersebut sehingga dapat diaplikasikan dalam dunia kedokteran dan menjawab berbagai misteri mengenai asal usul makhluk hidup. Sekian untuk artikel kali ini, semoga dapat bermanfaat dan terima kasih sudah membaca.