Mengenal DNA Mitokondria dan Aplikasinya
MITOKONDRIA adalah organel sel eukariot yang berfungsi sebagai organ respirasi pembangkit energi dengan
menghasilkan adenosin triphosphat (ATP). Jumlah mitokondria tiap sel tergantung jenis sel dan organisme. Mitokondria
ditemukan dalam jumlah banyak pada sel yang aktivitas metabolismenya tinggi yaitu sel-sel kontraktil seperti sperma
pada bagian ekornya, sel otot jantung, dan sel yang aktif membelah seperti epitelium, akar rambut, dan epidermis kulit.
MITOKONDRIA diduga berasal dari bakteri serupa Rickettsia yang hidup bebas, kemudian ditelan nenek-moyang sel
eukariot dan membentuk endosimbiosis satu setengah miliar tahun lalu.
Sel inang menyediakan nutrien kaya energi bagi mitokondria sedangkan mitokondria mengubah nutrien menjadi energi
menggunakan oksigen. Ketika komposisi atmosfer purba bergeser dari kaya hidrogen menjadi kaya oksigen lewat
fotosintesis, sistem simbiosis ini menjadi paling efektif.
Mitokondria memiliki perangkat genetik sendiri yang disebut DNA mitokondria (mtDNA), terletak pada matriks semi cair di
bagian paling dalam mitokondria. Satu mitokondria dapat mengandung puluhan mtDNA (lihat gambar 1). Sistem genetik
mitokondria mirip dengan bakteri, berupa molekul sirkuler yang tahan eksonuklease.
Berbeda dengan DNA inti yang diturunkan dari kedua orang tua, mtDNA hanya diwariskan secara maternal atau dari ibu
(lihat gambar 2). Keseluruhan mitokondria anak diturunkan dari ibu karena hanya sel telur yang membawa mitokondria
saat melebur dengan sperma. Sel telur memiliki 100.000 mitokondria, sedangkan sperma hanya 50-100 di ekor sperma.
Ekor sperma merupakan alat gerak yang membutuhkan energi tinggi dari mitokondria. Pada proses masuknya sel
sperma ke sel telur, ekor sperma akan terlepas sehingga mitokondria tidak ikut masuk. Beberapa mitokondria ayah yang
mungkin masuk dalam sel telur akan diencerkan selama proses mitosis sehingga sangat tidak berarti jumlahnya atau
dianggap sebagai benda asing sehingga dihancurkan sistem sel.
Sebagai pelacak
Ketiadaan mitokondria ayah pada keturunannya mempermudah analisis penurunan mtDNA. Genom mitokondria
diturunkan selama ratusan ribu tahun tanpa ada persilangan dengan genom mtDNA ayah. Dengan demikian, mutasi yang
diwariskan dapat dilacak pada satu garis keturunan maternal. Karakteristik ini memungkinkan mtDNA sebagai alat untuk
mengetahui hubungan maternal antar individu, mempelajari antropologi, serta biologi evolusi berbagai makhluk hidup.
Penelitian tentang penurunan mtDNA telah banyak dilakukan dan terbukti mtDNA secara lestari diwariskan pada tujuh
keturunan, tanpa satu perubahan pada daerah hipervariabel 1, sedangkan untuk daerah hipervariabel 2 saat ini penulis
masih melakukan penelitian. Gabungan antara laju mutasi mtDNA yang relatif tinggi dengan pola pewarisan maternal ini
menjadi alat penelitian bidang antropologi.
Mutasi-mutasi yang terjadi dan diwariskan menghasilkan generasi manusia masa kini dengan polimorfisme tinggi
terutama daerah D-loop. Polimorfisme mtDNA manusia telah dieksplorasi untuk menjelaskan migrasi prasejarah, kaitan
antar suku dan ras, serta hubungan mamalia cerdas dengan manusia purba dan modern.
Evolusi mtDNA seiring dengan waktu. Bakteri nenek moyang mitokondria setidaknya memiliki 850 gen. Dengan berbagai
mekanisme mutasi, gen yang fungsinya sama dengan gen pada DNA inti akan hilang sehingga organisme lebih efektif
dan bertahan hidup. Beberapa gen yang diperlukan dalam respirasi dipindahkan ke inti sel. Setelah miliaran tahun
evolusi, diperoleh mtDNA berukuran kecil dalam sel eukariot.
Anderson dan koleganya telah menentukan urutan mtDNA 1981. Urutan ini dijadikan referensi atau acuan bagi
penelitian-penelitian mtDNA berikutnya dan biasa disebut Cambridge Reference Squence (CRS). mtDNA manusia
tersusun atas 16.569 basa. Genom mtDNA mengandung 37 gen yang terdiri atas 13 gen menyandi protein yang terlibat
dalam fosforilasi oksidatif, 22 gen menyandi tRNA, dan 2 gen menyandi rRNA .
Reaksi fosforilasi oksidatif dalam mitokondria menghasilkan 90 persen energi pada organ dan sistem jaringan. Proses
fosforilasi oksidatif menghasilkan berbagai metabolit berupa radikal bebas yang berpotensi merusak DNA. Dalam kondisi
normal, radikal bebas akan dieliminasi oleh dismutase, katalase, dan peroksidase, namun mekanisme pertahanan ini
berkurang fungsinya dengan bertambahnya umur.
Dalam analisis forensik ada identifikasi barang bukti untuk memperkirakan identitas (ras, umur, jenis kelamin) atau
menghubungkan seseorang dengan tempat kejadian perkara (TKP). Analisis terhadap barang bukti fisik mencakup obyek
material berupa tubuh, senjata, jejak cairan tubuh, sidik jari, rambut, serat, dan lain-lain.
Analisis forensik membutuhkan standar validasi metode sebagai alat bukti. Standar untuk analisis DNA profiling telah
dikembangkan oleh Technical Working Group on DNA Analysis Methods (TWGDAM) yang merupakan koordinasi lembaga
Federal Bureau of Investigation (FBI) dengan California Association of Crime Laboratory Directors.
Analisis menggunakan DNA inti telah lebih dulu digunakan dalam bidang forensik dan berkembang pesat. Metode yang
banyak digunakan adalah RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisme) dan STR (Short Tandem Repeat). RFLP
memiliki tingkat akurasi paling tinggi tetapi juga tingkat kesulitan tinggi. Metode STR lebih praktis dan akurasinya dapat
disesuaikan tergantung jumlah lokus yang dianalisis.
Analisis menggunakan DNA inti memiliki akurasi yang tinggi karena dirujuk pada DNA inti kedua orangtua (diploid).
Kelemahan metode ini adalah bila salah satu atau kedua orangtua tidak ada. Penggunaan DNA inti saudara seayah-ibu,
anak, paman, dan bibi atau kakek dan nenek kandung memerlukan koreksi berdasarkan segregasi Mendel. Sedangkan
generasi ketiga atau saudara sepupu, tidak dapat digunakan.
Keunggulan mtDNA
Selain DNA inti, DNA mitokondria (mtDNA) telah digunakan dalam bidang forensik dan menjadi barang bukti di pengadilan
Amerika dan Eropa. Kelebihan utama penggunaan mtDNA adalah jumlah molekulnya yang mencapai ribuan dalam satu
sel (lihat gambar 4) sehingga memungkinkan dilakukan analisis dari sampel yang sangat sedikit, misalnya cairan tubuh,
akar atau batang rambut bahkan tulang dan fosil tulang.
Kelemahan penggunaan mtDNA adalah kemungkinan menemukan kesamaan antar individu yang relatif tinggi, terutama
individu yang terkait hubungan keluarga segaris ibu. Kelemahan ini jadi menguntungkan bila yang dilakukan adalah
perunutan hubungan keluarga.
Perunutan hubungan keluarga dengan mtDNA didasarkan pada pola pewarisan maternal yang haploid dan
hipervariabilitas daerah D-loop. Secara teknis D-loop dibagi dalam dua daerah hipervariabel yaitu HV1 (15.971 - 16.414)
dan HV2 (15 - 389) [lihat gambar 4]. Individu yang terkait hubungan maternal akan memiliki urutan sekuen yang sama dan
yang tidak terkait hubungan maternal ini akan berbeda.
Terdapat kemungkinan dua individu yang tidak memiliki catatan hubungan maternal akan memiliki sekuen dengan urutan
basa yang sama. Bila silsilah keluarga hanya diketahui beberapa generasi keatas, sementara kecepatan mutasi adalah
satu titik dalam 33 generasi maka kemungkinan terjadinya kasus homologi dua individu yang merasa tidak memiliki
hubungan maternal relatif tinggi. Hal ini menyebabkan mtDNA tidak dapat menjadi alat bukti tunggal atau yang utama
dalam pengadilan.
Perunutan hubungan keluarga untuk mengidentifikasi korban bencana massal telah beberapa kali dilakukan, misalnya
dari tulang-belulang sisa perang Vietnam, pekuburan massal di Guatemala, kecelakaan pesawat terbang 1997 di
Spitsberg, dan juga korban bom di Legian Kuta Bali . Identifikasi DNA dilakukan bila korban tidak dapat lagi dikenali secara
fisik ataupun untuk menguatkan dugaan pengenalan secara fisik.
Pengenalan dengan susunan geligi membutuhkan catatan dari dokter gigi yang kadang tidak dimiliki oleh korban. mtDNA
dipilih karena jumlah molekulnya yang sangat banyak dalam tiap sel, sehingga sekalipun sampel dalam keadaan yang
buruk tetapi kemungkinan keberhasilan amplifikasi akan lebih tinggi dibanding DNA inti. Sebernarnya masih banyak lagi
aplikasi dari mtDNA dalam berbagai bidang, namun perlu dukungan dana memadai untuk penelitiannya.
Yohanis Ngili Meneliti DNA mitokondria di Laboratorium Rekayasa Genetika KPP Bioteknologi, Institut Teknologi Bandung
Sumber: http://kompas.com/kompas-cetak/0311/04/inspirasi/664826.ht
MITOKONDRIA adalah organel sel eukariot yang berfungsi sebagai organ respirasi pembangkit energi dengan
menghasilkan adenosin triphosphat (ATP). Jumlah mitokondria tiap sel tergantung jenis sel dan organisme. Mitokondria
ditemukan dalam jumlah banyak pada sel yang aktivitas metabolismenya tinggi yaitu sel-sel kontraktil seperti sperma
pada bagian ekornya, sel otot jantung, dan sel yang aktif membelah seperti epitelium, akar rambut, dan epidermis kulit.
MITOKONDRIA diduga berasal dari bakteri serupa Rickettsia yang hidup bebas, kemudian ditelan nenek-moyang sel
eukariot dan membentuk endosimbiosis satu setengah miliar tahun lalu.
Sel inang menyediakan nutrien kaya energi bagi mitokondria sedangkan mitokondria mengubah nutrien menjadi energi
menggunakan oksigen. Ketika komposisi atmosfer purba bergeser dari kaya hidrogen menjadi kaya oksigen lewat
fotosintesis, sistem simbiosis ini menjadi paling efektif.
Mitokondria memiliki perangkat genetik sendiri yang disebut DNA mitokondria (mtDNA), terletak pada matriks semi cair di
bagian paling dalam mitokondria. Satu mitokondria dapat mengandung puluhan mtDNA (lihat gambar 1). Sistem genetik
mitokondria mirip dengan bakteri, berupa molekul sirkuler yang tahan eksonuklease.
Berbeda dengan DNA inti yang diturunkan dari kedua orang tua, mtDNA hanya diwariskan secara maternal atau dari ibu
(lihat gambar 2). Keseluruhan mitokondria anak diturunkan dari ibu karena hanya sel telur yang membawa mitokondria
saat melebur dengan sperma. Sel telur memiliki 100.000 mitokondria, sedangkan sperma hanya 50-100 di ekor sperma.
Ekor sperma merupakan alat gerak yang membutuhkan energi tinggi dari mitokondria. Pada proses masuknya sel
sperma ke sel telur, ekor sperma akan terlepas sehingga mitokondria tidak ikut masuk. Beberapa mitokondria ayah yang
mungkin masuk dalam sel telur akan diencerkan selama proses mitosis sehingga sangat tidak berarti jumlahnya atau
dianggap sebagai benda asing sehingga dihancurkan sistem sel.
Sebagai pelacak
Ketiadaan mitokondria ayah pada keturunannya mempermudah analisis penurunan mtDNA. Genom mitokondria
diturunkan selama ratusan ribu tahun tanpa ada persilangan dengan genom mtDNA ayah. Dengan demikian, mutasi yang
diwariskan dapat dilacak pada satu garis keturunan maternal. Karakteristik ini memungkinkan mtDNA sebagai alat untuk
mengetahui hubungan maternal antar individu, mempelajari antropologi, serta biologi evolusi berbagai makhluk hidup.
Penelitian tentang penurunan mtDNA telah banyak dilakukan dan terbukti mtDNA secara lestari diwariskan pada tujuh
keturunan, tanpa satu perubahan pada daerah hipervariabel 1, sedangkan untuk daerah hipervariabel 2 saat ini penulis
masih melakukan penelitian. Gabungan antara laju mutasi mtDNA yang relatif tinggi dengan pola pewarisan maternal ini
menjadi alat penelitian bidang antropologi.
Mutasi-mutasi yang terjadi dan diwariskan menghasilkan generasi manusia masa kini dengan polimorfisme tinggi
terutama daerah D-loop. Polimorfisme mtDNA manusia telah dieksplorasi untuk menjelaskan migrasi prasejarah, kaitan
antar suku dan ras, serta hubungan mamalia cerdas dengan manusia purba dan modern.
Evolusi mtDNA seiring dengan waktu. Bakteri nenek moyang mitokondria setidaknya memiliki 850 gen. Dengan berbagai
mekanisme mutasi, gen yang fungsinya sama dengan gen pada DNA inti akan hilang sehingga organisme lebih efektif
dan bertahan hidup. Beberapa gen yang diperlukan dalam respirasi dipindahkan ke inti sel. Setelah miliaran tahun
evolusi, diperoleh mtDNA berukuran kecil dalam sel eukariot.
Anderson dan koleganya telah menentukan urutan mtDNA 1981. Urutan ini dijadikan referensi atau acuan bagi
penelitian-penelitian mtDNA berikutnya dan biasa disebut Cambridge Reference Squence (CRS). mtDNA manusia
tersusun atas 16.569 basa. Genom mtDNA mengandung 37 gen yang terdiri atas 13 gen menyandi protein yang terlibat
dalam fosforilasi oksidatif, 22 gen menyandi tRNA, dan 2 gen menyandi rRNA .
Reaksi fosforilasi oksidatif dalam mitokondria menghasilkan 90 persen energi pada organ dan sistem jaringan. Proses
fosforilasi oksidatif menghasilkan berbagai metabolit berupa radikal bebas yang berpotensi merusak DNA. Dalam kondisi
normal, radikal bebas akan dieliminasi oleh dismutase, katalase, dan peroksidase, namun mekanisme pertahanan ini
berkurang fungsinya dengan bertambahnya umur.
Dalam analisis forensik ada identifikasi barang bukti untuk memperkirakan identitas (ras, umur, jenis kelamin) atau
menghubungkan seseorang dengan tempat kejadian perkara (TKP). Analisis terhadap barang bukti fisik mencakup obyek
material berupa tubuh, senjata, jejak cairan tubuh, sidik jari, rambut, serat, dan lain-lain.
Analisis forensik membutuhkan standar validasi metode sebagai alat bukti. Standar untuk analisis DNA profiling telah
dikembangkan oleh Technical Working Group on DNA Analysis Methods (TWGDAM) yang merupakan koordinasi lembaga
Federal Bureau of Investigation (FBI) dengan California Association of Crime Laboratory Directors.
Analisis menggunakan DNA inti telah lebih dulu digunakan dalam bidang forensik dan berkembang pesat. Metode yang
banyak digunakan adalah RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisme) dan STR (Short Tandem Repeat). RFLP
memiliki tingkat akurasi paling tinggi tetapi juga tingkat kesulitan tinggi. Metode STR lebih praktis dan akurasinya dapat
disesuaikan tergantung jumlah lokus yang dianalisis.
Analisis menggunakan DNA inti memiliki akurasi yang tinggi karena dirujuk pada DNA inti kedua orangtua (diploid).
Kelemahan metode ini adalah bila salah satu atau kedua orangtua tidak ada. Penggunaan DNA inti saudara seayah-ibu,
anak, paman, dan bibi atau kakek dan nenek kandung memerlukan koreksi berdasarkan segregasi Mendel. Sedangkan
generasi ketiga atau saudara sepupu, tidak dapat digunakan.
Keunggulan mtDNA
Selain DNA inti, DNA mitokondria (mtDNA) telah digunakan dalam bidang forensik dan menjadi barang bukti di pengadilan
Amerika dan Eropa. Kelebihan utama penggunaan mtDNA adalah jumlah molekulnya yang mencapai ribuan dalam satu
sel (lihat gambar 4) sehingga memungkinkan dilakukan analisis dari sampel yang sangat sedikit, misalnya cairan tubuh,
akar atau batang rambut bahkan tulang dan fosil tulang.
Kelemahan penggunaan mtDNA adalah kemungkinan menemukan kesamaan antar individu yang relatif tinggi, terutama
individu yang terkait hubungan keluarga segaris ibu. Kelemahan ini jadi menguntungkan bila yang dilakukan adalah
perunutan hubungan keluarga.
Perunutan hubungan keluarga dengan mtDNA didasarkan pada pola pewarisan maternal yang haploid dan
hipervariabilitas daerah D-loop. Secara teknis D-loop dibagi dalam dua daerah hipervariabel yaitu HV1 (15.971 - 16.414)
dan HV2 (15 - 389) [lihat gambar 4]. Individu yang terkait hubungan maternal akan memiliki urutan sekuen yang sama dan
yang tidak terkait hubungan maternal ini akan berbeda.
Terdapat kemungkinan dua individu yang tidak memiliki catatan hubungan maternal akan memiliki sekuen dengan urutan
basa yang sama. Bila silsilah keluarga hanya diketahui beberapa generasi keatas, sementara kecepatan mutasi adalah
satu titik dalam 33 generasi maka kemungkinan terjadinya kasus homologi dua individu yang merasa tidak memiliki
hubungan maternal relatif tinggi. Hal ini menyebabkan mtDNA tidak dapat menjadi alat bukti tunggal atau yang utama
dalam pengadilan.
Perunutan hubungan keluarga untuk mengidentifikasi korban bencana massal telah beberapa kali dilakukan, misalnya
dari tulang-belulang sisa perang Vietnam, pekuburan massal di Guatemala, kecelakaan pesawat terbang 1997 di
Spitsberg, dan juga korban bom di Legian Kuta Bali . Identifikasi DNA dilakukan bila korban tidak dapat lagi dikenali secara
fisik ataupun untuk menguatkan dugaan pengenalan secara fisik.
Pengenalan dengan susunan geligi membutuhkan catatan dari dokter gigi yang kadang tidak dimiliki oleh korban. mtDNA
dipilih karena jumlah molekulnya yang sangat banyak dalam tiap sel, sehingga sekalipun sampel dalam keadaan yang
buruk tetapi kemungkinan keberhasilan amplifikasi akan lebih tinggi dibanding DNA inti. Sebernarnya masih banyak lagi
aplikasi dari mtDNA dalam berbagai bidang, namun perlu dukungan dana memadai untuk penelitiannya.
Yohanis Ngili Meneliti DNA mitokondria di Laboratorium Rekayasa Genetika KPP Bioteknologi, Institut Teknologi Bandung
Sumber: http://kompas.com/kompas-cetak/0311/04/inspirasi/664826.ht
| All rights reserved. |
Dunia Esai
 | |  | |  | |  |
| Kumpulan esai, makalah, dan artikel dalam Bahasa Indonesia |