MAKALAH
PERAN METAGENOMIK DALAM
PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Diana Putri Hapsari
M0410018
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
Diantara metode-metode yang dirancang untuk
mendapatkan akses fisiologi dan genetika dari organisme yang tidak dikultur,
metagenomik, analisis populasi genom mikroorganisme muncul sebagai pusat yang
kuat. Isolasi langsung atau direct isolation DNA genom dari lingkungan kultur
organisme yang diteliti, dan kloning organisme yang dikultur untuk studi dan
pelestarian. Metagenomik telah diciptakan untuk menangkap maksud analisis dari
kumpulan yang serupa tetapi bukan materi yang identik. Ide kloning langsung
dari lingkungan pertama kali disampaikan oleh Pace pada tahun 1991 dengan
kloning pertama dalam vektor fag. Kemudian dilanjutkan dengan pembangunan
perpustakaan metagenomik dengan DNA yang berasal dari campuran berbagai
organisme yang diperkaya dengan rumput kering di laboraorium. Pembangunan
perpustakaan dengan DNA yang diekstraksi dari tanah lag karena sulit
meghubungkan dengan menjada integritas DNA selama ekstraksi dan pemurnian dari
matriks tanah tetapi pada akhirnya diproduksi analisis analognya dari air laut.
Analisis metagenomik melibatkan
isolasi DNA dari lingkungan, kloning DNA ke dalam vektor yang sesuai. Analisis
berbasis sekuens dapat melibatkan sekuensing klon lengkap yang mengandung
jangkar filogenik yang menunjukkan taksonomi kelompok yang merupakan sumber
kemungkinan fragmen DNA. Atau sekuensing acak dapat dilakukan dan
mengidentifikasi gen yang diinginkan, jangkar filogenik dapat dicari dalam DNA
yang mengapit untuk menyediakan link dari filogen dengan gen fungsional. Sebuah
aplikasi yang menjanjikan dari jangkar filogenik dapat digunakan untuk
mengumpulkan dan mengurutkan banyak fragmen genom dari satu takson. Alternatif
untuk pendekatan filogenetik marker-driven adalah untuk urutan klon yang acak,
yang telah menghasilkan pengetahuan dramatis, terutama ketika dilakukan dalam
skala besar. Distribusi dan kalabihan dari fungsi dalam suatu komunitas,
hubungan sifat, organisasi genom, dan transfer gen horizontal semua dapat
mengambil kesimpulan dari analisis berbasisi sekuens. Penggunaan filogenik
marker baik sebagai inisial fragmen DNA untuk studi atau sebagai indikator
taksonomi penyatuan untuk fragmen DNA membawa gen yang menarik karena fungsinya
dibatasi oleh sejumlah kecil tersedia marker yang menyediakan penempatan yang
terpercaya pada Tree of Life. Jika fragmen DNA menarik perhatian karena alasan
lain tidak membawa marker yang dapat dipercaya, organisme awal belum diketahui.
Kumpulan marker filogenik adalah tumbuh dan sebagai keberagaman dari
peningkatan marker, membuatnya mungkin terjadi untuk menetapkan fragmen DNA
anonim lebih ke organisme yang diisolasi. Sealin itu, banyak genom yang
dibangun kembali, banyak gen yang akan dihubungkan ke marker filogenik meskipun
tidak diklon pada inisial yang sama.
Pendekatan analisis metagenomik yang
kuat untuk mengidentifikasi klon yang mengekspresikan fungsinya. Analisis
fungsional telah mengidentifikasi antibiotik baru, gen yang resisten terhadap
antibiotik, transporter Na+ (Li+)/H+, dan
enzim degradatif. Kekuatan dari pendekatan ini adalah hal itu tidak
mengharuskan gen menarik dapat dikenali oleh analisis sekuen, sehingga hanya
pendekatan untuk metagenomik yang memiliki potensi untuk mengidentifikasi
seluruh kelas baru dari gen untuk yang baru atau fungsi yang diketahui. Mengidentifikasi
klon yang aktif – screen, seleksi dan fungsional jangkar. Frekuensi klon
metagenomik mengekspresikan aktivitas yang rendah. Kelangkaan klon aktif
memerlukan penegmbangan screen yang efisien dan seleksi untuk menemukan
aktivitas atau molekul baru. Metagenomik akan memepercepat pencarian fenotip
pilihan untuk meningkatkan koleksi klon aktif yang dapat dibandingkan,
dianalisis dan digunakan untuk membangun sebuah kerangka kerja yang konseptual
untuk analisis fungsional. Penemuan tema biologis baru akan bergantung pada
sebagian analisis fungsional klon metagenomik. Pembaharuan akan diminta untuk
mengidentifikasi dan mengatasi hambatan dalam ekspresi gen heterolog dan
mendeteksi klon langka dengan efisien dalam perpustakaan luas yang diperlukan
untuk mewakili semua genom dalam lingkungan yang kompleks, seperti tanah.
Petunjuk kemunculan dan kekuatan untuk analisis metagenomik adalah penggunaan
jangkar fungsional yang merupakan fungsional analog jangkar filogenik. Jangkar
fungsional adalah fungsi yang dapat dinilai dengan cepat disemua klon dalam
perpustakaan. Ketika koleksi klon dengan fungsi umum berkumpul, maka dapat
diurutkan untuk menentukan jangkar filogenetik dan genomik struktur DNA yang
mengapit. Seperti analisis yang dapat memberikan sepotong metagenome yang
melintasi klon dengan alat selektif yang berbeda, menentukan keragaman genom
yang mengandung fungsi tertentu dapat dinyatakan di inang yang membawa
perpustakaan. Perkembangan teknologi yang memajukan ekspresi fungsional dan
penyaringan akan mempercepat batas baru dari genomik fungsional.
Tantangan dalam metagenomik adalah
cara untuk menghubungkan informasi genom dengan organisme atau ekosistem dari
DNA yang diisolasi. Ekspresi gen dari sejumlah kultur dapat membangun fungsi
gen, tetapi tanpa konteks biologis yang sesuai, kehati-hatian dibutuhkan dalam
menarik kesimpulan ekologi.
Banyak bakteri simbion yang berada
di struktur khusus, sering di kultur murni atau kultur yang diperkaya, di
jaringan inang, sehingga membuat bakteri tersebut ideal menjadi kandidat untuk
analisis metagenomik karena bakteri dapat dipisahkan dengan mudah dari jaringan
inang dan mikroorganisme lainnya. Persaingan atau kompetisi untuk sumber daya
antara kelompok dalam mekanisme bertahan hidup yang beragam, termasuk antagonis
dan mutualisme antar anggota. Dengan memahami mekanisme ini maka dapat memajukan
definisi prinsip-prinsip yang mengatur struktur komunitas mikroba, fungsi dan
ketahanan. Gen untuk kompetisi dan kerjasama sulit untuk mengenali berdasarkan
urutannya saja karena kegunaan fungsi sepenuhnya tergantung pada konteks
ekosistem dan sumber daya alam yang membatasi. Maka dari itu, genomik sendiri
tidak menyediakan sarana untuk menguji hipotesis ekologi atau mengidentifikasi
gen yang memberikan kemampuan, tetapi dapat memberikan dasar untuk membentuk
hipotesis. Hipotesis ekologi sulit diuji dalam mikroorganisme yang tidak dapat
dibudidayakan atau tidak ada alat genetik, namun genomik fungsional ditambah
dengan ekologi kimia dapat menghasilkan jawaban yang informatif. Ekologi kimia
melibatkan identifikasi molekul kecil dengan aktivitas biologis dan fungsi
ekologis yang dianjurkan. Senyawa ini dapat diidentifikasi melalui berbagai
metode, termasuk metagenomik.
Metagenomik merupakan masa depan
dari industri tentang akses genetik yang tak terbatas dalam bidang
keanekaragaman mikroba yang perlahan-lahan memberikan cara untuk menekan
keragaman ini, penolakan biasanya diekspresikan gen heterolog yang perlu
ditunjukkan untuk mengubah teknologi metagenomik menjadi suatu keberhasilan
komersial, khususnya dalam aplikasi enzim massal atau jumlah produk yang harus
dihasilkan pada kompetisi harga. Sebuah siklus penuh dari penemuan molekular
baru perancah dari beberapa sumber daya, termasuk metagenome, teknologi evolusi
in vitro menghasilkan biokatalis untuk aplikasi spesifik yang diwujudkan untuk
memproduksi α-amilase dalam aplikasinya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar