KARYOTYPE: UNTUK APA, JENIS, BAGAIMANA CARA MELAKUKANNYA, PERUBAHAN - BIOLOGI - 2025

The kariotipe adalah foto dari set lengkap kromosom metafase yang merinci aspek jumlah dan struktur mereka. Cabang ilmu kedokteran dan biologi yang berhubungan dengan studi tentang kromosom dan penyakit terkait dikenal sebagai sitogenetika.

Kromosom adalah struktur di mana gen yang terkandung dalam molekul asam deoksiribonukleat (DNA) diatur. Pada eukariota, mereka terdiri dari kromatin, suatu kompleks protein histon dan DNA yang dikemas dalam inti semua sel.

Kariotipe manusia diperoleh dengan pewarna fluoresen (Sumber: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

Sel-sel dari setiap makhluk hidup di bumi memiliki jumlah kromosom tertentu. Bakteri, misalnya, hanya memiliki satu lingkaran, sedangkan manusia memiliki 46 yang tersusun dalam 23 pasang; dan beberapa spesies burung memiliki hingga 80 kromosom.

Tidak seperti manusia, sel tumbuhan umumnya memiliki lebih dari dua set kromosom homolog (identik). Fenomena ini disebut poliploidi.

Semua instruksi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan makhluk hidup, uniseluler atau multiseluler, terkandung dalam molekul DNA yang melingkar pada kromosom. Oleh karena itu penting untuk mengetahui struktur dan karakteristiknya dalam suatu spesies atau pada setiap individu.

Istilah kariotipe digunakan pertama kali pada tahun 1920-an oleh Delaunay dan Levitsky untuk menunjukkan jumlah karakteristik fisik kromosom: jumlah, ukuran, dan keanehan strukturalnya.

Sejak itu, ini digunakan untuk tujuan yang sama dalam konteks sains modern; dan studi tentangnya menyertai banyak proses diagnosis klinis berbagai penyakit pada manusia.

Kariotipe manusia

Kariotipe manusia dikenal sebagai himpunan 46 kromosom (23 pasang) yang menyusun genom manusia dan disusun secara grafis menurut karakteristik seperti ukuran dan pola pita, yang terbukti berkat penggunaan teknik pewarnaan khusus.

Representasi skematis dari kariotipe manusia (Sumber: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Dari 23 pasang kromosom, hanya 1 sampai 22 yang tersusun dalam urutan ukurannya. Dalam sel somatik, yaitu, dalam sel non-seksual, 22 pasangan ini ditemukan dan, tergantung pada jenis kelamin individu, apakah pria atau wanita, sepasang kromosom X (wanita) atau pasangan XY (pria) ditambahkan. .

Pasangan 1 sampai 22 disebut kromosom autosom dan sama pada kedua jenis kelamin (pria dan wanita), sedangkan kromosom seks, X dan Y, berbeda satu sama lain.

Untuk apa kariotipe itu?

Kegunaan utama kariotipe adalah pengetahuan rinci tentang beban kromosom suatu spesies dan karakteristik masing-masing kromosomnya.

Meskipun beberapa spesies polimorfik dan poliploid dalam kaitannya dengan kromosomnya, yaitu, bentuk dan jumlah ini bervariasi sepanjang siklus hidupnya, pengetahuan tentang kariotipe biasanya memungkinkan kita untuk menyimpulkan banyak informasi penting tentang mereka.

Berkat kariotipe, perubahan kromosom dalam "skala besar" yang melibatkan potongan besar DNA dapat didiagnosis. Pada manusia, banyak penyakit atau kondisi cacat mental dan cacat fisik lainnya terkait dengan kelainan kromosom yang parah.

Jenis kariotipe

Kariotipe dijelaskan sesuai dengan notasi yang didukung oleh Sistem Internasional Nomenklatur Sitogenetik Manusia (ISCN).

Dalam sistem ini, jumlah yang ditetapkan untuk setiap kromosom berkaitan dengan ukurannya, dan biasanya disusun dari yang terbesar ke terkecil. Kromosom disajikan dalam kariotipe sebagai pasangan kromatid saudara dengan lengan kecil (p) menghadap ke atas.

Jenis kariotipe dibedakan berdasarkan teknik yang digunakan untuk mendapatkannya. Biasanya perbedaannya terletak pada jenis pewarnaan atau "pelabelan" yang digunakan untuk membedakan satu kromosom dari yang lain.

Berikut adalah ringkasan singkat dari beberapa teknik yang diketahui hingga saat ini:

Pewarnaan padat

Dalam hal ini, pewarna seperti Giemsa dan orcein digunakan untuk mewarnai kromosom secara merata. Itu banyak digunakan sampai awal 1970-an, karena mereka adalah satu-satunya pewarna yang diketahui saat itu.

Pewarnaan G-band atau Giemsa

Ini adalah teknik yang paling banyak digunakan dalam sitogenetika klasik. Kromosom sebelumnya dicerna dengan tripsin dan kemudian diwarnai. Pola pita yang diperoleh setelah pewarnaan bersifat spesifik untuk setiap kromosom dan memungkinkan studi rinci tentang strukturnya.

Ada metode alternatif untuk pewarnaan Giemsa, tetapi metode tersebut memberikan hasil yang sangat mirip, seperti pita Q dan pita R terbalik (di mana pita gelap yang diamati adalah pita terang yang diperoleh dengan pita G).

C-band konstitutif

Ini secara khusus menodai heterokromatin, terutama yang ditemukan di sentromer. Ini juga menodai beberapa bahan di lengan pendek kromosom akrosentrik dan daerah distal lengan panjang kromosom Y.

Replikasi banding

Ini digunakan untuk mengidentifikasi kromosom X yang tidak aktif dan melibatkan penambahan analog nukleotida (BrdU).

Noda perak

Ini telah digunakan secara historis untuk mengidentifikasi daerah organisasi nukleolus yang mengandung banyak salinan RNA ribosom dan ditemukan di daerah sentromerik.

Pewarnaan Distamycin A / DAPI

Ini adalah teknik pewarnaan fluoresen yang membedakan heterokromatin dari kromosom 1, 9, 15, 16 dan dari kromosom Y pada manusia. Ini digunakan terutama untuk membedakan duplikasi terbalik dari kromosom 15.

Fluorescent in situ hybridization (FISH)

Diakui sebagai kemajuan sitogenetik terbesar setelah tahun 1990-an, ini adalah teknik yang ampuh untuk membedakan penghapusan submikroskopis. Ini menggunakan probe fluoresen yang secara khusus mengikat molekul DNA kromosom, dan ada beberapa varian teknik.

Hibridisasi Genomik Komparatif (CGH)

Ia juga menggunakan probe fluorescent untuk memberi label berbeda pada DNA, tetapi menggunakan standar perbandingan yang diketahui.

Teknik lainnya

Teknik lain yang lebih modern tidak secara langsung melibatkan analisis struktur kromosom, melainkan studi langsung tentang urutan DNA. Ini termasuk mikroarray, sekuensing, dan teknik lain berdasarkan amplifikasi PCR (polymerase chain reaction).

Bagaimana kariotipe dilakukan?

Ada berbagai teknik untuk melakukan studi kromosom atau kariotipe. Beberapa lebih canggih dari yang lain, karena memungkinkan deteksi perubahan kecil yang tidak terlihat dengan metode yang paling umum digunakan.

Analisis sitogenetik untuk mendapatkan kariotipe biasanya dilakukan dari sel yang ada di mukosa mulut atau di dalam darah (menggunakan limfosit). Dalam kasus penelitian yang dilakukan pada neonatus, sampel diambil dari cairan ketuban (teknik invasif) atau dari sel darah janin (teknik non-invasif).

Alasan mengapa kariotipe dilakukan bermacam-macam, tetapi sering kali dilakukan untuk tujuan mendiagnosis penyakit, studi kesuburan, atau untuk mengetahui penyebab aborsi berulang atau kematian janin dan kanker, di antara alasan lainnya.

Langkah-langkah untuk melakukan tes kariotipe adalah sebagai berikut:

1-Mendapatkan sampel (apa pun sumbernya).

2-Pemisahan sel, langkah yang sangat penting, terutama dalam sampel darah. Dalam banyak kasus, sel pemisah perlu dipisahkan dari sel yang membelah menggunakan pereaksi kimia khusus.

Pertumbuhan 3-sel. Kadang-kadang perlu untuk menumbuhkan sel dalam media kultur yang sesuai untuk mendapatkan jumlah yang lebih banyak. Ini mungkin memakan waktu lebih dari beberapa hari, tergantung pada jenis sampelnya.

4-Sinkronisasi sel. Untuk mengamati kromosom yang terkondensasi di semua sel yang dikultur pada saat yang sama, perlu untuk "menyinkronkan" mereka dengan cara perawatan kimiawi yang menghentikan pembelahan sel ketika kromosom lebih kompak dan, oleh karena itu, terlihat.

5-Memperoleh kromosom dari sel. Untuk melihatnya di bawah mikroskop, kromosom harus "ditarik" keluar dari sel. Hal ini biasanya dicapai dengan mengobatinya dengan larutan yang menyebabkannya pecah dan hancur, membebaskan kromosom.

6-Pewarnaan. Seperti disoroti di atas, kromosom harus diwarnai dengan salah satu dari banyak teknik yang tersedia agar dapat mengamatinya di bawah mikroskop dan melakukan penelitian yang sesuai.

7-Analisis dan penghitungan. Kromosom diamati secara detail untuk menentukan identitasnya (jika diketahui sebelumnya), karakteristik morfologisnya seperti ukuran, posisi sentromer dan pola pita, jumlah kromosom dalam sampel, dll.

8-Klasifikasi. Salah satu tugas yang paling sulit dari ahli sitogenetik adalah mengklasifikasikan kromosom dengan membandingkan karakteristiknya, karena penting untuk menentukan kromosom yang mana. Ini karena karena ada lebih dari satu sel dalam sampel, akan ada lebih dari satu pasang kromosom yang sama.

Kelainan kromosom

Sebelum menjelaskan perubahan kromosom yang berbeda yang mungkin ada dan konsekuensinya bagi kesehatan manusia, perlu dipahami dengan morfologi umum kromosom.

Morfologi kromosom

Kromosom adalah struktur yang tampak linier dan memiliki dua "lengan", yang kecil (p) dan yang lebih besar (q) yang dipisahkan satu sama lain oleh wilayah yang dikenal sebagai sentromer, situs khusus DNA yang berpartisipasi dalam penahan spindel. mitosis selama pembelahan sel mitosis.

Sentromer dapat terletak di tengah kedua lengan p dan q, jauh dari pusat atau dekat dengan salah satu ujungnya (metasentrik, submetasentrik atau akrosentrik).

Di ujung lengan pendek dan panjang, kromosom memiliki "penutup" yang dikenal sebagai telomer, yang merupakan urutan DNA tertentu yang kaya akan pengulangan TTAGGG dan yang bertanggung jawab untuk melindungi DNA dan mencegah fusi antar kromosom.

Pada awal siklus sel, kromosom dilihat sebagai kromatid individual, tetapi saat sel bereplikasi, dua kromatid saudara terbentuk yang memiliki materi genetik yang sama. Pasangan kromosom inilah yang terlihat pada foto kariotipe.

Kromosom memiliki derajat "pengepakan" atau "kondensasi" yang berbeda: heterokromatin adalah bentuk yang paling terkondensasi dan tidak aktif secara transkripsi, sedangkan eukromatin sesuai dengan daerah yang lebih longgar dan aktif secara transkripsi.

Dalam kariotipe, setiap kromosom dibedakan, seperti disorot di atas, berdasarkan ukurannya, posisi sentromernya, dan pola pita saat diwarnai dengan teknik yang berbeda.

Kelainan kromosom

Dari sudut pandang patologis, perubahan kromosom spesifik dapat ditentukan yang secara teratur diamati pada populasi manusia, meskipun hewan, tumbuhan, dan serangga lain tidak terkecuali.

Kelainan sering kali berkaitan dengan penghapusan dan penggandaan daerah kromosom atau seluruh kromosom.

Cacat ini dikenal sebagai aneuploidi, yang merupakan perubahan kromosom yang melibatkan hilangnya atau memperoleh kromosom lengkap atau bagian-bagiannya. Kehilangan ini dikenal sebagai monosomi dan keuntungannya dikenal sebagai trisomi, dan banyak di antaranya yang mematikan bagi janin yang sedang berkembang.

Ada juga kasus inversi kromosom, di mana urutan urutan gen berubah karena pemutusan serentak dan perbaikan yang salah dari beberapa wilayah kromosom.

Translokasi juga merupakan perubahan kromosom yang melibatkan perubahan sebagian besar kromosom yang dipertukarkan antara kromosom non-homolog dan mungkin atau mungkin tidak timbal balik.

Ada juga perubahan yang terkait dengan kerusakan langsung pada urutan gen yang terdapat dalam DNA kromosom; dan bahkan ada beberapa yang terkait dengan efek "tanda" genom yang mungkin dibawa oleh materi dari salah satu dari dua orang tua.

Penyakit manusia terdeteksi dengan kariotipe

Analisis sitogenetik dari perubahan kromosom sebelum dan sesudah kelahiran sangat penting untuk perawatan klinis bayi yang komprehensif, terlepas dari teknik yang digunakan untuk tujuan ini.

Sindrom Down adalah salah satu patologi yang paling sering terdeteksi dari studi kariotipe, dan berkaitan dengan nondisjungsi kromosom 21, itulah sebabnya ia juga dikenal sebagai trisomi 21.

Kariotipe manusia dengan trisomi pada kromosom 21 (Sumber: Program Genom Manusia Departemen Energi AS. Via Wikimedia Commons)

Beberapa jenis kanker dideteksi dengan studi kariotipe, karena berkaitan dengan perubahan kromosom, terutama dengan penghapusan atau duplikasi gen yang terlibat langsung dengan proses onkogenik.

Jenis autisme tertentu didiagnosis dari analisis kariotipe, dan duplikasi kromosom 15 telah terbukti terlibat dalam beberapa kondisi ini pada manusia.

Di antara patologi lain yang terkait dengan penghapusan pada kromosom 15 adalah sindrom Prader-Willi, yang menyebabkan gejala seperti kurangnya tonus otot dan defisiensi pernapasan pada bayi.

Sindrom "kucing menangis" (dari bahasa Prancis cri-du-chat) menyiratkan hilangnya lengan pendek kromosom 5 dan salah satu metode paling langsung untuk diagnosisnya adalah melalui studi sitogenetik kariotipe.

Translokasi bagian antara kromosom 9 dan 11 menjadi ciri pasien yang menderita gangguan bipolar, khususnya terkait dengan gangguan gen pada kromosom 11. Cacat lain pada kromosom ini juga telah diamati pada berbagai cacat lahir.

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Weh dkk. Pada tahun 1993, lebih dari 30% pasien yang menderita multiple myeloma dan leukemia sel plasma memiliki kariotipe dengan kromosom yang strukturnya menyimpang atau tidak normal, terutama pada kromosom 1, 11 dan 14 .

Referensi

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Esensial. Abingdon: Ilmu Garland, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosom dan nukleotipe: kritik terminologis. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Sindrom tiroid autoimun pada wanita dengan sindrom Turner -kaitannya dengan kariotipe. Endokrinologi Klinis, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Health. Diambil dari www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Gardner and Sutherland's Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling (edisi ke-5). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). An Introduction to Genetic Analysis (edisi ke-8th). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetics For Dummies (edisi ke-2nd). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Karyotyping Spektral Multicolor dari Kromosom Manusia. Sains, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Kariotipe digital. PNAS, 99 (25), 16156-16161.