SITOGENETIKA: SEJARAH, APA YANG DIPELAJARI, TEKNIK, APLIKASI - BIOLOGI - 2025

The sitogenetika adalah studi tentang morfologi, struktur dan fungsi kromosom, termasuk perubahan mereka selama pembelahan sel somatik, atau mitosis, dan selama pembelahan sel reproduksi, atau meiosis.

Sitologi juga mempelajari faktor-faktor yang menyebabkan perubahan kromosom, termasuk faktor patologis, yang muncul dari satu generasi ke generasi lainnya, dan faktor evolusi, yang bekerja selama banyak generasi.

Sumber: pixabay.com

Sejarah

Tahun-tahun dan peristiwa-peristiwa yang tak terlupakan dalam sejarah sitogenetika adalah sebagai berikut:

- Pada tahun 1842, Karl Wilhelm von Nägeli mengamati "sel induk sementara", yang kemudian disebut kromosom.

- Pada tahun 1875, Eduard Strasburger mengidentifikasi kromosom pada tumbuhan. Pada 1979, Walther Flemming melakukannya pada hewan. Flemming menciptakan istilah kromatin, profase, metafase, anafase, dan telofase.

- Pada tahun 1888, W. Waldeyer menciptakan istilah kromosom.

- Pada tahun 1893, Oscar Hertwig menerbitkan teks pertama tentang sitogenetika.

- Pada tahun 1902, Theodor Boveri dan Walter Sutton menemukan kromosom homolog.

- Pada tahun 1905, Nettie Stevens mengidentifikasi kromosom Y.

- Pada tahun 1937, Albert Blakeslee dan AG Avery menghentikan metafase dengan kolkisin, yang sangat memudahkan pengamatan kromosom.

- Tahun 1968, Torbjörn Caspersson dkk. Mendeskripsikan band Q. Pada tahun 1971, Bernard Dutrillaux dan Jerome Lejeune mendeskripsikan band R.

- Pada tahun 1971, pita C dibahas pada konferensi tentang nomenklatur kromosom manusia.

- Pada tahun 1975, C. Goodpasture dan SE Bloom mendeskripsikan pewarnaan Ag-NOR.

- Pada tahun 1979, Jorge Yunis menjelaskan metode resolusi tinggi untuk band G.

- Pada 1986–1988, Daniel Pinkel dan Joe Gray mengembangkan teknik FISH (fluorescent in situ hybridization).

- Pada tahun 1989, Hermann - Josef Lüdecke melakukan bedah mikro kromosom.

- Pada tahun 1996, Evelyn Schröck dan Thomas Ried mendeskripsikan jenis kariotipe spektral multikromatik.

Penemuan pada manusia

Pada tahun 1914, Theodor Boveri menyatakan bahwa kanker bisa disebabkan oleh perubahan kromosom. Pada tahun 1958, Charles E. Ford mengamati kelainan kromosom selama leukemia.

Pada tahun 1922, Theophilus Painter mempublikasikan bahwa manusia memiliki 48 kromosom. Butuh waktu hingga 1956 bagi Jo Hin Tjio dan Albert Levan untuk menetapkan bahwa mereka sebenarnya memiliki 46 kromosom.

Pada tahun 1932, PJ Waardenburg menyarankan, tanpa membuktikannya, bahwa sindrom Down bisa jadi akibat kelainan kromosom. Pada tahun 1959, Jerome Lejeune mendemonstrasikan keberadaan kromosom somatik ekstra pada pasien dengan sindrom Down.

Juga pada tahun 1959, Charles E. Ford melaporkan bahwa wanita dengan sindrom Turner kekurangan salah satu dari dua kromosom X, sementara Patricia Jacobs dan John Strong menemukan adanya tambahan kromosom X pada pria dengan sindrom Klinefelter.

Pada tahun 1960, JA Böök dan Berta Santesson mendeskripsikan triploidi, Klaus Patau mendeskripsikan trisomi 13, dan John Edwards mendeskripsikan trisomi 18.

Pada tahun 1969, Herbert Lubs Pertama kali menemukan sindrom Fragile X. Pada tahun yang sama, amniosentesis mulai digunakan untuk diagnosis sitogenetik.

Bidang studi

Ahli sitogenetik mempelajari evolusi kromosom makhluk hidup, menggunakan kariotipe untuk melakukan analisis filogenetik dan memecahkan masalah taksonomi.

Selain itu, mereka menyelidiki aspek epidemiologis dari penyimpangan kromosom manusia dan faktor lingkungan yang memproduksinya, mendiagnosis dan merawat pasien yang terkena kelainan kromosom, dan mengembangkan pendekatan molekuler untuk menguraikan struktur, fungsi, dan evolusi kromosom.

Morfologi kromosom

Setiap kromosom terdiri dari dua kromatid, disatukan oleh penyempitan yang disebut sentromer. Bagian kromosom yang dimulai dari sentromer disebut lengan.

Kromosom disebut metasentrik jika memiliki sentromer di tengahnya; submetasentris jika mereka agak menjauh dari tengah, sehingga lengan yang berlawanan tidak memiliki panjang yang sama; akrosentrik jika sentromer dekat dengan salah satu ekstrem; dan telosentris jika sentromer berada tepat di salah satu ujung kromosom.

Teknik: pengolahan sampel

Langkah-langkah yang harus dilakukan untuk mengolah sampel adalah sebagai berikut.

Mendapatkan sampel

Akuisisi jaringan yang dibutuhkan, menyimpannya dalam media dan botol yang sesuai.

Budaya

Dengan pengecualian sampel untuk analisis IKAN, periode budidaya antara satu hari dan beberapa minggu diperlukan sebelum panen.

Dipanen

Ini adalah perolehan sel dalam metafase.

Menghentikan mitosis

Analisis sitogenetik standar memerlukan mitosis penghentian sehingga sel tetap berada dalam metafase, menggunakan colchicine atau Colcemid®.

Pengobatan hipotonik

Ini meningkatkan volume sel, yang memungkinkan kromosom berkembang.

Fiksasi

Metanol 3: 1 - asam asetat digunakan untuk menghilangkan air dari sel, mengeras membran dan kromatin untuk pewarnaan.

Persiapan lembar

Sel-sel yang difiksasi disebarkan pada slide mikroskop, setelah itu dikeringkan.

Pewarnaan kromosom

Ada beberapa metode pewarnaan untuk mengenali perbedaan antar kromosom. Yang paling umum adalah G.

Analisis mikroskopis

Memungkinkan Anda memilih sel yang cocok untuk mengamati dan memotret kromosom.

Persiapan kariogram

Berdasarkan foto-foto sel dalam metafase, gambar dari himpunan kromosom dari sel representatif disusun untuk dipelajari nanti.

Pita kromosom

Ada empat jenis pita kromosom: pita heterokromatik; pita ekromatik, daerah pengorganisasian nukleolus (NOR); kinetokor.

Pita heterokromatik muncul sebagai blok diskrit. Mereka sesuai dengan heterokromatin, yang mengandung urutan DNA yang sangat berulang yang mewakili gen konvensional dan tidak terdekondensasi pada antarmuka.

Pita ekromatik terdiri dari serangkaian segmen bergantian yang dipengaruhi oleh pewarnaan atau tidak. Pita-pita ini berbeda ukurannya, membentuk pola khas yang merupakan karakteristik dari setiap pasang kromosom suatu spesies, yang membuatnya sangat berguna untuk mengidentifikasi translokasi dan penyusunan ulang kromosom.

NOR adalah segmen kromosom yang mengandung ratusan atau ribuan gen RNA ribosom. Mereka biasanya divisualisasikan sebagai konstriksi.

Kinetokor adalah tempat pengikatan spindel mikrotubulus ke kromosom.

Pewarnaan pita kromosom

Pita kromosom terdiri dari teknik pewarnaan yang mengungkapkan pola diferensiasi longitudinal (daerah terang dan gelap) yang tidak dapat dilihat sebaliknya. Pola ini memungkinkan untuk membandingkan spesies yang berbeda dan mempelajari perubahan evolusi dan patologis pada tingkat kromosom.

Metode pita kromosom dibagi menjadi metode yang menggunakan pewarnaan absorpsi, biasanya pigmen Giemsa, dan yang menggunakan fluoresensi. Metode pewarnaan absorpsi memerlukan perawatan fisika-kimia awal, seperti yang dijelaskan dalam "Pemrosesan Sampel".

Beberapa jenis pita memungkinkan bukti pola wilayah terbatas kromosom yang terkait dengan sifat fungsional. Yang lain memungkinkan visualisasi perbedaan antara kromosom homolog yang memungkinkan untuk mengidentifikasi segmen.

C band

C-band mewarnai sebagian besar pita heterokromatik, menjadikannya teknik universal untuk menunjukkan adanya heterokromatin dalam kromosom. Metode lain hanya menodai sebagian dari total heterokromatin, membuatnya lebih berguna daripada C-banding untuk membedakan antara jenis-jenis heterokromatin.

Q band

Q-banding adalah teknik pewarnaan tertua. Itu berutang namanya pada penggunaan quinacrine. Ini efektif terlepas dari metode persiapan kromosom. Ini adalah metode alternatif untuk pengikatan G. Ini jarang digunakan, tetapi keandalannya membuatnya berguna saat bahan langka atau sulit untuk diikat.

G band

G-band, berdasarkan penggunaan Giemsa dan tripsin, adalah yang paling banyak digunakan saat ini. Ini memungkinkan deteksi translokasi, inversi, penghapusan, dan duplikasi. Ini adalah metode yang paling banyak digunakan untuk karakterisasi kariotipe pada vertebrata, menunjukkan perbedaan antara kromosom yang tidak dapat dibedakan hanya berdasarkan morfologinya.

R band

Pita R menghasilkan pola pewarnaan terbalik sehubungan dengan pita G (pita R terang sama dengan pita G gelap dan sebaliknya). Pita R sangat berguna untuk menyorot ujung kromosom, yang sedikit ternoda saat pita G.

T band

Pita-T adalah varian dari pita-R di mana tidak ada pewarnaan pada sebagian besar pita interstisial kromosom, sehingga daerah terminal kromosom sangat terwarnai.

Ag-NOR band

Pita Ag-NOR digunakan untuk menemukan NOR dengan pewarnaan perak. Pada pita Ag-NOR, gen NOR yang tidak aktif mungkin tidak ternoda. Oleh karena itu, pita ini digunakan untuk mempelajari perubahan aktivitas gen ribosom selama gametogenesis dan perkembangan embrionik.

Hibridisasi in situ fluoresen (IKAN)

Pita IKAN memungkinkan kromosom divisualisasikan menggunakan probe berlabel fluoresen. Teknologi FISH memungkinkan analisis kariotipe sel yang tidak membelah.

Pita ikan memungkinkan deteksi urutan DNA tertentu dalam kromosom, sel dan jaringan. Oleh karena itu, dapat digunakan untuk mendeteksi kelainan kromosom yang melibatkan segmen kecil DNA.

IKAN pita membuka jalan bagi dua teknik terkait yang lebih canggih, yang dikenal sebagai kariotipe spektral (SKY) dan IKAN multi-warna (M-FISH).

Di SKY dan M-FISH, pewarna fluoresen digunakan, yang bersama-sama menghasilkan kombinasi warna, satu warna untuk setiap kromosom. Teknik-teknik ini sangat berguna dalam mendeteksi penyimpangan kromosom yang kompleks, seperti yang terlihat pada tumor tertentu dan leukemia limfoblastik akut.

Aplikasi medis

- Sitogenetika kanker. Penyimpangan kromosom dan aneuploidi sering terjadi pada tumor. Translokasi kromosom dapat memiliki efek karsinogenik melalui produksi protein fusi. Sitogenetika digunakan untuk memantau kemajuan pengobatan kanker.

- Situs rapuh dan fraktur kromosom. Situs kromosom yang rapuh dapat menyebabkan patologi seperti sindrom Fragile X. Paparan agen sitotoksik dapat menyebabkan fraktur kromosom. Pembawa mutasi autosom tertentu tidak memiliki kemampuan untuk memperbaiki DNA yang rusak selama fraktur kromosom.

- Kelainan numerik kromosom. Jumlah kromosom dapat mendiagnosis trisomi, seperti yang menyebabkan sindrom Down, Edwards, dan Patau. Ini juga memungkinkan diagnosis sindrom Turner dan Klinefelter.

- Pada leukemia myelogenous kronis, sel darah putih memiliki “kromosom Philadelphia”. Kromosom abnormal ini merupakan hasil translokasi dari kromosom 9 dan 22.

Referensi

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evolusi kromosom seks: wawasan sejarah dan perspektif masa depan. Prosiding Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Semua tentang mitosis dan meiosis. Penerbitan Materi Buatan Guru, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Prinsip-prinsip sitogenetika klinis. Springer, New York.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Metode dalam biologi molekuler, Vol. 29. Protokol analisis kromosom. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologi dan evolusi kromosom Y mamalia. Review Tahunan Genetika, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Sitogenetika: dulu, sekarang dan masa depan. Jurnal Ilmu Kedokteran Malaysia, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Sitogenetika: gambaran umum. Dalam: Manual Laboratorium Sitogenetika AGT, Edisi Keempat. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Evolusi kromosom pada asal mula genom vertebrata leluhur. Genome Biology, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Evolusi kromosom. Opini Terkini dalam Biologi Tumbuhan, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Sitogenetika - tumbuhan, hewan, manusia. Springer-Verlag, New York.