capillary array dna sequencers_tugas

Capillary Array DNA Sequencers

DAFTAR ISI

BAB I (LATAR BELAKANG).............................................................................................................1

BAB II (DESAIN METODE CAPILLARY ARRAY DNA SEQUENCERS).....................................2

2.1 Desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Dr. Kambara.................................................2

2.1.1 Prinsip Kerja............................................................................................................................2

2.1.2 Komponen-Komponen.............................................................................................................3

2.1.3 Keunggulan dan Kekurangan...................................................................................................5

2.2 Desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Mathies (Epifluoresence Geometri)..........6

2.2.1 Prinsip Kerja............................................................................................................................6

2.2.2 Keunggulan dan Kelemahan....................................................................................................7

Tugas Mata Kuliah Rekayasa Genetika Page 0


BAB I

LATAR BELAKANG

Pada awal 1980-an, seorang peneliti asal Jepang yang bernama Wada sudah mulai

mengembangkan alat untuk mengotomatisasi analisis DNA untuk mengatasi kesulitan

analisis DNA. Proyek ini merupakan uji coba pertama di dunia untuk mengotomatisasi proses

analisis DNA. Kemudian, pada akhir tahun 1980-an, beberapa kelompok mengembangkan

fluorescent DNA sequencers, DNA sample preparation robots, dan teknologu dasar lainnya

untuk menganalisis DNA. Berbagai pengembangan ini mendorong para peneliti untuk

melaksanakan Human Genome Project.

Human Genome Project dimulai pada tahun 1990. Proyek tersebut didukung oleh

perkembangan berbagai peralatan seperti DNA sequencer dengan laju input output yang

tinggi, DNA chip, enzim, dan lain sebagainya. Untuk meningkatkan laju input output,

diperlukan migrasi DNA yang sangat cepat. Beberapa laboratorium memusatkan perhatian

mereka pada gel elektroforesis kapiler bukan elektroforesis gel slab karena bisa dioperasikan

pada medan listrik tinggi untuk elektroforesis cepat tanpa merusak gel melalui pemanasan.

Metode analisis DNA dengan kapiler gel elektroforesis lebih dikenal dengan naman

Capillary Array Electrphoresis. Jumlah kapiler yang biasa digunakan adalah 96 atau 48.

Prinsip kerja metode ini adalah

1) Mengisi kapiler-kapiler tersusun yang berisi gel bermuatan dengan sampel yang telah

diberi label fluoresen

2) Sampel terelektroforesis dalam kapiler

3) Fluoresensi yang dipancarkan oleh sampel akan terdeteksi secara otomatis

4) Pembacaan informasi oleh komputer sehingga dihasilkan data genetik

Terdapat dua desain metode Capillary Array Electrophoresis. Kedua desain ini dihasilkan

oleh dua peneliti yang berbeda, yaitu Mathies dan Kambara. Masing-masing desain tersebut

akan dibahas pada makalah ini.



BAB II

DESAIN METODE CAPILLARY ARRAY DNA SEQUENCERS

2.1 Desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Dr. Kambara

2.1.1 Prinsip Kerja

Prinsip kerja desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Dr. Kambara yaitu,

pertama fragmen-fragmen DNA dengan panjang yang beragam diberi label secara kimia

dengan bahan fluoresen. Fragmen kemudian melewati susunan kapiler berdiameter kecil

yang berisi gel yang mengandung medan listrik (elektroforesis). Susunan kapiler tersebut

kemudian disinari oleh laser. Fluoresensi dalam fragmen DNA secara otomatis akan

terdeteksi. Data yang dihasilkan kemudian dianalisis oleh komputer yang terhubung pada

peralatan capillary array DNA sequencer tersebut. (Kambara, www.hitachi.com). Untuk

lebih jelasnya, perhatikan gambar 1.

Gambar 1. Skema Capillary Array DNA Sequencers dengan Multiple Sheath-flow Cell Hasil Desain Dr. Kambara

(Takahashi, Murakami, Anazawa, & Kambara, 1994; Kambara, Development of Capillary Array DNA Sequencers for

Genome Analysis, 2010)



2.1.2 Komponen-Komponen

a. Kapiler

Fungsi kapiler yang berisi gel yang mengandung medan listrik pada metode ini

menggantikan slab gel, yaitu sebagai tempat terjadinya pemisahan molekul DNA

yang memiliki muatan berdasarkan perbedaan tingkat migrasinya (elektroforesis)

(Universitas Brawijaya, 2008). Diameter dalam kapiler, maksimal kurang dari 0,1mm.

Ukuran diameter yang lebih baik digunakan adalah kurang dari 0,075mm. Hal ini

dilakukan untuk mencegah pelebaran pita DNA. Pelebaran ini terjadi karena

perbedaan kecepatan migrasi fragmen DNA dalam satu pita yang disebabkan oleh

perbedaan temperatur pada daerah yang dilewatinya. Medan listrik yang besar pada

gel elektroforesis menyebabkan meningkatnya temperatur dan tingginya gradien

temperatur pada gel akibat adanya pemanasan. Hal ini mengakibatkan terjadinya

pelebaran pita DNA (Kambara, Development of Capillary Array DNA Sequencers for

Genome Analysis, 2010).

b. Larutan Buffer

Larutan buffer diletakkan di ujung kapiler. Larutan buffer ini disuplai dari buffer

solution tank yang terletak di bagian atas. Fungsi larutan buffer ini adalah untuk

mengekstraksi fragmen DNA yang telah terpisahkan pada gel elektroforesis di kapiler.

Oleh karena gel pada kapiler memancarkan signal background yang dapat

mengganggu proses proses radiasi dan deteksi fluoresensi sampel, maka proses radiasi

dan deteksi deteksi fluoresensi sampel dilakukan pada larutan buffer. Dengan

demikian, fragmen DNA dapat diradiasi pada region bebas gel untuk mengurangi

signal background yang dipancarkan oleh gel (Kambara, Development of Capillary

Array DNA Sequencers for Genome Analysis, 2010).

c. Laser

Fungsi laser adalah untuk meradiasi seluruh jalur migrasi molekul DNA pada kapiler

gel elektroforesis. Dengan adanya pancaran sinar laser tersebut, label fluoresen pada

DNA akan berfluoresensi sehingga memancarkan sinar dan sinar tersebut akan

terdeteksi oleh detektor. Detektor akan mengirikan informasi yang didapat. Sehingga

pada akhirnya, komputer akan mengkonversi informasi tersebut menjadi sebuah data.


http://id.wikipedia.org/wiki/Migrasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Molekul


Ukuran sinar laser yang dipancarkan sebaiknya sesuai dengan ukuran panjang kapiler

yang akan dileawatinya. Ukuran sinar laser yang melewati kapiler dapat dihitung

dengan persamaan berikut

d laser=√ b4 λπ

Dimana

dlaser = diameter sinar laser

b = panjang region kapiler yang teriradiasi laser (biasanya 25mm)

Terdapat dua metode pemasangan laser dan detektornya, yaitu laser scanning with a

moving detector dan side-entry laser irradiation with a fixed detector. Metode side-

entry laser irradiation with a fixed detector lebih efisien untuk digunakan. Skema

Capillary Gel DNA yang menggunakan side-entry laser irradiation with a fixed

detector dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Skema Capillary Gel DNA yang menggunakan side-entry laser irradiation with a fixed detector

(Takahashi, Murakami, Anazawa, & Kambara, 1994)

Lapisan (coating) yang terjadi pada kapiler menyebabkan adanya pembelokan cahaya

kapiler. Oleh karena itu, sinar laser akan terbiaskan sehingga tidak dapat melewati

seluruh kapiler. Untuk mengatasi hal tersebut, dikembangkanlah metode yang

menggunakan plasma oksigen pada temperatur rendah untuk menghilangkan lapisan

(coating) tersebut (Kambara, Development of Capillary Array DNA Sequencers for

Genome Analysis, 2010).

d. Kamera CCD



Fungsi CCD camera adalah untuk mendeteksi gambar fluoresensi dari region yang

teradiasi. Kamera CCD tersebut digabungkan dengan prisma yang berfungsi untuk

me-splitting gambar (image splitting prism) agar dihasilkan gambar berwarna (sesuai

dengan warna label) dengan garis putus-putus (Kambara, Development of Capillary

Array DNA Sequencers for Genome Analysis, 2010). Berikut adalah perbandingan

gambar yang dihasilkan oleh kamera CCD tanpa dan dengan image splitting prism.

Gambar 3. Perbandingan Gambar yang Dihasilkan oleh Kamera CCD Tanpa dan dengan Image Splitting Prism

2.1.3 Keunggulan dan Kekurangan

Keunggulan metode capillary array DNA sequencers yang didesain oleh Dr.

Kambara adalah

1) Metode pencahayaan sinar laser yang digunakan sederhana

2) Sensitivitas tinggi

3) Diameter kapiler yang sempit sehingga tidak memungkinkan terjadinya

perpindahan secara horizontal molekul DNA

4) Metode pengumpulan cahaya fluoresen yang digunakan sederhana

Kelemahan metode capillary array DNA sequencers yang didesain oleh Dr.

Kambara adalah

1) Aliran molekul pada kapiler harus dikontrol secara ketat

2) Memerlukan kuvet khusus untuk aliran molekul pada kapiler

3) Adanya potensi terjadinya gambar yang tercampur/bentrok yang

dihasilkan dari beberapa kapiler.

4) Memerlukan tangki yang besar untuk menampung larutan buffer.



2.2 Desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Mathies (Epifluoresence Geometri)

2.2.1 Prinsip Kerja

Prinsip kerja analisis DNA pada desain Capillary Array DNA Sequencers oleh

Mathies sama dengan prinsip kerja desain Dr. Kambara. Yang membedakannya adalah

proses iradiasi laser rumit yang dimiliki oleh desain Mathies dan tidak digunakannya

larutan buffer. Desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Mathies dapat dilihat pada

gambar 4.

Gambar 4. Desain Capillary Array DNA Sequencers oleh Mathies

(Kheterpal, et al., 1996)

Cara kerja iradiasi laser pada desain Mathies dapat dilihat pada gambar 5. Iradiasi

laser pada desain Mathies dikenal dengan Epifluorescence Geometri. Pada prosesnya,

kapiler diiradiasi/diiluminasi oleh laser secara berurutan. Oleh karenanya, laser harus

secara cepat men-scan susunan kapiler tersebut.



Gambar 5. Cara Kerja Iradiasi Laser pada Desain Mathies

2.2.2 Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan metode capillary array DNA sequencers yang didesain oleh Mathies

adalah

1) Deteksi dilakukan satu per satu kolom

2) Desain susunan kolom sederhana

3) Masing-masing kapiler menerima sinar laser dengan kapasitas yang sama

4) Tidak terjadi pencampuran/bentrok dari gambar yang dihasilkan masing-

masing kapiler

Kelemahan metode capillary array DNA sequencers yang didesain oleh Mathies

adalah

1) Pengisian sampel pada tiap-tiap kapiler tidak dapat dapat dilakukan secara

bersamaan

2) Sensitivitas lebih rendah dibandingkan desain hasil Dr. Kambara

3) Posisi komponen sampel pada kapiler harus benar-benar tepat agar dapat

di-scan dengan baik oleh sinar laser

4) Proses iradiasi laser pada kapiler rumit



DAFTAR PUSTAKA

Kambara, H. (2010). Development of Capillary Array DNA Sequencers for Genome

Analysis. The Japan Chemical Journal Forum and Wiley Periodicals, Inc. , 6.

Kambara, H. (t.thn.). www.hitachi.com. Dipetik November 14, 2010, dari

http://www.hitachi.com/rd/research/genome/ds_brief.html

Kheterpal, I., Scherer, J., Clark, S., A, R., JuJ, Ginther, C., et al. (1996). DNA sequencing

using a four-color confocalfluorescence capillary array. Electroph , 17, 1852-1859.

Takahashi, S., Murakami, K., Anazawa, T., & Kambara, H. (1994). Multiple sheath-flow gel

capillary-array electrophoresis for multicolor fluorescent DNA detection. Anal. Chem ,

66, 1021-1026.

Universitas Brawijaya. (2008). Lecture 14Elektroforesis protein. Dipetik November 14, 2010,

dari inherent.brawijaya.ac.id/biomol/materi/Lecture14.pd


capillary array dna sequencers_tugas

Documents

dna oleh

dna chip

dna sample preparation

ujung kapiler

diameter dalam kapiler

kambara gambar

ca ar arra dna e e cer

yaitu mathies dan kambara