kariotipe adalah foto dari set lengkap kromosom metaphasic bahwa rincian aspek jumlah dan struktur mereka. Cabang ilmu kedokteran dan biologi yang mempelajari 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, kompleks protein histon dan DNA yang dikemas dalam nukleus semua sel.
Kariotipe manusia diperoleh dengan pewarna fluoresen (Sumber: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons
Sel-sel 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 (sama). Fenomena ini dikenal sebagai poliploidi.
Semua instruksi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan makhluk hidup, uniseluler atau multiseluler, terkandung dalam molekul DNA yang digulung pada kromosom. Oleh karena itu, pentingnya mengetahui struktur dan karakteristiknya pada suatu spesies atau individu mana pun.
Istilah kariotipe digunakan untuk pertama kalinya selama tahun 1920 oleh Delaunay dan Levitsky untuk menunjuk jumlah sifat fisik karakteristik kromosom: jumlah, ukuran dan keanehan struktural.
Sejak itu, digunakan untuk tujuan yang sama dalam konteks ilmu pengetahuan cararn; dan studi itu menyertai banyak proses diagnosis klinis berbagai penyakit pada manusia.
Indeks artikel
Kariotipe manusia
Himpunan 46 kromosom (23 pasang) yang membentuk genom manusia dan yang diurutkan secara grafis menurut karakteristik seperti ukuran dan pola pita dikenal sebagai kariotipe manusia, yang terbukti berkat penggunaan teknik pewarnaan khusus.
Representasi skema kariotipe manusia (Sumber: Mikael Häggström [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Dari 23 pasang kromosom, hanya 1 sampai 22 yang disusun menurut 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 dari 1 hingga 22 disebut kromosom autosomal dan sama pada kedua jenis kelamin (pria dan wanita), sedangkan kromosom seks, X dan Y, berbeda satu sama lain.
Untuk apa kariotipe?
Kegunaan utama kariotipe adalah pengetahuan terperinci tentang muatan kromosom suatu spesies dan karakteristik masing-masing kromosomnya.
Meskipun beberapa spesies bersifat polimorfik dan poliploid dalam kaitannya dengan kromosom mereka, yaitu, mereka memiliki bentuk dan jumlah yang bervariasi sepanjang siklus hidup mereka, pengetahuan tentang kariotipe biasanya memungkinkan kita untuk menyimpulkan banyak informasi penting tentang mereka.
Berkat kariotipe, perubahan kromosom “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 dideskripsikan menurut notasi yang disahkan oleh Sistem Internasional Nomenklatur Sitogenetik Manusia (ISCN ).
Dalam sistem ini, jumlah yang ditetapkan untuk setiap kromosom berkaitan dengan ukurannya, dan mereka umumnya diurutkan dari yang terbesar ke yang terkecil. Kromosom disajikan dalam kariotipe sebagai pasangan kromatid sister dengan lengan kecil ( p ) menghadap ke atas.
Jenis-jenis kariotipe dibedakan berdasarkan teknik yang digunakan untuk mendapatkannya. Biasanya perbedaannya terletak pada jenis pewarnaan atau “labeling” yang digunakan untuk membedakan satu kromosom dengan kromosom lainnya.
Berikut adalah ringkasan singkat dari beberapa teknik yang dikenal 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 hanya mereka yang dikenal pada 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 mereka 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.
pita replikasi
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 nukleolar yang mengandung banyak salinan RNA ribosom dan ditemukan di daerah sentromer.
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 kuat dimana penghapusan submikroskopik dapat dibedakan. Ini menggunakan probe fluoresen yang secara khusus mengikat molekul DNA kromosom, dan ada beberapa varian dari teknik ini.
Hibridisasi Genomik Komparatif (CGH)
Ini juga menggunakan probe fluoresen untuk memberi label DNA secara berbeda, tetapi menggunakan standar perbandingan yang diketahui.
Teknik lainnya
Teknik lain yang lebih cararn tidak secara langsung melibatkan analisis struktur kromosom, melainkan studi langsung urutan DNA. Ini termasuk microarrays, sequencing, dan teknik lain berdasarkan amplifikasi PCR (polymerase chain reaction).
Bagaimana kariotipe dilakukan?
Ada berbagai teknik untuk mempelajari kromosom atau kariotipe. Beberapa lebih canggih daripada yang lain, karena mereka memungkinkan deteksi perubahan kecil yang tidak terlihat dengan metode yang paling umum digunakan.
Analisis sitogenetik untuk mendapatkan kariotipe biasanya dilakukan dari sel-sel yang ada di mukosa mulut atau dalam darah (menggunakan limfosit). Dalam kasus studi yang dilakukan pada neonatus, sampel diambil dari cairan ketuban (teknik invasif) atau dari sel darah janin (teknik non-invasif).
Alasan dilakukannya kariotipe beragam, 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).
Pemisahan 2-sel, langkah yang sangat penting terutama dalam sampel darah. Dalam banyak kasus, perlu untuk memisahkan sel yang membelah dari sel yang membelah menggunakan reagen kimia khusus.
Pertumbuhan 3-sel. Kadang-kadang perlu untuk menumbuhkan sel dalam media kultur yang sesuai untuk mendapatkan jumlah yang lebih besar. Ini mungkin memakan waktu lebih dari beberapa hari, tergantung pada jenis sampelnya.
4-Sinkronisasi sel. Untuk mengamati kromosom yang dipadatkan di semua sel yang dikultur pada saat yang sama, perlu untuk “menyinkronkan” mereka melalui perlakuan kimia yang menghentikan pembelahan sel ketika kromosom lebih kompak dan, oleh karena itu, terlihat.
5-Mendapatkan kromosom dari sel. Untuk melihatnya di bawah mikroskop, kromosom harus “ditarik” keluar dari sel. Hal ini biasanya dicapai dengan memperlakukan ini dengan solusi yang menyebabkan mereka meledak dan hancur, membebaskan kromosom.
6-Pewarnaan. Seperti yang disorot di atas, kromosom harus diwarnai dengan salah satu dari banyak teknik yang tersedia agar dapat mengamatinya di bawah mikroskop dan melakukan studi yang sesuai.
7-Analisis dan penghitungan. Kromosom diamati secara rinci 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 sitogenetika adalah klasifikasi kromosom dengan membandingkan karakteristiknya, karena itu perlu 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 berbagai perubahan kromosom yang mungkin ada dan konsekuensinya bagi kesehatan manusia, perlu diketahui morfologi umum kromosom.
Morfologi kromosom
Kromosom adalah struktur dengan tampilan 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 spindel penahan mitosis selama pembelahan sel mitosis.
Sentromer dapat ditempatkan 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 “tudung” 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 terlihat sebagai kromatid individu, tetapi saat sel bereplikasi, dua kromatid saudara terbentuk yang berbagi materi genetik yang sama. Pasangan kromosom inilah yang terlihat pada foto kariotipe.
Kromosom memiliki tingkat “pengemasan” atau “pengembunan” yang berbeda: heterokromatin adalah bentuk yang paling padat dan tidak aktif secara transkripsi, sedangkan eukromatin sesuai dengan daerah yang lebih longgar dan aktif secara transkripsi.
Dalam kariotipe, setiap kromosom dibedakan, seperti yang disorot di atas, berdasarkan ukurannya, posisi sentromernya, dan pola pita saat diwarnai dengan teknik yang berbeda.
Kelainan kromosom
Dari sudut pandang patologis, perubahan kromosom tertentu dapat ditentukan yang secara teratur diamati pada populasi manusia, meskipun hewan, tumbuhan , dan serangga lain tidak dikecualikan dari ini.
Kelainan sering berkaitan dengan penghapusan dan duplikasi daerah kromosom atau seluruh kromosom.
Cacat ini dikenal sebagai aneuploidies, yang merupakan perubahan kromosom yang melibatkan kehilangan atau perolehan kromosom lengkap atau bagiannya. Kerugiannya dikenal sebagai monosomi dan keuntungannya dikenal sebagai trisomi, dan banyak di antaranya mematikan bagi janin yang sedang berkembang.
Ada juga kasus inversi kromosom, di mana urutan urutan gen berubah karena pemutusan simultan 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 terkandung dalam DNA kromosom; dan bahkan ada beberapa yang terkait dengan efek “tanda” genomik yang dapat dibawa oleh materi yang diwarisi dari salah satu dari dua orang tua.
Penyakit manusia terdeteksi dengan kariotipe
Analisis sitogenetik dari perubahan kromosom sebelum dan setelah kelahiran sangat penting untuk perawatan klinis komprehensif bayi, terlepas dari teknik yang digunakan untuk tujuan ini.
Sindrom Down adalah salah satu patologi yang paling sering terdeteksi dari studi kariotipe, dan itu ada hubungannya 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. [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Beberapa jenis kanker dideteksi dengan studi kariotipe, karena terkait dengan perubahan kromosom, terutama delesi atau duplikasi gen yang terlibat langsung dengan proses onkogenik.
Beberapa jenis autisme didiagnosis dari analisis kariotipe, dan duplikasi kromosom 15 telah terbukti terlibat dalam beberapa patologi ini pada manusia.
Di antara patologi lain yang terkait dengan delesi 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 mencirikan 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 et al Pada tahun 1993, lebih dari 30% pasien yang menderita multiple myeloma dan plasma cell leukemia memiliki kariotipe dengan kromosom yang strukturnya menyimpang atau abnormal, terutama pada kromosom 1, 11 dan 14.
Referensi
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Esensial. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Battaglia, E. (1994). Nukleosom dan nukleotipe: kritik terminologis. Karyologia , 47 (3–4), 37–41.
- Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Sindrom tiroid autoimun pada wanita dengan sindrom Turner -hubungan dengan kariotipe. Endokrinologi Klinis , 223-226.
- Fergus, K. (2018). Kesehatan Sangat Baik. Diperoleh dari www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
- Gardner, R., & Amor, D. (2018). Kelainan Kromosom Gardner dan Sutherland dan Konseling Genetik (edisi ke-5). New York: Pers Universitas Oxford.
- Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Pengantar Analisis Genetika (edisi ke-8). Freeman, WH & Perusahaan.
- Rodden, T. (2010). Genetika Untuk Dummies (edisi ke-2). Indianapolis: Penerbitan Wiley, Inc.
- Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Kariotipe Spektral Multicolor dari Kromosom Manusia. Sains , 273 , 494-498.
- Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). kariotipe digital. PNAS , 99 (25), 16156-16161.
