Pada artikel ini kita akan membahas tentang biologi molekuler dalam pemuliaan ikan.
Penemuan teknologi DNA rekombinan telah membuat revolusi dalam biologi molekuler modern. Melalui teknik ini, sejumlah besar protein yang ada dalam jumlah kecil, serta zat aktif biologis lainnya, dapat dihasilkan melalui bioteknologi dan makromolekul hasil rekayasa genetika ini memiliki efek samping yang sangat kecil.
Ini juga dapat digunakan untuk melakukan hibridisasi in situ diagnostik. Teknik ini juga membantu mengisolasi dan mengidentifikasi gen, yang bertanggung jawab atas penyakit keturunan.
Pada tahun 1983, aktivator plasminogen (rt PA) yang dibuat secara rekombinan membuat perubahan paradigmatik dalam terapi infark miokard (serangan jantung). Kini dengan penggunaan teknologi DNA rekombinan, banyak produk lain seperti hirudin, superoksida dismutase, urokinase, prokinase, dll sudah beredar di pasaran.
Dalam akuakultur khususnya pemuliaan terinduksi, penggunaan pituitari piscian dan mamalia mentah digunakan. Ekstrak hipofisis mengandung hormon pertumbuhan gonadotropin dan faktor pelepasannya. Mereka dibutuhkan dalam jumlah berlebih untuk pemuliaan ikan.
Polipeptida ini terlalu besar untuk disintesis secara kimiawi dan polipeptida ini dapat dihasilkan secara bioteknologi melalui manipulasi DNA, akan memiliki efek samping paling sedikit dan akan lebih baik daripada analog sintetik yang sudah digunakan untuk pemuliaan massal.
Baru-baru ini keberhasilan telah diperoleh dalam pemuliaan ikan dalam meningkatkan banyak karakter kuantitatif seperti diameter telur, laju pertumbuhan berat badan, panjang tubuh dan hiper-imunitas pada ikan seperti Tilapia zillii dan Oreochromis niloticus hanya dengan menyuntikkan DNA Hiu ke dalam otot dengan jarum suntik.
Analisis random amplified polymorphic DNA (RAPD) menunjukkan bahwa fragmen polimorfik bervariasi antara 54,55% untuk primer 1 (5’-ACC GGG AACG – 3′) dan 14,29% untuk primer 2 (5’-ATGACCTTGA-3′) seperti yang dilaporkan oleh Sudha et al, 2001, El-Zaeem & Assem, 2004 dan Assem 2 EL-Zaeem, 2005.
Protein ikan saat ini juga digunakan dalam pengobatan. Protamine digunakan untuk membalikkan antikoagulan selama operasi jantung dan kateterisasi. Salmon kalsitonin lebih baik daripada kalsitonin mamalia untuk pengobatan penyakit Paget dan beberapa bentuk osteoporosis . Protein antibeku ikan digunakan dalam kriopreservasi organ manusia, serta dalam mengawetkan bahan makanan.
Teknologi kultur sel dan DNA rekombinan pada ikan tergolong lambat dan perlu penelitian lebih lanjut. Namun, gen ikan untuk beberapa produk potensial telah diekspresikan dalam bakteri dan ragi. Produksi kalsitonin salmon dan protein antibeku telah dieksplorasi dalam sel mikroba.
Ada kebutuhan besar untuk mendapatkan gen atau mRNA untuk polipeptida seperti hormon pertumbuhan gonadotropin ikan, sitokinin, protamin, kalsitonin dan protein antibeku, dll. Setelah gen/mRNA disintesis, dapat diubah menjadi cDNA melalui enzim reverse transcriptase .
Setelah cDNA diperoleh untuk protein tertentu, kemudian melalui kloning DNA (teknik yang digunakan untuk menghasilkan fragmen DNA spesifik dalam jumlah besar untuk menghasilkan jutaan salinan fragmen DNA dengan teknik kloning bakteri rutin), DNA dalam jumlah besar dapat diperoleh.
Fragmen DNA yang kita minati dapat dimasukkan atau dimasukkan ke dalam plasmid (hadir sebagai badan replikasi diri ekstra-kromosom) pada bakteri atau virus (bereplikasi pada bakteri, bakteriofag) atau vektor yang dikembangkan secara artifisial yang disebut sebagai kosmid.
Untuk penyisipan, DNA vektor dipotong oleh endonuklease dan cDNA kemudian dimasukkan dan akhirnya bergabung dengan enzim yang dikenal sebagai ligase DNA. Produk tersebut sekarang mengandung potongan DNA dalam DNA vektor, maka teknik ini dikenal sebagai DNA rekombinan. Vektor ini kemudian diamplifikasi dalam inang yang sesuai baik bakteri, sel mamalia atau kultur sel piscine.
Ukuran kloning terbatas. Plasmid dapat menampung 15.000 bp, fag hingga 25.000 bp dan kosmid hingga 45.000 bp. Ukurannya telah diatasi dengan teknik yang dikenal sebagai kromosom buatan ragi (YAC).
Watson dan Crick (1953) menggambarkan DNA sebagai struktur heliks untai ganda (Gambar 38.1). DNA adalah molekul polinukleotida. Nukleotida bergabung bersama oleh hubungan fosfodiester. Ini memiliki ukuran besar dan setiap kromosom adalah molekul DNA yang berkelanjutan. Molekul terdiri dari basa, gula deoksiribosa, dan fosfat. Informasi genetik yang diwarisi oleh individu dikodekan dalam DNA.
Dua rantai DNA, yang satu berarah 5′-3′ dan yang lainnya berarah 3′-5′ , yaitu dua rantai saling berlawanan. Arah itu penting karena replikasi DNA dimulai dari 5′ ke 3′ dan juga urutan penting untuk regulasi gen terletak di ujung gen 5′ ke 3′. Pasangan hidrogen antar basa bersifat spesifik, adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T) dan guanin (G) selalu berpasangan dengan sitosin dalam DNA.
DNA memiliki satu lagi ciri khas yaitu kedua untai dapat dipisahkan jika suhu dinaikkan menjadi 95 °C, hal ini dikenal dengan denaturasi. Kedua helai yang terpisah ini dapat digabungkan untuk membentuk struktur asli jika suhu diturunkan menjadi 55 °C, fenomena ini dikenal sebagai hibridisasi atau anil. Fitur karakteristik ini lebih penting untuk teknologi DNA rekombinan.
Dogma sentral dari biologi molekuler adalah bahwa DNA memunculkan mRNA menggunakan DNA sebagai templat. Proses ini dikenal sebagai transkripsi. MRNA bertanggung jawab atas pembentukan protein, fenomena yang dikenal sebagai translasi, dan sintesis protein adalah fungsi sel (Gambar 38.2).
Pembentukan mRNA rumit, selama pematangan mRNA, intron disambung dan ekson diatur ulang. MRNA keluar dari nukleus untuk mengkode protein spesifik. Sebelum memasuki sitoplasma, mRNA membentuk tutup termetilasi ke ujung 5′ dan ekor poli (A) ke ujung 3′. Penutup sangat penting dalam inisiasi translasi dan ekor poli A pada daerah 3′ sangat penting untuk pesan dalam sitoplasma (Gbr. 38.3).
Sebuah terobosan dalam biologi molekuler didirikan ketika ditemukan di retrovirus, RNA dapat diubah menjadi DNA oleh enzim reverse transcriptase. Penemuan adalah tulang punggung rekombinan. teknologi DNA. MRNA dapat diubah menjadi cDNA (DNA komplementer) dengan bantuan enzim reverse transcriptase (Gambar 38.4).
Jadi dengan kata lain, dimungkinkan untuk menerjemahkan mRNA menjadi DNA komplementer (cDNA) dengan menggunakan mRNA sebagai templat. CDNA yang terbentuk mengandung basa komplementer yang tepat untuk mRNA kecuali, tentu saja, dengan timin menggantikan urasil. CDNA yang berasal dari mRNA saat ini digunakan dalam diagnosis banyak penyakit dengan memberi label radioaktif.
Reverse transcriptase juga membantu dalam mengkloning gen. Gen pertama dikloning di Stanford dan molekul pertama dari teknologi DNA rekombinan kemudian dibentuk, sebuah revolusi dalam biologi molekuler. Penemuan enzim endonuklease atau restriksi membantu memotong DNA hingga 3 hingga 8 nukleotida.
Endonuklease telah diperoleh dari sekitar 400 strain bakteri dan enzim ini dapat mengenali sekitar 100 situs berbeda dalam DNA. Beberapa endonuklease serta situs pengenalannya adalah (Gbr. 38.5).
Gambar 38.5 Substrat yang diserang oleh endonuklease restriksi adalah urutan palandromik. Palandromic dibaca sama dari arah maju dan mundur, misalnya MADAM. Contoh terbaik dari enzim terbatas adalah EcoR1 yang terbuat dari E.coli strain Ry 13. EcoR1 menyerang urutan nukleotida GAATTC, CTTAAG .
Ligase DNA membantu menggabungkan sisipan dalam DNA vektor dan vektor dengan DNA asli dan sisipan dapat diamplifikasi di inang yang sesuai. Sanger dan Coulson (1975), dan Maxim dan Gilbert (1977) mengembangkan teknik pengurutan cepat DNA dan RNA. Sekarang tersedia polymerase chain reaction (PCR), yang dapat menyediakan 1.000.000 salinan fragmen DNA dalam 3 hingga 4 jam dan miliar salinan dalam 24 jam.
Dengan menggunakan teknik-teknik tersebut, akuakultur dapat ditingkatkan dan protein ikan dapat dibuat secara bioteknologi. Oleh karena itu, penelitian ekstensif pada galur ini sangat penting untuk ekspresi gen, baik pada bakteri, virus, atau kultur sel ikan.
