Teknologi Genetik
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh menyatakan maksud kejuruteraan genetik dan teknologi DNA rekombinan (13.1.1)
- Saya boleh menghuraikan organisma terubah suai genetik (GMO) dan makanan terubah suai genetik (GMF) dengan contoh, serta kebaikan dan keburukannya (13.1.2)
- Saya boleh menerangkan cara insulin dihasilkan oleh bakteria transgenik melalui kejuruteraan genetik (13.1.2)
- Saya boleh menyatakan maksud bioteknologi (13.2.1)
- Saya boleh menerangkan aplikasi bioteknologi: terapi gen, pemprofilan DNA, penghasilan tumbuhan bertoleransi serangga perosak dan pembersihan tumpahan minyak (13.2.2)
- Saya boleh menjelaskan kepentingan bioteknologi dalam pertanian, perubatan, forensik dan alam sekitar (13.2.3)
13.1Kejuruteraan genetik
Kejuruteraan genetik melibatkan pemindahan segmen DNA daripada satu organisma ke dalam organisma yang lain melalui teknologi DNA rekombinan. Dengan teknik ini, ahli biologi dapat membina semula DNA atau genom sesuatu organisma. Gen yang berguna boleh dipindahkan daripada haiwan atau tumbuhan dan disisipkan ke dalam genom mikroorganisma seperti bakteria untuk menghasilkan bahan yang berguna kepada manusia (m.s. 279–280).
Organisma terubah suai genetik (GMO)
- Lembu yang susunya tidak mengandungi β-lactoglobulin, sejenis protein yang menyebabkan alergi kepada kanak-kanak.
- Kambing yang mempunyai gen manusia yang mengekodkan faktor pembekuan darah. Faktor ini diperoleh daripada susu kambing, ditulenkan dan digunakan untuk merawat pesakit hemofilia.
Makanan terubah suai genetik (GMF)
Teknologi DNA rekombinan telah menghasilkan tanaman (padi, kelapa sawit, nanas, jagung, kacang soya) dan ternakan (ikan salmon, lembu, kambing) dengan ciri-ciri yang diingini. GMF mempunyai DNA daripada spesies tumbuhan atau haiwan yang lain. Ciri-cirinya (Rajah 13.1) ialah rintang terhadap herbisid, rintang terhadap penyakit, rintang terhadap serangan serangga, toleransi terhadap logam berat dan kegunaan dalam bidang perubatan (m.s. 281).
| Kebaikan GMF | Keburukan GMF |
|---|---|
| Mengatasi masalah bekalan makanan dunia melalui tanaman dan ternakan transgenik yang berkualiti tinggi; kos penghasilan makanan lebih rendah; meningkatkan kandungan nutrisi tanaman; mengurangkan masalah serangga dan penggunaan pestisid; hasil yang banyak menyebabkan harga makanan lebih murah dan mudah didapati | Spesies semula jadi akan terancam; terdapat kemungkinan kecil gen yang dimasukkan ke dalam GMF (contohnya gen rintang antibiotik) dipindahkan kepada manusia; kesihatan manusia dan kandungan genetik manusia mungkin terjejas |
Jadual 13.1, m.s. 281.
- Jagung Bt: gen daripada bakteria Bacillus thuringiensis dimasukkan ke dalam gen jagung untuk meningkatkan kerintangan jagung terhadap serangan serangga.
- ‘Super salmon’: gen hormon pertumbuhan daripada ikan salmon Chinook dimasukkan ke dalam genom ikan salmon Atlantik. Ikan ini membesar dengan lebih cepat dan dapat dihasilkan sepanjang tahun. Ikan ini telah diluluskan oleh Food and Drug Administration (FDA) sebagai selamat untuk dimakan di Amerika Syarikat dan Kanada.
- Ubi kentang tahan fros: gen toleransi terhadap keadaan beku daripada tumbuhan Arabidopsis sp. dimasukkan ke dalam genom ubi kentang supaya tumbuh baik di kawasan beriklim sejuk.
Penghasilan insulin
Hormon insulin mengawal aras gula di dalam darah. Pada masa dahulu, insulin diekstrak daripada pankreas lembu atau babi untuk merawat pesakit diabetes melitus. Kini insulin dihasilkan secara komersial melalui kejuruteraan genetik menggunakan bakteria Escherichia coli. Selain insulin, vaksin hepatitis B, faktor pembekuan darah dan hormon pertumbuhan juga dihasilkan secara kejuruteraan genetik (m.s. 282).
- Gen insulin dipotong daripada serpihan DNA manusia menggunakan enzim pembatasan.
- Plasmid (DNA bulat dalam bakteria yang berfungsi sebagai vektor pengklonan) dipotong dengan enzim pembatasan yang sama.
- Enzim DNA ligase menyambung gen insulin manusia ke dalam plasmid untuk membentuk plasmid rekombinan.
- Plasmid rekombinan dimasukkan ke dalam sel bakteria untuk menghasilkan bakteria transgenik.
- Klon bakteria membiak dengan banyak dan menghasilkan insulin di dalam selnya.
- Insulin diekstrak daripada bakteria dan ditulenkan.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 KSSM, m.s. 283.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
13.2Bioteknologi
Bioteknologi bertujuan meningkatkan mutu hasil keluaran ternakan atau tanaman serta membangunkan penggunaan mikroorganisma bagi suatu tujuan yang khusus. Oleh sebab bioteknologi melibatkan pelbagai disiplin sains, setiap aktiviti yang menggunakan organisma untuk sesuatu kepentingan dibezakan mengikut warna tertentu (Rajah 13.3). Aktiviti utamanya ialah bioteknologi hijau, putih, kuning dan biru (m.s. 284). Dalam Aktiviti 13.3, murid melawat FRIM, MPOC, MARDI atau MRB untuk mengumpul maklumat tentang bioteknologi kuning.
Aplikasi bioteknologi dalam kehidupan
| Aplikasi | Huraian |
|---|---|
| Terapi gen | Merawat atau mencegah penyakit genetik. Gen normal disisipkan ke dalam sel untuk menggantikan gen yang abnormal (menggunakan virus) supaya sel berfungsi secara normal. Antara penyakit yang dapat dirawat: sistik fibrosis, distrofi otot dan beberapa jenis kanser (m.s. 285). |
| Pemprofilan DNA | Teknik forensik untuk mengenal pasti individu berdasarkan DNA, kerana DNA unik bagi setiap orang kecuali kembar seiras. Sampel DNA diekstrak daripada darah, air mani atau kulit. Kegunaan: mengenal pasti penjenayah, menyelesaikan pertikaian identiti ibu bapa sebenar, mengesan penyakit genetik dan menguji keserasian penderma organ dengan penerima (m.s. 286). |
| Tumbuhan bertoleransi serangga perosak | Tanaman Bt (kapas Bt, jagung Bt) disuntik dengan gen daripada bakteria tanah Bacillus thuringiensis yang mengeluarkan toksin Bt. Serangga yang makan tumbuhan itu terganggu sistem pencernaannya dan mati. Penggunaan racun perosak berkurang, kos menurun dan pengeluaran kapas meningkat (m.s. 287). |
| Pembersihan tumpahan minyak | Bioremediasi ialah kaedah membersihkan bahan cemar menggunakan bakteria. Bakteria Alcanivorax borkumensis bergantung kepada minyak untuk mendapatkan tenaga dan digunakan untuk merawat tumpahan minyak di lautan kerana molekul minyak diuraikan secara biologi (m.s. 288). |
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 KSSM, m.s. 285.
Langkah pemprofilan DNA
- Sampel darah, air mani atau kulit diambil dari tempat kejadian.
- DNA diekstrak daripada sampel.
- Enzim pembatasan memotong DNA kepada fragmen DNA yang berlainan saiz.
- Fragmen dipisahkan mengikut saiz melalui elektroforesis gel.
- Fragmen DNA dipindahkan daripada gel ke membran nilon.
- Prob radioaktif ditambah, kemudian filem X-ray diletakkan di atas membran.
- Filem X-ray diproses dan kedudukan jalur DNA yang membentuk profil DNA dihasilkan.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 KSSM, m.s. 287.
Profil DNA menjadi bukti yang kukuh dalam kes jenayah jika bahan sampel diambil dan diuruskan dengan betul dan jujur, saintis forensik menguji sampel dan menganalisis data dengan cermat dan telus, keputusan ujian diinterpretasi dengan tepat, dan juri serta hakim mendapat laporan yang tepat (m.s. 286).
Anak mewarisi separuh jalur DNA daripada ibu dan separuh daripada bapa. Katakan ibu mempunyai jalur 1, 3, 5, 7 dan anak mempunyai jalur 1, 4, 5, 6. Jalur 1 dan 5 ada pada ibu. Jalur 4 dan 6 tidak ada pada ibu, jadi kedua-duanya mesti datang daripada bapa. Lelaki yang layak menjadi bapa mesti mempunyai jalur 4 dan 6.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Kepentingan bioteknologi dalam kehidupan
Bioteknologi sering dikaitkan dengan pertanian, perindustrian, pemakanan, perubatan dan seumpamanya. Perkembangan ini membolehkan kaedah lama diganti dengan kaedah yang lebih canggih dan turut membangunkan ekonomi sesebuah negara, khususnya dalam sektor perindustrian. Dolly, seekor biri-biri, ialah haiwan pertama yang diklonkan (m.s. 288–289).
| Bidang | Sumbangan |
|---|---|
| Pertanian | Baka ternakan dan tanaman terbaik dapat dihasilkan; kaedah kultur tisu dan teknik pengklonan mempercepat pembiakan tanaman; baka padi yang memberi hasil banyak dan cepat matang; pengklonan haiwan membolehkan pembiakan besar-besaran dan haiwan berdaya tahan penyakit; hormon membolehkan haiwan cepat membesar dan matang |
| Perubatan | Genetik seseorang dapat diubah suai; mengurangkan risiko penyakit mental; mengelakkan penyakit tertentu seperti kanser dan penyakit pewarisan; genetik manusia kerdil dapat melahirkan manusia normal; membantu ibu-ibu yang sukar hamil memperoleh zuriat |
| Forensik | Dapat mengenal pasti penjenayah melalui tisu dan bendalir badan seperti darah, air mani, kulit dan folikel rambut |
| Alam sekitar | Mikrob mempercepat peruraian bahan buangan manusia dan menguraikan najis sepenuhnya; pencemaran dikurangkan dan manusia serta alam sekitar terpelihara |
Jadual 13.3, m.s. 289.