KARYOTYPE: UNTUK APA, JENIS, BAGAIMANA IA DILAKUKAN, PERUBAHAN - BIOLOGI - 2025

The kariotip adalah gambar set lengkap kromosom metafasa yang memperincikan aspek bilangan dan struktur mereka. Cabang sains perubatan dan biologi yang berkaitan dengan kajian kromosom dan penyakit berkaitan dikenali sebagai sitogenetik.

Kromosom adalah struktur di mana gen yang terkandung dalam molekul asid deoksiribonukleik (DNA) disusun. Dalam eukariota, mereka terdiri dari kromatin, kompleks protein histon dan DNA yang dikemas dalam inti semua sel.

Kariotip manusia diperoleh dengan pewarna pendarfluor (Sumber: Plociam ~ commonswiki melalui Wikimedia Commons

Sel-sel setiap makhluk hidup di Bumi mempunyai sejumlah kromosom. Bakteria, misalnya, hanya mempunyai satu lingkaran, sementara manusia mempunyai 46 teratur dalam 23 pasang; dan beberapa spesies burung mempunyai hingga 80 kromosom.

Tidak seperti manusia, sel tumbuhan umumnya mempunyai lebih dari dua set kromosom homolog (identik). Fenomena ini dikenali sebagai polyploidy.

Semua arahan yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan makhluk hidup, uniselular atau multiselular, terkandung dalam molekul DNA yang dililit pada kromosom. Oleh itu pentingnya mengetahui struktur dan ciri-cirinya pada spesies atau mana-mana individu.

Istilah karyotype digunakan untuk pertama kalinya pada tahun 1920-an oleh Delaunay dan Levitsky untuk menentukan jumlah sifat fizikal kromosom: bilangan, ukuran dan kekhasan strukturnya.

Sejak itu, ia digunakan untuk tujuan yang sama dalam konteks sains moden; dan kajiannya mengiringi banyak proses diagnosis klinikal pelbagai penyakit pada manusia.

Kariotip manusia

Kumpulan 46 kromosom (23 pasang) yang membentuk genom manusia dikenali sebagai kariotip manusia dan disusun secara grafik mengikut ciri-ciri seperti ukuran dan corak pita, yang terbukti berkat penggunaan teknik pewarnaan khas.

Perwakilan skematik kariotype manusia (Sumber: Mikael Häggström melalui Wikimedia Commons)

Daripada 23 pasang kromosom, hanya 1 hingga 22 yang disusun mengikut urutan ukuran. Dalam sel somatik, iaitu dalam sel bukan seksual, 22 pasangan ini dijumpai dan, bergantung pada jenis kelamin individu, sama ada lelaki atau wanita, sepasang kromosom X (wanita) atau pasangan XY (lelaki) ditambah. .

Pasangan 1 hingga 22 disebut kromosom autosom dan sama pada kedua-dua jantina (lelaki dan wanita), sementara kromosom seks, X dan Y, berbeza antara satu sama lain.

Untuk apa kariotip?

Utiliti utama kariotip adalah pengetahuan terperinci mengenai beban kromosom suatu spesies dan ciri-ciri setiap kromosomnya.

Walaupun beberapa spesies bersifat polimorfik dan poliploid berkaitan dengan kromosomnya, iaitu, mereka mempunyai bentuk dan bilangan yang berubah-ubah sepanjang kitaran hidup mereka, pengetahuan tentang kariotip biasanya membolehkan kita menyimpulkan banyak maklumat penting mengenainya.

Berkat kariotip, perubahan kromosom pada "skala besar" yang melibatkan kepingan DNA yang besar dapat didiagnosis. Pada manusia, banyak penyakit atau keadaan kurang upaya mental dan kecacatan fizikal lain berkaitan dengan kelainan kromosom yang teruk.

Jenis kariotip

Karyotypes dijelaskan mengikut notasi yang disokong oleh Sistem Tatanama Sitogenetik Manusia Antarabangsa (ISCN).

Dalam sistem ini, nombor yang diberikan untuk setiap kromosom ada kaitannya dengan ukurannya, dan mereka biasanya disusun dari terbesar hingga terkecil. Kromosom ditunjukkan dalam kariotip sebagai pasangan kromatid saudari dengan lengan kecil (p) menghadap ke atas.

Jenis kariotip dibezakan dengan teknik yang digunakan untuk memperolehnya. Biasanya perbezaannya terletak pada jenis pewarnaan atau "pelabelan" yang digunakan untuk membezakan satu kromosom dari yang lain.

Berikut adalah ringkasan ringkas beberapa teknik yang diketahui sehingga kini:

Pewarnaan pepejal

Dalam hal ini, pewarna seperti Giemsa dan orcein digunakan untuk mengotorkan kromosom secara merata. Ia digunakan secara meluas hingga awal tahun 1970-an, kerana satu-satunya pewarna yang diketahui pada masa itu.

Noda G-band atau Giemsa

Ini adalah teknik yang paling banyak digunakan dalam sitogenetik klasik. Kromosom sebelumnya dicerna dengan trypsin dan kemudian diwarnai. Corak jalur yang diperoleh selepas pewarnaan adalah khusus untuk setiap kromosom dan membolehkan kajian terperinci mengenai strukturnya.

Terdapat kaedah alternatif untuk pewarnaan Giemsa, tetapi ia memberikan hasil yang sangat serupa, seperti pita Q dan pita R terbalik (di mana jalur gelap yang diperhatikan adalah jalur cahaya yang diperoleh dengan pita G).

Jalur C konstitutif

Ia secara khusus mengotorkan heterokromatin, terutama yang terdapat di sentromer. Ia juga mengotorkan beberapa bahan pada lengan pendek kromosom akrosentrik dan kawasan distal lengan panjang kromosom Y.

Pita replikasi

Ia digunakan untuk mengenal pasti kromosom X yang tidak aktif dan melibatkan penambahan analog nukleotida (BrdU).

Noda perak

Telah digunakan secara historis untuk mengenal pasti kawasan organisasi nuklear yang mengandungi banyak salinan RNA ribosom dan dijumpai di kawasan sentromer.

Pewarnaan Distamycin A / DAPI

Ini adalah teknik pewarnaan pendarfluor yang membezakan heterokromatin dari kromosom 1, 9, 15, 16 dan dari kromosom Y pada manusia. Ia digunakan terutamanya untuk membezakan pendua kromosom terbalik 15.

Hibridisasi in situ pendarfluor (IKAN)

Diakui sebagai kemajuan sitogenetik terhebat setelah tahun 1990-an, ini adalah teknik yang kuat di mana penghapusan submikroskopik dapat dibezakan. Ini menggunakan probe pendarfluor yang secara khusus mengikat molekul DNA kromosom, dan terdapat beberapa varian teknik ini.

Hibridisasi Genomik Perbandingan (CGH)

Ia juga menggunakan probe pendarfluor untuk melabel DNA secara berbeza, tetapi menggunakan standard perbandingan yang diketahui.

Teknik lain

Teknik lain yang lebih moden tidak langsung melibatkan analisis struktur kromosom, melainkan kajian langsung mengenai urutan DNA. Ini termasuk mikroarray, penjujukan, dan teknik lain berdasarkan penguatan PCR (tindak balas rantai polimerase).

Bagaimana kariotip dilakukan?

Terdapat pelbagai teknik untuk menjalankan kajian kromosom atau kariotip. Sebilangannya lebih canggih daripada yang lain, kerana mereka membenarkan pengesanan perubahan kecil yang tidak dapat dilihat dengan kaedah yang paling biasa digunakan.

Analisis sitogenetik untuk mendapatkan kariotip biasanya dilakukan dari sel-sel yang terdapat pada mukosa mulut atau dalam darah (menggunakan limfosit). Dalam kes kajian yang dilakukan pada neonatus, sampel diambil dari cairan ketuban (teknik invasif) atau dari sel darah janin (teknik bukan invasif).

Sebab-sebab mengapa kariotip dilakukan adalah pelbagai, tetapi berkali-kali ia dilakukan untuk tujuan mendiagnosis penyakit, kajian kesuburan, atau untuk mengetahui penyebab pengguguran berulang atau kematian janin dan barah, antara sebab lain.

Langkah-langkah untuk melakukan ujian kariotip adalah seperti berikut:

1-Mendapatkan sampel (apa sahaja sumbernya).

2-Pemisahan sel, langkah yang sangat penting, terutama dalam sampel darah. Dalam banyak kes, perlu memisahkan sel pemisah dari sel pembahagi menggunakan reagen kimia khas.

Pertumbuhan 3-sel. Kadang kala perlu tumbuh sel dalam medium kultur yang sesuai untuk mendapatkan kuantiti yang lebih besar. Ini mungkin mengambil masa lebih dari beberapa hari, bergantung pada jenis sampel.

4-Penyegerakan sel. Untuk melihat kromosom kental di semua sel kultur pada waktu yang sama, perlu "menyegerakkan" mereka dengan kaedah rawatan kimia yang menghentikan pembelahan sel apabila kromosom lebih padat dan, oleh itu, dapat dilihat.

5-Mendapatkan kromosom dari sel. Untuk melihatnya di bawah mikroskop, kromosom mesti "ditarik" keluar dari sel. Ini biasanya dicapai dengan merawatnya dengan larutan yang membuatnya pecah dan hancur, membebaskan kromosom.

6-Pewarnaan. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, kromosom mesti diwarnai oleh salah satu daripada banyak teknik yang ada agar dapat memerhatikannya di bawah mikroskop dan melakukan kajian yang sesuai.

7-Analisis dan pengiraan. Kromosom diperhatikan secara terperinci untuk menentukan identiti mereka (sekiranya mengetahui terlebih dahulu), ciri-ciri morfologi mereka seperti ukuran, kedudukan sentromer dan corak pita, jumlah kromosom dalam sampel, dll.

8-Pengelasan. Salah satu tugas cytogeneticists yang paling sukar adalah pengkelasan kromosom dengan membandingkan ciri-cirinya, kerana perlu menentukan kromosom mana. Ini kerana kerana terdapat lebih dari satu sel dalam sampel, akan ada lebih dari satu pasangan kromosom yang sama.

Keabnormalan kromosom

Sebelum menerangkan perubahan kromosom yang berbeza yang mungkin berlaku dan akibatnya terhadap kesihatan manusia, adalah perlu untuk mengetahui morfologi umum kromosom.

Morfologi kromosom

Kromosom adalah struktur yang kelihatan linier dan memiliki dua "lengan", yang kecil (p) dan yang lebih besar (q) yang dipisahkan antara satu sama lain oleh wilayah yang dikenali sebagai sentromer, sebuah laman khusus DNA yang berpartisipasi dalam penahan gelendong. mitotik semasa pembahagian sel mitotik.

Sentromer boleh terletak di tengah dua lengan p dan q, jauh dari pusat atau dekat dengan salah satu hujungnya (metacentric, submetacentric atau acrocentric).

Di hujung lengan pendek dan panjang, kromosom mempunyai "topi" yang dikenali sebagai telomer, yang merupakan urutan DNA tertentu yang kaya dengan pengulangan TTAGGG dan yang bertanggungjawab melindungi DNA dan mencegah penyatuan antara kromosom.

Pada awal kitaran sel, kromosom dilihat sebagai kromatid individu, tetapi ketika sel mereplikasi, dua kromatid bersaudara terbentuk yang mempunyai bahan genetik yang sama. Pasangan kromosom inilah yang dapat dilihat dalam gambar kariotip.

Kromosom mempunyai tahap "pembungkusan" atau "pemeluwapan" yang berbeza: heterokromatin adalah bentuk yang paling pekat dan tidak aktif secara transkripsi, sementara euchromatin sesuai dengan kawasan yang paling lemah dan aktif secara transkripsi.

Dalam kariotip, setiap kromosom dibezakan, seperti yang disorot di atas, berdasarkan ukurannya, kedudukan sentromernya, dan corak pita ketika diwarnai dengan teknik yang berbeza.

Keabnormalan kromosom

Dari sudut pandang patologi, perubahan kromosom spesifik dapat ditentukan yang diperhatikan secara berkala pada populasi manusia, walaupun haiwan, tumbuhan, dan serangga lain tidak dikecualikan dari ini.

Kelainan selalunya berkaitan dengan penghapusan dan penduaan kawasan kromosom atau seluruh kromosom.

Kecacatan ini dikenali sebagai aneuploidi, yang merupakan perubahan kromosom yang melibatkan kehilangan atau pertambahan kromosom lengkap atau bahagiannya. Kerugian tersebut dikenali sebagai monosomie dan keuntungannya dikenali sebagai trisomies, dan banyak daripadanya membawa maut pada perkembangan janin.

Terdapat juga kes-kes penyimpangan kromosom, di mana urutan urutan gen berubah kerana pecah serentak dan pembaikan yang salah pada beberapa kawasan kromosom.

Translokasi juga merupakan perubahan kromosom yang melibatkan perubahan pada bahagian kromosom yang besar yang ditukar antara kromosom yang tidak homolog dan mungkin atau mungkin tidak timbal balik.

Terdapat juga perubahan yang berkaitan dengan kerosakan langsung pada urutan gen yang terdapat dalam DNA kromosom; dan bahkan ada yang berkaitan dengan kesan "tanda" genom yang bahan yang diwarisi dari salah satu daripada kedua ibu bapa mungkin membawa.

Penyakit manusia dikesan dengan kariotip

Analisis sitogenetik terhadap perubahan kromosom sebelum dan selepas kelahiran sangat penting untuk perawatan klinikal bayi yang menyeluruh, tanpa mengira teknik yang digunakan untuk tujuan ini.

Sindrom Down adalah salah satu patologi yang paling kerap dikesan dari kajian kariotip, dan ia berkaitan dengan nondisjunction kromosom 21, sebab itulah ia juga dikenali sebagai trisomi 21.

Karyotip manusia dengan trisomi pada kromosom 21 (Sumber: Program Genom Manusia Jabatan Tenaga AS. Melalui Wikimedia Commons)

Beberapa jenis barah dikesan oleh kajian kariotip, kerana berkaitan dengan perubahan kromosom, terutama dengan penghapusan atau pendua gen yang terlibat secara langsung dengan proses onkogenik.

Jenis autisme tertentu didiagnosis berdasarkan analisis kariotip, dan penduaan kromosom 15 telah terbukti terlibat dalam beberapa patologi ini pada manusia.

Antara patologi lain yang berkaitan dengan penghapusan kromosom 15 adalah sindrom Prader-Willi, yang menyebabkan gejala seperti kekurangan nada otot dan kekurangan pernafasan pada bayi.

Sindrom "kucing menangis" (dari cri-du-chat Perancis) menyiratkan kehilangan kromosom 5 lengan pendek dan salah satu kaedah yang paling langsung untuk diagnosisnya adalah melalui kajian sitogenetik kariotip.

Peralihan bahagian antara kromosom 9 dan 11 mencirikan pesakit yang menderita gangguan bipolar, khususnya berkaitan dengan gangguan gen pada kromosom 11. Kecacatan lain pada kromosom ini juga telah diperhatikan dalam pelbagai kecacatan kelahiran.

Menurut kajian yang dilakukan oleh Weh et al. Pada tahun 1993, lebih daripada 30% pesakit yang menderita myeloma berganda dan leukemia sel plasma mempunyai kariotip dengan kromosom yang strukturnya menyimpang atau tidak normal, terutama pada kromosom 1, 11 dan 14 .

Rujukan

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Penting. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosom dan nukleotip: kritikan terminologi. Karyologia, 47 (3-4), 37-41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Sindrom tiroid autoimun pada wanita dengan sindrom Turner -perkaitan dengan kariotip. Endokrinologi Klinikal, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). Kesihatan yang Sangat Baik. Diperolehi dari www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Keabnormalan Kromosom Gardner dan Sutherland dan Kaunseling Genetik (edisi ke-5). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Pengenalan kepada Analisis Genetik (edisi ke-8). Freeman, WH & Syarikat.
7. Rodden, T. (2010). Genetik untuk Dummies (edisi ke-2). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Karyotaip Spektral Multicolor Kromosom Manusia. Sains, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Kariotaip digital. PNAS, 99 (25), 16156-16161.