Nota Biologi Tingkatan 5 Bab 13: Kejuruteraan Genetik Dan Bioteknologi
RINGKASAN
Ringkasan (Nota Biologi Tingkatan 5 Bab 13: Kejuruteraan Genetik Dan Bioteknologi)
Dokumen ini meneroka dua bidang yang saling berkaitan dalam teknologi genetik: Kejuruteraan Genetik dan Bioteknologi. Kedua-dua bidang ini menggunakan pengetahuan tentang pewarisan dan struktur molekul DNA untuk memanipulasi organisma bagi menghasilkan produk biologi yang bermanfaat kepada manusia.
Kejuruteraan Genetik
Kejuruteraan genetik ialah satu teknik manipulasi gen untuk mengubah suai genetik sesuatu organisma, yang bertujuan untuk membentuk kombinasi gen yang baharu. Proses ini melibatkan pemindahan segmen DNA daripada satu organisma ke dalam organisma yang lain melalui teknologi DNA rekombinan. Organisma yang dihasilkan, sama ada haiwan, tumbuhan, atau mikroorganisma, dikenali sebagai Organisma Terubah Suai Genetik (GMO) atau genetically modified organism. Makanan yang dihasilkan daripada GMO pula dikenali sebagai Makanan Terubah Suai Genetik (GMF).
Proses Penghasilan Insulin Manusia melalui Bakteria:
1. Pengasingan Gen dan Plasmid: Gen insulin diasingkan daripada serpihan DNA manusia. Pada masa yang sama, plasmid (DNA bulat) diasingkan daripada bakteria. Plasmid ini akan bertindak sebagai vektor pengklonan.
2. Pemotongan: Kedua-dua gen insulin dan plasmid dipotong menggunakan enzim pembatasan yang sama.
3. Penggabungan: Gen insulin manusia dimasukkan ke dalam plasmid yang telah dipotong. Enzim DNA ligase digunakan untuk menggabungkan kedua-dua segmen ini, menghasilkan plasmid rekombinan.
4. Transformasi: Plasmid rekombinan dimasukkan semula ke dalam sel bakteria. Bakteria ini kini dikenali sebagai bakteria transgenik.
5. Pengklonan dan Penghasilan: Bakteria transgenik ini membiak dengan banyak (klon). Semasa membiak, ia akan menghasilkan insulin manusia di dalam selnya.
6. Pengekstrakan: Insulin diekstrak daripada bakteria dan ditulenkan untuk kegunaan perubatan, seperti merawat pesakit diabetes melitus.
Contoh-contoh dan Aplikasi GMO/GMF:
• Tumbuhan: Jagung dan kapas Bt yang mengandungi gen daripada bakteria Bacillus thuringiensis (Bt) untuk menghasilkan toksin yang membunuh serangga perosak. Ubi kentang diubah suai untuk tahan kepada fros. Pelbagai tanaman lain seperti padi, kelapa sawit, dan kacang soya juga telah dihasilkan.
• Haiwan: ‘Super salmon’ yang mengandungi gen hormon pertumbuhan daripada ikan salmon Chinook untuk membesar dengan lebih cepat. Kambing terubah suai genetik untuk menghasilkan susu yang mengandungi faktor pembekuan darah manusia bagi merawat pesakit hemofilia.
• Perubatan: Selain insulin, teknologi ini juga digunakan untuk menghasilkan vaksin (contoh: Hepatitis B) dan hormon pertumbuhan.
Kebaikan dan Keburukan Makanan Terubah Suai Genetik (GMF):
| Kebaikan | Keburukan |
| Mengatasi masalah bekalan makanan dunia. | Spesies semula jadi mungkin terancam. |
| Menghasilkan tanaman dan ternakan transgenik berkualiti tinggi. | Gen yang dimasukkan ke GMF mungkin dipindahkan kepada manusia. |
| Kos penghasilan makanan menjadi lebih rendah. | Gen rintang antibiotik yang ada dalam GMF boleh berpindah kepada manusia. |
| Meningkatkan kandungan nutrisi tanaman. | Kesihatan manusia mungkin terjejas. |
| Mengurangkan masalah serangan serangga perosak. | Kandungan genetik manusia mungkin terjejas. |
| Mengurangkan penggunaan pestisid. | |
| Hasil yang banyak menyebabkan harga makanan lebih murah dan mudah didapati. |
Bioteknologi
Bioteknologi ialah satu bidang yang menggunakan teknologi atau kaedah untuk memanipulasi organisma bagi tujuan menghasilkan atau mengubah suai sesuatu produk biologi. Ia merangkumi pelbagai disiplin seperti perubatan, pertanian, forensik, dan pemuliharaan alam sekitar.
Aplikasi Utama Bioteknologi:
• Terapi Gen: Digunakan untuk merawat atau mencegah penyakit genetik dengan menggantikan gen abnormal dalam pesakit dengan gen yang normal. Contoh penyakit yang dirawat ialah sistik fibrosis dan distrofi otot. Rawatan terapi gen pertama dilakukan pada tahun 1990 ke atas Ashanti DeSilva untuk merawat penyakit ADA-SCID.
• Pemprofilan DNA: Teknik forensik untuk mengenal pasti individu berdasarkan DNA mereka yang unik. Ia digunakan untuk mengenal pasti penjenayah, menyelesaikan pertikaian identiti (cth: ibu bapa sebenar), mengesan penyakit genetik, dan menguji keserasian penderma organ. Proses ini dicipta oleh Sir Alec Jeffreys pada tahun 1985.
• Pembersihan Tumpahan Minyak (Bioremediasi): Kaedah untuk membersihkan bahan cemar dengan menggunakan bakteria. Contohnya, bakteria spesis Alcanivorax borkumensis digunakan untuk menguraikan molekul dalam minyak mentah.
• Pertanian: Menghasilkan baka ternakan dan tanaman yang lebih baik, seperti padi yang mengeluarkan hasil yang banyak dan cepat matang, serta ternakan yang tahan penyakit.
• Perubatan: Mengurangkan risiko penyakit mental, mengelakkan penyakit seperti kanser, dan membantu ibu bapa yang sukar hamil untuk memperoleh zuriat.
• Forensik: Membantu mengenal pasti penjenayah melalui tisu dan bendalir badan seperti darah, air mani, kulit, dan folikel rambut.
Walaupun mempunyai banyak faedah, kejuruteraan genetik dan bioteknologi menimbulkan persoalan etika dan moral yang memerlukan pemantauan oleh jawatankuasa khas untuk mengelakkan penyalahgunaan.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Artritis Reumatoid | Sejenis penyakit autoimun yang menyebabkan keradangan kronik pada sendi akibat sistem imun badan menyerang membran sinovia. |
| Bendalir Sinovia | Cecair likat yang dirembeskan oleh membran sinovia, berfungsi sebagai pelincir untuk mengurangkan geseran antara hujung tulang dalam sendi sinovia. |
| Cakera Intervertebra | Kusyen rawan yang terletak di antara dua vertebra bersebelahan, berfungsi untuk menyerap hentakan dan mengurangkan geseran. |
| Ekstensi | Pergerakan meluruskan anggota badan, contohnya meluruskan lengan atau kaki. |
| Fleksi | Pergerakan membengkokkan anggota badan, contohnya membengkokkan lengan atau kaki. |
| Ligamen | Tisu penghubung bergentian yang liat, kuat, dan elastik yang menyambungkan tulang dengan tulang. |
| Lokomosi | Pergerakan dari satu tempat ke tempat yang lain. |
| Membran Sinovia | Membran yang melapisi rongga sendi dan merembeskan bendalir sinovia. |
| Otot Antagonis | Pasangan otot yang bertindak secara berlawanan; apabila satu otot mengecut, otot pasangannya akan mengendur untuk menghasilkan pergerakan. |
| Otot Biseps Brakii | Otot fleksor yang terletak di bahagian hadapan tulang humerus, berfungsi untuk membengkokkan lengan. |
| Otot Miotom | Bongkah otot berbentuk-W di kedua-dua belah turus vertebra ikan yang mengecut dan mengendur secara berselang-seli untuk menghasilkan pergerakan berenang. |
| Otot Triseps Brakii | Otot ekstensor yang terletak di bahagian belakang tulang humerus, berfungsi untuk meluruskan lengan. |
| Osteoartritis | Penyakit kemerosotan sendi akibat kehausan rawan, biasanya disebabkan oleh faktor penuaan. |
| Osteoporosis | Penyakit yang dicirikan oleh tulang yang rapuh, nipis, dan mudah patah akibat kehilangan jisim dan kepadatan tulang. |
| Rangka Apendaj | Bahagian rangka yang terdiri daripada lengkungan pektoral, lengkungan pelvis, serta tulang-tulang tangan dan kaki. |
| Rangka Paksi | Bahagian rangka yang membentuk paksi utama badan, terdiri daripada tengkorak, turus vertebra, sternum, dan tulang rusuk. |
| Rawan | Tisu licin dan anjal yang menutupi hujung tulang dalam sendi, berfungsi sebagai kusyen dan pelindung daripada kehausan. |
| Sendi | Tempat pertemuan antara dua atau lebih tulang. |
| Sendi Sinovia | Jenis sendi yang membenarkan pergerakan bebas, dicirikan oleh kehadiran rongga berisi bendalir sinovia. |
| Skoliosis | Keadaan di mana turus vertebra melengkung secara tidak normal ke sisi. |
| Tendon | Tisu penghubung bergentian yang kuat dan tidak elastik yang menyambungkan otot dengan tulang. |
| Turus Vertebra | Struktur yang terdiri daripada 33 ruas tulang (vertebra) yang bersambung, berfungsi untuk melindungi saraf tunjang dan menyokong badan. |
Koleksi Latihan
| LATIHAN | SKEMA |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan dan Jawapan KBAT
Soalan 1: Teknologi genetik boleh menghasilkan tanaman yang rintang terhadap herbisid. Bincangkan bagaimana ciri ini boleh membawa kebaikan dari segi ekonomi kepada petani, tetapi pada masa yang sama menimbulkan kebimbangan terhadap alam sekitar.
Jawapan: Dari segi ekonomi, tanaman rintang herbisid membolehkan petani menggunakan racun rumpai secara meluas untuk membunuh rumpai tanpa merosakkan tanaman utama. Ini meningkatkan hasil tuaian dan mengurangkan kos buruh untuk merumput, justeru meningkatkan keuntungan. Walau bagaimanapun, dari segi alam sekitar, penggunaan herbisid yang berleluasa boleh menyebabkan pencemaran air dan tanah. Ia juga boleh membawa kepada kemunculan “rumpai super” yang turut mempunyai kerintangan terhadap herbisid, menyebabkan petani terpaksa menggunakan bahan kimia yang lebih kuat dan lebih banyak, seterusnya memburukkan lagi kerosakan ekosistem.
Soalan 2: Rajah 13.6 menunjukkan langkah-langkah dalam pemprofilan DNA. Berdasarkan pemahaman anda, jelaskan bagaimana teknik ini dapat membuktikan pertalian antara anak dengan Bapa 1 dan Bapa 2 dalam segmen ‘Bijak Fikir’ di rajah tersebut.
Jawapan: Setiap individu mewarisi separuh daripada DNA mereka daripada ibu dan separuh lagi daripada bapa. Dalam pemprofilan DNA, jalur-jalur yang terhasil mewakili fragmen DNA individu tersebut. Untuk membuktikan pertalian kekeluargaan, setiap jalur pada profil DNA anak mesti sepadan sama ada dengan jalur pada profil DNA ibu atau profil DNA bapa. Dalam kes ‘Bijak Fikir’, kita perlu membandingkan jalur DNA anak dengan jalur ibu, Bapa 1, dan Bapa 2. Jalur pada profil anak yang tidak sepadan dengan ibu mesti sepadan sepenuhnya dengan salah seorang bapa. Bapa yang profil DNAnya melengkapkan corak DNA anak (iaitu semua jalur anak yang tidak datang dari ibu datang daripadanya) ialah bapa biologi yang sebenar.
Soalan 3: Pengeluaran insulin secara besar-besaran menggunakan bakteria merupakan satu kejayaan besar dalam bioteknologi perubatan. Wajarkan mengapa bakteria merupakan organisma pilihan untuk teknik kejuruteraan genetik ini berbanding organisma yang lebih kompleks seperti yis atau sel haiwan.
Jawapan: Bakteria merupakan pilihan utama kerana beberapa sebab. Pertama, bakteria mempunyai struktur genetik yang ringkas, termasuk plasmid yang mudah diasingkan dan dimanipulasi sebagai vektor. Kedua, kitaran hidup bakteria sangat pendek dan kadar pembiakannya sangat cepat. Ini membolehkan pengklonan bakteria transgenik dilakukan dalam kuantiti yang banyak dalam masa yang singkat, justeru menghasilkan insulin dengan pantas dan pada skala yang besar. Ketiga, kos untuk mengkultur bakteria adalah jauh lebih rendah berbanding mengkultur sel haiwan yang memerlukan persekitaran dan nutrien yang lebih kompleks dan mahal.
Soalan 4: Teks tersebut menyenaraikan kebaikan dan keburukan Makanan Terubah Suai Genetik (GMF). Pada pendapat anda, perlukah produk GMF dilabelkan secara khas di pasaran? Berikan justifikasi kepada jawapan anda berdasarkan implikasi etika dan hak pengguna.
Jawapan: Ya, produk GMF wajar dilabelkan secara khas. Dari segi hak pengguna, pelabelan memberikan ketelusan dan membolehkan pengguna membuat pilihan termaklum berdasarkan kepercayaan peribadi, alahan, atau kebimbangan kesihatan mereka. Walaupun GMF mempunyai kebaikan seperti meningkatkan bekalan makanan dan nutrisi, terdapat juga kebimbangan jangka panjang yang belum diketahui sepenuhnya terhadap kesihatan manusia dan alam sekitar. Dengan adanya label, pengguna boleh memilih untuk mengambil risiko tersebut atau tidak. Ini menghormati autonomi pengguna dan selari dengan prinsip etika bahawa setiap individu berhak mengetahui kandungan makanan yang mereka ambil.
Soalan 5: Bioremediasi menggunakan bakteria seperti Alcanivorax borkumensis adalah satu kaedah yang berkesan untuk membersihkan tumpahan minyak. Ramalkan apakah potensi risiko atau kesan sampingan yang tidak diingini sekiranya bakteria yang diubah suai genetik untuk tujuan ini dilepaskan ke dalam ekosistem marin secara tidak terkawal.
Jawapan: Walaupun bertujuan baik, pelepasan organisma terubah suai genetik (GMO) ke alam sekitar secara tidak terkawal membawa risiko yang besar. Bakteria yang diubah suai ini mungkin lebih berdaya saing daripada bakteria semula jadi dan boleh mengganggu keseimbangan ekosistem marin sedia ada dengan menyingkirkan spesies asli. Terdapat juga kemungkinan gen yang diubah suai itu berpindah kepada organisma lain di lautan, mencipta mikroorganisma dengan ciri-ciri baharu yang tidak dapat diramal. Ini boleh membawa kesan berantai, seperti mengubah siratan makanan marin atau menghasilkan toksin yang berbahaya kepada hidupan laut lain dan manusia.