Kalkulator Jumlah Salinan DNA | Alat Analisis Genomik

Kalkulator Jumlah Salinan DNA

Kalkulator jumlah salinan DNA memperkirakan berapa banyak salinan sekuens target yang ada dalam sampel DNA. Kalkulator ini menggunakan konsentrasi dan volume sampel, serta frekuensi kemunculan sekuens target di dalam sekuens DNA yang lebih panjang. Laboratorium biologi molekuler menggunakan perkiraan ini untuk merencanakan eksperimen seperti qPCR (reaksi berantai polimerase kuantitatif) sebelum menjalankan pengujian yang lebih mahal dan lebih presisi.

Pengertian jumlah salinan DNA

Jumlah salinan DNA adalah berapa kali sekuens tertentu muncul dalam genom atau sampel. Gen manusia pada umumnya muncul dua kali, masing-masing diwarisi dari satu orang tua. Beberapa hal dapat mengubah jumlah tersebut.

• Amplifikasi: lebih dari dua salinan. Sel kanker sering memperbanyak gen yang mendorong pertumbuhan, seperti HER2 pada beberapa tumor payudara.
• Delesi: kurang dari dua salinan, terkadang nol. Delesi dapat menyebabkan kelainan genetik.
• Duplikasi: salinan tambahan muncul di lokasi yang seharusnya hanya memiliki satu atau dua salinan.
• Variasi jumlah salinan (CNV): perbedaan normal dalam jumlah salinan antarindividu, yang ditemukan pada bagian bermakna dari genom manusia.

Rumus jumlah salinan DNA

Kalkulator mengubah jumlah kemunculan sekuens dan massa sampel menjadi jumlah salinan dengan rumus berikut:

$\text{Jumlah Salinan} = \frac{\text{Jumlah Kemunculan} \times \text{Konsentrasi} \times \text{Volume} \times N_A}{\text{Panjang DNA} \times 660 \times 10^{9}}$

Dengan:

• Jumlah Kemunculan — berapa kali sekuens target muncul dalam keseluruhan sekuens DNA, dengan kecocokan yang saling tumpang tindih dihitung secara terpisah.
• Konsentrasi — konsentrasi DNA dalam nanogram per mikroliter (ng/μL), biasanya diukur menggunakan spektrofotometer atau fluorometer.
• Volume — volume sampel dalam mikroliter (μL).
• $N_A$ — bilangan Avogadro, 6,022 × 10²³ molekul per mol. Bilangan ini mengubah jumlah mol DNA menjadi jumlah molekul.
• Panjang DNA — panjang keseluruhan sekuens DNA, dalam pasangan basa.
• 660 — massa molekul rata-rata satu pasangan basa DNA, dalam gram per mol (g/mol). Pasangan basa terdiri atas dua nukleotida berpasangan, masing-masing dari satu untai DNA.
• 10⁹ — mengubah nanogram menjadi gram.

Rumus tersebut pertama-tama mengubah massa sampel menjadi mol molekul DNA, mengalikannya dengan bilangan Avogadro untuk memperoleh jumlah total molekul DNA dalam sampel, lalu mengalikannya dengan jumlah kemunculan sekuens target pada setiap molekul.

Alat ini hanya menerima huruf A, T, C, dan G. Spasi serta jeda baris diabaikan, dan huruf kecil dianggap sama dengan huruf kapital.

Cara menghitung jumlah salinan DNA: contoh perhitungan

Ambil sekuens DNA sepanjang 12 pasangan basa, yaitu ATCGATCGATCG, dengan sekuens target ATCG, konsentrasi 10 ng/μL, dan volume 20 μL.

Langkah 1: Hitung jumlah kemunculan. ATCG muncul sebanyak 3 kali dalam ATCGATCGATCG (pada posisi 1, 5, dan 9).

Langkah 2: Tentukan massa total DNA. Konsentrasi × volume = 10 × 20 = 200 ng.

Langkah 3: Ubah menjadi mol. 200 ng = 2 × 10⁻⁷ g. Bagi dengan (12 pasangan basa × 660 g/mol) = 7.920 g/mol. Hasilnya adalah 2,53 × 10⁻¹¹ mol.

Langkah 4: Ubah menjadi jumlah molekul. Kalikan dengan bilangan Avogadro: 2,53 × 10⁻¹¹ mol × 6,022 × 10²³ molekul/mol ≈ 1,52 × 10¹³ molekul DNA.

Langkah 5: Kalikan dengan jumlah kemunculan. 3 × 1,52 × 10¹³ ≈ 4,56 × 10¹³, atau sekitar 45.621.212.121.212 salinan.

Angka ini tampak sangat besar karena sampel 20 μL dengan konsentrasi 10 ng/μL masih mengandung triliunan molekul DNA pendek. Sampel nyata biasanya menggunakan sekuens yang jauh lebih panjang, sehingga jumlah molekul untuk massa yang sama menjadi lebih sedikit.

Penggunaan analisis jumlah salinan DNA

Diagnosis kanker. Laboratorium patologi memeriksa jumlah salinan HER2 dalam jaringan tumor payudara. Sel normal membawa dua salinan. Tumor yang mengalami amplifikasi dapat membawa enam salinan atau lebih, yang memengaruhi kelayakan penggunaan obat bertarget seperti trastuzumab.

Pengujian penyakit genetik. Kondisi seperti sindrom DiGeorge melibatkan delesi segmen kromosom. Sindrom Down melibatkan salinan tambahan kromosom 21 (trisomi 21). Penghitungan salinan membantu mengonfirmasi diagnosis tersebut.

Kuantifikasi transgen dan plasmid. Peneliti memeriksa berapa banyak salinan gen yang disisipkan masuk ke dalam sel tanaman, hewan, atau bakteri. Satu salinan biasanya lebih diinginkan, karena banyak salinan dapat memicu sel membungkam gen tersebut.

Pemantauan patogen dan muatan virus. Perkiraan jumlah salinan melacak banyaknya DNA virus atau bakteri dalam sampel, yang digunakan untuk pemantauan infeksi dan pengujian lingkungan.

Metode lain untuk mengukur jumlah salinan

Kalkulator ini memberikan perkiraan cepat berdasarkan data sekuens dan konsentrasi. Laboratorium yang membutuhkan presisi lebih tinggi biasanya menggunakan salah satu metode berikut:

• PCR kuantitatif (qPCR): memperbanyak dan mengukur DNA secara waktu nyata; keakuratannya sekitar 15–20% dengan kurva standar yang baik.
• PCR digital (dPCR): membagi sampel menjadi ribuan reaksi kecil untuk penghitungan langsung, tanpa memerlukan kurva standar.
• Hibridisasi fluoresensi in situ (FISH): menghitung sekuens secara visual di bawah mikroskop langsung pada sel atau kromosom; metode ini merupakan standar di banyak laboratorium diagnostik kanker.
• Sekuensing generasi berikutnya (NGS): mensekuensing seluruh sampel dan memetakan jumlah salinan di seluruh genom sekaligus.

Pertanyaan yang sering diajukan

Apa itu jumlah salinan DNA? Jumlah salinan DNA adalah berapa kali sekuens DNA tertentu muncul dalam genom atau sampel. Sebagian besar gen manusia muncul dua kali, masing-masing satu kali dari setiap orang tua. Salinan tambahan atau salinan yang hilang dapat memengaruhi kesehatan dan risiko penyakit.

Seberapa akurat kalkulator ini? Kalkulator ini memberikan perkiraan teoretis berdasarkan input yang diberikan, bukan hasil pengukuran laboratorium. Keakuratannya bergantung pada ketepatan pengukuran konsentrasi dan kekhususan sekuens target. Metode seperti PCR digital lebih presisi untuk hasil yang dipublikasikan.

Apakah kalkulator ini dapat digunakan untuk RNA? Tidak. RNA menggunakan urasil, bukan timin, serta jenis gula yang berbeda, sehingga massa molekulnya berbeda dari DNA. RNA memiliki massa molekul rata-rata sekitar 330 g/mol per nukleotida, sedangkan DNA memiliki sekitar 660 g/mol per pasangan basa. Penggunaan rumus DNA pada data RNA akan menghasilkan jawaban yang salah.

Mengapa sekuens yang tumpang tindih dihitung lebih dari sekali? Kalkulator menghitung setiap posisi tempat target cocok, meskipun kecocokan tersebut berbagi huruf. Dalam ATATAT, sekuens ATA cocok dua kali, yaitu pada posisi 1 dan posisi 3, karena setiap posisi awal diperiksa secara terpisah.

Rentang konsentrasi DNA berapa yang paling baik? Konsentrasi 10–100 ng/μL memberikan hasil pengukuran paling andal pada instrumen laboratorium standar. Di bawah 10 ng/μL, kesalahan pengukuran meningkat, sehingga metode yang lebih sensitif seperti fluorometer dianjurkan daripada spektrofotometer standar.

Apakah kalkulator ini dapat memperkirakan jumlah salinan plasmid? Ya. Masukkan sekuens plasmid lengkap sebagai sekuens DNA dan wilayah unik dari sisipan sebagai sekuens target, beserta konsentrasi plasmid dan volume sampel yang telah diukur.