BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Ilmu genetika mendefinisikan dan menganalisis keturunan atau konstansi dan perubahan pengaturan dari berbagai fungsi fisiologis yang membentuk karakter organisme. Unit keturunan disebut gen yang merupakan suatu segmen DNA yang nukleotidanya membawa informasi karakter biokimia atau fisiologis tertentu. Pendekatan tradisional pada genetika telah mengidentifikasikan gen sebagai dasar kontribusi karakter fenotip atau karakter dari keseluruhan stuktural dan fisiologis dari suatu sel atau organisme, karakter fenotif seperti warna mata pada manusia atau resistensi terhadap antibiotik pada bakteri, pada umumnya di amati pada tingkat organisme. Dasar kimia untuk variasi dalam fenotif atau perubahan urutan DNA dalam suatu gen atau dalam organisasi gen.
Penelaahan tentang genetika pertama kali dilakukan oleh seorang ahli botani bangsa Austria, Gregor Mendel pada tanaman kacang polongnya. Pada tahun 1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari akibat-akibatnya. Hasilnya antara lain terjadi perubahan-perubahan pada warna,bentuk, ukuran, dan sifat-sifat lain dari kacang polong tersebut. Penelitian inilah ia mengembangkan hukum-hukum dasar kebakaan. Hukum kebakaan berlaku umum bagi semua bentuk kehidupan. Hukum-hukum mendel berlaku manusia dan juga organisme percobaan dahulu amat populer dalam genetika, yakni lalat buah Drosophila. Namun sekarang, percobaan-percobaan ilmu kebakaan dengan menggunakan bakteri Escherichia coli. Bakteri ini dipilih karena paling mudah dipelajari pada taraf molekuler sehingga merupakan organisme pilihan bagi banyak ahli genetika. Hal ini membantu perkembangan bidang genetika mikroba. Jasad renik yang di pelajari dalam bidang genetika mikroba meliputi bakteri, khamir, kapang, dan virus.
Genetika mikroba tradisional terutama berdasarkan pada pengamatan atau observasi perkembangan secara luas. Variasi fenotif telah diamati berdasar kemampuan gen untuk tumbuh dibawah kondisi terseleksi, misalnya bakteri yang mengandung satu gen yang resisten terhadap ampisilin dapat dibedakan dari bakteri kekurangan gen selama pertumbuhannya dalam lingkungan yang mengandung antibiotik sebagai suatu bahan penyeleksi. Catatan bahwa seleksi gen memerlukan ekspresinya dibawah kondisi yang tepat dapat diamati pada tingkat fenotif. Genetika bakteri mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran.
I.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut:
• Apa pengertian dari genetika bakteri ?
• Apa saja komponen yang menyusun genetika dari bakteri ?
I.3 Tujuan Penulisan
Penulisan ini betujuan untuk mengetahui pengertian dari genetika bakteri dan komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Genetika merupakan bagian yang sangat penting dalam kehidupan bakteri. Tanpa adanya faktor genetika ini, kelanjutan spesies bakteri yang bersangkutan tentu sangat dipertanyakan. Oleh karena pentingnya masalah ini, kelompok kami mencoba untuk membahas dan mempresentasikannya pada presentasi kali ini.
Adapun terdapat beberapa tujuan dari pengambilan materi genetika bakteri ini, antara lain adalah:
untuk menambah wawasan dan pengetahuan penulis mengenai faktor genetika bakteri.
Penulis mendapat banyak pengetahuan tentang bagaimana genetika bakteri dapat berpindah dari satu sel ke sel lainnya.
Penulis dapat mengetahui lebih dalam bagaimana suatu sel bakteri dapat mengalami proses mutasi dan menjadi mutagen dalam kesehariannya.
Semua tujuan-tujuan ini diharapkan dapat tercapai setelah terwujudnya laporan makalah ini. Selain itu, pengetahuan-pengetahuan yang penulis dapat dari pembahasan materi ini bisa menjadi wawasan awal yang dapat penulis ambil dan kembangkan menjadi pengetahuan yang lebih tinggi lagi berikutnya.
I.4 Manfaat penulisan
Penulisan ini memberikan beberapa manfaat. Aspek akademis memberikan informasi ilmiah kepada masyarakat tentang pengertian dari genetika bakteri serta komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Mengetahui genetika dari mikroorganisme serta kompoen penyusunnya maka dapat membuat mikoorganisme yang mempunyai kualitas yang sama yang digunakan dalam industri dengan memanfaatkan genetika dari mikroorganisme yang mempunyai sifat unggul.
I.5 metode penulisan
Dalam pembahasan materi “Genetika Bakteri” ini, penulis menggunakan metode kepustakaan untuk mendapatkan bahan materi yang menyeluruh. Kepustakaan yang penulis gunakan tak hanya memakai beberapa buku untuk menjadi sumber acuan. Akan tetapi, penulis juga mencari bahan dari internet baik berupa materi maupun gambar yang dapat melengkapi pembahasan materi sebelumnya
BAB II
PEMBAHASAN
II. 1 Struktur DNA
Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick.
Informasi genetika disimpan sebagai suatu urutan basa pada DNA. Kebanyakan molekul DNA adalah rantai ganda, dengan basa-basa komplementer (A-T; G-C) berpasangan menggunakan ikatan hidrogen pada pusat molekul. Sifat komplementer dari basa memungkinkan satu rantai (rantai cetakan, template) menyediakan informasi untuk salinan atau ekpresi informasi pada suatu rantai yang lain (rantai penyandi).
Pasangan-pasangan basa tersusun dalam bagian pusat double helix DNA dan menentukan informasi genetiknya. Setiap empat basa diikatkan pada phosphor-2-deoxyribose membentuk suatu nukleotida. Setiap nukleotida dibentuk dari tiga bagian yaitu:
1) Sebuah senyawa cincin yang mengandung nitrogen, disebut basa nitrogen. Dapat berupa purin atau pirimidin.
2) Sebuah gugusan gula yang memiliki lima karbon (gula pentosa), disebut deoksiribosa.
3) Sebuah molekul fosfat.
Bagian-bagian tersebut terhubungkan bersama-sama dalam urutan basa nitrogen-deoksiribosa-fosfat.
Gambar 1. Double Helix DNA
Purin dan pirimidin yang membentuk nukleotida, masing-masing memiliki dua macam basa :
1) Purin yaitu adenine dan guanine,
2) Pirimidin yaitu cytosine dan thymine.
Karena ada empat jenis basa, maka pada DNA dijumpai empat jenis nukleotida :
1) Deoksiadenosin-5’-monofosfat (adenine + deoksiribosa + fosfat),
2) Deoksiguanosin-5’-monofosfat (guanine + deoksiribosa + fosfat),
3) Deoksitidin-5’-monofosfat (cytosine + deoksiribosa + fosfat),
4) Timidin-5’-monofosfat (thymine + deoksiribosa + fosfat).
Keempat jenis nukleotida ini dihubungkan menjadi utasan polinukleotida DNA oleh ikatan-ikatan fosfodiester, yaitu setiap gugusan fosfat menghubungkan atom karbon nomor 3 pada deoksiribosa sebuah nukleotida dengan atom karbon nomor 5 pada deoksiribosa nukleotida berikutnya, dengan gugusan fosfat terletak di luar rantai. Hasilnya ialah suatu rantai yang mengandung gugusan fosfat berselang-seling dengan gugusan deoksiribosa dan basa-basanya yang mengandung nitrogen menonjol dari gugusan. Ikatan-ikatan hidrogen menghubungkan basa dari satu rantai ke rantai yang lain. Muatan negatif phosphodiester backbone dari DNA berhadapan dengan pelarut, dan muatan ini tersusun sepanjang struktur linear dari molekul. Panjang molekul DNA pada umumnya tersusun dalam ribuan pasang DNA ribuan pasang basa, atau kilobase pavis (kbp). Suatu kromosom Eshericia coli memiliki 4639 kbp. Panjang keseluruhan kromosom E.coli diperkirakan I nm. Oleh karena keseluruhan dimensi sel bakteri diperkirakan 1000 kali lebih kecil dari pada panjangnya tersebut sehingga terbentuk lipatan yang melipat lagi atau supercoiling, menyusun struktur fisik dari molekul in vivo.
Presentase basa nitrogen
Adenin Sitosin Guanin Timin
Kamir (yeast) 32 18 18 32
Mycrobacterium tuberculosis 16 34 34 16
Manusia 131 19 19 131
Antara setiap pasangan Adenin-Timin terbentuk dua ikatan hidrogen (A=T), sedangkan antara setiap pasangan Guanin-Sitosin terbentuk tiga ikatan hidrogen (G≡C). Akibat dari pembentukan pasangan-pasangan tersebut ialah bahwa kedua utasan heliks DNA bersifat anti-paralel, yang berarti bahwa setiap utas menuju arah yang berlawanan sehingga yang satu diakhiri dengan gugusan hidroksil-3’ bebas dan yang lain dengan gugusan fosfat-5’.
II. 2 Genetika Bakteri
Ada dua fenomena biologi pada konsep hereditas yaitu:
1. Hereditas yang bersifat stabil di mana generasi berikut yang terbentuk dari pembelahan satu sel mempunyai sifat yang identik dengan induknya.
2. Variasi genetik yang mengakibatkan adanya perbedaan sifat generasi berikut dari sel induknya akibat peristiwa genetik tertentu, misalnya mutasi.
Pada bakteri, unit herediternya disebut genom bakteri. Genom bakteri lazimnya disebut sebagai gen saja. Gen bakteri biasanya terdapat dalam molekul DNA (asam deoksirinukleat) tunggal, meskipun dikenal pula adanya materi genetik di luar kromosom (ekstra kromosomal), yang di sebut plasmid, yang tersebar luas dalam populasi bakteri. Meskipun bakteri bersifat haploid, transimisi gen dari satu generasi ke generasi berikutnya berlangsung secara linier, sehingga pada setiap siklus pembelahan sel, sel anaknya menerima satu set gen yang identik dengan sel induknya.
Kromosom bakteri yang terdiri dari DNA mempunyai berat lebih kurang 2-3% dari berat kering satu sel. Dengan mikroskop elektron, DNA tampak sebagai benang-benang fibriler yang menempati sebagian besar dari volume sel. Molekul DNA bila diekstraksi dari sel bakteri biasanya mempunyai bentuk yang sirkuler, dengan panjang kira-kira 1 mm. DNA ini mempunyai berat molekul yang tinggi karena terdiri dari heteropolimer dari deoksiribonukleotida purin yaitu Adenin dan Guanin dan deoksiribonukleotida pirimidin yaitu Sitosin dan Timin.
Watson dan Crick, dengan sinar X menemukan bahwa struktur DNA terdiri dari dua rantai poliribonukleotida yang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara purin di satu rantai dengan pirimidin di rantai lain, dalam keadaan antiparalel, dan disebut sebagai struktur double helix. Ikatan hidrogen ini hanya dapat menghubungkan Adenin (6 aminopurin) dengan Timin (2,4 dioksi 5 metil pirimidin) dan antara Guanin (2 amino 6 oksipurin) dengan Sitosin (2 oksi 4 amino pirimidin). Singkatnya pasangan basa pada suatu sekuens DNA adalah A-T dan S-G. Karena adanya sistem berpasangan demikian, maka setiap rantai DNA dapat dijadikan cetakan/template untuk membangun rantai DNA yang komplementer. Waktu terjadinya proses replikasi DNA dalam pembelahan sel, molekul DNA dari sel anaknya terdiri dari satu rantai DNA yang komplememter tapi dibuat baru, dengan kata lain, pemindahan materi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya adalah dengan cara semikonservatif.
Fungsi primer DNA pada hakikatnya adalah sebagai sumber perbekalan informasi genetik yang dimiliki oleh sel induk. Proses replikasi di kerjakan dengan amat lengkap sehingga sel anaknya mendapatkan pula informasi genetik yang lengkap, sehingga terjadi kesetabilan genetik dalam suatu populasi mikroorganisme. Satu benang kromosom biasanya terdiri dari lima juta pasangan basa dan terbagi atas segmen atau sekuens asam amino tertentu yang akan membentuk stuktur protein. Protein ini kemudian menjadi enzim-enzim, komponen membran sel dan struktur sel yang lain yang secara keseluruhan menentukan karakter dari sel itu.
Mekanisme yang menunjukan bahwa sekuen nukleotida di dalam gen menentukan sekuens asam amino pada pembentukan protein adalah sebagai berikut:
1. Suatu enzim amino sel bakteri yang disebut enzim RNA polimerase membentuk satu rantai oliribonukleotida (= messesnger RNA = mRNA) dari rantai DNA yang ada. Proses ini diseut transkripsi. Jadi pada transkripsi DNA, terbentuk satu rantai RNA yang komplementer dengan salah satu rantai double helix dari DNA.
2. Secara enzimatik asam amino akan teraktifasi dan ditransfer kepada transfer RNA (= tRNA yang mempunyai daptor basa yang komplementer dengan basa mRNA di satu ujungnya dan mempunyai asam amino spesifik di ujung lainnya tiga buah basa pada mRNA di sebut triplet basa yang lazim disebut sebagai kodon untuk suatu asam amino.
3. mRNA dan tRNA bersama-sama menuju kepermukaan ribosom kuman, dan disinilah rantai polipeptida terbentuk sampai seluruhkodon selesai dibaca menjadi menjadi suatu sekwen asam amino yang membentuk protein tertentu. Proses ini disebut translasi.
II. 3 DNA Bakteri
Bakteri memiliki kekurangan unsur-unsur yang mengacu pada stuktur komplek yang terlibat dalam pemisahan kromsom-kromosom eukariota menjadi nukleid anak yang berbeda. Replikasi dari DNA bakteri dimulai pada satu titik dan bergerak ke semua arah. Dalam prosesnya, dua pita lama DNA terpisah dan digunakan sebagai model untuk mensistensiskan pita-pita baru (replikasi semikonservatif). Strukur dimana dua pita terpisah dan sintesis baru terjadi disebut sebagai percabangan replikasi. Replikasi kromosom bakteri sangat terkontrol, dan kromosom tiap sel yang tumbuh berkisar antara satu dan empat. Beberapa plasmida bakteri bias memiliki sampai 30 tiruan dalam satu sel bakteri, dan mutasi yang menyebabkan kontrol bebas dari relikasi plasmida bahkan bias menghasilkan tiruan yang lebih banyak.
Replikasi pita DNA ganda sirkular dimulai pada locus ori dan membutuhkan interaksi dengan beberapa protein. Dalam E coli, replikasi kromosom berakhir pada suatu tempat yang disebut “ter“. Dua kromosom anak terpisah, atau terpecah sebelum pembagian sel, sehingga tiap-tiap keturunan memiliki satu DNA anak. Hal ini dapat disempurnakan dengan bantuan topoisomerase atau melakukan pengkombinasian. Proses serupa yang mengacu pada replikasi DNA plasmida, kecuali pada beberpa kasus, replikasinya adalah tidak terarah.
Transposon tidak membawa informasi genetika yang dibutuhkan untuk memasangkan replikasi sendiri terhadap pembagian sel, sehingga perkembangbiakannya tergantung pada penyatuan fisiknya dengan replika bakteri. Penyatuan ini dibantu oleh kemampuan transposon untuk membentuk tiruannya sendiri, yang mungkin disisipkan dalam replika yang sama atau mungkin disatukan pada replika lainnya. Spesifisitas dari rangkaian pada bagian sisipan biasanya rendah, sehingga transposon kadang cenderung menyisip dalam sistem acak. Sebagian besar plasmida ditransfer antar sel-sel bakteri, dan penyisipan dari sebuah transposon ke dalam suatu plasmida bisa menyebabkan penyebaran dalam sebuah populasi.
II. 4 Replikasi DNA
Sintesis perbanyakan bahan genetik seperti DNA, dilakukan melalui proses yang disebut replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang mencirikan proses kehidupan. Melalui suatu replikasi, senyawa kimia dapat membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang mirip dengan dirinya. Replikasi hanya terjadi pada asam nukleat, DNA atau RNA. Molekul asam nukleat yang mampu bereplikasi disebut replikon. Tidak ditemukan senyawa lain yang sintesisnya dilakukan melalui replikasi.
Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah teratur, yaitu pada fase S daur sel, sebelum mitosis atau meiosis I. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR). Dengan demikian, setiap sel yang melakukan mitosis akan dihasilkan 2 sel anak yang memilki DNA lengkap sama persis dengan yang dimiliki induknya.
II. 4. 1 Biosintesis Nukleotida
Sebelum rantai polinukleotida DNA dapat disintesis oleh bakteri atau organisme lain, harus tersedia sekumpulan nukleotida seluler. Pada bakteri tertentu, nukleotida harus disuplai dalam medium dalam bentuk jadi. Pada bakteri lain dapat mensintesis nukleotida dari nutrien yang sederhana, seperti glukosa, ammonium sulfat, dan mineral. Perubahan nutrien sederhana menjadi nukleotida bagi sintesis DNA menyangkut sederetan reaksi yang rumit, beberapa di antaranya membutuhkan energi berupa ATP. Salah satu dari reaksi-reaksi ini ialah pembentukan bentuk teraktivasi nukleotida bagi sintesis rantai polinukleotida DNA berutasan ganda:
Nukleotida + ATP kinase nukleotida-fosfat + ADP
Nukleotida-fosfat + ATP kinase nukleotida-difosfat + ADP
Energi dalam bentuk ATP disediakan. Pada setiap nukleotida teraktivasi terikat dua gugusan fosfat yang berasal dari peruraian dua ATP.
Berdasarkan struktur DNA heliks ganda (double helix), timbul tiga hipotesis mengenai pola replikasi DNA. Ketiga hipotesis tersebut adalah:
1. Semikonservatif
Menurut hipotesis replikasi secara semi-konsevatif, setiap utas DNA menjadi cetakan bagi pembentukan utas baru, sehingga pada akhir proses replikasi akan ditemukan dua utas ganda yang masing-masing mengandung satu utas baru dan satu utas lama.
2. Konservatif
Menurut hipotesis replikasi secara konservatif, rantai polinukleotida induk tidak berpisah dan dua utas dari dua utas ganda DNA secara bersama-sama membentuk dua utas ganda baru, sehingga akan dihasilkan dua utas ganda baru dan dua utas ganda lama.
3. Dispersif
Menurut hipotesis replikasi secara dispersif, rantai polinukleotida induk putus-putus kemudian memisah dan akhirnya membentuk rangkaian baru yang terdiri dari campuran antara potongan dari pasangan nukleotida lama dan potongan dari polinukleotida yang baru disintesis.
Gambar. 2 Pola-pola Replikasi DNA
II. 4. 2 Regulasi Replikasi DNA
Kromosom suatu bakteri yang khas ialah sebuah molekul DNA berutasan-ganda, yang mempunyai berat molekul kira-kira 2,5 x 109 Dalton (satu Dalton sama dengan massa satu atom hidrogen). Jumlah pasangan basanya kurang lebih 4 x 106. Bila kromosom tersebut ditarik secara linier dalam bentuk heliks-ganda, ukurannya akan mencapai kira-kira 1,25 mm, yaitu beberapa ratus kali lebih panjang daripada sel bakteri yang memilikinya.
a. Replikasi mensyaratkan situs awal
Syarat pertama agar suatu DNA dapat bereplikasi ialah bahwa pada DNA tersebut terdapat situs awal replikasi. Hasil pengamatan terhadap kromosom E.coli memperlihatkan bahwa replikasi selalu dimulai dari titik awal tertentu (Cairns, 1963). Situs awal replikasi dikenal dengan istilah titik ori (singkatan dari origin of replication). Pada kromosom bakteri diketahui hanya ada satu titik ori, sedangkan pada kromosom eukariot terbukti mempunyai banyak titik ori. DNA yang tidak mempunyai titik ori tidak akan dapat bereplikasi.
b. Replikasi memerlukan untaian ganda
Persyaratan kedua untuk dapat berlangsungnya proses replikasi ialah bahwa asam nukleat harus berada dalam bentuk untaian ganda. Hal ini telah diuraikan oleh Watson dan Crick (1953), yaitu bahwa implikasi genetik dari heliks ganda ialah memungkinkan pembentukan DNA baru secara swaproduksi (replikasi). Adanya dua untai polinukleotida serta per pasangan antiparalel antara basa-basanya akan mendukung proses replikasi, yaitu setiap untaian akan menjadi model bagi pembentukan untai pasangannya. Bukti bahwa untai ganda menjadi syarat dalam replikasi dapat dilihat pada DNA virus yang sedang bereplikasi. Virus mempunyai genom bervariasi, baik beruntai ganda maupun tunggal, tetapi pada saat bereplikasi virus selalu berada dalam keadaan untai ganda.
c. Replikasi DNA mengikuti pola hipotesis semikonservatif
Untuk dapat terjadi proses replikasi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, Watson dan Crick mengajukan suatu usulan pola replikasi DNA yang disebut pola semikonservatif. Pola konservatif mula-mula dibuktikan oleh Mathew Maselson dan Francis Stahl yang bekerja dengan E.coli yang telah menggunakan teknik radio isotop, sentrifugasi, dan spektrofotometer. Dengan pola semikonservatif ini akan terpenuhi dua hal. Pertama, fungsi pewarisan dalam replikasi satu utasan DNA. Kedua, fungsi pemeliharaan sifat, yaitu struktur DNA yang baru akan sama dengan struktur DNA sebelumnya.
d. Sintesis DNA mempunyai arah pertumbuhan 5’ 3’
Molekul nukleotida dalam keadaan bebas akan terbentuk nukleotida tripospat. Dalam proses sintesis DNA, dua nukleotida digabungkan satu dengan yang lainnya dengan cara merangkaikan karbon gula kelima (C5) yang mengandung fosfat dari satu nukleotida kepada karbon gula ketiga (C3) yang mengandung –OH dari nukleotida lain dan membentuk ikatan 5’-3’ fosfodieter.
e. Replikasi berjalan secara bertahap
Dalam proses replikasi terjadi dua proses. Pertama, pelepasan heliks ganda menjadi untai tunggal dan membentuk cabang replikasi. Kedua, sintesis rantai baru dengan menggunakan untaian tunggal tersebut sebagai model. Pada situs awal replikasi, enzim DNA polimerase akan memutus pilinan heliks ganda menjadi dua untaian tunggal. Dalam proses ini akan terbentuk struktur huruf Y, titik persimpangannya disebut titik tumbuh. Replikasi bergerak berurutan dari titik tumbuh, baik pada satu arah (replikasi satu arah) atau dua arah (replikasi dua arah). Situs awal dan titik tumbuh terikat pada membran sel dan dari sinilah kedua utasan diduplikasi. Masing-masing utasan mempunyai urutan basa pada utasan-utasan DNA yang mula-mula.
f. Sintesis DNA bersifat tidak sinambung
Utasan-utasannya direplikasi dalam bentuk segmen-segmen kecil yang disebut fragmen Okazaki, dengan arah 5’ ke 3’. Fragmen-fragmen ini kemudian digabungkan menjadi satu oleh enzim DNA ligase.
Inisiasi (pengawalan) replikasi DNA membutuhkan suatu pancingan, yaitu sepotong pendek RNA yang disintesis oleh RNA polimerase dan komplementer terhadap DNA. Dengan adanya pemula ini, DNA polimerase dapat mulai mensintesis deoksiribonukleotida. Sekali pancingan mengena, DNA polimerase lalu mencerna RNA tersebut dan menggantikannya dengan DNA. Berpartisipasinya RNA sebagai pancing tampaknya ekstensif karena setiap fragmen Okazaki juga mengandung sebagian RNA sebagai pancing.
II. 5 Perpindahan Gen
Perpindahan gen merupakan suatu kegiatan yang dilakukan bakteri dengan mengirimkan informasi genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien. Kegiatan perpindahan gen ini ada tiga yakni :
1. Transformasi
2. Konjugasi
3. Transduksi
II. 5. 1 Transformasi
Transformasi pertama kali ditemukan oleh Frederick Griffith pada tahun 1928. Dia mempelajari transformasi satu tipe Streptococcus pneumoniae menjadi tipe yang berbeda. S. pneumoniae dibagi menjadi 100 tipe lain yang berbeda atas dasar perbedaan kimia pada kapsulnya. Jadi, tipe 1 menghasilkan kapsul yang berbeda dengan tipe 2, dan seterusnya.
Transformasi ialah proses pemindahan DNA bebas sel yang mengandung sejumlah informasi genetik (DNA) dari satu sel ke sel lainnya. DNA tersebut diperoleh dari sel donor melalui lisis sel alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi. Begitu fragmen DNA dari sel donor tertangkap oleh sel resipien, maka terjadilah rekombinasi.
Gambar. 3 Proses Transformasi
Manfaat yang didapat dari transformasi gen pada bakteri adalah :
a. Sarana penting dalam rekayasa genetika.
b. Memetakan kromosom bakteri.
c. Bermanfaat dalam penelitian-penelitian genetik bakteri di laboratorium.
II. 5. 2 Konjugasi
Konjugasi merupakan mekanisme perpindahan informasi genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien yang terjadi akibat adanya kontak sel dengan sel. Konjugasi bakteri pertama kali ditemukan oleh Lederberg dan Tatum pada tahun 1946. Mereka menggabungkan dua galur mutan Escherichia coli yang berbeda yang tidak mampu mensintesis satu atau lebih faktor tumbuh esensiil dan memberinya kesempatan untuk kawin.
Gambar. 4 Proses Konjungasi pada Sel Bakteri
Pada proses konjugasi, sel donor (jantan) memasukkan sebagian DNA ke dalam sel resipien melalui pili seks yang dimiliki oleh sel jantan. Setelah DNA donor masuk ke dalam sel resipien, enzim-enzim yang bekerja pada DNA resipien menggunting dan mengeksisi suatu fragmen DNA resipien. Kemudian DNA donor dipadukan ke dalam kromosom resipien di tempat DNA yang tereksisi. Mekanisme ini sebenarnya berlangsung juga pada kegiatan transformasi dan transduksi.
Dengan adanya proses konjugasi ini, gen-gen tertentu yang membawa sifat resistensi pada obat dapat berpindah dari populasi bakteri yang resisten ke populasi bakteri yang tidak resisten. Oleh karenanya, bila hal tersebut terjadi pada populasi bakteri bisa timbul multi drug resistance.
Gambar. 5 Proses Konjungasi pada Sel Bakteri
II. 5. 3. Transduksi
Beberapa jenis virus berkembang biak di dalam sel bakteri. Virus-virus yang inangnya adalah bakteri seringkali disebut bakteriofage atau fage. Pada waktu fage menginfeksi bakteri, fage memasukkan DNA-nya ke dalam bakteri tersebut. DNA fage ini kemudian bereplikasi di dalam sel bakteri atau berintegrasi dengan kromosom bakteri. Inilah yang dikenal dengan transduksi. Jadi, transduksi adalah proses perpindahan gen dari suatu bakteri ke bakteri lain oleh bakteriofage lalu oleh bakteriofage tersebut plasmid ditransfer ke populasi bakteri. Transduksi ditemukan oleh Norton Zinder dan Joshua Lederberg pada tahun 1952. Pada waktu DNA fage dikemas di dalam pembungkusnya untuk membentuk bakteri-bakteri fage baru, DNA fage tersebut dapat membawa sebagian dari DNA bakteri yang telah menjadi inangnya. Selanjutnya, bila fage menginfeksi bakteri lainnya, maka fage akan memasukkan DNA-nya yang mengandung sebagian dari DNA bakteri inang sebelumnya. Dengan demikian, fage tidak hanya memasukkan DNA-nya sendiri ke dalam sel bakteri yang diinfeksinya, tetapi juga memasukkan DNA dari bakteri lain yang ikut terbawa pada DNA fage. Jadi, secara alami fage memindahkan DNA dari satu sel bakteri ke bakteri lainnya.
Ada dua tipe transduksi, yaitu:
1. Transduksi terbatas
Pada proses ini tidak semua gen dapat ditransfer. Transduksi terbatas terjadi saat profage telah terintegrasi pada kromosom bakteri. Gen-gen bakteri yang mengalami transduksi terbatas adalah yang berdekatan dengan profage yang terintegrasi.
2. Transduksi umum
Transduksi umum terjadi bila suatu fage memindahkan gen dari kromosom bakteri atau plasmid. Pada saat fage memulai siklus litik, enzim-enzim virus menghidrolisis kromosom bakteri menjadi potongan-potongan kecil DNA. Setiap bagian dari kromosom bakteri tersebut dapat digabungkan dengan kepala fage selama perakitan fage. Fage yang telah berisi DNA sel bakteri dapat menginfeksi sel lain dan mentransfer gen bakteri di dalam sel resipien DNA bakteri dan bergabung dengan rekombinasi homolog menggantikan gen dalam sel resipien. Transduksi ini terjadi pada bakteri gram positif dan gram negatif.
Gambar. 6 Proses Transduksi pada Sel Bakteri
II. 6 Mutasi
Mutasi adalah perubahan di dalam rangkaian nukleotida suatu gen. Mutasi menimbulkan ciri genetik yang baru atau genotif berubah. Sel atau organisme yang menimbulkan efek mutasi disebut mutan. Mutasi pada gen akan menyebabkan produk protein yang dihasilkan.
II. 6. 1 Mutagenesis
Mutagenesis merupakan suatu teknik biologi molekuler di mana suatu mutasi diciptakan pada suatu bagian molekul DNA tertentu, yang dikenal sebagai plasmid.
Mekanisme dasar:
1. Mensintesis DNA yang di dalamnya terdapat bagian yang ingin dimutasi.
2. Hasil sintesis ini harus dihibridisasi dengan DNA lain dari gen yang diinginkan.
3. Fragmen tersebut diperluas lagi oleh DNA polimerase.
4. Molekul yang diperoleh akan diadaptasikan ke dalam sel inang dan dikloning.
5. Pemilihan mutan.
Gambar. 7 Mutagenesis
II. 6. 2 Mutagen
Bahan-bahan yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagen. Mutagen terbagi menjadi tiga, yaitu:
1. Mutagen bahan kimia
Mutagen bahan kimia, contohnya adalah kolkisin dan zat digitonin. Kolkisin adalah zat yang dapat menghalangi terbentuknya benang-benang spindel pada proses anafase dan dapat menghambat pembelahan sel pada anafase. Mutagen bahan kimia dapat menimbulkan mutasi melalui beberapa cara. Gugusan alkil aktif dari bahan mutagen kimia dapat ditransfer ke molekul lain pada posisi dimana kepadatan elektron cukup tinggi seperti phosphate groups dan juga molekul purine dan pyrimidine yang merupakan penyusun struktur deoxyribonucleic acid (DNA). Seperti diketahui umum, DNA merupakan struktur kimia yang membawa gen. Basa-basa yang menyusun struktur DNA terdiri dari adenine, guanine, thyimine, dan cytosine. Adenine dan guanine merupakan basa bercincin ganda (double-ring bases) disebut purines, sedangkan thymine dan cytosine bercincin tunggal (single-ring bases) disebut pyrimidines. Struktur molekul DNA berbentuk pilitan ganda (double helix) dan tersusun atas pasangan spesifik Adenine-Thymine dan Guanine-Cytosine. Contoh mutasi yang paling sering ditimbulkan oleh mutagen kimia adalah perubahan basa pada struktur DNA yang mengarah pada pembentukan 7-alkyl guanine.
2. Mutagen bahan fisika
Mutagen bahan fisika, contohnya sinar ultraviolet, sinar radioaktif, dan lain-lain. Sinar ultraviolet dapat menyebabkan kanker kulit. Mutagen fisika bersifat sebagai radiasi pengion (ionizing radiation) yang dapat melepas energi (ionisasi), begitu melewati atau menembus materi. Mutagen fisika termasuk diantaranya sinar-X, radiasi gamma, radiasi beta, neutron, dan partikel dari aselerators sudah umum digunakan dalam pemuliaan tanaman. Karakteristik untuk masing-masing jenis radiasi disajikan dalam tabel di bawah ini. Begitu materi reproduksi tanaman diradiasi, proses ionisasi akan terjadi dalam jaringan dan dapat menyebabkan perubahan pada jaringan itu sendiri, sel, genom, kromosom, dan DNA atau gen. Perubahan yang ditimbulkan pada tingkat genom, kromosom, dan DNA atau gen dikenal dengan istilah mutasi (mutation).
3. Mutagen bahan biologi
Diduga virus dan bakeri dapat menyebabkan terjadinya mutasi. Bagian virus yang dapat menyebabkan terjadinya mutasi adalah DNA-nya.
II. 7 DNA Rekombinan
DNA rekombinan adalah sebuah teknik membuat susunan DNA baru dengan cara menyisipkan potongan DNA asing ke dalam DNA organisme sehingga menghasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Dan pada saat organism tersebut membelah diri molekul DNA rekombinan tersebut ikut bereplikasi. Sebenarnya pada tahun 1973 telah muncul dan dikembangkan teknik untuk mengisolasi dan menggabungkan potongan-potongan DNA yang tak sama sehingga dapat dihasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Teknik ini memungkinkan adanya isolasi, manipulasi, dan produksi dalam jumlah besar ruas DNA apa saja yang diinginkan dari tipe sel apa saja. Pada pokoknya sel-sel bakteri semacam itu telah menerima gen asing dan merupakan organisme baru. Sifat serta kemampuannya bias sangat berbeda dari inang maupun donornya.
II. 7. 1 PROSES
Proses rekombinasi DNA diawali dengan enzim endonuklease restriksi yang memotong susunan DNA. Potongan DNA tersebut biasanya mengandung beberapa gen dari kromosom tipe apapun. Tumbuhan, hewan, bakteri ataupun virus. Potongan-potongan ini mempunyai ujung yang lengket atau kohesif yang akan dengan mudah digabungkan secara perpasangan basa pada daerah-daerah berutasan tunggal dengan utasan-utasan DNA lain. Dengan cara ini, fragmen-fragmen yang diperoleh dari kromosom sel apapun atau virion dapat disambungkan ke plasmid atau genom fage dengan bantuan enzim lain, seperti polinukleotide ligase. Intinya sel-sel bakteri seperti itu telah menerima gen asing dan merupakan organisme batu yang sifatnya dapat amat berbeda dengan inang maupun donornya. Sehingga saat mereka memperbayak diri, komponen DNA tersebut ikut juga tereplikasi.
Gambar. 8 DNA Rekombinan
Perangkat yang dibutuhkan :
• Enzim endonuklease restriksi : Untuk memotong DNA dengan sangat spesifik sehingga sekuennya disebut molindrom (MOM). Dapat memotong DNA dari sistem biologi apapun apabila mempunyai sekuens yang sama.
• Enzim ligase : Enzim yang menggabungkan potongan DNA, beberapa diantaranya dapat menggabungkan fragmen-fragmen DNA yang berbeda.
• Plasmid : sebagai vektor untuk mengklonkan gen atau fragmen DNA, dan juga untuk mengubah sifat bakteri.
• Pustaka genom : untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang telah diklonkan
II. 7. 2 KEUNTUNGAN
Bakteri yang dapat menghasilkan kromosom insulin telah ditemukan.
Bakteri suatu spesies Pseudomonas telah dikembankan dan dipatenkan efektif membersihkan tumpahan minyak (tapi jika dimasukkan ke sumur minyak justru akan sangat merugikan, oleh karena itu, harus sangat hati-hati dalam menggunakan teknik ini).
Dalam bidang pertanian dapat dilakukan untuk penambatan nitrogen oleh prokariota untuk peningkatan kesuburan tanah. Gen untuk fiksasi nitrogen (nif) membentuk tandan pada kromosom Klebsiella pneumoniae dan dapat dipindahkan. Gen-gen tersebut dapat terpadu ke dalam atau bersegregasi dari DNA kromosom maupun plasmid, dan plasmid yang mengandung nif dapat mendapatkan sifat-sifat baru melalui rekombinasi. Dan mungkin pada akhirnya dapat membuat tumbuhan dapat menambat nitrogen oleh dirinya sendiri.
II. 7. 3 KEKHAWATIRAN
Teknologi ini menimbulkan beberapa kekhawatiran diantara para ahli :
Kekhawatiran bahwa produksi molekul-molekul DNA rekombinan yang fungsional in vivo dapat terbukti berbahaya secara biologis. Sebagai contoh : bila bakteri tersebut dibawa ke mikroba seperti Escherichia coli yang merupakan bakteri komensal di usus manusia dan dapat mempertukarkan informasi genetis dengan tipe-tipe bakteri yang lain dan dapat menyebar luas diantara manusia, hewan, tumbuhan, dan yang lainnya.
Kekhawatiran terbentuknya palsmid-plasmid bakteri baru yang dapat bereplikasi secara swantantra yang bila tidak diawasi secara ketat, dapat memasukkan determinan genetis untuk resistensi antibiotik atau pembentukan toksin bakteri ke dalam galur-galur bakteri yang pada waktu tersebut tidak membawa determinan semacam itu.
Percobaan untuk menghubungkan semua segmen DNA virus onkogenik ataupun virus hewani yang lain menjadi unsur-unsur DNA yang melangsungkan replikasi secara swantantra, seperti plasmid bakteri atau DNA viral lainnya, sebab penyebaran molekul DNA dengan cara seperti itu mungkin meningkatkan terjadinya kanker ataupun penyakit yang lain.
BAB III
PENUTUP
III. 1 Kesimpulan
DNA adalah sebuah molekul panjang yang menyerupai tali, biasanya terdiri dari dua utas, saling membelit membentuk heliks ganda (double helix). Setiap utas terdiri dari nukleotida-nukleotida yang tergabung membentuk rantai polinukleotida.
Untuk memperbanyak dirinya, DNA melakukan suatu proses yang disebut replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang memungkinkan senyawa kimia dapat membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang mirip dengan dirinya. Replikasi DNA mengikuti pola semi konservatif yang sintesisnya dimulai dari titik ori dan arah pertumbuhannya ialah 5’ 3’
Perpindahan gen yang dilakuakan bakteri melalui tiga cara, yaitu : konjugasi, transformasi, dan transduksi. Konjugasi merupakan proses perpindahan gen bakteri melalui kontak antar selnya. Transformasi merupakan proses perpindahan gen bakteri melalui sel bebas. Transduksi merupakan proses perpindahan gen dari suatu bakteri ke bakteri lain dengan bantuan bakteriofage.
Mutagenesis merupakan suatu teknik untuk menciptakan mutasi yang meliputi lima tahap/proses. Mutagen adalah bahan yang menyebabkan terjadinya mutasi. Mutagen terbagi menjadi tiga : mutagen bahan kimia, mutagen bahan fisika, dan mutagen bahan biologi.
DNA rekombinan adalah DNA yang telah mengalami proses rekombinasi atau penyusunan kembali. Proses ini diawali oleh terpotongnya struktur DNA oleh enzim restriksi endonuklease kemudian potongan DNA tersebut disisipkan pada DNA resipien dan digabungkan kembali oleh enzim ligase. Struktur DNA yang baru ini akan ikut bereplikasi apabila organism pembawanya berkembangbiak. Meskipun banyak kontroversi teknologi baru ini, teknologi ini cukup mendatangkan manfaat bagi kehidupan umat manusia.
DAFTAR PUSTAKA
Pelczar J. Michael, Jr. Dasar-dasar mikrobiologi. 1986. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia.
Staff Pengajar Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. Mikrobiologi Kedokteran. 1993. Jakarta : Binarupa Aksara.
Anonim. http//:wikipedia.com/genetika bakteri/. 12 Maret 2010. Pk. 15.00.
Anonim. http//:google.com/genetika bakteri dan virus/. 12 Maret 2010. Pk. 16.30.
Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen terdiri dari DNA, suatu pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler. Penemuan selanjutnya dari bakteri telah mengungkapkan adanya restriction enzymes (enzim restriksi) yang memotong DNA pada tempat spesifik, menghasilkan fragmen potongan DNA. Plasmida diidentifikasikan sebagai elemen genetika kecil yang mampu melakukan replikasi diri pada bakteri dan ragi. Pengenalan dari sebuah fragmen potongan DNA kedalam suatu plasmid memungkinkan fragmen di perbanyak (teramplifikasi). Amplifikasi regio DNA spesifik dapat di capai oleh enzim bakteri menggunakan polymerase chain reaction (PCR) atau metode amplifikasi nukleotida berdasar enzim yang lain (misalnya amplifikasi berdasar transkripsi). DNA yang di masukkan kedalam plasmid dapat di kontrol oleh promoter ekspresi pada bakteri yang mengamati protein, di ekspresi pada tingkat tinggi.
 |
0 komentar:
Posting Komentar