GENETIKA MIKROBA
MAKALAH
Disusun Untuk Memenuhi
Tugas Matakuliah Mikrobiologi
Yang Dibina oleh Bapak
M. Noviar Dakurni
Oleh kelompok 7:
Lilik Hidayatul Mukminin
|
120342400174
|
Novia Hylsandy
|
120342422485
|
UNIVERSITAS
NEGERI MALANG
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN
BIOLOGI
Oktober
2014
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar belakang
Genetika merupakan suatu cabang ilmu yang
dinamis dan berkembang dengan cepat. Penelaahnya dilakukan oleh beribu-ribu
ilmuwan diseluruh dunia. Rekayasa genetika adalah suatu segi baru studi
genetika yang menjanjikan padamasyarakat
baik perkembangan yang menguntungkan maupun kemungkinantimbulnya
akibat-akibat yang membawa bencana. Kita harus menerungkan bagaimana cara
untuk menaklukan semua penyakit menurun dan kemungkinanterubahnya suatu mikroba
yang umum dan tidak berbahaya menjadi bentuk patogenik.
Saat ini kita telah mempelajari
kemajuan-kemajuan berarti yang dihasilkan dankarya pasteur mengenai penjelasan
biologi tentang peristiwa fermentasi, teori bibit penyakit, penolakan
generatio spontanea pada semua taraf kehidupan. Begitu jugasaat Johann Gregor
Mendel melakukan studinya pada pewarisan berbagai sifat pada ercis. Studi
inilah yang mula-mula diterbitkan pada tahun 1865, yangmenjadi dasar apa yang
sekarang diacu sebagai Genetika Mendel (Volk and Wheeler, 1984)
Ilmu yang mempelajari cara pengekspresian
informasi genetis yang terkandung dalam molekul DNA serta mekanisme
pengendalian hereditas pada organisme oleh DNA adalah genetika . Molekul DNA
yang ditemukan dalam selterdiri dari dua rantai komplementer yang berbentuk
heliks dan saling membelitsehingga disebut heliks ganda atau double
heliks.Masing-masing rantai DNAterdiri dari empat jenis nukleotida, yang dapat
dibedakan menurut jenis basanitrogennya yaitu adenin (A), timin (T), sitosin
(C), dan guanin (G).
Pada masa kini genetika telah mampu menjelaskan
cara DNA mengendalikan sifat dan mempertahankan proses yang penting di dalam
sel hidup. Langkah pertama dalam pengekspresian sifat yang dikandung DNA ialah
dengan mencetak molekul RNA berdasarkan urutan nukleotida pada DNA.Molekul
RNAmerupakan polimer rantai tunggal yang terdiri dari empat macam nukleotida
yaitu adenin (A), urasil (U), sitosin (C) dan guanin (G). (Ristiati, 2000)
Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen
terdiri dari DNA,suatu pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler.
µGenetika bakterimendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang
bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran. Berdasarkan urian
diatas, untuk mengetahui lebih lanjut pengemasan bahan genetik bakteri, penyusun mengangkat judul “Genetika
Mikroba”
B. Rumusan
Masalah
1. Bagaimankah proses mutasi dan mutagen ?
2. Bagaimana
mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri?
C. Tujuan
1. Untuk
mengetahui proses mutasi
dan mutagen
2. Untuk mengetahui mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri.
BAB
II
ISI
A.
Pengertian Genetika Mikrobia
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 siat-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 di pilih karena paling
mudah di pelajari 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 (Campbell, 2002).
Genetika mikrobia 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 anti biotik sebagai suatu bahan penyeleksi. Catatan, bahwa
seleksi gen memerlukan expresinya dibawah kondisi yang tepat, dapat diamati
pada tingkat fenotif.
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. Genetika bakteri mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu
teknologi yang bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang
kedokteran.(Jewetz, 2001).
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 (ekstrakromosomal), 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 sekuen asam amino yang membentuk protein
tertentu. Proses ini disebut translasi.
Bakteri paling sering digunakan
dalam percobaan genetika. Keanekaragaman mikrobia seperti bakteri dapat
dipertahankan melalui sifat karakteristik yang terus diwariskan dari generasi
selanjutnya. Bakteri banyak diketahui dan diteliti karena mudah dikembangbiakan
dan perkembangbiakan cepat. Selain itu, bakteri memiliki materi genetik ekstrakromosomal
khas yang disebut plasmid yang berbentuk sirkuler. Mikrobia, bakteri mudah
bermutasi sehingga akan muncul varietas-varietas baru dari mikroba dan mikrobia
cenderung memiliki daya hidup yang tinggi (resisten) terhadap cekaman
lingkungan dan kondisi yang tidak menguntungkan. Kemampuan atau daya hidup yang
tinggi pada mikrobia menyebabkan mikrobia dapat hidup di lingkungan manapun
(Snustad, 2012).
B.
Mutasi
dan Mutagen, Mekanisme Mutasi, Tipe Mutan
1.
Pengertian
Mutasi
DNA mikroba mengandung basa purin dan
pirimidin. Urutan keduanya sangat menentukan ciri tertentu pada mikroba. Urutan
ini sangat mudah berubah oleh berbagai faktor dan apabila terjadi perubahan
dalam urutan ini maka akan terjadi perubahan pada urutan asam amino yang
disandi oleh gen. Akibatnya terjadi perubahan fenotif pada mikroba.Perubahan
dalam urutan basa nukleotida ini disebut mutasi (Darkuni, 2001).
Mutasi banyak terjadi pada waktu proses sintesa
DNA terutama pada waktu penempatan basa purin dan pirimidin yang mengalami
“kesalahan”. Bila mutasi ini terjadi pada enzim polymerase
yang berhubungan dengan DNA, maka mutasi akan berlangsung dengan frekuensi
yang relatif tinggi. Hal ini dikarenakan tidak ada lagi kemampuan dari enzim
itu untuk bertugas mengatur penempatan basa purin dan pirimidin.
Mutasi juga dapat terjadi karena hilangnya
pasangan basa purin atau pirimidin. Bahkan karena adanya penambahan pasangan
basapun dapat juga terjadi mutasi. Sebab hilangnya atau penambahan
tersebut justru akan berakibat terjadi “kesalahan” dalam pembacaan sandi
pada saat terjadi transkripsi ke mRNA.
(Darkuni, 2001).
Mutasi
mudah terjadi pada mikroba terutama karena ciri dan karakter dari mikrobia
tersebut sangat dipengaruhi oleh urutan dari basa purin dan pirimidin di dalam
meteri genetik mikrobia tersebut. Perubahan urutan nukleotida paling sering
terjadi karena kesalahan selama replikasi DNA dan kerusakan DNA, baik kerusakan
DNA karena mekanisme delesi atau insersi pada kerangka DNA tersebut. Perubahan
urutan nukleotida akan berdampak pada fenotip dari sel tersebut. Perubahan
fisiologis sel, misalnya adanya beberapa enzim yang tidak terbentuk pada mutan
tertentu, kemudian perubahan morfologi, dan terjadinya resistensi terhadap zat
dan kondisi lingkungan tertentu (Pangastuti, 2006).
2.
Macam-macam
Mutasi
Mutasi dapat terjadi karena beberapa sebab,
misalnya:
a.
Mutasi titik (point mutation)
Mutasi ini dapat terjadi pada satu tempat/titik
pasangan basa.Padatempat atau titik ini terjadi perubahan pasangan basa.
Misalnya terjadi perubahan pada basa timin yang digantikan oleh basa
sitosin, atau basa adenin digantikan oleh guanin. Mutasi ini akan berakibat:
(a) tidak terjadi pembentukan protein, (b) terjadi pembentukan protein
akan tetapi tetap terjadi perubahan atau mutasi yang tidak jelas. Mutasi ini
disebut mutasi tidak nyata (silent mutation) dan (c) terjadi penggantian asam
amino. Contoh basa adenin yang digantikan o leh guanin dan timin digantikan
oleh sitosin.
G
|
A
T C G T C
G
G
|
T
A G C A G
C
b.
Hilangnya pasangan basa
Mutasi ini terjadi disebabkan oleh hilangnya
basa dalam jumlah yang lebih dari satu. Kehilangan ini akan menyebabkan
terjadinya pergeseran dalam hal pembacaan sandi yang pada akhirnya akan
menyebabkan perubahan urutan asam amino. Akibat yang ditimbulkan oleh mutasi
ini dapat menyebabkan protein yang terbentuk tidak berfungsi.
A T
C G A T G
T A
G C T
A C
Dalam bagan ini pasangan basa sitosin dan
guanin hilang.
c.
Mutasi supresor
Mutasi ini merupakan mutasi yang mengakibatkan
mutasi yang terjadi sebelumnya menjadi “normal” kembali. Pada mutasi ini
terjadi “penyusupan” basa lain yang menyebabkan kembalinya urutan susunan asam
amino yang seolah-olah susunan itu seperti menjadi “normal” kembali. Walau
demikian mutasi ini tetap menghasilkan perubahan yang secara fenotif dapat
tampak atau terjadi mutasi tidak nyata. Perhatikan bagan berikut: (menurut
Bibiana W.Lay)
1.
M
|
D
|
2.
X
|
3.
A B D E F G H J K LM
Pada bagan nomor 2 basa C hilang sehingga
urutan susunan asam amino mengalami
pergeseran dengan munculnya basa M. Pada bagan nomor 3, terjadi
penyusupan basa X sehingga mengubahsusunan asam amino berikutnya menjadi normal
kembali seperti bagannomor 1, walaupun pada susunan awalnya tetap terjadi
perubahan.
d.
Mutasi spontan
Mutasi spontan awalnya tidak diketahui, sering disebut
“background mutation”. Kontrol genetik mutabilitas beberapa gen yang
diketahui dapat disebabkan oleh “mutator gen” lain. Mutasi spontan dapat
dibedakan menjadi 1) mutasi spesifik yang pengaruhnya terbatas pada satu
lokus dan 2) mutasi nonspesifik secara simultan mempengaruhi pada beberapa lokus.
e. Mutasi
terinduksi
Mutasi terinduksi dipengaruhi oleh keadaan
lingkungan yang tidak normal, misalnya: radiasi pengion (perubahan valensi
senyawa kimia melalui penambahan elektron yang dihasilkan oleh proton, neutron,
atau oleh sinar X. Radiasi nonpengion penambahan tingkat energi atom
(eksitasi), yang membuatnya kurang stabil (contoh: radiasi UV, panas) .
Mutasi dari Sudut Pandang Macam Sel
Ada mutasi somatik dan germinal. Mutasi
germinal/gametic mutation/germ line
mutation adalah mutasi yang terjadi pada sel germ, sedangkan mutasi somatik
adalah yang terjadi pada sel somatik. Akibat mutasi somatik pada hewan dan
manusia tidak dapat diwariskan, namun pada tumbuhan bisa diwariskan melalui
reproduksi seksual atau aseksual. Pada mutasi germinal, akibat mutasi yang
dominan segera terekspresi pada turunan. Sebaliknya, jika mutasi bersifat
resesif, maka efek mutasinya tidak terdeteksi karena kondisi yang heterozigot.
Mutasi dari Sudut Pandang Ruang Lingkup Kejadian
Ada mutasi kromosom dan mutasi gen. Mutasi gen
terjadi di lingkup gen. Sedangkan mutasi kromosom ada di lingkup kromosom.
Mutasi gen dapat berupa perubahan urutan DNA, termasuk substitusi pasangan
basa, adisi atau delesi satu atau lebih pasangan basa. Efek mutasi gen hanya
menimpa satu nukleotida. Mutasi titik adalah mutasi yang hanya menimpa satu
pasang nukleotida dalam gen.
Macam-macam Mutasi Gen yang Spesifik
a.
Mutasi pergantian basa (base pair substitution mutation), merupakan
perubahan yang terjadi pada suatu gen
berupa pergantian satu basa oleh pasangan basa lainnya. Misalnya AT diganti
pasangan GS.
b.
Mutasi transisi, pada mutasi ini terjadi pergantian basa purin dengan basa
purin lain, basa pirimidin dengan basa pirimidin lain, basa purin-pirimidin
dengan basa purin-pirimidin lain, basa pirimidin-purin dengan basa
pirimidin-purin lain. Misal AT
GS, GS
AT, TA
SG, SG
TA.
c.
Mutasi transversi, pada mutasi ini terjadi pergantian basa purin dengan
basa pirimidin, basa pirimidin dengan basa purin, basa purin-pirimidin dengan basa
pirimidin-purin, basa pirimidin-purin dengan basa basa purin-pirimidin. Misal
AT
TA, GS
SG, AT
SG, SG
TA.
d.
Mutasi misens merupakan mutasi yang terjadi karena perubahan suatu pasangan
basa (dalam gen) yang mengakibatkan terjadinya perubahan suatu kode genetika,
sehingga asam amino yang terkait (pada polipeptida) berubah dan fungsi protein
juga berubah. Hal itu menyebabkan individu mutan dapat memperlihatkan karakter
berbeda. Namun suatu mutasi mungkin tidak menimbukan suatu fenotip jika
munculnya suatu asam amino pengganti belum menimbulkan perubahan protein yang
nyata.
e.
Mutasi nonsense merupakan suatu pergantian pasangan basa yang berakibat
terjadinya perubahan suatu kode genetika pengode asam amino menjadai kode kode
genetika pengode terminasi. Misal kode genetika pengode asam amino triptofan
(UGG) menjadi UAG.
f.
Mutasi netral merupakan pergantian pasangan basa yang terkait terjadinya
perubahan suatu kode genetika yang juga menimbulkan perubahan asam amino
terkait, tetapi tidak sampai mengakibatkan perubahan fungsi protein. Misal
kodon AGG yang mengode asam amino lisin mengalami mutasi menjadi ACG yang
mengode asam amino arginin, namun asam amino arginin secara kimiawi ekivalen
dengan asam amino lisin dan sama-sama asam amino dasar sehingga keduanya
memiliki sifat-sifat yang cukup mirip. Dengan demikian fungsi protein tidak
berubah.
g.
Mutasi diam merupakan tipe mutasi netral yang khusus dimana terjadi
pergantian pasangan asam basa pada gen yang mengakibatkan perubahan satu kodon,
namun tidak mengakibatkan pergantian asam amino yang dikode. Misal kodon AGG
termutasi menjadi AGA, namun keduanya mengode asam amino yang sama yaitu
Arginin.
h.
Mutasi perubahan rangka terjadi karena adisi atau delesi satu atau lebih
dari pasangan basa dalam suatu gen. Adisi dan delesi itu mengubah kerangka
percobaan RNAd, sehingga terjadi perubahan urutan asam amino.
3. Mutagen
Mutagen adalah senyawa kimia atau faktor
fisikawi yang dapat menyebabkan mutasi. Misalnya sinar ultraviolet (UV)
merupakan mutagen yang kuat karena sinar UV dapat menembus sel dan diabsorpsi
dengan kuat oleh timin (T) dan sitosin (C). Absorpsi UV oleh timin dapat
menyebabkan terbentuknya dimer timin yang berdekatan sehingga dapat mengubah
DNA yang akan mengganggu proses replikasi. Senyawa kimia yang dapat menyebabkan
mutasi, misalnya HNO2 karena asam ini menimbulkan deaminasi pada
basa nitrogen nukleotida. Asam nitrit dapat mengubah adenin (A) menjadi
hipoxantin (HX), sitosin (C) menjadi urasil (U) dan guanin (G) menjadi xantin
(X). (Ristiati, 2000)
Senyawa kimia mutagen yang lain adalah analog
basa. Ini adalah senyawa kimia yang strukturnya cukup menyamai basa DNA yang
normal sehingga dapat menggantikannya selama berlangsungnya replikasi DNA.
Meskipun strukturnya mirip, analog basa tidak mempunyai sifat ikatan hydrogen
yang sama seperti basa yang normal. Karena itu dapat menyebabkan terjadinya
kesalahan dalam replikasi yang mengakibatkan mutasi. Misalnya 2-aminopurin
adalah analog adenin (A) dan dapat berpasangan dengan timin (T) atau sitosin
(C). 5-Bromourasil adalah analogtimin (T) dan dapat berpasangan dengan adenin
(A) atau guanin (G). Selain itu sinar x, sinar γ dan partikel energi tinggi
(seperti neutron, partikel β, partikel α) sangat berpotensi sebagai
mutagen (Ristiati, 2000).
4.
Mekanisme
Mutasi
Mutasi paling umum terjadi selama replikasi
DNA. Beberapa mutasi terjadi sebagai akibat kerusakan yang ditimbulkan oleh
cahaya ultraviolet atau sinar X. Karena unsur-unsur ini merupakan bagian yang
tak terhindarkan dari lingkungan. Tidak satupun mekanisme tertentu yang
dapat diusulkan untuk menerangkan pengaruh mutagenik sinar X. Karena sinar X dapat
menyebabkan pecahnya banyak ikatan kimiawi yang berbeda-beda macamnya, maka
mungkin merusak DNA dengan berbagai cara. Pengaruh utama cahaya UV ialah menyebabkan pembentukan dimer dengan ikatan silang antara
pirimidin-pirimidin yang bersebelahan, terutama timin. Dimer ini mengacaukan
proses replikasi yang normal (Pelczar, 2008).
Penemuan yang paling banyak membuka rahasia
mutasi pada tahun-tahun belakangan ini datang dari penelitian mengenai pengaru
hmutagenik berbagai bahan kimia. Ada dua tipe senyawa kimia yang mutagenik.
Yang pertama terdiri dari senyawa-senyawa yang dapat bereaksi secara kimiawi
dengan DNA. Karena kekhususan replikasi DNA bergantung pada ikatan
purin-pirimidin, yang diakibatkan oleh ikatan hidrogen antara gugusan-gugusan
amino dan hidroksil ini dapat menyebabkan mutasi. Asam nitrous, yang dapat membuang gugusan amino dari purin dan
pirimidin, adalah mutagen semacam itu (Pelczar, 2008).
5.
Tipe
Mutan Bakteri
Semua sifat sel-sel hidup dikendalikan oleh gen
maka ciri sel yang manapun dapat berubah karena mutasi. Berbagai ragam mutan
bakteri telah diisolasi dan dipelajari secara intensif. Beberapa dari tipe-tipe
utama mutan adalah sebagai berikut:
1.
Mutan yang memperlihatkan toleransi yang
meningkat terhadap unsur-unsur penghambat, terutama antibiotik (mutan yang
resisten terhadap antibiotik atau obat-obatan).
2.
Mutan yang menunjukkan kemampuan fermentasi
yang berubah atau meningkatnya atau berkurangnya kapasitas untuk menghasilkan
beberapa produk akhir.
3.
Mutan yang mempunyai defisiensi akan nutrisi
(oksotrofik), yaitu membutuhkan medium yang
lebih kompleks untuk tumbuhnya daripada biakan aslinya.
4.
Mutan yang tidak mampu menggunakan substrat.
5.
Mutan yang memperlihatkan perubahan dalam
bentuk koloni atau kemampuan untuk
menghasilkan pigmen.
6.
Mutan yang menunjukkan perubahan pada struktur
permukaan dan komposisi selnya (mutan antigenik).
7.
Mutan yang resisten terhadap aksi bakteriofage.
8.
Mutan yang memperlihatkan beberapa perubahan
pada ciri-ciri morfologis, misalnya hilangnya kemampuan untuk menghasilkan
spora,kapsul atau flagella.
Ada banyak implikasi praktis yang berkaitan
dengan terjadinya mutan mikrobia. Hal ini
digambarkan oleh contoh-contoh berikut:
1.
Diketahui ada beberapa mikroorganisme yang
menggambarkan resistensi terhadap antibiotik-antibiotik tertentu akibat mutasi.
Kenyataan ini sangat penting dalam
pengobatan penyakit, karena antibiotik yang pada mulanyaefektif untuk
mengendalikan suatu infeksi bacterial menjadi kurang atau tidak lagi efektif
ketika muncul mutan-mutan yang resisten terhadap antibiotik yang bersangkutan.
2.
Dapat diisolasi mutan biokimiawi yang mampu
menghasilkan suatu produk akhir dalam jumlah besar. Hal ini penting dalam
industri. Sebagai contoh, jumlah penisilin yang dihasilkan dalam produksi
komersial meningkat secara dramatis melalui seleksi galur-galur mutan
Penicillium.
3.
Pemeliharaan biakan murni spesies-spesies jasad
renik yang tipikal mensyaratkan tercegahnya mutasi, kalau tidak maka biakan
tersebut tidak akan tipikal lagi
4.
Mutan mikroba telah digunakan secara meluas di
dalam penyelidikan berbagai proses biokimiawi, terutama reaksi-reaksi
bio-sintetik. Sebagai contoh, mutan-mutan yang terhalang atau rusak pada
langkah-langkah enzimatik yang berbeda-beda telah digunakan untuk menyingkap
seluk beluk rangkaian metabolik.
Banyak
mutan, mungkin sebagian besar dapat balik ke kondisi liar melalui mutasi balik, yaitu kembalinya sel-sel
mutan ke fenotipe asalnya. Akan tetapi, hal ini tidak mesti disebabkan oleh
pembalikan mutasi aslinya secara tepat. Kadang-kadang, pengaruh mutasi asli
dapat ditekan sebagian atau seluruhnya oleh mutasi kedua pada situs yang
berbeda pada kromosom.
C.
Mekanisme
Pemindahan Bahan Genetik pada Bakteri
Perpindahan
gen merupakan suatu kegiatan yang dilakukan bakteri dengan mengirimkan
informasi genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien. Pertukaran gen antar
bakteri dapat terjadi karena bakteri pada umumnya hidup berkoloni bahkan
bercampur dengan banyak bakteri jenis lain. Pertukaran gen akan menghasilkan
rekombinan baru. Pertukaran gen atau materi genetik secara garis besar
dilakukan melalui cara transfer gen dan transposisi.
Transfer
gen merupakan perpindahan materi genetik termasuk plasmid dari sel donor ke sel
resipien. Sedangkan transposisi merupakan pemindahan rantai DNA pendek (hanya
beberapa urutan saja) antara satu plasmid ke plasmid lain, atau dari kromosom ke
plasmid dalam sel tersebut. Transfer gen terjadi melalui beberapa cara yaitu,
transformasi, transduksi, dan konjugasi (Snustad, 2012).
Gambar 1.
Tiga tipe mekanisme transfer gen pada bakteri (Snustad, 2012).
a.
Transformasi
Kali pertama
diamati oleh Frederick Griffith (1928) Fragmen DNA bebas dapat melewati dinding
sel dan kemudian bersatu dalam genom sel tersebut sehingga mengubah genotipnya.
Hal ini biasanya dikerjakan di laboratorium dalam penelitian rekayasa genetika,
tapi dapat pula terjadi secara spontan meskipun dalam frekuensi yang kecil.
Transformasi
merupakan proses pemindahan DNA telanjang yang mengandung sejumlah terbatas
informasi DNA dari satu sel ke sel yang lain.DNA tersebut diperoleh dari sel
donor melalui lisis secara alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi, begitu
DNA diambil oleh sel resipien makaterjadilah rekombinasi. Gejala transformasi
ini ditemukan kali pertama pada Streptococcus pneumonia oleh F. Griffith
pada tahun 1928. Pengamatannya menunjukkan bahwa ada dua macam tipe koloni
bakteri tersebut, yaitu koloni halus (tipe S atau smooth) yang bersifat patogen
dan koloni kasar (tipe R atau rough) yang non patogen. Dalam percobaannya
ditemukan jika campuran bakteri tipe S yang telah dimatikan dengan pemanasan
dan sel tipe R hidup disuntikkan pada tikus maka tikus akan mati dan dari
bangkai tikus dapat diisolasi bakteri tipe S yang hidup. Griffith mengatakan
bahwa ada substansi yang berasal dari bakteri tipe S (mati) diambil oleh
bakteri tipe R (hidup) sehingga tipe R ini berubah menjadi tipe S yang
patogen. Perubahan dari tipe R ke tipe S ini disebut transformasi. Pada tahun
1944, Oswald Avery, Macleod, McCarty mengisolasi substansi tersebut dan
berhasil mengidentifikasinya sebagai DNA.Percobaan Avery dan kawan-kawan inilah
yang mendemontrasikan untuk pertama kali bahwa bahan genetik adalah DNA
(Gardner, 2000).
Gambar
2. Transformasi
pada bakteri (Snustad, 2012).
Manfaat
yang didapat dari transformasi gen pada bakteri yaitu merupakan sarana
penting dalam rekayasa genetika. Selain
itu banyak penelitian yang telah menggunakan hasil transformasi untuk memetakan
kromosom bakteri dan sangat bermanfaat untuk penelitian genetika dalam
laboratorium.
b.
Konjugasi
Transfer
unilateral materi genetik antara bakteri sejenis maupun dengan jenis lain dapat
terjadi melalui proses konjugasi (mating). Hal ini dimungkinkan karena adanya
faktor F yang menentukan adanya pili seks pada virus bakterial tertentu. Kuman yang
mempunyai pili seks disebut kuman F+, dan melalui pilinya materi genetik dari
sel donor (F+) termasuk plasmid DNAnya dapat berpindah ke dalam sel
resipien. Jadi gen-gen tertentu yang membawa sifat resistensi pada obat dapat
berpindah dari populasi kuman yang resisten ke dalam kuman yang sensitif.
Dengan cara inilah sebagian besar dari sifat resisten obat tersebar dalam
populasi kuman dan menimbulkan apa yang disebut multidrug resistance.
Konjugasi
merupakan pemindahan bahan genetik dari suatu sel bakteri yang bertindak
sebagai donor kepada sel bakteri yang bertindak sebagai resipien. 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. Pemindahan ini dikode oleh
plasmid. Plasmid adalah unsur genetis ekstra kromosomal (diluar kromosom) dan
dapat melangsungkan replikasi didalam sitoplasma sel bakteri. Plasmid adalah
potongan bundar DNA yang merupakan gen tambahan. Bila unsur ekstra kromosomal
dapat bereplikasi dan terpadu ke dalam kromosom bakteri disebut episom. Hal ini
membedakan episom dari plasmid, karena plasmid tidak terpadu ke dalam kromosom.
Pada bakteri gram negatif misalnya E.coli, konyugasi terjadi dengan cara
perlekatan antara sel donor dengan sel resipien melalui piliseks atau faktor F
(faktor kesuburan atau fertility factor). Pada bakteri gram positif
misalnya Streptococcus faecalis, perlekatan antara sel donor dan resipien tidak
melaui pili. Proses konyugasi secara artificial dapat digunakan untuk memetakan
gen pada bakteri (Ristiati, 2000).
Gambar 3. Proses konjugasi pada bakteri (Snustad, 2012).
c.
Transduksi
Transduksi
merupakan proses pemindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri
lain melalui bakteriofage. Bila bakteriofage menyerang bakteri maka DNA
bakteriofage diijeksikan ke dalam sel bakteri. Saat 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 kemungkinan yang terjadi yaitu sel mengalami lisis
atau bersifat lisogenik (Snustad, 2012).
Lisis terjadi
jika DNA bakteriofage akan mengambil alih fungsi metabolisme bakteri untuk
memproduksi DNA dan protein bakteriofage, kemudian terjadi perakitan
partikel virus dan akhirnya virus yang utuh akan keluar dari
sel bakteri ketika sel mengalami lisis. Sedangkan DNA bakteriofage
akan berintegrasi dengan DNA bakteri sehingga terbentuklah bakteri yang
bersifat lisogenik. Bakteri yang bersifat lisogenik dapat mengalami fase
litik, namun belum diketahui penyebab dari fenomena tersebut. Di alam keadaan
demikian, DNA bakteriofage akan melepaskan diri dari DNA bakteri dan mengambil
alih fungsi metabolisme untuk menghasilkan partikel virus yang baru
seperti halnya pada kemungkinan pertama. Proses transduksi dipergunakan
untuk mengembangkan galur -galur bakteri baru, memetakan
kromosom bakteri dan untuk banyak percobaan genetis lain.
Transduksi dapat
juga terjadi dengan cara DNA dari plasmid masuk ke dalam genom bakteriofag.
Oleh bakteriofag plasmid ditransfer ke populasi bakteri lain. Transduksi biasa
terjadi pada bakteri Gram positif seperti Staphylococcus, tapi diketahui
pula terjadi pada Salmonella.
Gambar 4. Proses tranduksi pada bakteri.
Plasmid
Materi genetik bakteri dibawa dalam satu kromosom utama dan dalam
satu sampai beberapa molekul DNA ekstrakromosomal yang disebut plasmid. Plasmid
merupakan elemen genetik yang berupa molekul DNA utas ganda sirkuler
(tak berujung) yang berukuran kecil, yang dapat mereplikasi secara independen dari
kromosom utama dalam keadaan extrachromosomal (diluar kromosom). Plasmid tidak
diperlukan untuk kelangsungan hidup sel tempat mereka tinggal. Namun, dalam
kondisi lingkungan tertentu seperti ketika terdapat antibiotic, plasmid
berfungsi penting jika plasmid tersebut membawa gen untuk resistensi terhadap antibiotic
(Gardner, 2000).
Dalam bakteri E. coli ada
tiga jenis plasmid utama yaitu: (i) faktor F, (fertilitas) yang bertanggung
jawab terhadap proses konjugasi; (ii) Plasmid R, (resistensi) mengandung gen
resistensi terhadap antibiotic atau logam berat
sehingga sel inang resisten terhadap
antibiotik dan obat antibakteri lain; dan (iii) plasmid
Col, menyandi protein yang membunuh sel-sel sensitif E. Coli (Gardner, 2000)..
Berdasarkan kemampuanya
untuk membuat sel inang berkonjugasi, plasmid dibedakan menjadi 2 yaitu plasmid conjugative dan plasmid yang
nonconjugative. Sifat conjugative pada
banyak plasmid R berperan penting dalam penyebaran secara cepat gen
antibiotic dan resistensi obat pada populasi bakteri pathogen. Evolusi R
plasmid yang membuat bakteri inang resisten terhadap beberapa antibiotik telah
menjadi masalah kesehatan yang serius , dan penggunaan antibiotik untuk tujuan
nontherapeutic telah memberikan kontribusi terhadap evolusi cepat dari beberapa
bakteri sehingga berkali-kali lebih resistan terhadap obat (Gardner, 2000).
Episom
Faktor F dan materi genetic
tertentu memiliki sifat yang unik yang disebut episom. Menurut Jacob dan Wollman, episom adalah elemen genetik yang tidak
penting untuk inang dan dapat
mereplikasi secara otomatis atau terintegrasi ke dalam kromosom bakteri inang .
episom tidak sama dengan plasmid. Episom memiliki kemampuan untuk memasukkan
diri ke dalam kromosom . kemampuan ini tergantung pada keberadaan sekuens DNA
pendek yang disebut insertion sequences ( atau IS elemen). insertion sequences
( dari sekitar 800 sampai sekitar 1400 pasang nukleotida panjang ) merupakan
transposabel yaitu elemen yang dapat
berpindah dari satu kromosom ke kromosom yang berbeda. Selain itu, IS elemen
memediasi rekombinasi antara unsur-unsur genetik dinyatakan nonhomolog. Dengan kata lain episome merupakan penggalan plasmid yang
berintegrasi dengan kromosom dan akhirnya merupakan bagian dari kromosom
tersebut (Lewin, 2004).
Transposon
Plasmid
kecil yang dapat berpindah diantara molekul DNA yang memiliki struktur basa
yang berlainan. 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 plasmid ditransfer antar sel bakteri, dan penyisipan dari sebuah
transposon ke dalam suatu plasmid bisa menyebabkan penyebaran dalam sebuah
populasi (Lewin, 2004).
Dampak Pemindahan Materi Genetik
Pengaruh
lingkungan juga digambarkan oleh adanya transfer gen secara horizontal dalam
suatu komunitas. Untuk organisme yang bereproduksi secara aseksual terdapat
fenomena umum berupa terjadinya rekombinasi genetik antar kelompok yang tidak
sekerabat. Transfer gen semacam ini telah diketahui sejak tahun 1928. Transfer
gen dapat terjadi langsung melalui kontak antar sel (konjugasi) maupun dengan
perantaraan virus (transduksi). Bahkan sel bakteri juga memiliki kemampuan
untuk mengambil molekul DNA bebas yang ada di lingkungannya. Hal ini merupakan
salah satu penyebab tingginya laju mutasi pada genom bakteri.
Gen yang
umumnya dipertukarkan dalam komunitas biasanya berhubungan dengan kemampuan
kelangsungan hidup, misalnya gen penyandi resistensi terhadap antibiotik, logam
berat, serta fiksasi nitrogen. Gen-gen tersebut biasanya berukuran kecil,
fungsional, dan adaptif. Tetapi beberapa penelitian akhir-akhir ini menunjukkan
bahwa transfer gen secara horizontal ternyata lebih umum terjadi daripada yang
diperkirakan. Sistem gen integrase yang berfungsi untuk memfasilitasi
pertukaran gen, ternyata umum dimiliki oleh banyak kelompok bakteri, bersama
dengan gen fungsional yang diperoleh dengan cara ini (Mazel et al. dalam
Pangastuti, 2006).
Transfer gen
secara horizontal teramati pada gen hrp, yang berfungsi dalam interaksi
patogen dengan inang dan dapat ditemukan pada berbagai subkelas proteobacteria.
Gen ini diduga diperoleh melalui pertukaran gen secara horizontal daripada
melalui pewarisan (Gabriel,1999 dalam Pangastuti, 2006). Pada Escherichia
coli dan Pseudomonas transfer gen semacam ini sangat sering terjadi,
bahkan pada E. coli diperkirakan sekitar 18% dari total genomnya
merupakan hasil integrasi gen yang ditransfer secara horizontal. Pada bakteri
pemfiksasi nitrogen, lebih dari 5% bagian kromosom merupakan hasil pertukaran
gen dan sebagian besar berhubungan dengan fungsi. Transfer gen secara
horizontal berpotensi untuk meningkatkan kemampuan adaptasi di lingkungan yang
baru. Dubnau (1999 dalam Pangastuti, 2006) menyimpulkan bahwa integrasi gen
asing pada bakteri gram negatif maupun gram positif berfungsi untuk menciptakan
keragaman genetik, yang kemudian diekspresikan menjadi keragaman fenotipe, untuk
mempertahankan kebugaran evolusioner dari populasi. Selanjutnya stabilitas gen
asing ini dipertahankan dengan seleksi alam, gen yang sesuai dengan lingkungan
akan dipertahankan, sedangkan yang tidak diinginkan akan cenderung
dipertukarkan lagi. Adanya sekuen gen yang tidak diinginkan pada spesies
bakteri tertentu akan mendukung terjadinya pertukaran gen tersebut.
Dengan adanya
transfer gen secara horizontal ini maka spesies dan genus bakteri sebaiknya
dilihat sebagai kelompok organisme yang memiliki suatu inti struktur kromosom
yang umum dimiliki kelompok tersebut dengan kemungkinan bahwa individu
berpotensi menerima gen apapun dari kelompok yang tidak sekerabat. Menurut
Young (dalam Pangastuti, 2006) perubahan evolusioner diasumsikan terjadi
melalui seleksi alam dari mutasi dalam genom yang relatif stabil. Pengaruh lingkungan
berfungsi untuk menginduksi perubahan, sehingga stabilitas merupakan fungsi
dari struktur genom. Perubahan evolusi merupakan hasil dari tekanan lingkungan.
Genom prokaryota sangat mudah mengalami mutasi karena secara alami laju
mutasinya tinggi dan ditambah oleh adanya transfer gen horizontal. Seleksi alam
memegang peran utama dalam mempertahankan stabilitas suatu taksa yang telah ada
atau menghasilkan perubahan adaptasional yang akan menuju evolusi suatu taksa
baru.
BAB III
Penutup
Kesimpulan
Berdasarkan
uraian, dapat disimpulkan bahwa,
a.
Proses
mutasi dipengaruhi oleh faktor intrinsic dan ekstrinsik. Faktor ekstrinsik
dapat berupa agen kimiawi, fisik, maupun agen biologis. Sedangkan faktor
intrinsik dapat berupa kesalahan urutan DNA.
b.
Mekanisme
pemindahan bahan genetik pada bakteri secara umum dilakukan
dengan tiga cara yaitu transformasi, transduksi, dan konjugasi.
Daftar
Rujukan
Campbell, et all. 2002. Biologi edisi 5 jilid 1. Jakarta:
Erlangga.
Darkuni, Noviar. 2001. Mikrobiologi (Bakteriologi, Virologi dan
Mikologi). Malang: Universitas Negeri Malang.
Gardner, E.J., dkk.
2000. Principle of Genetic. New York: Chichester-Brisbane-Toronto-Singapore:
John Wiley and Sons Inc.
Lewin, Benjamin. 2004. Genes VIII. United
States of America: Pearson Prentice Hall
Pearson
Education, Inc.
Pangastuti, Artini. 2006. Definisi Spesies Prokaryota
Berdasarkan Urutan Basa Gen Penyandi 16s rRNA dan Gen Penyandi Protein. BIODIVERSITAS.
7(3): 292-296.
Pelczar, Michael. 2008, Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI
Press.
Ristiati, Ni Putu. 2000. Pengantar Mikrobiologi Umum. Jakarta:
Departemen Pendidikan Nasional.
Snustad,
P.D. and Simmons, M.J., 2012. Principles of Genetics. 6th ed.
United States of America: John Willey & Sons Inc.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar