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 pada masyarakat baik perkembangan yang menguntungkan maupun kemungkinan timbulnya akibat-akibat yang membawa bencana. Kita harus menerungkan bagaimana cara untuk menaklukan semua penyakit menurun dan kemungkinan terubahnya suatu mikroba yang umum dan tidak berbahaya menjadi bentuk patogenik.
Saat ini kita telah mempelajari kemajuan-kemajuan berarti yang dihasilkan dan karya pasteur mengenai penjelasan biologi tentang peristiwa fermentasi, teori bibit penyakit, penolakan generatio spontanea pada semua taraf kehidupan. Begitu juga saat Johann Gregor Mendel melakukan studinya pada pewarisan berbagai sifat pada ercis. Studi inilah yang mula-mula diterbitkan pada tahun 1865, yang menjadi 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 sel terdiri dari dua rantai komplementer yang berbentuk heliks dan saling membelit sehingga disebut heliks ganda atau double heliks. Masing-masing rantai DNA terdiri dari empat jenis nukleotida, yang dapat dibedakan menurut jenis basa nitrogennya 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 RNA merupakan 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. ‘Genetika bakteri mendasari 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 “Pengemasan Bahan Genetik pada Bakteri”
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
PEMBAHASAN
A. 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)
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. Pada tempat 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 oleh guanin dan timin digantikan oleh sitosin.
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.
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)
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.
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)
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 analog timin (T) dan dapat berpasangan dengan adenin (A) atau guanin (G). selain itu sinar х, 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 pengaruh mutagenik 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
Karena semua sifat sel-sel hidup pada akhirnya 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, yaitu membutuhkan medium yang lebih kompleks untuk tumbuhnya ketimbang biakan aslinya.
4. Mutan yang memperlihatkan perubahan dalam bentuk koloni atau kemampuan untuk menghasilkan pigmen
5. Mutan yang menunjukkan perubahan pada struktur permukaan dan komposisi selnya (mutan antigenik)
6. Mutan yang resisten terhadap aksi bakteriofage
7. 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 mulanya efektif 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.
B. Mekanisme pemindahan bahan Genetik pada Bakteri
Pertukaran gen antar bakteri dapat terjadi karena bakteri pada umumnya hidup berkoloni, dan bahkan bercampur dengan banyak bakteri jenis lain. Pertukaran gen akan menghasilkan rekombinan baru.
1. Konyugasi
Konyugasi ialah pemindahan bahan genetik dari suatu sel bakteri yang bertindak sebagai donor kepada sel bakteri yang bertindak sebagai resipien. Pemindahan ini dikode oleh plasmid. Plasmid adalah unsur genetis ekstrakromosomal (diluar kromosom) dan dapat melangsungkan replikasi di dalam sitoplasma sel bakteri. Plasmid adalah potongan bundar DNA yang merupakan gen tambahan. Bila unsur ekstrakromosomal 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 pili seks 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)
2. Transduksi
Transduksi ialah proses pemindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri lain melalui bakteriofage. Bila bakteriofage menyerang bakteri maka DNA bakteriofage diinjeksikan ke dalam sel bakteri. Ada dua kemungkinan yang terjadi:
1. 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.
2. DNA bakteriofage akan berintegrasi dengan DNA bakteri sehingga terbentuklah bakteri yang bersifat lisogenik. Karena sesuatu sebab yang belum diketahui maka bakteri yang bersifat lisogenik dapat mengalami fase litik. Dalam 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.
3. Transformasi
Transformasi ialah 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 maka terjadilah rekombinasi. Gejala transformasi ini ditemukan pertama kali 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 nonpatogen.
Dalam percobaannya ditemukan jika campuran bakteri tipe S yang telah dimatikan dengan pemanasan dan sel tipe R hidup disuntikkan pada tikus maka tikus kan mati dan dari bangkai tikus dapat di isolasi 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
Plasmid
Terdapat di dalam sitoplasma dan tidak bergabung dengan kromosom. Merupakan DNA ekstrakromosomal (selain partikel F yang juga DNA ekstrakromosomal dan ditemukan pada bakteri) yang mempunyai kemampuan untuk mengadakan replikasi diri.
Episom
Penggalan plasmid yang berintegrasi dengan kromosom dan akhirnya merupakan bagian dari kromosom tersebut.
Bakteriosin
Merupakan protein atau karbohidrat yang pembentukannya diatur oleh plasmid. Bahan ini dapat berfungsi menghambat atau membunuh struktur yang berhubungan dengan pembentuk bakteriosin itu sendiri.
Transposon
Plasmid kecil yang dapat berpindah diantara molekul DNA yang memiliki struktur basa yang berlainan.
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
1. Mutasi merupakan perubahan materi genetik yang disebabkan pemindahan dan pengurangan pasangan basa. Sedangkan mutagen senyawa kimia atau faktor fisikawi yang dapat menyebabkan mutasi.
2. Mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri. Digunakan konyugasi ialah pemindahan bahan genetik dari suatu sel bakteri yang bertindak sebagai donor kepada sel bakteri yang bertindak sebagai resipien. Transduksi ialah proses pemindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri lain melalui bakteriofage. Transformasi ialah proses pemindahan DNA telanjang yang mengandung sejumlah terbatas informasi DNA dari satu sel ke sel yang lain.
Daftar Rujukan
Ristiati, Ni Putu. 2000. Pengantar Mikrobiologi Umum. 2000. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional.
Jawetz. 2001. Mikrobiologi Kedokteran. Jakarta: Salemba Medika.
Kusnadi, dkk. 2003. Mikrobiologi. Bandung: JICA
Darkuni, Noviar. 2001. Mikrobiologi (Bakteriologi, Virologi dan Mikologi). Malang: Universitas Negeri Malang
Pelczar, Michael. 2008, Dasar – Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.
Volk dan Wheeler.1984.Mikrobiologi Dasar. Jakarta: Erlangga.
