MAKALAH MIKROBIOLOGI
GENETIKA MIKROBA
(Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Mikrobiologi Umum yang dibina oleh Bapak Drs. Lud Waluyo, M.Kes)
Oleh :
Eka Haris P. (201310070311141)
Anggi Gusti (201310070311144)
Amin Hidayati (201310070311144)
Aziz Tanama (201310070311145)
Eryansyah Faizal A. (201310070311168)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2014
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Genetika adalah ilmu yang mempelajari tentang hereditas (sifat turun temurun) sifat induk dan variasi sifat karakteristik mikrobia. Hereditas adalah pengawetan sifat-sifat struktur dan fungsi pada keturunan-keturunan berikutnya. Perkecualian atau penyimpangan yang terjadi pada keturunan suatu organism berbeda dalam satu atau beberapa sifat induknya. Penyimpangan-penyimpangan dan pengawetan sifat-sifat semacam itu dikenal dengan variasi. Variasi dapat terjadi karena perubahan genetic dan evolusi. Diduga peristiwa perkawinan tidak terjadi pada bakteri. Mikrobia hanya berkembang biak dengan mekanisme aseksual melalui peembelahan diri. Maka para ahli menggolongkan mikrobia bersama-sama dengan algae biru dalam schizophyta.
Kemudian timbul pertanyaan kalau mikrobia berkembang dengan mekanisme yang monoton seperti di atas maka terbentuk individu seragam tetapi pada kenyataannya tidak, sehingga terjadi variasi mikroba.Sifat mikroba sangat bervariasi karena masing-masing mikroba mempunyai kemampuan untuk beradaptasi terhadap pengaruh lingkungan sekitarnya. Mikroba contohnya bakteri mempunyai populasi yang berkembang cepat dan beraneka ragam variasinya. Bakteri untuk memperoleh variasi yang beragam dapat melalui mutasi. Peristiwa seksual yang semula diduga tidak terjadi, dapat dibuktikan oleh para ahli. Bahkan perpindahan bahan genetik dapat didemontrasikan dari satu mikroba ke mikroba lain
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas maka dapat diambil beberapa rumusan masalah diantaranya:
1. Apa saja materi genetik?
2. Bagaimanakah struktur DNA dan RNA pada mikroba?
3. Bagaimanakah proses replikasi, transkripsi, dan translasi?
4. Apakah yang dimaksud dengan mutasi?
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pewarisan Ciri Dan Variasi
Ciri khas semua bentuk kehidupan, dari segi pandangan genetika adalah kemantapan umum atau kesamaan ciri-ciri keturunan dan tetuanya. Mikroorganisme sebagai makhluk hidup juga meneruskan ciri-ciri kepada keturunannya. Hal ini dapat dibuktikan dengan mengidentifikasi spesies mikroba, bahkan galur-galur mikrobe yang menunjukkan bahwa mikroba tersebut mampu meneruskan informasi genetik dari generasi ke generasi berikutnya dengan cepat.
Disamping pewarisan ciri-ciri yang menyebabkan sifat tetap, progeni memperlihatkan (mengekspresikan) keragaman (variasi). Perubahan – perubahan ini berkaitan dengan dua sifat dasar sel atau organisme yakni fenotif dan genotif. Genotip mengacu pada komposisi genetika sel (genom). Fenotif merupakan ekspresi genotip dalam bentuk sifat-sifat yang dapat diamati bagi sel atau organisme yang bersangkutan. Dengan kata lain genotif merupakan kemampuan genetika jasad renik, sedangkan fenotif merupakan sifat yang terlihat sesungguhnya karena faktor lingkungan.
Genotif suatu biakan mikroba relatif konstan selama pertumbuhannya, tetapi dapat berubah karena mutasi. Perubahan ini mengakibatkan berubahnya fenotif sel. Variasi genetika yang timbul di dalam suatu sel mikroba dapat disebabkan karena mutasi. Mutasi adalah perubahan di dalam gen sel jasad renik yang berakibat perubahan morfologi dan biokimia di dalam sel. Mutasi pada jasad renik dapat terjadi secara spontan atau dengan pemberian suatu mutagen, yakni komponen yang bersifat mutagenik (penyebab mutasi).
Perubahan Fenotip Akibat Perubahan Lingkungan
Fenotip suatu populasi mikroba dipengaruhi oleh faktor lingkungan, dan dapat diamati bila mikroba tersebut ditumbuhkan pada berbagai medium yang berbeda. Sifat-sifat fenotip yang dapat terlihat langsung misalnya, perbedaan dalam morfologi sel dan penampakan koloni. Sebagai contoh, bakteri pembentuk kapsul yang ditumbuhkan pada medium yang mengandung karbohidrat tinggi akan membentuk kapsul lebih tebal dan membentuk koloni yang berlendir. Pembentukan spora dan flagel juga dapat dihambat oleh komponen-komponen tertentu di dalam medium.
Sejauh mana informasi genetik (genotip) diekspresikan tergantung dari faktor lingkungan. Contohnya, suatu bakteri yang bersifat anaerob fakultatif akan menghasilkan produk-produk akhir metabolisme, tergantung dari ada tidaknya oksigen selama pertumbuhan. Ada tidaknya oksigen menentukan enzim-enzim mana yang befungsi dan mana yang tidak. Sesungguhnya di suatu lingkungan tertentu pengetahuan tentang faktor-faktor yang mengatur aktivitas genetik merupakan aspek yang amat penting untuk memahami metabolisme sel.
Hal yang paling menonjol pada tipe perubahan fenotip adalah melibatkan sebagian besar sel di dalam biakan. Perubahan fenotif semacam ini tidak diwariskan, melainkan terjadi bila beberapa keadaan dalam lingkungan berubah. Kembalinya pada fenotip asli terjadi bila lingkungan yang semula pulih kembali.
Aspek lingkungan lainnya yang dapat mempengaruhi sifat fenotip mikroorganisme adalah suhu pertumbuhan. Sebagai contoh, Staphylococceus aureus dan Serratia marcescens hanya dapat memproduksi pigmen pada suhu kamar. Beberapa mikroba yang lain hanya memproduksi enzim terinduksi jika pada substrat yang spesifik, misalnya penisilinase (beta-laktamase) yang diproduksi oleh Staphylococceus aureus jika dalam medium yang mengandung penisilin. Sebaliknya enzim pemecah suatu komponen dapat dihambat sintesinya jika medium mengandung produk hasil pemecahan komponen tersebut.
Mutagen
Mutagen adalah senyawa kimia atau faktor fisikawi yang dapat menyebabkan mutasi. Misalnya sinar ultraviolet merupakan mutagen karena UV dapat menembus sel dan diabsorpsi dengan kuat oleh timin dan sitosin. Absorpsi UV oleh timin menyebabkan terbentuknya dimer timin yang berdekatan sehingga dapat mengubah DNA yang akan mengganggu replikasi. Senyawa kimia yang menyebabkan mutasi misalnya HNO2, karena asam ini menimbulkan deaminasi pada basa nitrogen nukleotida.
Asam nitrit dapat mengubah adenin menjadi hipoxantin, sitosin menjadi urasil dan guanin menjadi xantin. Senyawa kimia mutagen yang lain ialah analog basa yaitu 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 hidrogen yang sama seperti basa normal. Karena iru dapat menyebabkan terjadinya kesalahan dalam replikasi yang menyebabkan mutasi. Misalnya 2-aminopurin adalah analog adenin dan dapat berpasangan dengan timin atau sitosin. 5-bromourasil adalah analog timin dan dapat berpasangan dengan adenin atau guanin. Selain itu sinar x, sinar y dan partikel energi tinggi sangat berpotensi sebagai mutagen.
Rekombinasi Bakteri
Rekombinasi genetis ialah pembentukan suatu genotip baru melalui pemilihan kembali gen-gen setelah terjadinya pertukaran genetis antara dua kromosom yang berbeda dan mempunyai gen-gen serupa. Kromosom semacam ini disebut kromosom homolog. Pertukaran ini tentu saja mengubah urutan nukleotida sehingga mengubah informasi genetis yang dikandungnya. Pada bakteri , rekombinasi genetis dihasilkan dari tiga tipe pemindahan gen yang menimbulkan variasi genetik yaitu : konjugasi, transduksi, transformasi.
1. Konjugasi : merupakan 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 didalam sitoplasma sel bakteri. Plasmid adalah potongan bundar DNA yang merupakan gen tambahan. Bila unsur ekstrakromosomal dapat bereplikasi dan terpadu kedalam kromosom bakteri disebut episom. Hal ini yang membedakan episom dari plasmid karena plasmid tidak terpadu kedalam kromosom. Pada bakteri gram negatif misalnya E.colli, konjugasi terjadi dengan cara perlekatan antara sel donor dengan sel resipien melalui pili seks atau faktor F (faktor kesuburan ). Pada bakteri gram positif misalnya Streptococcus faecalis, perlekatan antara sel donor dan resipien tidak melalui pili.
Transduksi : merupakan proses pemindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri lain melalui bakteriofage. Bila bakteriofage menyerang bakteri maka DNA bakteriofage
diinjeksikan kedalam sel bakteri. ada dua kemungkinan terjadi yaitu :
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
DNA bakteriofage akan berinteraksi dengan DNA bakteri sehingga terbentuklah bakteri yang bersifat lisogenik. Karena suatu sebab yang belum diketahui maka bakteri yang bersifat lisogenik dapat mengalami fasi litik. Dalam keadaan demikian, DNA bakteriofage akan melepaskan diri dari DNA bakteri dan mengambil alih fungsi metabolime untuk menghasilkan partikel virus yang baru seperti halnya pada kemungkinan pertama.
Proses transduksi dipergunakmemetaan untuk mengembangkan galur--galur bakteri baru, kan kromosom bakteri dan untuk banyak percobaan genetis lainnya.
3. Transformasi
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 maka terjadilah rekombinasi. Gejala transformasi ini pertama kali pada Streptococcus pneumoniae oleh F.Griffith pada tahun 1928. Pengamatannya menunjukan bahwa ada dua macam tipe koloni pada bakteri tersebut yaitu koloni halus yang bersifat patogen dan koloni kasar yang nonpatogen.
Dalam percobaannya ditemukan jika campuran tipe bakteri tipe halus yang telah dimatikan dengan pemanasan dan sel tipe kasar hidup disuntikan pada tikus maka tikus akan mati dan dari bangkai tikus dapat diisolasi bakteri tipe haalus yang masih hidup. Griffith mengatakan bahwa ada substansi yang berasal dari bakteri tipe halus diambil oleh bakteri tipe kasar sehingga tipe kasar ini berubah menjadi tipe halus yang patogen. Perubahan dari tipe kasar ke tipe halus ini disebut transformasi.
(http://yayanajuz.blogspot.com/2012/04/berbagai-tipe-tipe-mutasi-pada-bakteri.html)
Transformasi
Transformasi adalah pemindahan materi genetik (ADN) bebas atau "bugil" dari satu sel ke sel yang lain. ADN diperoleh dari sel donor melalui lisis sel alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi. Begitu ADN diambil dari sel resipien, maka terjadilah rekombinasi. Bakteri yang telah mewarisi penanda dari sel donor tersebut telah tertransformasi. ADN penyebab transformasi dikenali oleh Oswald Avery, Colin Macleod, dan Maclyn McCarty dalam tahun 1994. Mereka mendefinisikan ADN sebagai substansi kimiawi yang menyebabkan sifat menurun. Beberapa bakteri yang telah ditransformasikan antara lain. Streptococcus pneumoniae, Bacillus Haemophilus, Neisseria, dan Rhizobium. Langkah-langkah transformasi seperti terlihat pada gambar
Setelah masuknya ADN ke dalam sel, satu utas dengan segera dirombak oleh enzim deoksiribonuklese, sedangkan utas yang lain mengalami perpasangan basa dengan bagian yang homolog pada kromosom sel resipien, lalu terpadu kedalam ADN resipien. Karena perpasangan basa komplementer berlangsung antara satu utas fragmen ADN donor dan suatu daerah khusus pada kromosom resipien, maka hanyalah galur-galur bakteri yang berkerabat dekat dengan ditransformasikan. Kondisi untuk pengambilah ADN donor kedalam sel-sel resipien terjadi hanya selama fase pertumbuhan logaritmik. Selama periode ini, bakteri yang dapat ditransformasikan disebut kompeten untuk mengambil dan menggabungkan ADN donor. Bikana yang kompeten mungkin menghasilkan faktor protein ekstra seluler yang rupanya bertindak dengan cara mengikat atau menjerat fragmen-fragmen ADN donor pada situs-situs khusus pada permukaan bakteri.
Pentingnya transformasi sebgai mekanisme perubahan genetik secara alamiah diragukan. Mungkin proses tersebut menjadi menyusul terjadinya lisis suatu mikroorganisme dan pelepasan ADN-nya ke lingkungan sekitar, boleh jadi transformasi antara galur-galur bakteri dengan virulensi rendah dapat menyebabkan timbulnya sel-sel dengan virulensi tinggi. Tetap fenomena transformasi telah terbukti sangat berguna dalam penelitian-penelitian genetik bakteri di laboratorium, terutama untuk memetakan kromosom bakteri.
Konjugasi
Konjugasi atau perkawinan adalah pemindahan materi genetik antara sel-sel yang kontak satu sama lain secara fisik. Berbeda dengan transformasi dan transduksi yang hanya fragmen-fragmen kecil kromosom yang dipindahkan, pada konjugasi yang dipindahkan adalah fragmen besar, dan pada kasus-kasus tertentu bahkan seluruh kromosom.
Konjugasi pada bakteri pertama kali sering ditunjukkan oleh Lederberg dan Tatum pada tahun 1946. Mereka menggabungkan dengan dua galur mutan Escherichia coli yang berbeda yang tidak mampu mensintesis satu atau lebih faktor tumbuh esensial dan memberikan kesempatan untuk kawin. Kemudian mereka mencawankan biakan campuran tersebut kedalam medium minimal yang hanya menunjang pertumbuhan galur-galur tipe liar. Ketika mereka menemukan koloni-koloni tipe liar, mereka tahu bahwa koloni-koloni tersebut merupakan hasil rekombinasi genetik melalui konjugasi antar galur-galur mutan.
Konjugasi pada bakteri dapat dipahami lebih jelas ketika ditemukan bahwa ada diferensiasi seksual pada Escherichia coli. Ada tipe-tipe perkawinan yang berbeda-beda pada bakteri tersebut. Sel jantan mengandung sepotong ADN yang kecil dan bundar (sirkuler), di dalam sitoplasma dan tidak merupakan bagian dari kromosom yang dinamakan fakstor seks atau faktor F (faktor kesuburan+fertility factor). Sel ini disebut sebagai F+ dan tidak merupakan sel donor dalam perkawinan. Sel betina dinamakan f- dan tidak memiliki faktor tersebut, dianggap sebagai sel resipien.
Persilangan antara dua galur F- tidak menghasilkan rekombinan. Pada persilangan F+=xF-, yang jantan mereplikasikan faktor seksnya, dan satu kopi darinya hampir selalu dipindahkan ke sel resipien. Sel F- diubah menjadi sel F+ dan mampu menjadi donoro. Karena itu, selama sel-sel itu tumbuh proses konjugasi dapat berlanjut melalui penularan dengan pemindahan faktor seks secara berulang-ulang. Pemindahan faktor F di dalam persilangan F+ x F- terjadi dengan frekuensi yang mendekati 100 persen. Tetapi pembentukan rekombinasi dalam persilangan F+ x F- terjadi dengan frekuensi rendah yakni sekitar 1 rekombinan per 10 pangkat 4 sampai 10 pangkat 5. Sehingga jelaslah ahwa pemindahan faktor F tidak tergantung pada pemindahan gen-gen kromosomal.
DAFTAR PUSTAKA
Pelczar, Michael dan Chan. 2010. Dasar-dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.
Suharni, Tri Theresia, dkk. 2008. Mikrobiologi Umum. Yogyakarta: Universitas Atma Jaya
Syahrurachman, Agus. 1994. Mikrobiologi kedokteran ed.revisi. Jakarta: Bina Rupa Aksara
http://cahscient.files.wordpress.com/2008/08/textbook-mikrobiologi8.doc
