UNIVERSITAS UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULT FAKULTAS AS MATEMATIKA DAN ILMU IL MU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI Maret 2016 BAB I
PENDAHULUAN
A. Lata Latarr Bela Belaa a!" !"
Genetika meru$akan suatu 4abang ilmu ang dinamis dan berkembang dengan 4e$at" 5ekaasa genetika adalah suatu segi baru studi genetika ang men6an6ikan $ada masar masarakat akat baik $erkemb $erkembang angan an ang ang mengun menguntun tungka gkan n mau$un mau$un kemungk kemungkina inan n timbu ti mbuln lna a akib ak ibat7 at7 akiba akibatt ang ang memb memba( a(aa ben4a ben4ana na"" Kita Kita haru haruss mene meneru rung ngka kan n baga bagaim iman anaa 4ara 4ara untuk untuk menaklukan semua $enakit menurun dan kemungkinan terubahna suatu mikroba ang umum dan tidak berbahaa men6adi bentuk $atogenik" Saat ini kita kita telah telah mem$el mem$ela6a a6ari ri kema6u kema6uan7 an7kem kema6u a6uan an berart berartii ang ang dihasi dihasilka lkan n dankar dankaraa $asteu $asteurr mengena mengenaii $en6el $en6elasa asan n biolog biologii tentan tentang g $erist $eristi(a i(a 8ermen 8ermentas tasi! i! teori teori bibit $enakit! $enolakan generatio s$ontanea $ada semua tara8 kehidu$an" 1egitu 6ugasaat 9ohann Gregor Mendel melakukan studina $ada $e(arisan berbagai si8at $ada er4is" Studi inilah ang mula7mula diterbitkan $ada tahun '/.%! angmen6adi dasar a$a ang sekarang sekara ng dia4u d ia4u sebagai sebaga i Genetika Ge netika Mendel Mende l ):olk and ;hee ;heele lerr! '0! dan guanin )G0" Pada masa kini genetika telah mam$u men6elaskan 4ara =NA mengendalikan si8at dan mem$ertahankan $roses ang $enting di dalam sel hidu$" Langkah $ertama dalam $engeks$resian si8at ang dikandung =NA ialah dengan men4etak molekul 5NA berdasarkan urutan nukleotida $ada =NA"Molekul 5NAmeru$akan $olimer rantai tunggal ang terdiri dari em$at ma4am nukleotida aitu adenin )A0! urasil )U0! sitosin )>0 dan guanin )G0" )5istiati! -+++0 Geneti Genetika ka mikro mikrobia bia telah telah mengun mengungka$ gka$kan kan bah(a bah(a gen terdir terdirii dari dari =NA!su =NA!suatu atu $engamatan ang melekat dasar bagi biologi molekuler" ?Genetika bakterimendasari $erkembangan rekaasa genetika! suatu teknologi ang bertanggung 6a(ab terhada$
$erkembangan di bidang kedokteran" 1erdasarkan urian diatas! untuk mengetahui lebih lan6ut $engemasan bahan genetik bakteri! $enusun mengangkat 6udul @Genetika Mikroba"
B. R#$#%a! Ma%ala& 5umusan masalah ang ditemukan dari latar belakang antara lain& '" 1agaimana $roses mutasi serta a$a ang dimaksud dengan mutagenB -" 1agaimana mekanisme $emindahan bahan genetik $ada bakteriB '. T#(#a! Pembuatan makalah ini memiliki tu6uan antara lain& '" Untuk mengetahui $roses mutasi dan $engertian mutagen" -" Untuk mengetahui mekanisme $emindahan bahan genetik $ada bakteri"
BAB II ISI A. Pe!"ert)a! Ge!et)a M)r*+)a
Penelaahan tentang genetika $ertama kali dilakukan oleh seorang ahli botani bangsa Austria! Gregor Mendel $ada tanaman ka4ang $olongna" Pada tahun '/.+7an ia menilangkan galur7galur ka4ang $olong dan mem$ela6ari akibat7akibatna" Hasilna antara lain ter6adi $erubahan7$erubahan $ada (arna!bentuk! ukuran! dan siat7si8at lain
dari ka4ang $olong tersebut" Penelitian inilah ia mengembangkan hukum7hukum dasar kebakaan" Hukum kebakaan berlaku umum bagi semua bentuk kehidu$an" Hukum7 hukum mendel berlaku manusia dan 6uga organisme $er4obaan dahulu amat $o$uler dalam genetika! akni lalat buah Drosophila" Namun sekarang! $er4obaan7$er4obaan ilmu kebakaan dengan menggunakan bakteri Escherichia coli. 1akteri ini di $ilih karena $aling mudah di $ela6ari $ada tara8 molekuler sehingga meru$akan organisme $ilihan bagi banak ahli genetika" Hal ini membantu $erkembangan bidang genetika mikroba" 9asad renik ang di $ela6ari dalam bidang genetika mikroba meli$uti bakteri! khamir! ka$ang! dan Cirus )>am$bell! -++-0" Genetika mikrobia tradisional terutama berdasarkan $ada $engamatan atau obserCasi $erkembangan se4ara luas" :ariasi 8enoti8 telah diamati berdasar kemam$uan gen untuk tumbuh diba(ah kondisi terseleksi! misalna bakteri ang mengandung satu gen ang resisten terhada$ am$isilin da$at dibedakan dari bakteri kekurangan gen selama $ertumbuhanna dalam lingkungan ang mengandung anti biotik sebagai suatu bahan $eneleksi" >atatan! bah(a seleksi gen memerlukan eD$resina diba(ah kondisi ang te$at! da$at diamati $ada tingkat 8enoti8" Genetika mikrobia telah mengungka$kan bah(a gen terdiri dari =NA! suatu $engamatan ang melekat dasar bagi biologi molekuler" Penemuan selan6utna dari bakteri telah mengungka$kan adana restriction enzymes )enim restriksi0 ang memotong =NA $ada tem$at s$esi8ik! menghasilkan 8ragmen $otongan =NA" Plasmida diidenti8ikasikan sebagai elemen genetika ke4il ang mam$u melakukan re$likasi diri $ada bakteri dan ragi" Pengenalan dari sebuah 8ragmen $otongan =NA kedalam suatu $lasmid memungkinkan 8ragmen di $erbanak )teram$li8ikasi0" Am$li8ikasi regio =NA s$esi8ik da$at di 4a$ai oleh enim bakteri menggunakan $olmerase 4hain rea4tion )P>50 atau metode am$li8ikasi nukleotida berdasar enim ang lain )misalna am$li8ikasi berdasar transkri$si0" =NA ang di masukkan kedalam $lasmid da$at di kontrol oleh $romoter eks$resi $ada bakteri ang mengamati $rotein! di eks$resi $ada tingkat tinggi" Genetika bakteri mendasari $erkembangan rekaasa genetika! suatu teknologi ang bertanggung 6a(ab terhada$ $erkembangan di bidang kedokteran")9e(et! -++'0" Ada dua 8enomena biologi $ada konse$ hereditas aitu&
'" Hereditas ang bersi8at stabil di mana generasi berikut ang terbentuk dari $embelahan satu sel mem$unai si8at ang identik dengan indukna" -" :ariasi genetik ang mengakibatkan adana $erbedaan si8at generasi berikut dari sel indukna akibat $eristi(a genetik tertentu! misalna mutasi" Pada bakteri! unit herediterna disebut genom bakteri" Genom bakteri laimna disebut sebagai gen sa6a" Gen bakteri biasana terda$at dalam molekul =NA )asam deoksirinukleat0 tunggal! meski$un dikenal $ula adana materi genetik di luar kromosom )ekstrakromosomal0! ang di sebut $lasmid! ang tersebar luas dalam $o$ulasi bakteri" Meski$un bakteri bersi8at ha$loid! transimisi gen dari satu generasi ke generasi berikutna berlangsung se4ara linier! sehingga $ada setia$ siklus $embelahan sel! sel anakna menerima satu set gen ang identik dengan sel indukna" Kromosom bakteri ang terdiri dari =NA mem$unai berat lebih kurang -7,F dari berat kering satu sel" =engan mikrosko$ elektron! =NA tam$ak sebagai benang7 benang 8ibriler ang menem$ati sebagian besar dari Colume sel" Molekul =NA bila diekstraksi dari sel bakteri biasana mem$unai bentuk ang sirkuler! dengan $an6ang kira7kira ' mm" =NA ini mem$unai berat molekul ang tinggi karena terdiri dari hetero$olimer
dari deoksiribonukleotida
$urin
aitu Adenin
dan
Guanin dan
deoksiribonukleotida $irimidin aitu Sitosin dan Timin" ;atson dan >ri4k! dengan sinar menemukan bah(a struktur =NA terdiri dari dua rantai $oliribonukleotida ang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara $urin di satu rantai dengan $irimidin di rantai lain! dalam keadaan anti$aralel! dan disebut sebagai struktur double helix" Ikatan hidrogen ini hana da$at menghubungkan Adenin ). amino$urin0 dengan Timin )-!* dioksi % metil $irimidin0 dan antara Guanin )amino . oksi$urin0 dengan Sitosin )- oksi * amino $irimidin0" Singkatna $asangan basa $ada suatu sekuens =NA adalah A7T dan S7G" Karena adana sistem ber$asangan demikian! maka setia$ rantai =NA da$at di6adikan 4etakantemplate untuk membangun rantai =NA ang kom$lementer" ;aktu ter6adina $roses re$likasi =NA dalam $embelahan sel! molekul =NA dari sel anakna terdiri dari satu rantai =NA ang kom$lememter ta$i dibuat baru! dengan kata lain! $emindahan materi genetik dari satu generasi ke generasi berikutna adalah dengan 4ara semikonserCati8"
3ungsi $rimer =NA $ada hakikatna adalah sebagai sumber $erbekalan in8ormasi genetik ang dimiliki oleh sel induk" Proses re$likasi di ker6akan dengan amat lengka$ sehingga sel anakna menda$atkan $ula in8ormasi genetik ang lengka$! sehingga ter6adi kesetabilan genetik dalam suatu $o$ulasi mikroorganisme" Satu benang kromosom biasana terdiri dari lima 6uta $asangan basa dan terbagi atas segmen atau sekuens asam amino tertentu ang akan membentuk stuktur $rotein" Protein ini kemudian men6adi enim7enim! kom$onen membran sel dan struktur sel ang lain ang se4ara keseluruhan menentukan karakter dari sel itu" Mekanisme ang menun6ukan bah(a sekuen nukleotida di dalam gen menentukan sekuens asam amino $ada $embentukan $rotein adalah sebagai berikut& '" Suatu enim amino sel bakteri ang disebut enim 5NA $olimerase membentuk satu rantai oliribonukleotida ) messesnger 5NA m5NA0 dari rantai =NA ang ada" Proses ini diseut transkri$si" 9adi $ada transkri$si =NA! terbentuk satu rantai 5NA ang kom$lementer dengan salah satu rantai double helix dari =NA" -" Se4ara enimatik asam amino akan terakti8asi dan ditrans8er ke$ada trans8er 5NA ) t5NA ang mem$unai da$tor basa ang kom$lementer dengan basa m5NA di satu u6ungna dan mem$unai asam amino s$esi8ik di u6ung lainna tiga buah basa $ada m5NA di sebut tri$let basa ang laim disebut sebagai kodon untuk suatu asam amino" ," m5NA dan t5NA bersama7sama menu6u ke$ermukaan ribosom kuman! dan disinilah rantai $oli$e$tida terbentuk sam$ai seluruhkodon selesai diba4a men6adi men6adi suatu sekuen asam amino ang membentuk $rotein tertentu" Proses ini disebut translasi" 1akteri $aling sering digunakan dalam $er4obaan genetika" Keanekaragaman mikrobia se$erti bakteri da$at di$ertahankan melalui si8at karakteristik ang terus di(ariskan dari generasi selan6utna" 1akteri banak diketahui dan diteliti karena mudah dikembangbiakan dan $erkembangbiakan 4e$at" Selain itu! bakteri memiliki materi genetik ekstrakromosomal khas ang disebut $lasmid ang berbentuk sirkuler" Mikrobia! bakteri mudah bermutasi sehingga akan mun4ul Carietas7Carietas baru dari mikroba dan mikrobia 4enderung memiliki daa hidu$ ang tinggi )resisten0 terhada$ 4ekaman lingkungan dan kondisi ang tidak menguntungkan" Kemam$uan atau daa hidu$ ang
tinggi $ada mikrobia menebabkan mikrobia da$at hidu$ di lingkungan mana$un )Snustad! -+'-0"
=NA mikroba mengandung basa $urin dan $irimidin" Urutan keduana sangat menentukan 4iri tertentu $ada mikroba" Urutan ini sangat mudah berubah oleh berbagai 8aktor dan a$abila ter6adi $erubahan dalam urutan ini maka akan ter6adi $erubahan $ada urutan asam amino ang disandi oleh gen" Akibatna ter6adi $erubahan 8enoti8 $ada mikroba"Perubahan dalam urutan basa nukleotida ini disebut mutasi )=arkuni! -++'0" Mutasi banak ter6adi $ada (aktu $roses sintesa =NA terutama $ada (aktu $enem$atan basa $urin dan $irimidin ang mengalami @kesalahan" 1ila mutasi ini ter6adi $ada enim $olmerase ang berhubungan dengan =NA! maka mutasi akan berlangsung dengan 8rekuensi ang relati8 tinggi" Hal ini dikarenakan tidak ada lagi kemam$uan dari enim itu untuk bertugas mengatur $enem$atan basa $urin dan $irimidin" Mutasi 6uga da$at ter6adi karena hilangna $asangan basa $urin atau $irimidin" 1ahkan karena adana $enambahan $asangan basa$un da$at 6uga ter6adi mutasi" Sebab hilangna atau $enambahan tersebut 6ustru akan berakibat ter6adi @kesalahan dalam $emba4aan sandi $ada saat ter6adi transkri$si ke m5NA" )=arkuni! -++'0" Mutasi mudah ter6adi $ada mikroba terutama karena 4iri dan karakter dari mikrobia tersebut sangat di$engaruhi oleh urutan dari basa $urin dan $irimidin di dalam meteri genetik mikrobia tersebut" Perubahan urutan nukleotida $aling sering ter6adi karena kesalahan selama re$likasi =NA dan kerusakan =NA! baik kerusakan =NA karena mekanisme delesi atau insersi $ada kerangka =NA tersebut" Perubahan urutan nukleotida akan berdam$ak $ada 8enoti$ dari sel tersebut" Perubahan 8isiologis sel! misalna adana bebera$a enim ang tidak terbentuk $ada mutan tertentu! kemudian $erubahan mor8ologi! dan ter6adina resistensi terhada$ at dan kondisi lingkungan tertentu )Pangastuti! -++.0"
2. Ma/a$$a/a$ M#ta%) a. M#ta%) T)t) P*)!t M#tat)*! Mutasi ini da$at ter6adi $ada satu tem$attitik $asangan basa"Padatem$at
atau titik ini ter6adi $erubahan $asangan basa" Misalna ter6adi $erubahan $ada basa timin ang digantikan oleh basa sitosin! atau basa adenin digantikan oleh guanin" Mutasi ini akan berakibat& )a0 tidak ter6adi $embentukan $rotein! )b0 ter6adi $embentukan $rotein akan teta$i teta$ ter6adi $erubahan atau mutasi ang tidak 6elas" Mutasi ini disebut mutasi tidak nata )silent mutation0 dan )40 ter6adi $enggantian asam amino" >ontoh basa adenin ang digantikan o leh guanin dan timin digantikan oleh sitosin" Gambar '& Mutasi titik ang ter6adi $ada hemogloblin
)sumber& htt$&biologimediacentre.com/ mutasi/0
+. M#ta%) H)la!"!3a Ba%a Mutasi ini ter6adi disebabkan oleh hilangna basa dalam 6umlah ang lebih
dari satu" Kehilangan ini akan menebabkan ter6adina $ergeseran dalam hal $emba4aan sandi ang $ada akhirna akan menebabkan $erubahan urutan asam amino" Akibat ang ditimbulkan oleh mutasi ini da$at menebabkan $rotein ang terbentuk tidak ber8ungsi"
Gambar -& Mutasi titik ang ter6adi $ada hemogloblin )sumber& htt$&biologimediacentre.com/ mutasi / 0 /. M#ta%) S#re%*r Mutasi ini meru$akan mutasi ang mengakibatkan mutasi ang ter6adi
sebelumna men6adi @normal kembali" Pada mutasi ini ter6adi @$enusu$an basa lain ang menebabkan kembalina urutan susunan asam amino ang seolah7olah susunan itu se$erti men6adi @normal kembali" ;alau demikian mutasi ini teta$ menghasilkan $erubahan ang se4ara 8enoti8 da$at tam$ak atau ter6adi mutasi tidak nata" Perhatikan bagan berikut& )menurut 1ibiana ;"La0 ,. M#ta%) S*!ta! Mutasi s$ontan a(alna tidak diketahui! sering disebut @background mutation" Kontrol genetik mutabilitas bebera$a gen ang diketahui da$at disebabkan oleh @mutator gen lain" Mutasi s$ontan da$at dibedakan men6adi '0 mutasi s$esi8ik ang $engaruhna terbatas $ada satu lokus dan -0 mutasi nons$esi8ik se4ara simultan mem$engaruhi $ada bebera$a lokus"
e. M#ta%) Tere,#%) Mutasi terinduksi di$engaruhi oleh keadaan lingkungan ang tidak normal!
misalna& radiasi $engion )$erubahan Calensi sena(a kimia melalui $enambahan
elektron ang dihasilkan oleh $roton! neutron! atau oleh sinar " 5adiasi non$engion $enambahan tingkat energi atom )eksitasi0! ang membuatna kurang stabil )4ontoh& radiasi U:! $anas0 " Mutasi dari Sudut Pandang Macam Sel
Ada mutasi somatik dan germinal" Mutasi germinal gametic mutation/germ line mutation adalah mutasi ang ter6adi $ada sel germ! sedangkan mutasi somatik adalah ang ter6adi $ada sel somatik" Akibat mutasi somatik $ada he(an dan manusia tidak da$at di(ariskan! namun $ada tumbuhan bisa di(ariskan melalui re$roduksi seksual atau aseksual" Pada mutasi germinal! akibat mutasi ang dominan segera tereks$resi $ada turunan" Sebalikna! 6ika mutasi bersi8at resesi8! maka e8ek mutasina tidak terdeteksi karena kondisi ang heteroigot" Mutasi dari Sudut Pandang Ruang Lingkup Kejadian
Ada mutasi kromosom dan mutasi gen" Mutasi gen ter6adi di lingku$ gen" Sedangkan mutasi kromosom ada di lingku$ kromosom" Mutasi gen da$at beru$a $erubahan urutan =NA! termasuk substitusi $asangan basa! adisi atau delesi satu atau lebih $asangan basa" E8ek mutasi gen hana menim$a satu nukleotida" Mutasi titik adalah mutasi ang hana menim$a satu $asang nukleotida dalam gen"
Macam-macam Mutasi Gen yang Spesifik
a" Mutasi $ergantian basa )base pair substitution mutation0! meru$akan $erubahan ang ter6adi $ada suatu gen beru$a $ergantian satu basa oleh $asangan basa lainna" Misalna AT diganti $asangan GS" b" Mutasi transisi! $ada mutasi ini ter6adi $ergantian basa $urin dengan basa $urin lain! basa $irimidin dengan basa $irimidin lain! basa $urin7$irimidin dengan basa $urin7$irimidin lain! basa $irimidin7$urin dengan basa $irimidin7$urin lain" Misal AT GS! GS AT! TA SG! SG TA" 4" Mutasi transCersi! $ada mutasi ini ter6adi $ergantian basa $urin dengan basa $irimidin! basa $irimidin dengan basa $urin! basa $urin7$irimidin dengan basa $irimidin7$urin! basa $irimidin7$urin dengan basa basa $urin7$irimidin" Misal AT TA! GS SG! AT SG! SG TA" d" Mutasi misens meru$akan mutasi ang ter6adi karena $erubahan suatu $asangan basa )dalam gen0 ang mengakibatkan ter6adina $erubahan suatu kode genetika!
sehingga asam amino ang terkait )$ada $oli$e$tida0 berubah dan 8ungsi $rotein 6uga berubah" Hal itu menebabkan indiCidu mutan da$at mem$erlihatkan karakter berbeda" Namun suatu mutasi mungkin tidak menimbukan suatu 8enoti$ 6ika mun4ulna suatu asam amino $engganti belum menimbulkan $erubahan $rotein ang nata" e" Mutasi nonsense meru$akan suatu $ergantian $asangan basa ang berakibat ter6adina $erubahan suatu kode genetika $engode asam amino men6adai kode kode genetika $engode terminasi" Misal kode genetika $engode asam amino tri$to8an )UGG0 men6adi UAG" 8" Mutasi netral meru$akan $ergantian $asangan basa ang terkait ter6adina $erubahan suatu kode genetika ang 6uga menimbulkan $erubahan asam amino terkait! teta$i tidak sam$ai mengakibatkan $erubahan 8ungsi $rotein" Misal kodon AGG ang mengode asam amino lisin mengalami mutasi men6adi A>G ang mengode asam amino arginin! namun asam amino arginin se4ara kimia(i ekiCalen dengan asam amino lisin dan sama7sama asam amino dasar sehingga keduana memiliki si8at7si8at ang 4uku$ miri$" =engan demikian 8ungsi $rotein tidak berubah" g" Mutasi diam meru$akan ti$e mutasi netral ang khusus dimana ter6adi $ergantian $asangan asam basa $ada gen ang mengakibatkan $erubahan satu kodon! namun tidak mengakibatkan $ergantian asam amino ang dikode" Misal kodon AGG termutasi men6adi AGA! namun keduana mengode asam amino ang sama aitu Arginin" h" Mutasi $erubahan rangka ter6adi karena adisi atau delesi satu atau lebih dari $asangan basa dalam suatu gen" Adisi dan delesi itu mengubah kerangka $er4obaan 5NAd! sehingga ter6adi $erubahan urutan asam amino" '. M#ta"e!
Mutagen adalah sena(a kimia atau 8aktor 8isika(i ang da$at menebabkan mutasi" Misalna sinar ultraCiolet )U:0 meru$akan mutagen ang kuat karena sinar U: da$at menembus sel dan diabsor$si dengan kuat oleh timin )T0 dan sitosin )>0" Absor$si U: oleh timin da$at menebabkan terbentukna dimer timin ang berdekatan sehingga da$at mengubah =NA ang akan mengganggu $roses re$likasi" Sena(a kimia ang da$at menebabkan mutasi! misalna HN#- karena asam ini menimbulkan deaminasi
$ada basa nitrogen nukleotida" Asam nitrit da$at mengubah adenin )A0 men6adi hi$oDantin )H0! sitosin )>0 men6adi urasil )U0 dan guanin )G0 men6adi Dantin )0" )5istiati! -+++0 Sena(a kimia mutagen ang lain adalah analog basa" Ini adalah sena(a kimia ang
strukturna
4uku$
menamai
basa
=NA ang
normal sehingga da$at
menggantikanna selama berlangsungna re$likasi =NA" Meski$un strukturna miri$! analog basa tidak mem$unai si8at ikatan hdrogen ang sama se$erti basa ang normal" Karena itu da$at menebabkan ter6adina kesalahan dalam re$likasi ang mengakibatkan mutasi" Misalna -7amino$urin adalah analog adenin )A0 dan da$at ber$asangan dengan timin )T0 atau sitosin )>0" %71romourasil adalah analogtimin )T0 dan da$at ber$asangan dengan adenin )A0 atau guanin )G0" Selain itu sinar D! sinar J dan $artikel energi tinggi )se$erti neutron! $artikel ! $artikel 0 sangat ber$otensi sebagai mutagen )5istiati! -+++0"
D. Mea!)%$e M#ta%) Mutasi $aling umum ter6adi selama re$likasi =NA" 1ebera$a mutasi ter6adi
sebagai akibat kerusakan ang ditimbulkan oleh 4ahaa ultraCiolet atau sinar " Karena unsur7unsur ini meru$akan bagian ang tak terhindarkan dari lingkungan" Tidak satu$un mekanisme tertentu ang da$at diusulkan untuk menerangkan $engaruh mutagenik sinar " Karena sinar da$at menebabkan $e4ahna banak ikatan kimia(i ang berbeda7 beda ma4amna! maka mungkin merusak =NA dengan berbagai 4ara" Pengaruh utama 4ahaa U: ialah menebabkan $embentukan dimer dengan ikatan silang antara $irimidin7$irimidin ang bersebelahan! terutama timin" =imer ini menga4aukan $roses re$likasi ang normal )Pel4ar! -++/0" Penemuan ang $aling banak membuka rahasia mutasi $ada tahun7tahun belakangan ini datang dari $enelitian mengenai $engaru hmutagenik berbagai bahan kimia" Ada dua ti$e sena(a kimia ang mutagenik" Yang $ertama terdiri dari sena(a7 sena(a ang da$at bereaksi se4ara kimia(i dengan =NA" Karena kekhususan re$likasi =NA bergantung $ada ikatan $urin7$irimidin! ang diakibatkan oleh ikatan hidrogen antara gugusan7gugusan amino dan hidroksil ini da$at menebabkan mutasi" Asam
nitrous! ang da$at membuang gugusan amino dari $urin dan $irimidin! adalah mutagen sema4am itu )Pel4ar! -++/0" E. T)e M#ta! Bater) Semua si8at sel7sel hidu$ dikendalikan oleh gen maka 4iri sel ang mana$un da$at
berubah karena mutasi" 1erbagai ragam mutan ba kteri telah diisolasi dan di$ela6ari se4ara intensi8" 1ebera$a dari ti$e7ti$e utama mutan adalah sebagai berikut& '" Mutan ang mem$erlihatkan toleransi ang meningkat terhada$ unsur7unsur $enghambat! terutama antibiotik )mutan ang resisten terhada$ antibiotik atau obat7obatan0" -" Mutan ang
menun6ukkan
kemam$uan
8ermentasi
ang
berubah
atau
meningkatna atau berkurangna ka$asitas untuk menghasilkan bebera$a $roduk akhir" ," Mutan ang mem$unai de8isiensi akan nutrisi )oksotro8ik0! aitu membutuhkan medium ang lebih kom$leks untuk tumbuhna dari$ada biakan aslina" *" Mutan ang tidak mam$u menggunakan substrat" %" Mutan ang mem$erlihatkan $erubahan dalam bentuk koloni atau kemam$uan untuk menghasilkan $igmen" ." Mutan ang menun6ukkan $erubahan $ada struktur $ermukaan dan kom$osisi selna )mutan antigenik0" 2" Mutan ang resisten terhada$ aksi bakterio8age" /" Mutan ang mem$erlihatkan bebera$a $erubahan $ada 4iri74iri mor8ologis! misalna hilangna kemam$uan untuk menghasilkan s$ora!ka$sul atau 8lagella" Ada banak im$likasi $raktis ang berkaitan dengan ter6adina mutan mikrobia" Hal ini digambarkan oleh 4ontoh74ontoh berikut& '" =iketahui ada bebera$a mikroorganisme ang menggambarkan resistensi terhada$ antibiotik7antibiotik tertentu akibat mutasi" Kenataan ini sangat $enting dalam $engobatan $enakit! karena antibiotik ang $ada mulanae8ekti8 untuk mengendalikan suatu in8eksi ba4terial men6adi kurang atau tidak lagi e8ekti8 ketika mun4ul mutan7 mutan ang resisten terhada$ antibiotik ang bersangkutan" -" =a$at diisolasi mutan biokimia(i ang mam$u menghasilkan suatu $roduk akhir dalam 6umlah besar" Hal ini $enting dalam industri" Sebagai 4ontoh! 6umlah $enisilin ang dihasilkan dalam $roduksi komersial meningkat se4ara dramatis melalui seleksi galur7galur mutan Peni4illium"
," Pemeliharaan biakan murni s$esies7s$esies 6asad renik ang ti$ikal mensaratkan ter4egahna mutasi! kalau tidak maka biakan tersebut tidak akan ti$ikal lagi *" Mutan mikroba telah digunakan se4ara meluas di dalam $enelidikan berbagai $roses biokimia(i! terutama reaksi7reaksi bio7sintetik" Sebagai 4ontoh! mutan7 mutan ang terhalang atau rusak $ada langkah7langkah enimatik ang berbeda7 beda telah digunakan untuk meningka$ seluk beluk rangkaian metabolik" 1anak mutan! mungkin sebagian besar da$at balik ke kondisi liar melalui mutasi balik! aitu kembalina sel7sel mutan ke 8enoti$e asalna" Akan teta$i! hal ini tidak mesti disebabkan oleh $embalikan mutasi aslina se4ara te$at" Kadang7kadang! $engaruh mutasi asli da$at ditekan sebagian atau seluruhna oleh mutasi kedua $ada situs ang berbeda $ada kromosom"
F. Mea!)%$e Pe$)!,a&a! Ba&a! Ge!et) a,a Bater)
Per$indahan gen meru$akan suatu kegiatan ang dilakukan bakteri dengan mengirimkan in8ormasi genetik )=NA0 dari sel donor ke sel resi$ien" Pertukaran gen antar bakteri da$at ter6adi karena bakteri $ada umumna hidu$ berkoloni bahkan ber4am$ur dengan banak bakteri 6enis lain" Pertukaran gen akan menghasilkan rekombinan baru" Pertukaran gen atau materi genetik se4ara garis besar dilakukan melalui 4ara trans8er gen dan trans$osisi" Trans8er gen meru$akan $er$indahan materi genetik termasuk $lasmid dari sel donor ke sel resi$ien" Sedangkan trans$osisi meru$akan $emindahan rantai =NA $endek )hana bebera$a urutan sa6a0 antara satu $lasmid ke $lasmid lain! atau dari kromosom ke $lasmid dalam sel tersebut" Trans8er gen ter6adi melalui bebera$a 4ara aitu! trans8ormasi! transduksi! dan kon6ugasi )Snustad! -+'-0" a. Tra!%4*r$a%) Kali $ertama diamati oleh 3rederi4k Gri88ith )'<-/0 3ragmen =NA bebas da$at
mele(ati dinding sel dan kemudian bersatu dalam genom sel tersebut sehingga mengubah genoti$na" Hal ini biasana diker6akan di laboratorium dalam $enelitian rekaasa genetika! ta$i da$at $ula ter6adi se4ara s$ontan meski$un dalam 8rekuensi ang ke4il"
Trans8ormasi meru$akan $roses $emindahan =NA telan6ang ang mengandung se6umlah terbatas in8ormasi =NA dari satu sel ke sel ang lain"=NA tersebut di$eroleh dari sel donor melalui lisis se4ara alamiah atau dengan 4ara ekstraksi kimia(i! begitu =NA diambil oleh sel resi$ien makater6adilah rekombinasi" Ge6ala trans8ormasi ini ditemukan kali $ertama $ada Streptococcus pneumonia oleh 3" Gri88ith $ada tahun '<-/" Pengamatanna menun6ukkan bah(a ada dua ma4am ti$e koloni bakteri tersebut! aitu koloni halus )ti$e S atau smooth0 ang bersi8at $atogen dan koloni kasar )ti$e 5 atau rough0 ang non $atogen" =alam $er4obaanna ditemukan 6ika 4am$uran bakteri ti$e S ang telah dimatikan dengan $emanasan dan sel ti$e 5 hidu$ disuntikkan $ada tikus maka tikus akan mati dan dari bangkai tikus da$at diisolasi bakteri ti$e S ang hidu$" Gri88ith mengatakan bah(a ada substansi ang berasal dari bakteri ti$e S )mati0 diambil oleh bakteri ti$e 5 )hidu$0 sehingga ti$e 5 ini berubah men6adi ti$e S ang $atogen" Perubahan dari ti$e 5 ke ti$e S ini disebut trans8ormasi" Pada tahun '<**! #s(ald ACer! Ma4leod! M4>art mengisolasi substansi tersebut dan berhasil mengidenti8ikasina sebagai =NA"Per4obaan ACer dan ka(an7ka(an inilah ang mendemontrasikan untuk $ertama kali bah(a bahan genetik adalah =NA )Gardner! -+++0" Man8aat ang dida$at dari trans8ormasi gen $ada bakteri aitu meru$akan sarana $enting
dalam rekaasa genetika" Selain itu banak $enelitian ang telah
menggunakan hasil trans8ormasi untuk memetakan kromosom bakteri dan sangat berman8aat untuk $enelitian genetika dalam laboratorium" +. K*!(#"a%) Trans8er unilateral materi genetik antara bakteri se6enis mau$un dengan 6enis lain
da$at ter6adi melalui $roses kon6ugasi )mating 0" Hal ini dimungkinkan karena adana 8aktor 3 ang menentukan adana $ili seks $ada Cirus bakterial tertentu" Kuman ang mem$unai $ili seks disebut kuman 3! dan melalui $ilina materi genetik dari sel donor )30 termasuk $lasmid =NAna da$at ber$indah ke dalam sel resi$ien" 9adi gen7 gen tertentu ang memba(a si8at resistensi $ada obat da$at ber$indah dari $o$ulasi kuman ang resisten ke dalam kuman ang sensiti8" =engan 4ara inilah sebagian besar dari si8at resisten obat tersebar dalam $o$ulasi kuman dan menimbulkan a$a ang disebut multidrug resistance"
Kon6ugasi meru$akan $emindahan bahan genetik dari suatu sel bakteri ang bertindak sebagai donor ke$ada sel bakteri ang bertindak sebagai resi$ien" Pada $roses kon6ugasi! sel donor )6antan0 memasukkan sebagian =NA ke dalam sel resi$ien melalui $ili seks ang dimiliki oleh sel 6antan" Setelah =NA donor masuk ke dalam sel resi$ien! enim7enim ang beker6a $ada =NA resi$ien menggunting dan mengeksisi suatu 8ragmen =NA resi$ien" Kemudian =NA donor di$adukan ke dalam kromosom resi$ien di tem$at =NA ang tereksisi" Pemindahan ini dikode oleh $lasmid" Plasmid adalah unsur genetis ekstra kromosomal )diluar kromosom0 dan da$at melangsungkan re$likasi didalam sito$lasma sel bakteri" Plasmid adalah $otongan bundar =NA ang meru$akan gen tambahan" 1ila unsur ekstra kromosomal da$at bere$likasi dan ter$adu ke dalam kromosom bakteri disebut e$isom" Hal ini membedakan e$isom dari $lasmid! karena $lasmid tidak ter$adu ke dalam kromosom" Pada bakteri gram negati8 misalna E"4oli! konugasi ter6adi dengan 4ara $erlekatan antara sel donor dengan sel resi$ien melalui $iliseks atau 8aktor 3 )8aktor kesuburan atau fertility factor 0" Pada bakteri gram $ositi8 misalna Stre$to4o44us 8ae4alis! $erlekatan antara sel donor dan resi$ien tidak melaui $ili" Proses konugasi se4ara arti8i4ial da$at digunakan untuk memetakan gen $ada bakteri )5istiati! -+++0" /. Tra!%,#%) Transduksi meru$akan $roses $emindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri lain melalui bakterio8age" 1ila bakterio8age menerang bakteri maka =NA bakterio8age dii6eksikan ke dalam sel bakteri" Saat =NA 8age dikemas di dalam $embungkusna untuk membentuk bakteri7bakteri 8age baru! =NA 8age tersebut da$at memba(a sebagian dari =NA bakteri ang telah men6adi inangna" Selan6utna! bila 8age mengin8eksi bakteri lainna! maka 8age akan memasukkan =NA7na ang mengandung sebagian dari =NA bakteri inang sebelumna" =engan demikian! 8age tidak hana memasukkan =NA7na sendiri ke dalam sel bakteri ang diin8eksina! teta$i 6uga memasukkan =NA dari bakteri lain ang ikut terba(a $ada =NA 8age" 9adi! se4ara alami 8age memindahkan =NA dari satu sel bakteri ke bakteri lainna" Ada dua kemungkinan ang ter6adi aitu sel mengalami lisis atau bersi8at lisogenik )Snustad! -+'-0" Lisis ter6adi 6ika =NA bakterio8age akan mengambil alih 8ungsi metabolisme bakteri untuk mem$roduksi =NA dan $rotein bakterio8age! kemudian ter6adi $erakitan $artikel Cirus dan akhirna Cirus ang utuh akan keluar dari sel bakteri ketika sel
mengalami lisis" Sedangkan =NA bakterio8age akan berintegrasi dengan =NA bakteri sehingga terbentuklah bakteri ang bersi8at lisogenik" 1akteri ang bersi8at lisogenik da$at mengalami 8ase litik! namun belum diketahui $enebab dari 8enomena tersebut" =i alam keadaan demikian! =NA bakterio8age akan mele$askan diri dari =NA bakteri dan mengambil alih 8ungsi metabolisme untuk menghasilkan $artikel Cirus ang baru se$erti halna
$ada
kemungkinan $ertama"
Proses
transduksi
di$ergunakan
untuk
mengembangkan galur 7galur bakteri baru! memetakan kromosom bakteri dan untuk banak $er4obaan genetis lain" Transduksi da$at 6uga ter6adi dengan 4ara =NA dari $lasmid masuk ke dalam genom bakterio8ag" #leh bakterio8ag $lasmid ditrans8er ke $o$ulasi bakteri lain" Transduksi biasa ter6adi $ada bakteri Gram $ositi8 se$erti Staphylococcus! ta$i diketahui $ula ter6adi $ada Salmonella. Plasmid
Materi genetik bakteri
diba(a dalam satu kromosom utama dan dalam satu
sam$ai bebera$a molekul =NA ekstrakromosomal ang disebut $lasmid" Plasmid meru$akan elemen genetik ang beru$a molekul =NA utas ganda sirkuler )tak beru6ung0 ang berukuran ke4il! ang da$at mere$likasi se4ara inde$enden dari kromosom utama dalam keadaan eDtra4hromosomal )diluar kromosom0" Plasmid tidak di$erlukan untuk kelangsungan hidu$ sel tem$at mereka tinggal" Namun! dalam kondisi lingkungan tertentu se$erti ketika terda$at antibioti4! $lasmid ber8ungsi $enting 6ika $lasmid tersebut memba(a gen untuk resistensi terhada$ antibioti4 )Gardner! -+++0" =alam bakteri E" 4oli ada tiga 6enis $lasmid utama aitu& )i0 8aktor 3! )8ertilitas0 ang bertanggung 6a(ab terhada$ $roses kon6ugasi )ii0 Plasmid 5! )resistensi0 mengandung gen resistensi terhada$ antibioti4 atau logam berat sehingga sel inang resisten terhada$ antibiotik dan obat antibakteri lain dan )iii0 $lasmid >ol! menandi $rotein ang membunuh sel7sel sensiti8 E" >oli )Gardner! -+++0"" 1erdasarkan kemam$uana untuk membuat sel inang berkon6ugasi! $lasmid dibedakan men6adi - aitu $lasmid conjugative dan $lasmid ang non4on6ugatiCe" Si8at 4on6ugatiCe $ada banak $lasmid 5 ber$eran $enting dalam $enebaran se4ara 4e$at gen antibioti4 dan resistensi obat $ada $o$ulasi bakteri $athogen" EColusi 5 $lasmid ang membuat bakteri inang resisten terhada$ bebera$a antibiotik telah men6adi masalah
kesehatan ang serius ! dan $enggunaan antibiotik untuk tu6uan nonthera$euti4 telah memberikan kontribusi terhada$ eColusi 4e$at dari bebera$a bakteri sehingga berkali7kali lebih resistan terhada$ obat )Gardner! -+++0" Episom
3aktor 3 dan materi geneti4 tertentu memiliki si8at ang unik ang disebut e$isom" Menurut 9a4ob dan ;ollman! e$isom adalah elemen genetik ang tidak $enting untuk inang dan da$at mere$likasi se4ara otomatis atau terintegrasi ke dalam kromosom bakteri inang " e$isom tidak sama dengan $lasmid" E$isom memiliki kemam$uan untuk memasukkan diri ke dalam kromosom " kemam$uan ini tergantung $ada keberadaan sekuens =NA $endek ang disebut insertion seOuen4es ) atau IS elemen0" insertion seOuen4es ) dari sekitar /++ sam$ai sekitar '*++ $asang nukleotida $an6ang 0 meru$akan trans$osabel aitu elemen ang da$at ber$indah dari satu kromosom ke kromosom ang berbeda" Selain itu! IS elemen memediasi rekombinasi antara unsur7unsur genetik dinatakan nonhomolog" =engan kata lain e$isome meru$akan $enggalan $lasmid ang berintegrasi dengan kromosom dan akhirna meru$akan bagian dari kromosom tersebut )Le(in! -++*0" Transposon
Plasmid ke4il ang da$at ber$indah diantara molekul =NA ang memiliki struktur basa ang berlainan" Trans$oson tidak memba(a in8ormasi genetika ang dibutuhkan untuk memasangkan re$likasi sendiri terhada$ $embagian sel! sehingga $erkembangbiakanna tergantung $ada $enatuan 8isikna dengan re$lika bakteri" Penatuan ini dibantu oleh kemam$uan trans$oson untuk membentuk tiruanna sendiri! ang mungkin disisi$kan dalam re$lika ang sama atau mungkin disatukan $ada re$lika lainna" S$esi8isitas dari rangkaian $ada bagian sisi$an biasana rendah! sehingga trans$oson kadang 4enderung menisi$ dalam sistem a4ak" Sebagian besar $lasmid ditrans8er antar sel bakteri! dan $enisi$an dari sebuah trans$oson ke dalam suatu $lasmid bisa menebabkan $enebaran dalam sebuah $o$ulasi )Le(in! -++*0"
G. Da$a Pe$)!,a&a! Mater) Ge!et)
Pengaruh lingkungan 6uga digambarkan oleh adana trans8er gen se4ara horiontal dalam suatu komunitas" Untuk organisme ang bere$roduksi se4ara aseksual terda$at
8enomena umum beru$a ter6adina rekombinasi genetik antar kelom$ok ang tidak sekerabat" Trans8er gen sema4am ini telah diketahui se6ak tahun '<-/" Trans8er gen da$at ter6adi langsung melalui kontak antar sel )kon6ugasi0 mau$un dengan $erantaraan Cirus )transduksi0" 1ahkan sel bakteri 6uga memiliki kemam$uan untuk mengambil molekul =NA bebas ang ada di lingkunganna" Hal ini meru$akan salah satu $enebab tinggina la6u mutasi $ada genom bakteri" Gen ang umumna di$ertukarkan dalam komunitas biasana berhubungan dengan kemam$uan kelangsungan hidu$! misalna gen $enandi resistensi terhada$ antibiotik! logam berat! serta 8iksasi nitrogen" Gen7gen tersebut biasana berukuran ke4il! 8ungsional! dan ada$ti8" Teta$i bebera$a $enelitian akhir7akhir ini menun6ukkan bah(a trans8er gen se4ara horiontal ternata lebih umum ter6adi dari$ada ang di$erkirakan" Sistem gen integrase ang ber8ungsi untuk mem8asilitasi $ertukaran gen! ternata umum dimiliki oleh banak kelom$ok bakteri! bersama dengan gen 8ungsional ang di$eroleh dengan 4ara ini )Mael et al " dalam Pangastuti! -++.0" Trans8er gen se4ara horiontal teramati $ada gen hrp, ang ber8ungsi dalam interaksi $atogen dengan inang dan da$at ditemukan $ada berbagai subkelas $roteoba4teria" Gen ini diduga di$eroleh melalui $ertukaran gen se4ara horiontal dari$ada melalui $e(arisan )Gabriel!'<<< dalam Pangastuti! -++.0" Pada Escherichia coli dan seudomonas trans8er gen sema4am ini sangat sering ter6adi! bahkan $ada E. coli di$erkirakan sekitar '/F dari total genomna meru$akan hasil integrasi gen ang ditrans8er se4ara horiontal" Pada bakteri $em8iksasi nitrogen! lebih dari %F bagian kromosom meru$akan hasil $ertukaran gen dan sebagian besar berhubungan dengan 8ungsi" Trans8er gen se4ara horiontal ber$otensi untuk meningkatkan kemam$uan ada$tasi di lingkungan ang baru" =ubnau )'<<< dalam Pangastuti! -++.0 menim$ulkan bah(a integrasi gen asing $ada bakteri gram negati8 mau$un gram $ositi8 ber8ungsi untuk men4i$takan keragaman genetik! ang kemudian dieks$resikan men6adi keragaman 8enoti$e! untuk mem$ertahankan kebugaran eColusioner dari $o$ulasi" Selan6utna stabilitas gen asing ini di$ertahankan dengan seleksi alam! gen ang sesuai dengan lingkungan akan di$ertahankan! sedangkan ang tidak diinginkan akan 4enderung di$ertukarkan lagi" Adana sekuen gen ang tidak diinginkan $ada s$esies bakteri tertentu akan mendukung ter6adina $ertukaran gen tersebut"
=engan adana trans8er gen se4ara horiontal ini maka s$esies dan genus bakteri sebaikna dilihat sebagai kelom$ok organisme ang memiliki suatu inti struktur kromosom ang umum dimiliki kelom$ok tersebut dengan kemungkinan bah(a indiCidu ber$otensi menerima gen a$a$un dari kelom$ok ang tidak sekerabat" Menurut Young )dalam Pangastuti! -++.0 $erubahan eColusioner diasumsikan ter6adi melalui seleksi alam dari mutasi dalam genom ang relati8 stabil" Pengaruh lingkungan ber8ungsi untuk menginduksi $erubahan! sehingga stabilitas meru$akan 8ungsi dari struktur genom" Perubahan eColusi meru$akan hasil dari tekanan lingkungan" Genom $rokarota sangat mudah mengalami mutasi karena se4ara alami la6u mutasina tinggi dan ditambah oleh adana
trans8er gen horiontal" Seleksi alam memegang $eran utama dalam
mem$ertahankan stabilitas suatu taksa ang telah ada atau menghasilkan $erubahan ada$tasional ang akan menu6u eColusi suatu taksa baru"
BAB III PENUTUP Ke%)$#la!
'" Mutasi banak ter6adi $ada (aktu $roses sintesa =NA terutama $ada (aktu $enem$atan basa $urin dan $irimidin ang mengalami @kesalahan" 1ila mutasi ini ter6adi $ad a enim $olmerase ang berhubungan dengan =NA! maka mutasi akan berlangsung dengan 8rekuensi ang relati8 tinggi" Hal ini dikarenakan tidak ada lagi kemam$uan dari enim itu untuk bertugas mengatur $enem$atan basa $urin dan $irimidin" Mutagen meru$akan sena(a kimia atau 8aktor 8isika(i ang da$at menebabkan mutasi" -" Ada , mekanisme $er$indahan materi genetik aitu ang $ertama dengan trans8ormasi! kemudian kon6ugasi dan ang terakhir transduksi"
DAFTAR RUJUKAN
>am$bell! et all " -++-" 1iologi edisi % 6ilid '" 9akarta& Erlangga" =arkuni! NoCiar" -++'" Mikrobiologi )1akteriologi! :irologi dan Mikologi0" Malang& UniCersitas Negeri Malang" Gardner! E"9"! dkk" -+++" Prin4i$le o8 Geneti4" Ne( York& >hi4hester71risbane7Toronto7 Singa$ore& 9ohn ;ile and Sons In4" Le(in! 1en6amin" -++*" !enes "###. United States o8 Ameri4a& Pearson Prenti4e Hall Pearson Edu4ation! In4" Pangastuti! Artini. -++.. =e8inisi S$esies Prokarota 1erdasarkan Urutan 1asa Gen Penandi '.s r5NA dan Gen Penandi Protein" $#%D#"E&S#'(S. 2),0& -<-7-<." Pel4ar! Mi4hael" -++/! =asar7=asar Mikrobiologi" 9akarta& UI Press" 5istiati! Ni Putu" -+++" Pengantar Mikrobiologi Umum" 9akarta& =e$artemen Pendidikan Nasional" Snustad! P"=" and Simmons! M"9"! -+'-" rinciples of !enetics. ) th ed. United States o8 Ameri4a& 9ohn ;ille Sons In4"
