Replikasi Virus Diposkan oleh belajar biologi
Virus merupakan parasit intraseluler obligat; mereka hanya dapat bereplikasi di dalam sel inang. Virus yang berisolasi tidak dapat bereplikasi atau melakukan hal-hal lainya, kecuali menginfeksi sel inang yang cocok. Virus tidak memiliki enzim untuk melakukan metabolisme dan tidak memiliki ribosom atau peralatan lainya untuk membuat proteinya sendiri. Oleh karena itu, virus yang terisolasi hanya merupakan paket-paket yang berisi sekumpulan gen yang berpindah dari satu sel inang ke sel inang lainnya (Champbell, 2002; 343-344) Setiap tipe virus hanya dapat menginfeksi dan memparasiti beberapa jenis sel inang tertentu. Jenis-jenis inang yang dapat diinfeksi dan diparasiti oleh virus disebut kisaran inang. Penentuan inag ini bergantung pada evolusi system pengenalan yang dilakukan oleh virus tersebut. Virus mengidentifikasi sel inangnya dengan menggunakan kesesuaian “lock and key atau lubang dan kunci” antara protein dibagian luar virus itu dengan molekul-molekul molekul-molekul reseptor spesifik pada permukaan sel. (kemungkinan reseptor muncul pertama kali karena ia menjalankan fungsi yang bermanfaat bagi organisme tersebut.). beberapa virus memiliki kisaran inang yang cukup luas sehingga dapat melingkupi beberapa spesies. Virus flu burung, misalnya, dapat juga menginfeksi babi dan manusia, dan virus rabies dapat juga menginfeksi sejumlag spesies mamalia, termasuk raku, singung, anjing dan manusia (ibit; 344) Ada dua cara replikasi virus yaitu daur litik dan daur lisogenik. Meskipun media yang digunakan oleh virus masuk dan keluar dari sel induk berbeda-beda, tapi mekanisme dasar pengadaannya sama untuk semua virus. Siklus hidup virus yang paling p aling mudah m udah dipahami adalah siklus hidup bakteriophage. Phage bakteriophage. Phage bias bias menggandakan diri melalui dua mekanisme aleternatif:
daur litik (virulen) atau daur lisogenik (avirulen). Daur litik berakhir dengan lisis (pecah) dan matinya sel induk, sedangkan pada daur lisogenik sel induk masih tetap hidup (Peleezar, 1986:268). 1. Daur Litik
Perhatikan gambar berikut ini:
Gambar: Daur litik dari faga T4
Faga T4 memiliki sekitar 100 gen, yang ditranskripsi dan ditranlasi menggunakan peralatan sel inangnya. Salah satu gen faga pertama yang ditranlasi setelah infeksi mengkose enzim yang memotong DNA sel inang tersebut. DNA faga terlindungi karena mengandung bentuk sitosin termodifikasi yang tidak dapat dikenali oleg enzim. Nukleotida yang dielamatkan dari DNA sel ini digunakan untuk membuat salinan genom faga. Keseluruhan siklus litik, mulai dari pertama kali faga kontak dengan permukaan sel sampai ke proses lisis, hanya menghabiskan waktu sekitar 20-30 menit pada suhu 370C.
Menurut Tortora (2004:388) tahap daur Litik litik yaitu sebagai be rikut:
a. Attachment (penempelan) Ujung akar dari virus pada bagian penerima (receptor side) dipermukaan sel bakteri. Receptor yang khusus pada bakteri merupakan bagian lipopolisakarida. Walaupun setiap struktur permukaan dapat berfungsi sebagai penerima phage termasuk flagella, pilli dan karbohidrat maupun protein yang terdapat pada membrane atau diding sel bakteri. Setelah terjadi adsorbsi benang-benang ekor, maka terjadi absorbsi jarum ekor (fail pin) yang kemudian disusul dengan penetrasi b. Penetration Setelah adsorbsi terjadi, phage menginjeksukan DNA (asam nukleat) ke dalam sel bakteri dengan mengeluarkan suatu enzim disebuit lisozim yang dapat menguaikan bagian-bagian dari diding sel bakteri. Selama proses penetrasi, bagian pembungkus (sheath) ekor berkontraksi sehingga ekor tertarik ke dalam sel. Ketika ujung inti ekor sampai pada membran plasma sel bakteri, DNA yang terdapat pad abegian kepala phage memasuki inti ekor melalui membrane plasma dan terus masuk ke dalam sel. Bagian kapsid dari kebanyakan phage tetap tinggal di luar sel bakteri c. Biosynthesis (biosintesis) Ketika DNA bakteriophage mencapai sitoplasma sel hospes, terjadilah biosintesis asam nuleat virus dan protein. Dalam proses ini DNA virus mengendalikan “mesin metabolic” dari sel hospes sehingga transkripsi RNA dari kromosom hospes terhenti, karena DNAnya sudah rusak, kemudian DNA virus mencetak mRNA. Oleh karena enzim-enzim hospes masih berfungsi, maka energi virus terus diproduksi dan digunakan untuk mensintesis DNA phage dan protein. Pada awalnya phage menggunakan nukleotida dan beberapa enzim dari sel hospes untuk mensintesis DNA phage dan segera setelah itu terjadilah biosintesis protein virus. Ribosom enzim-enzim dan
asam-asam amino dari hospes digunakan untuk mensintesis protein-protein virus dan protein kapsidnya. Perlu diingat bahwa selama penetrasi berlangsung, bagian kapsid virus berada di luar hospes. Ini berarti bahwa DNA phage harus mempersiapkan “template” untuk menghasilkan semua komponen-komponen virus termasuk DNA phage sendiri. DNA phage ini dapat mencetak mRNA untuk tranlasi enzim-enzim phage dan protein kapsid. Dalam beberapa menit selama infeksi, phage yang komplit tidak dijumpai di dalam sel hospes. Hanya komponen-komponen yang terpisah seperti DNA dan protein yang dapat dideteksi. d. Maturasi (pematangan) Dalam proses ini DNA bakteriophage dan kapsid bergabung sedemikian rupa sehingga membentuk virion yang lengkap, dimana prosesnya dikendalikan oleh gen-gen virus. Kepala phage dan ekor dipisah oleh sub unit protein-proten. Bagian kepala dibungkus oleh DNA virus sedang bagian ekornya melekat pada bagian leher. Pada banyak virus yang sederhana, asamasam nukleat dan kapsidnya berkumpul dengan spontan untuk membentuk virion tanpa pengendalian oleh gen-gen. e. Realesse (pelepasan) Tahapan terakhir dari penggandaan virus adalah pelepasan virus dari sel induk. Istilah lisis biasanya digunakan untuk tahapan ini dalam proses penggandaan dari phage T4 karena dalam hal ini, membrane plasma membuka (lisis), lysozym yang dihasilkan oleh gen phage disintesiskan di dalam sel. Enzim ini menyebabkan pecahnya dinding sel bakteri dan sel bakteriophage yang baru terbentuk dilepaskan dari sel induk. Phage ynag dilepas menginfeksi sel-sel rentan disekitarnya, dan
siklus
penggandaan
diri
virus
terulang
di
dalam
Gambar: Siklus Litik untuk lebih bisa memahami proses siklus litik, lihat video di b awah ini :
sel
tersebut
video: siklus litik Penelitian pada fag yang menyerang bakteri Escherichia coli menunjukkan bahwa ada virus yang mengakibatkan bakteri mengalami lisis dan ada yang tidak. Virus T4 mengakibatkan bakteri mengalami lisis dan karenanya daur hidup virus tersebut dinamakan sebagai daur litik. Sedangkan virus lamda yang tidak mengakibatkan bakteri mengalami lisis dan daur hidup virus tersebut dinamakan daur lisogenik . Dalam kasus demikian, bakteri masih dapat hidup dan bereplikasi. Akan tetapi, suatu saat DNA virus akan menyerangnya dari dalam. 2. Daur Lisogenik
Menurut Solomon, 2002:487, tahap-tahap dari lisogenik adalah sebagai berikut: a. Attachment (penempelan) Ujung akar dari virus pada bagian penerima (receptor side) dipermukaan sel bakteri. Receptor yang khusus pada bakteri merupakan bagian lipopolisakarida. Walaupun setiap struktur permukaan dapat berfungsi sebagai penerima phage termasuk flagella, pilli dan karbohidrat maupun protein yang terdapat pada membrane atau diding sel bakteri. Setelah terjadi adsorbsi benang-benang ekor, maka terjadi absorbsi jarum ekor (fail pin) yang kemudian disusul dengan penetrasi b. Penetration
Setelah adsorbsi terjadi, phage menginjeksukan DNA (asam nukleat) ke dalam sel bakteri dengan mengeluarkan suatu enzim disebuit lisozim yang dapat menguaikan bagian-bagian dari diding sel bakteri. Selama proses penetrasi, bagian pembungkus (sheath) ekor berkontraksi sehingga ekor tertarik ke dalam sel. Ketika ujung inti ekor sampai pada membran plasma sel bakteri, DNA yang terdapat pad abegian kepala phage memasuki inti ekor melalui membrane plasma dan terus masuk ke dalam sel. Bagian kapsid dari kebanyakan phage tetap tinggal di luar sel bakteri c. Integration (pnggabungan) Pada fase ini virus menyisip ke dalam DNA bakteri sehingga DNA bakteri mengandung materi genetik virus DNA bakteri yang telah menyisip pada DNA bakteri tidak dapat aktif untuk mengambil alih kendali metabolisme dari DNA bakteri, dikarenakan bakteri mempunyai virulensi. DNA virus yang menempel pada DNA bakteri disebut Profage. d. Replikasi (pembelahan) Pada fase ini, Profage akan berada di dalam tubuh bakteri selama bakteri masih mempunyai virulensi. Ketika sel bakteri mengalami pembelahan, DNA virus yang ikut terkopi sehingga terbentuklah dua bakteri yang masing-masing mempunyai profage. Pembelahan sel bakteri dapat berulang-ulang dalam beberapa generasi dan profagenya juga akan terbagi dalam beberapa generasi. Istilah lisogenik mengimplikasikan bahwa profage pada kondisi tertentu, dapat menghasilkan phage aktif yang melisis sel inangnya. Hal ini terjadi ketika genom lamda keluar dari kromosom bakteri. Pada saat ini, genom lamda memerintahkan sel inang untuk membuat phage yang utuh dan kemudian menghancurkan dirinya sendiri, melepaskan partikel phage yang dapat menginfeksi. Yang mengubah virus dari menggunakan cara lisogenik mnejadi cara litik adalah pemicu dari lingkungan, seperti radiasi atau adanya beberapa zat kimia tertentu.
Selain gen untuk protein reseptor (penekan, sejumlah gen profage yang lain dapat diekspresikan selama siklus lisogenik dan mengekspresikan gen-gen ini mengubah fenotipe bakteri inang misalnya, bakteri yang menyebabkan penyakit pada manusia yaitu difteri, batulisme dan demam jegkering mungkin tidak membahayakan manusia seandainya tidak terdapat gen-gen profage tertentu yang dapat menginduksi bakteri inang untuk membuat toksin (Campbell, 2002:346-347)
Gambar: Suklus Lisogenik untuk lebih bisa memahami proses siklus lisogenik, lihat video di bawah ini :
Mekanisme masuknya virus hewan ke dalam sel inang pada proses Replikasi 1. Penetrasi langsung (direct penetration)
Gambar. masuknya virus hewan ke inang secara langsung Sebagian kecil virus telanjang masuk ke dalam sel inang melalui penetrasi langsung, dimana proses ini virus hanya melekat pada reseptor membran sitoplasma dan yang dimasukkan kedalam sel inang hanya asam nukleatnya saja (DNA atau RNA). Contoh virus yang melakukan proses ini yaitu virus polio dan virus dengue. 2. Fusi membran (membrane fusion)
Gambar. masuknya virus hewan ke inang secara fusi membran Proses ini terjadi pada virus yang berselubung / bersampul, seluruh virus masuk ke dalam sel inang. Sampul yang mengandung glikoprotein itu melebur dengan permukaan membrane sel inang, peleburan ini berakibat dengan terbebasnya bahan nukleokapsid ke dalam sitoplasma sel inang. Baru didalam sel inang virus melakukan proses uncoating pelepasan asam nukleat (DNA atau RNA).
3. Endositosis (endocytosis)
Gambar. masuknya virus hewan ke inang secara endositosis Mekanisme lain yang terjadi pada virus bersampul / berselubung yaitu dengan proses endositosis (fagositosis), dimana seluruh bagian virus masuk ke dalam sel inang. Setelah virus masuk ke dalam sel inang diikuti dengan pelepasan selubung atau pembuangan kapsid, proses ini terjadi di dalam vakuola fagositik dan disebabkan oleh kerja enzim protease lisosimal (lizosim). Contoh virus yang melakukan proses ini yaitu adenovirus dan virus herpes.
Vudeo: 3 cara virus masuk ke dalam sel hewan Dari tampilan video di atas bisa di lihat cara virus menginfeksi sel hewan. Dari tampilan awal virus melakukan penetrasi secara langsung, tahap kedua virus masuk melalui proses fusi dan untuk tampilan yang terakhir virus masuk sel hewan melalui proses endositosis.
Kultivasi Virus Virus tidak dapat berkembang biak di luar sel inang yang disukainya. Untuk membiakan virus diperlukan sel atau jaringan hidup, cara menumbuhkan virus di dalam laboratorium disebut kultivasi virus. Metode untuk menumbuhkan virus ada tiga macam, yaitu menggunakan hewan hidup, kultur sel atau jaringan dan pengembangbiakan pada embrio ayam. a. Menggunakan hewan hidup Dilakukan dengan cara langsung menyuntikkan virus ke hewan yang masih hidup, misalnya pada ayam atau tikus b. Kultur sel atau jaringan
Kultur sel diperoleh dengan cara menumbuhkan sel yang diambil secara aseptik dari organ tubuh hewan percobaan. Sel dari organ tersebut kemudian dipisah-pisahkan dengan menggunakan enzim yang kemudian ditumbuhkan pada permukaan cawan petri. Sel-sel tersebut kemudian menghasilkan substrat semacam glikoprotein yang berfungsi untuk menempelkan sel pada permukaan media setelah diinkubasi pada temperature ruangan. Media yang digunakan untuk kultur sel terdiri dari asam amino, vitamin, garam, gula dan buffer bikarbonat. Untuk memperoleh hasil yang lebih baik maka ditambahkan serum dalam jumlah yang sedikit ke dalam medium. c. Perkembangbiakan pada embrio Virus dapat berkembangbiak pada telur ayam yang berembrio. Telur ayam yang subur atau embrio yang telah diinkubasikan selama 5-12 hari dapat diinokulasi melalui kulitnya secara 0
aseptik. Telur diinkubasikan pada 36 C selama jangka waktu yang dibutuhkan untuk pertumbuhan virus. Virus dapat diinolulasi pada membrane korioalatoik, rongga aminotik, kuning telur dan kantung alantois telur.
