KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATAS

Transkripsi

1 KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATAS Test Seleksi Calon Peserta International Biology Olympiad (IBO) September 2013 Bandung, Jawa Barat TES PRAKTIKUM 1 Tugas I dan II Karakterisasi Mutan Bakteri Durasi: 40 Menit

2 Tugas I Karakterisasi Mutan Bakteri LATAR BELAKANG Pada tahun 2013, Prof. Tobi dan kolega berhasil mempublikasikan penelitian mereka tentang studi perbandingan ekspresi protein total (proteomic) bakteri Mycobacterium sp5 mutan gen PhoF dengan bakteri wild type. Mycobacterium sp merupakan patogen intraseluler spesifik pada tikus. Bakteri ini dapat bertahan dan bereproduksi didalam sel makrofaga tikus. Sebagian besar Mycobacterium akan mati di dalam granuloma (sel darah putih), sedangkan sedikit sisanya membentuk populasi bakteri dorman yang terisolasi dan tidak berbahaya. Pada penelitian sebelumnya, Prof. Tobi berhasil menemukan tipe mutan dari bakteri Mycobacterium yang mengalami mutasi pada gen PhoF, yaitu protein yang terlibat dalam sistem transduksi sinyal spesifik pada bakteri ini. Bakteri mutan PhoF diketahui tidak bersifat virulent, akan tetapi fase dormannya yang ditemukan di dalam granuloma dapat bertahan hidup lebih lama jika dibandingkan bakteri dorman wild type. Analisis proteomik menunjukkan perbedaan ekspresi 12 gen yang berbeda (Lembar Data 2) antara bakteri Mycobacterium mutan PhoF dengan wild type, salah satunya pada metabolisme asam lemak. Prof. Tobi menduga perbedaan ketahanan hidup bakteri pada fase dorman ada kaitannya dengan perbedaan kemampuan metabolisme asam lemak antara kedua bakteri. TUGAS Pada percobaan ini anda diminta untuk mengkonfirmasi perbedaan kemampuan metabolisme asam lemak antara Mycobacterium mutan PhoF dan wild type dengan membandingkan pertumbuhan kedua bakteri pada medium dengan sumber karbon asam lemak. Lengkapilah 1

3 Lembar Data 1 berdasarkan percobaan anda dan lanjutkan mengerjakan soal terkait topik praktikum ini pada Lembar Data Waktu ujian karakterisasi mutan bakteri adalah 25 menit 2. Anda diberikan 20 kultur bakteri dalam mikrotube yang telah ditumbuhkan pada medium kultur cair yang ditambahkan dengan salah satu sumber karbon, yaitu glukosa atau propionat, dalam kehadiran inhibitor (3-nitropionat, dengan konsentrasi yang berbeda-beda) metabolisme propionat. Daftar kultur bakteri ditampilkan pada tabel di bawah ini. Bagian atas tutup mikrotube diberi nomor sesuai dengan tipe kultur di tabel: No Sumber karbon Bakteri 1 Glukosa Wild type 0,2 2 Glukosa Wild type 0,4 3 Glukosa Wild type 0,6 4 Glukosa Wild type 0,8 5 Glukosa Wild type 1 6 Propionat Wild type 0,2 7 Propionat Wild type 0,4 8 Propionat Wild type 0,6 9 Propionat Wild type 0,8 10 Propionat Wild type 1 11 Glukosa Mutan PhoF 0,2 12 Glukosa Mutan PhoF 0,4 13 Glukosa Mutan PhoF 0,6 14 Glukosa Mutan PhoF 0,8 15 Glukosa Mutan PhoF 1 16 Propionat Mutan PhoF 0,2 17 Propionat Mutan PhoF 0,4 18 Propionat Mutan PhoF 0,6 19 Propionat Mutan PhoF 0,8 20 Propionat Mutan PhoF 1 Konsentrasi 3-Nitropropionat di medium (mikromolar) 2

4 3. Uji pertumbuhan bakteri dilakukan secara kualitatif dengan melihat perubahan warna medium setelah ditetesi reagent A. Reagent A akan berwarna merah ketika kondisi oksigen di medium tinggi, dan berwarna kuning ketika kondisi oksigen di medium rendah. 4. Susunlah mikrotube kultur bakteri pada rak tabung. Teteskan 1-2 tetes reagent A ke dalam masing-masing kultur bakteri. Amati perubahan yang terjadi. Catat hasil pengamatan anda pada LEMBAR DATA Jawab pertanyaan yang tersedia, dan lanjutkan mengerjakan soal pada LEMBAR DATA 2 Penilaian: - Mengisi Lembar Data 1 : Pertanyaan Lembar Data 1 : Pertanyaan Lembar Data 2 : Pertanyaan Lembar Data 3 : Kebersihan; peserta yang tidak membuang sampah mikrotube, pipet plastik disposable dan tidak menggunakan gloves (sarung tangan) dikenakan pengurangan nilai 10 poin - Peserta yang bersikap tidak wajar dan mengganggu jalannya tes akan dikenakan pengurangan nilai 10 hingga sanksi maksimal didiskualifikasi Alat dan Bahan: kultur bakteri. Masing-masing 5 mikrotube kultur dalam plastik berlabel 2. Pipet plastik disposable, 1 buah. Untuk meneteskan reagent A 3. Rak Tabung, 1 set. Tempat meletakkan mikrotube kultur dan melakukan uji ml larutan reagent A di dalam tabung 15 ml 5. Plastik sampah, 1 buah 6. Sarung tangan 7. Tisu 3

5 LEMBAR DATA 1 Lengkapilah tabel Lembar Data 1, berdasarkan hasil perubahan warna yang anda amati terjadi pada masing-masing kultur bakteri setelah ditetesi dengan reagent A. Isilah sesuai urutan No.kultur yang ditampilkan di bawah ini. Isi dengan huruf M untuk perubahan warna menjadi merah pada kultur, atau huruf K untuk perubahan warna kuning. Tabel Lembar Data 1 (Nilai total Nilai 1) 4

6 Pertanyaan (Nilai 5 Nilai 1): 1.1 Berdasarkan data di atas tentukanlah manakah pernyataan di bawah ini yang Benar atau Salah. Isilah dengan huruf B untuk pernyataan yang benar, dan S untuk pernyataan yang salah No Pernyataan Jawaban (B/S) 1 Hasil percobaan mengindikasikan kecepatan katabolisme asam lemak yang lebih tinggi pada bakteri wild type dibandingkan dengan bakteri mutan 2 Mutasi gen PhoF meningkatkan afinitas enzim (terkait metabolisme asam lemak) terhadap 3-Nitropropionat 3 Mycobacterium bukan merupakan parasit obligat 4 Bakteri wild type memiliki kecepatan katabolisme glukosa yang lebih tinggi daripada bakteri mutan 5 Hasil percobaan mengindikasikan bahwa metabolise asam lemak dan glukosa berada dalam satu jalur utama untuk produksi sumber energi seluler 5

7 LEMBAR DATA 2 Wild type Mutan PhoF Wild type Mutan PhoF Wild type Mutan PhoF Gambar 1. (A-B) Hasil elektroforesis 2 dimensi (2D) sampel protein total Mycobacterium mutan PhoF (A) dan wild type (B). (C-D) analisis program komputasi menunjukkan perbedaan ekspresi 12 protein atau gen (Hxk1p, Adh1p, Idp2p...Fum1p) yang berbeda antara mutan PhoF dan wild type. Pengambilan data dari elektroforesis 2D dilakukan triplo. Foto spot protein hasil elektroforesis 2D dan perbandingan intensitasnya (diagram batang) ditunjukkan pada gambar. Tdh2p adalah protein yang berperan dalam metabolisme asam lemak. 6

8 Pertanyaan (Nilai 8): 1.2 (Nilai Tentukanlah mana diantara gen di bawah ini yang meningkat atau menurun ekspresinya oleh protein PhoF. Tulis jawaban anda pada kolom kosong dibagian bawah nama gen, dengan menuliskan U untuk gen yang meningkat, atau D untuk gen yang menurun ekspresinya Hxk1p Adh1p Idp2p Icl1p Mls1p Fba1p Tdh2p Pgk1p Eno1p Eno2p Kgd2p Fum1p 1.3 (Nilai Tentukanlah mana pernyataan dibawah ini yang Benar atau Salah berkaitan dengan percobaan dan data di atas. Isilah dengan huruf B untuk pernyataan yang benar, dan S untuk pernyataan yang salah No Pernyataan Jawaban (B/S) 1 Perbandingan data kelimpahan protein diperoleh dengan membandingkan dua sel yang ditumbuhkan pada medium dan kondisi lingkungan yang relatif sama 2 Mutasi pada urutan asam amino suatu protein tertentu dapat menyebabkan pergeseran migrasi spot protein tersebut di gel elektroforesis 2D 3 Beberapa protein hanya terukur kehadirannya di bakteri mutan PhoF dan tidak ditemukan pada bakteri wild type 4 Berbeda dari SDS PAGE 1 dimensi, elektroforesis 2D memisahkan protein berdasarkan titik isoelektriknya, bukan berdasarkan berat molekul 5 Mutasi pada gen PhoF mengubah ekspresi sebagian besar gen Mycobacterium 7

9 Tugas II Polaritas Bidang Sel pada Regenerasi Sel Rambut Zebrafish (Danio rerio) TUGAS 1. Pada percobaan kali ini anda akan menonton 3 (tiga) video yang ditayangkan secara berurutan melalui proyektor pada layar yang telah disediakan dan kemudian menjawab pertanyaan terkait setiap video. 2. Waktu untuk mengerjakan Tugas II adalah 15 menit. Nilai total Anda diberi waktu 4 menit untuk membaca pendahuluan, kemudian video akan mulai ditayangkan. 4. Setiap video ditayangkan selama ±3 menit. Selama waktu tersebut, anda dapat menonton video serta membaca dan menjawab pertanyaan untuk setiap video pada lembar jawaban. 5. Setelah 3 menit, video yang ditayangkan otomatis diganti dengan video berikutnya hingga keempat video selesai ditayangkan. 6. Anda diberi sisa waktu 2 menit untuk mengecek jawaban anda. 7. Asisten akan memberi tanda bahwa waktu pengerjaan tes telah habis dan mengarahkan anda untuk meninggalkan ruangan tes dengan tertib. LATAR BELAKANG Organisasi seluler pada jaringan bersifat vital dalam fungsi organ makhluk hidup. Jika terjadi kerusakan organ, organisasi seluler yang normal harus dapat dipulihkan. Gangguan pada proses ini dapat menyebabkan berbagai kelainan dan penyakit. Salah satu organisasi seluler yang penting pada jaringan adalah polaritas bidang sel (planar cell polarity), yaitu orientasi dari sekelompok sel terhadap suatu bidang simetri bilateral. 8

10 Sel rambut (hair cells) pada telinga bagian dalam (inner ear) dan gurat sisi ikan bergantung kepada polaritas bidang sel agar dapat mendeteksi dan mengartikan arah gelombang suara yang masuk ke telinga. Beberapa vertebrata seperti zebrafish (Danio rerio) mampu meregenerasi sel rambut sepanjang hidupnya sehingga cocok dijadikan organisme model untuk mempelajari proses pembentukan polaritas bidang serta regenerasi sel. Sel rambut pada zebrafish merupakan salah satu jenis sel pada organ neuromast. Neuromast terdiri dari sel-sel mantel (mantle cells) yang menyelubungi sel-sel pendukung (supporting cells) di dalamnya. Suatu sumbu vertikal membagi neuromast menjadi dua bagian yang simetris sempurna. Setiap bagian mengandung selsel rambut yang saling berhadapan di sepanjang sumbu bilateral tersebut. Dr. Wibowo beserta koleganya ingin mempelajari pembentukan polaritas bidang sel pada ikan zebra. Ia mengetahui bahwa saat regenerasi, sel-sel rambut yang baru dibentuk oleh sel-sel khusus yang disebut Unipotent Hair Cell Progenitors (UHCPs). Sel-sel ini ditemukan pada daerah dari neuromast yang disebut kompartemen polar (polar compartement). Untuk lebih jelasnya, anda dapat melihat skema berikut: Kompartemen polar (polar compartment) Neuromast Sel mantel (mantle cells) Sel pendukung (supporting cells) UHCPs Sumbu vertikal pembelahan sel rambut Sel rambut (hair cells) 9

11 Dalam setiap video, sel-sel rambut muda dan dewasa akan berwarna putih, sel-sel UHCPs akan berwarna abu-abu, dan sel-sel selain sel rambut dan UHCPs akan tidak berwarna (hitam). Jika sel-sel UHCPs berubah menjadi sel-sel rambut, maka akan terjadi peningkatan intensitas warna dari abu-abu menjadi putih. Video 1 Dr. Wibowo ingin mengetahui hubungan antara pembelahan sel-sel UHCPs dengan penentuan bidang simetri vertikal untuk pembelahan sel-sel rambut. Untuk itu, ia mengamati UHCPs pada neuromast selama 8 jam. Hasil pembelahan UHCPs ditandai dengan titik merah dan biru. Pertanyaan: 2.1. (Nilai 3) Manakah dari peristiwa berikut yang terjadi dalam Video 1? Beri tanda X pada semua pilihan jawaban yang tepat. A. UHCPs melakukan sitokinesis B. UHCPs tidak melakukan sitokinesis C. UHCPs melakukan inversi (berputar arah) sehingga sumbu pembelahannya tidak sejajar dengan sumbu vertikal pembelahan sel rambut D. UHCPs melakukan inversi namun sumbu pembelahannya kembali sejajar dengan sumbu vertikal pembelahan sel rambut E. UHCPs tidak melakukan inversi sehingga sumbu pembelahannya tetap sejajar dengan sumbu vertikal pembelahan sel rambut A B C D E 2.2. (Nilai 3) Manakah dari pernyataan berikut yang dapat disimpulkan dari Video 1 dan jawaban di atas? Beri tanda X pada semua jawaban yang tepat A. Orientasi pembelahan UHCP tidak menentukan orientasi pembelahan sel rambut B. Orientasi pembelahan UHCP menentukan orientasi pembelahan sel rambut A B 10

12 Video 2 Dr. Wibowo ingin mengetahui darimana UHCPs pada neuromast berasal. Apakah sel tersebut berasal dari kompartemen polar yang berdiferensiasi langsung menjadi UHCPs, kompartemen polar yang membelah terlebih dahulu sebelum menjadi UHCPs, atau mungkin berasal dari sel-sel pendukung pada neuromast yang bermigrasi menuju kompartemen polar. Untuk itu, Dr. Wibowo melakukan pengamatan terhadap neuromast selama 48 jam dan memperoleh hasil seperti pada Video 2. Sel-sel kandidat yang akan menjadi UHCPs ditandai dengan titik kuning dan merah. Pertanyaan: 2.3. (Nilai 3) Berdasarkan Video 2, dari manakah sel-sel yang akhirnya menjadi UHCPs berasal? Beri tanda X pada semua pilihan jawaban yang tepat. A. Sel-sel kompartemen polar B. Sel-sel mantel C. Sel-sel pendukung D. Sel-sel rambut E. Sel-sel di luar neuromast A B C D E 2.4. (Nilai 3) Manakah dari kesimpulan berikut yang sesuai dengan Video 2? Beri tanda X pada semua pilihan jawaban yang tepat. A. Sel-sel kandidat UHCPs berasal dari luar kompartemen polar, namun berubah menjadi UHCPs pada kompartemen polar B. Sel-sel kandidat UHCPs berasal dari luar kompartemen polar, dan berubah menjadi UHCPs sebelum bermigrasi menuju kompartemen polar C. Sel-sel kompartemen polar merupakan stem cell yang dapat berdiferensiasi menjadi sel-sel UHCPs D. Sel-sel kompartemen polar bukan merupakan stem cell sehingga tidak dapat berdiferensiasi menjadi sel-sel UHCPs E. Daerah kompartemen polar mengandung sinyal kimiawi tertentu yang memungkinkan sel-sel kandidat berubah menjadi UHCPs F. Daerah kompartemen polar tidak mengandung sinyal kimiawi tertentu yang memungkinkan sel-sel kandidat berubah menjadi UHCPs A B C D E F 11

13 Video 3 Untuk memahami bagaimana sel-sel kandidat dapat berubah menjadi UHCPs, Dr. Wibowo melakukan percobaan berikutnya. Ia mengetahui bahwa suatu mekanisme yang disebut Notch signaling berperan dalam perkembangan sel rambut pada neuromast, tapi tidak mengetahui apa pengaruhnya bagi pembentukan UHCPs jika mekanisme ini dihambat. Dr. Wibowo menambahkan zat DAPT yang menghambat Notch signaling ke dalam neuromast dan memperoleh hasil seperti pada Video 3. Sel-sel yang menjadi UHCPs ditandai dengan titik-titik berwarna. Pertanyaan: 2.5. (Nilai 3) Manakah dari kesimpulan berikut yang sesuai dengan Video 3? Beri tanda X pada semua pilihan jawaban yang tepat. A. Penghambatan Notch signaling menghasilkan sel-sel UHCPs di luar lokasi yang seharusnya B. Penghambatan Notch signaling menghasilkan sel-sel UHCPs dalam jumlah yang tidak normal (berlebihan) C. Penghambatan Notch signaling tidak mempengaruhi lokasi terbentuknya sel-sel UHCPs pada neuromast D. Penghambatan Notch signaling tidak mempengaruhi banyaknya sel-sel UHCPs yang terbentuk pada neuromast E. Penghambatan Notch signaling menyebabkan rusaknya polaritas bidang sel pada neuromast A B C D E Akhir dari Tugas II