Makalah Mikrobiologi Genetika Mikroba

Transkripsi

1 Makalah Mikrobiologi Genetika Mikroba Disusun oleh : MARSYA CHOIS TULASEKET UNIVERSITAS PATIMURA FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERIKANAN PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERIKANAN AMBON 2017

2 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... 1 DAFTAR ISI... 2 KATA PENGANTAR... 3 BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Metode Penulisan... 6 BAB II. ISI 2.1. Pengertian Genetika Mikrobia Mutasi Dan Mutagen Mekanisme Pemindahan Bahan Genetik pada Bakteri Reproduksi Bakteri BAB III. PENUTUP 3.1. Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA

3 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang maha esa atas rahmat dan hidayah-nya penulis dalam keadaaan sehat sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini, yang mana makalah ini disusun bertujuan untuk memenuhi tugas dalam menempuh pendidikan. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan keterbatasan dalam makalah ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan makalah selanjutnya. Semoga makalah ini berguna dan bermanfaat untuk kita semua. Ambon, 16 April 2017 Penulis 3

4 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Setiap makhuk hidup pasti memiliki karakteristik tertentu yang sesuai dengan peran kehidupannya di dunia. Begitu juga dengan bakteri, memiliki karakteristik tertentu yang berbeda-beda dari satu jenis dengan jenis yang lainnya. Seperti makhluk hidup lainnya juga, bakteri berinteraksi dengan lingkungannya yang salah satunya adalah manusia. Interaksi antara bakteri dan manusia ini dapat bersifat positif maupun negative. Positif apabila menguntungkan kelangsungan hidup manusia, sedangkan negative apabila bersifat merugikan atau membahayakan kehidupan manusia. 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 menerangkan bagaimana cara untuk menaklukan semua penyakit menurun dan kemungkinan terubahnya suatu mikroba yang umum dan tidak berbahaya menjadi bentuk patogenik. Ilmu genetika mendefinisikan dan menganalisis keturunan atau konstansi dan perubahan pengaturan dari berbagai fungsi fisiologis yang membentuk karakter organisme. Unit keturunan disebut gen yang merupakan suatu segmen DNA yang nukleotidanya membawa informasi karakter biokimia atau fisiologis tertentu. Pendekatan tradisional pada genetika telah mengidentifikasikan gen sebagai dasar kontribusi karakter fenotip atau karakter dari keseluruhan stuktural dan fisiologis dari suatu sel atau 4

5 organisme, karakter fenotif seperti warna mata pada manusia atau resistensi terhadap antibiotik pada bakteri, pada umumnya di amati pada tingkat organisme. Dasar kimia untuk variasi dalam fenotif atau perubahan urutan DNA dalam suatu gen atau dalam organisasi gen. 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) Penelaahan tentang genetika pertama kali dilakukan oleh seorang ahli botani bangsa Austria, Gregor Mendel pada tanaman kacang polongnya. Pada tahun 1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari akibat-akibatnya. Hasilnya antara lain terjadi perubahan-perubahan pada warna,bentuk, ukuran, dan sifat-sifat lain dari kacang polong tersebut. Penelitian inilah ia mengembangkan hukum-hukum dasar kebakaan. Hukum kebakaan berlaku umum bagi semua bentuk kehidupan. Hukumhukum mendel berlaku manusia dan juga organisme percobaan dahulu amat populer dalam genetika, yakni lalat buah Drosophila. Namun sekarang, percobaan-percobaan ilmu kebakaan dengan menggunakan bakteri Escherichia coli. Bakteri ini dipilih karena paling mudah dipelajari pada taraf molekuler sehingga merupakan organisme pilihan bagi banyak ahli genetika. Hal ini membantu perkembangan bidang genetika mikroba. Jasad renik yang di pelajari dalam bidang genetika mikroba meliputi bakteri, khamir, kapang, dan virus. Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen terdiri dari DNA, suatu pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler. Genetika bakteri mendasari 5

6 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 Genetika Mikroba. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa itu Genetika mikrobia? 2. Bagaimana Proses Mutasi dan mutagen? 3. Bagaimana Mekanisme Pemindahan Bahan Genetik pada Bakteri? 4. Bagaimana bakteri berkembang biak? 1.3 Tujuan Penulisan makalah ini adalah bertujuan untuk mengetahui arti dari genetika mikroba, bagaimana proses mutasi dan mutagen, bagaimana mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri dan bagaimana bakteri berkembang biak. 1.4 Metode Penulisan Dalam penulisan materi genetika mikroba, saya menggunakan media internet untuk menambah suatu kekurangan dalam penyusunan makalah ini. Semua ini adalah untuk dijadikan sebuah acuan dalam penyusunan makalah yang saya susun. 6

7 BAB II ISI 2.1. Pengertian Genetika Mikrobia Penelaahan tentang genetika pertama kali dilakukan oleh seorang ahli botani bangsa Austria, Gregor Mendel pada tanaman kacang polongnya. Pada tahun 1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari akibat-akibatnya. Hasilnya antara lain terjadi perubahan-perubahan pada warna,bentuk, ukuran, dan siat-sifat lain dari kacang polong tersebut. Genetika adalah dasar dari ekpresi dari suatu ciri makhluk hidup. Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen terdiri dari DNA, suatu pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler. Penemuan selanjutnya dari bakteri telah mengungkapkan adanya restriction enzymes(enzim restriksi) yang memotong DNA pada tempat spesifik, menghasilkan fragmen potongan DNA. Plasmida diidentifikasikan sebagai elemen genetika kecil yang mampu melakukan replikasi diri pada bakteri dan ragi. Pengenalan dari sebuah fragmen potongan DNA kedalam suatu plasmid memungkinkan fragmen di perbanyak (teramplifikasi). Amplifikasi regio DNA spesifik dapat di capai oleh enzim bakteri menggunakan polymerase chain reaction (PCR) atau metode amplifikasi nukleotida berdasar enzim yang lain (misalnya amplifikasi berdasar transkripsi). DNA yang di masukkan kedalam plasmid dapat di kontrol oleh promoter ekspresi pada bakteri yang mengamati protein, di ekspresi pada tingkat tinggi. Genetika bakteri mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran.(jewetz, 2001). Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick. 7

8 Informasi genetika disimpan sebagai suatu urutan basa pada DNA. Kebanyakan molekul DNA adalah rantai ganda, dengan basa-basa komplementer (A-T; G-C) berpasangan menggunakan ikatan hidrogen pada pusat molekul. Sifat komplementer dari basa memungkinkan satu rantai (rantai cetakan, template) menyediakan informasi untuk salinan atau ekpresi informasi pada suatu rantai yang lain (rantai penyandi). Pasangan-pasangan basa tersusun dalam bagian pusat double helix DNA dan menentukan informasi genetiknya. Setiap empat basa diikatkan pada phosphor-2-deoxyribose membentuk suatu nukleotida. Setiap nukleotida dibentuk dari tiga bagian yaitu: 1) Sebuah senyawa cincin yang mengandung nitrogen, disebut basa nitrogen. Dapat berupa purin atau pirimidin. 2) Sebuah gugusan gula yang memiliki lima karbon (gula pentosa), disebut deoksiribosa. 3) Sebuah molekul fosfat. Bagian-bagian tersebut terhubungkan bersama-sama dalam urutan basa nitrogendeoksiribosa-fosfat. Gambar 1. Double Helixs Kromosom bakteri yang terdiri dari DNA mempunyai berat lebih kurang 2-3% dari berat kering satu sel. Dengan mikroskop elektron, DNA tampak sebagai benang-benang fibriler yang menempati sebagian besar dari volume sel. Molekul DNA bila diekstraksi dari 8

9 sel bakteri biasanya mempunyai bentuk yang sirkuler, dengan panjang kira-kira 1 mm. DNA ini mempunyai berat molekul yang tinggi karena terdiri dari heteropolimer dari deoksiribonukleotida purin yaitu Adenin dan Guanin dan deoksiribonukleotida pirimidin yaitu Sitosin dan Timin. Watson dan Crick, dengan sinar X menemukan bahwa struktur DNA terdiri dari dua rantai poliribonukleotida yang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara purin di satu rantai dengan pirimidin di rantai lain, dalam keadaan antiparalel, dan disebut sebagai struktur double helix. Ikatan hidrogen ini hanya dapat menghubungkan Adenin (6 aminopurin) dengan Timin (2,4 dioksi 5 metil pirimidin) dan antara Guanin (2 amino 6 oksipurin) dengan Sitosin (2 oksi 4 amino pirimidin). Singkatnya pasangan basa pada suatu sekuens DNA adalah A-T dan S-G. Karena adanya sistem berpasangan demikian, maka setiap rantai DNA dapat dijadikan cetakan/template untuk membangun rantai DNA yang komplementer. Waktu terjadinya proses replikasi DNA dalam pembelahan sel, molekul DNA dari sel anaknya terdiri dari satu rantai DNA yang komplememter tapi dibuat baru, dengan kata lain, pemindahan materi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya adalah dengan cara semikonservatif. Fungsi primer DNA pada hakikatnya adalah sebagai sumber perbekalan informasi genetik yang dimiliki oleh sel induk. Proses replikasi di kerjakan dengan amat lengkap sehingga sel anaknya mendapatkan pula informasi genetik yang lengkap, sehingga terjadi kesetabilan genetik dalam suatu populasi mikroorganisme. Satu benang kromosom biasanya terdiri dari lima juta pasangan basa dan terbagi atas segmen atau sekuens asam amino tertentu yang akan membentuk stuktur protein. Protein ini kemudian menjadi enzim-enzim, komponen membran sel dan struktur sel yang lain yang secara keseluruhan menentukan karakter dari sel itu. 9

10 Mekanisme yang menunjukan bahwa sekuen nukleotida di dalam gen menentukan sekuens asam amino pada pembentukan protein adalah sebagai berikut: 1. Suatu enzim amino sel bakteri yang disebut enzim RNA polimerase membentuk satu rantai oliribonukleotida (= messesnger RNA = mrna) dari rantai DNA yang ada. Proses ini diseut transkripsi. Jadi pada transkripsi DNA, terbentuk satu rantai RNA yang komplementer dengan salah satu rantai double helix dari DNA. 2. Secara enzimatik asam amino akan teraktifasi dan ditransfer kepada transfer RNA (= trna yang mempunyai daptor basa yang komplementer dengan basa mrna di satu ujungnya dan mempunyai asam amino spesifik di ujung lainnya tiga buah basa pada mrna di sebut triplet basa yang lazim disebut sebagai kodon untuk suatu asam amino. 3. mrna dan trna bersama-sama menuju kepermukaan ribosom kuman, dan disinilah rantai polipeptida terbentuk sampai seluruhkodon selesai dibaca menjadi menjadi suatu sekuen asam amino yang membentuk protein tertentu. Proses ini disebut translasi. Bakteri paling sering digunakan dalam percobaan genetika. Keanekaragaman mikrobia seperti bakteri dapat dipertahankan melalui sifat karakteristik yang terus diwariskan dari generasi selanjutnya. Bakteri banyak diketahui dan diteliti karena mudah dikembangbiakan dan perkembangbiakan cepat. Selain itu, bakteri memiliki materi genetik ekstrakromosomal khas yang disebut plasmid yang berbentuk sirkuler. Mikrobia, bakteri mudah bermutasi sehingga akan muncul varietas-varietas baru dari mikroba dan mikrobia cenderung memiliki daya hidup yang tinggi (resisten) terhadap cekaman lingkungan dan kondisi yang tidak menguntungkan. Kemampuan atau daya hidup yang tinggi pada mikrobia menyebabkan mikrobia dapat hidup di lingkungan manapun (Snustad, 2012). 10

11 2.2. 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). Mutasi mudah terjadi pada mikroba terutama karena ciri dan karakter dari mikrobia tersebut sangat dipengaruhi oleh urutan dari basa purin dan pirimidin di dalam meteri genetik mikrobia tersebut. Perubahan urutan nukleotida paling sering terjadi karena kesalahan selama replikasi DNA dan kerusakan DNA, baik kerusakan DNA karena mekanisme delesi atau insersi pada kerangka DNA tersebut. Perubahan urutan nukleotida akan berdampak pada fenotip dari sel tersebut. Perubahan fisiologis sel, misalnya adanya beberapa enzim yang tidak terbentuk pada mutan tertentu, kemudian perubahan morfologi, dan terjadinya resistensi terhadap zat dan kondisi lingkungan tertentu (Pangastuti, 2006). 11

12 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.padatempat 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 o leh 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. 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 12

13 terbatas pada satu lokus dan 2) mutasi nonspesifik secara simultan mempengaruhi pada beberapa lokus. e. Mutasi terinduksi 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). Mutasi dari Sudut Pandang Macam Sel Ada mutasi somatik dan germinal. Mutasi germinal/gametic mutation/germ line mutation adalah mutasi yang terjadi pada sel germ, sedangkan mutasi somatik adalah yang terjadi pada sel somatik. Akibat mutasi somatik pada hewan dan manusia tidak dapat diwariskan, namun pada tumbuhan bisa diwariskan melalui reproduksi seksual atau aseksual. Pada mutasi germinal, akibat mutasi yang dominan segera terekspresi pada turunan. Sebaliknya, jika mutasi bersifat resesif, maka efek mutasinya tidak terdeteksi karena kondisi yang heterozigot. Mutasi dari Sudut Pandang Ruang Lingkup Kejadian Ada mutasi kromosom dan mutasi gen. Mutasi gen terjadi di lingkup gen. Sedangkan mutasi kromosom ada di lingkup kromosom. Mutasi gen dapat berupa perubahan urutan DNA, termasuk substitusi pasangan basa, adisi atau delesi satu atau lebih pasangan basa. Efek mutasi gen hanya menimpa satu nukleotida. Mutasi titik adalah mutasi yang hanya menimpa satu pasang nukleotida dalam gen. 13

14 Macam-macam Mutasi Gen yang Spesifik a. Mutasi pergantian basa (base pair substitution mutation), merupakan perubahan yang terjadi pada suatu gen berupa pergantian satu basa oleh pasangan basa lainnya. Misalnya AT diganti pasangan GS. b. Mutasi transisi, pada mutasi ini terjadi pergantian basa purin dengan basa purin lain, basa pirimidin dengan basa pirimidin lain, basa purin-pirimidin dengan basa purin-pirimidin lain, basa pirimidin-purin dengan basa pirimidin-purin lain. Misal AT GS, GS AT, TA SG, SG TA. c. Mutasi transversi, pada mutasi ini terjadi pergantian basa purin dengan basa pirimidin, basa pirimidin dengan basa purin, basa purin-pirimidin dengan basa pirimidin-purin, basa pirimidin-purin dengan basa basa purin-pirimidin. Misal AT TA, GS SG, AT SG, SG TA. d. Mutasi misens merupakan mutasi yang terjadi karena perubahan suatu pasangan basa (dalam gen) yang mengakibatkan terjadinya perubahan suatu kode genetika, sehingga asam amino yang terkait (pada polipeptida) berubah dan fungsi protein juga berubah. Hal itu menyebabkan individu mutan dapat memperlihatkan karakter berbeda. Namun suatu mutasi mungkin tidak menimbukan suatu fenotip jika munculnya suatu asam amino pengganti belum menimbulkan perubahan protein yang nyata. e. Mutasi nonsense merupakan suatu pergantian pasangan basa yang berakibat terjadinya perubahan suatu kode genetika pengode asam amino menjadai kode kode genetika pengode terminasi. Misal kode genetika pengode asam amino triptofan (UGG) menjadi UAG. f. Mutasi netral merupakan pergantian pasangan basa yang terkait terjadinya perubahan suatu kode genetika yang juga menimbulkan perubahan asam amino terkait, tetapi tidak sampai mengakibatkan perubahan fungsi protein. Misal kodon AGG yang mengode asam amino lisin mengalami mutasi menjadi ACG yang mengode asam amino arginin, namun asam amino arginin secara kimiawi ekivalen dengan asam amino lisin dan sama-sama asam amino dasar 14

15 sehingga keduanya memiliki sifat-sifat yang cukup mirip. Dengan demikian fungsi protein tidak berubah. g. Mutasi diam merupakan tipe mutasi netral yang khusus dimana terjadi pergantian pasangan asam basa pada gen yang mengakibatkan perubahan satu kodon, namun tidak mengakibatkan pergantian asam amino yang dikode. Misal kodon AGG termutasi menjadi AGA, namun keduanya mengode asam amino yang sama yaitu Arginin. h. Mutasi perubahan rangka terjadi karena adisi atau delesi satu atau lebih dari pasangan basa dalam suatu gen. Adisi dan delesi itu mengubah kerangka percobaan RNAd, sehingga terjadi perubahan urutan asam amino. 3. Macam Macam 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 HNO 2 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 analogtimin (T) dan dapat berpasangan dengan adenin (A) atau 15

16 guanin (G). Selain itu sinar x, 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 pengaru hmutagenik 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 Semua sifat sel-sel hidup 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). 16

17 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 (oksotrofik), yaitu membutuhkan medium yang lebih kompleks untuk tumbuhnya daripada biakan aslinya. 4. Mutan yang tidak mampu menggunakan substrat. 5. Mutan yang memperlihatkan perubahan dalam bentuk koloni atau kemampuan untuk menghasilkan pigmen. 6. Mutan yang menunjukkan perubahan pada struktur permukaan dan komposisi selnya (mutan antigenik). 7. Mutan yang resisten terhadap aksi bakteriofage. 8. 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 mulanyaefektif 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 17

18 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 Mekanisme Pemindahan Bahan Genetik pada Bakteri Perpindahan gen merupakan suatu kegiatan yang dilakukan bakteri dengan mengirimkan informasi genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien. Pertukaran gen antar bakteri dapat terjadi karena bakteri pada umumnya hidup berkoloni bahkan bercampur dengan banyak bakteri jenis lain. Pertukaran gen akan menghasilkan rekombinan baru. Pertukaran gen atau materi genetik secara garis besar dilakukan melalui cara transfer gen dan transposisi. Transfer gen merupakan perpindahan materi genetik termasuk plasmid dari sel donor ke sel resipien. Sedangkan transposisi merupakan pemindahan rantai DNA pendek (hanya beberapa urutan saja) antara satu plasmid ke plasmid lain, atau dari kromosom ke plasmid dalam sel tersebut. Transfer gen terjadi melalui beberapa cara yaitu, transformasi, transduksi, dan konjugasi (Snustad, 2012). 18

19 Gambar 2. Tiga tipe mekanisme transfer gen pada bakteri (Snustad, 2012). a. Transformasi Kali pertama diamati oleh Frederick Griffith (1928) Fragmen DNA bebas dapat melewati dinding sel dan kemudian bersatu dalam genom sel tersebut sehingga mengubah genotipnya. Hal ini biasanya dikerjakan di laboratorium dalam penelitian rekayasa genetika, tapi dapat pula terjadi secara spontan meskipun dalam frekuensi yang kecil. 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 makaterjadilah rekombinasi. Gejala transformasi ini ditemukan kali pertama pada Streptococcus pneumonia oleh F. Griffith pada tahun 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 non patogen. Dalam percobaannya ditemukan jika campuran bakteri tipe S yang telah dimatikan dengan pemanasan dan sel tipe R hidup disuntikkan pada tikus maka tikus akan mati dan dari bangkai tikus dapat diisolasi 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 19

20 tersebut dan berhasil mengidentifikasinya sebagai DNA.Percobaan Avery dan kawan-kawan inilah yang mendemontrasikan untuk pertama kali bahwa bahan genetik adalah DNA (Gardner, 2000). Manfaat yang didapat dari transformasi gen pada bakteri yaitu merupakan sarana penting dalam rekayasa genetika. Selain itu banyak penelitian yang telah menggunakan hasil transformasi untuk memetakan kromosom bakteri dan sangat bermanfaat untuk penelitian genetika dalam laboratorium. b. Konjugasi Transfer unilateral materi genetik antara bakteri sejenis maupun dengan jenis lain dapat terjadi melalui proses konjugasi (mating). Hal ini dimungkinkan karena adanya faktor F yang menentukan adanya pili seks pada virus bakterial tertentu. Kuman yang mempunyai pili seks disebut kuman F+, dan melalui pilinya materi genetik dari sel donor (F + ) termasuk plasmid DNAnya dapat berpindah ke dalam sel resipien. Jadi gen-gen tertentu yang membawa sifat resistensi pada obat dapat berpindah dari populasi kuman yang resisten ke dalam kuman yang sensitif. Dengan cara inilah sebagian besar dari sifat resisten obat tersebar dalam populasi kuman dan menimbulkan apa yang disebut multidrug resistance. Konjugasi merupakan pemindahan bahan genetik dari suatu sel bakteri yang bertindak sebagai donor kepada sel bakteri yang bertindak sebagai resipien. Pada proses konjugasi, sel donor (jantan) memasukkan sebagian DNA ke dalam sel resipien melalui pili seks yang dimiliki oleh sel jantan. Setelah DNA donor masuk ke dalam sel resipien, enzim-enzim yang bekerja pada DNA resipien menggunting dan mengeksisi suatu fragmen DNA resipien. Kemudian DNA donor dipadukan ke dalam kromosom resipien di tempat DNA yang tereksisi. Pemindahan ini dikode oleh plasmid. Plasmid adalah unsur genetis ekstra kromosomal (diluar kromosom) dan dapat melangsungkan replikasi didalam sitoplasma sel bakteri. Plasmid adalah potongan bundar DNA yang merupakan gen tambahan. Bila unsur ekstra kromosomal 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 piliseks 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). 20

21 c. Transduksi Transduksi merupakan proses pemindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri lain melalui bakteriofage. Bila bakteriofage menyerang bakteri maka DNA bakteriofage diijeksikan ke dalam sel bakteri. Saat DNA fage dikemas di dalam pembungkusnya untuk membentuk bakteri-bakteri fage baru, DNA fage tersebut dapat membawa sebagian dari DNA bakteri yang telah menjadi inangnya. Selanjutnya, bila fage menginfeksi bakteri lainnya, maka fage akan memasukkan DNA-nya yang mengandung sebagian dari DNA bakteri inang sebelumnya. Dengan demikian, fage tidak hanya memasukkan DNA-nya sendiri ke dalam sel bakteri yang diinfeksinya, tetapi juga memasukkan DNA dari bakteri lain yang ikut terbawa pada DNA fage. Jadi, secara alami fage memindahkan DNA dari satu sel bakteri ke bakteri lainnya. Ada dua kemungkinan yang terjadi yaitu sel mengalami lisis atau bersifat lisogenik (Snustad, 2012). Lisis terjadi jika 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. Sedangkan DNA bakteriofage akan berintegrasi dengan DNA bakteri sehingga terbentuklah bakteri yang bersifat lisogenik. Bakteri yang bersifat lisogenik dapat mengalami fase litik, namun belum diketahui penyebab dari fenomena tersebut. Di alam 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. Transduksi dapat juga terjadi dengan cara DNA dari plasmid masuk ke dalam genom bakteriofag. Oleh bakteriofag plasmid ditransfer ke populasi bakteri lain. Transduksi biasa terjadi pada bakteri Gram positif seperti Staphylococcus, tapi diketahui pula terjadi pada Salmonella. 21

22 2.4. Reproduksi Bakteri Bakteri melakukan reproduksi secara vegetatif atau tak kawin, dengan membelah diri. Pembelahan sel pada bakteri disebut dengan pembelahan biner, yaitu setiap sel membelah menjadi dua atau disebut juga dengan pembelahan amitosis. Mekanisme-mekanisme yang berhubungan dengan transfer gen antara bakteri adalah tranformasi, transduksi, dan konjugasi. Hal ini dapat dikatakan sebagai reproduksi bateri dengan cara seksual. Rekombinasi merupakan pertukaran materi genetik atau DNA. Pada transformasi, DNA telanjang masuk ke dalam sel melalui lingkungan sekitarnya. Trnsformasi ini terjadi ketika sel nonpatogenik hidup mengambil potongan DNA yang kebetulan mengandung alel untuk patogenesis (gen untuk suatu lapisan sel yang melindungi bakteri dari sistem imun inang). Alel asing tersebut kemudian dimasukkan ke dalam kromosom bakteri, menggantikan alel aslinya. Proses ini merupakan rekombinasi genetik pertukaran segmen DNA dengan cara pidah silang (crossing over). Sel yang ditransformasi ini sekarang memiliki satu kromosom yang mengandung DNA yang berasal dari dua sel yang berbeda. Pada transduksi, DNA bakteri dibawa dari satu sel ke sel lain oleh faga. Terdapat dua bentuk transduksi, yaitu tranduksi umum dan tranduksi khusus. Keduanya dihasilkan dari penyimpangan pada siklus reproduktif faga. Faga kadangkala membawa gen-gen bakteri dari satu sel ke sel lainnya. Pada transduksi umum, potongan-potongan yang acak dari kromosom inang dibungkus di dalam kapsid faga. Sedangkan pada transduksi khusus, profaga keluar dari kromosom dengan cara yang sedemikian rupa sehingga ia membawa serta gen-gen bakteri di dekatnya. Pada kedua tipe transduksi ini, DNA yang ditrasfer dapat berkombinasi dengan genom sel inang yang baru. 22

23 Pada konjugasi, sel jantan yang mengandung faktor F mentransfer DNA ke sel F -. Sel F + hanya mentrasfer plasmid F saja. Konjugasi ini merupakan transfer langsung materi genetik antara dua sel bakteri yang berhubungan sementara. Transfer DNA adalah transfer satu arah, yaitu satu sel mendonasi DNA, dan pasangannya menerima gen. Donor DNA, disebut juga jantan, menggunakan alat yang disebut pili seks untuk menempel pada resipien DNA, disebut juga sebagai betina. Kemudian sebuah jembatan sitoplasmik sementara akan terbentuk di antara kedua sel tersebut, yang menyediakan untuk transfer DNA. Pada sebagian besar kasus, kejantanan, yaitu kemampuan untuk membentuk pili seks dan menyumbangkan DNA selama konjugasi, disebabkan adanya potongan DNA khusus yang disebut faktor F (F untuk fertilisasi). Faktor F dari sel Hfr, yang terintegrasi di dalam kromosom bakteri, membawa DNA kromosom ketika ia berpindah ke sel F -. Plasmid R menghasilkan resistensi terhadap berbagai macam antibiotik. Transfer plasmid R di antara sel-sel bakteri bisa menimbulkan masalah kesehatan. Trasposon, segmen DNA yang dapat memasuki banyak tempat di dalam DNA sel, juga memiliki kontribusi terhadap terjadinya perubahan genetik pada bakteri dan eukariota. Urutan insersi, transposon bakteri yang paling sederhana, dapat mempengaruhi fungsi gen dimana ia bergerak. Urutan insersi terdiri dari pengulangan dalam arah yang terbalik DNA yang mengapit gen untuk transporsase. Transposon gabungan memiliki gen-gen tambahan, seperti gen-gen untuk resistensi antibiotik. Karakterisitik Umum Plasmid Plasmid adalah molekul DNA kecil, sirkular, dan dapat bereplikasi sendiri, yang terpisah dari kromosom bakteri. Plasmid-plasmid tertentu, seperti plasmid F, dapat melakukan penggabungan reversibel ke dalam kromosom sel. Elemen genetik yang dapat bereplikasi baik sebagai plasmid ataupun sebagai bagian dari kromosom bakteri disebut 23

24 episom. Selain beberapa plasmid, virus-virus temperat, seperti faga λ, juga tergolong dalam episom. Plasmid tidak seperti virus, tidak memiliki lapisan protein dan dalam keadaan normal tidak terdapat di luar sel. Plasmid pada umumnya menguntungkan sel bakteri, sedangkan virus merupakan parasit yang bisa merugikan inangnya. Plasmid hanya memiliki sedikit gen, dan gen-gen ini tidak diperlukan untuk pertahanan hidup dan reproduksi bakteri pada keadaan normal. Walaupun demikian, gen-gen pada plasmid dapat memberikan keuntungan bagi bakteri yang hidup di lingkungan yang banyak tekanan. Plasmid F yang terdiri dari 25 gen, sebagian besar diperlukan untuk memproduksi pili seks. Flasmid R yaitu gen-gen yang memberikan resistensi antibiotik pada shigella dan bakteri patogenik lainnya. Beberapa dari gen-gen yang menimbulkan resistensi tersebut, misalnya mengkode enzim yang secara spesifik menghancurkan beberapa antibiotik tertentu, seperti tetrasiklin atau ampisilin. Bentuk dan Alat Gerak Bakteri Bentuk dasar bakteri terdiri atas bentuk bulat (kokus), batang (basil), dan spiral (spirilia) serta terdapat bentuk antara kokus dan basil yang disebut kokobasil. Bakteri memiliki alat gerak, yaitu berupa flagellum atau bulu cambuk. Flagellum memungkinkan bakteri bergerak untuk menuju kondisi lingkungan yang menguntungkan dan menghindari dari lingkungan yang merugikan bagi kehidupannya. Dilihat dari jumlah flagellum dan letaknya, pada bakteri adalah sebagai berikut : 1. Monotrik : bila hanya berjumlah satu 2. Lofotrik : bila banyak flagellum disatu sisi 3. Amfitrik : bila banyak flagellum dikedua ujung 4. Peritrik : bila tersebar diseluruh permukaan sel bakteri 24

25 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Berdasarkan uraian diatas, dapat disimpulkan bahwa : 1. Genetika mikroba adalah ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat yang turun temurun pada mikroorganisme. 2. Bahan genetis terdiri dari DNA dan RNA 3. Komponen ; DNA terdiri dari Gula : deoksiribosa dan Basa N : timin, adenin, guanin dan sitosin. Sedangkan RNA Gula : ribosa dan Basa N : urasil, adenin, guanin dan sitosin. 4. Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi atau melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. 5. Proses mutasi dipengaruhi oleh faktor intrinsic dan ekstrinsik. Faktor ekstrinsik dapat berupa agen kimiawi, fisik, maupun agen biologis. Sedangkan faktor intrinsik dapat berupa kesalahan urutan DNA. 6. Mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri secara umum dilakukan dengan tiga cara yaitu transformasi, transduksi, dan konjugasi. 25

26 DAFTAR PUSTAKA