BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

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 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.

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. Hukum-hukum 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.

1

Genetika mikroba tradisional terutama berdasarkan pada pengamatan atau

observasi perkembangan secara luas. Variasi fenotif telah diamati berdasar

kemampuan gen untuk tumbuh dibawah kondisi terseleksi, misalnya bakteri yang

mengandung satu gen yang resisten terhadap ampisilin dapat dibedakan dari bakteri

kekurangan gen selama pertumbuhannya dalam lingkungan yang mengandung

antibiotik sebagai suatu bahan penyeleksi. Catatan bahwa seleksi gen memerlukan

ekspresinya dibawah kondisi yang tepat dapat diamati pada tingkat fenotif. Genetika

bakteri mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang

bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran.

I.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat diambil rumusan masalah

sebagai berikut:

Apa pengertian dari genetika bakteri ?

Apa saja komponen yang menyusun genetika dari bakteri ?

I.3 Tujuan Penulisan

Penulisan ini betujuan untuk mengetahui pengertian dari genetika bakteri dan

komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Genetika merupakan

bagian yang sangat penting dalam kehidupan bakteri. Tanpa adanya faktor genetika

ini, kelanjutan spesies bakteri yang bersangkutan tentu sangat dipertanyakan. Oleh

karena pentingnya masalah ini, kelompok kami mencoba untuk membahas dan

mempresentasikannya pada presentasi kali ini.

Adapun terdapat beberapa tujuan dari pengambilan materi genetika bakteri

ini, antara lain adalah:

untuk menambah wawasan dan pengetahuan penulis mengenai faktor

genetika bakteri.

Penulis mendapat banyak pengetahuan tentang bagaimana genetika bakteri

dapat berpindah dari satu sel ke sel lainnya.

2

Penulis dapat mengetahui lebih dalam bagaimana suatu sel bakteri dapat

mengalami proses mutasi dan menjadi mutagen dalam kesehariannya.

Semua tujuan-tujuan ini diharapkan dapat tercapai setelah terwujudnya

laporan makalah ini. Selain itu, pengetahuan-pengetahuan yang penulis dapat dari

pembahasan materi ini bisa menjadi wawasan awal yang dapat penulis ambil dan

kembangkan menjadi pengetahuan yang lebih tinggi lagi berikutnya.

I.4 Manfaat penulisan

Penulisan ini memberikan beberapa manfaat. Aspek akademis memberikan

informasi ilmiah kepada masyarakat tentang pengertian dari genetika bakteri serta

komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Mengetahui genetika dari

mikroorganisme serta kompoen penyusunnya maka dapat membuat mikoorganisme

yang mempunyai kualitas yang sama yang digunakan dalam industri dengan

memanfaatkan genetika dari mikroorganisme yang mempunyai sifat unggul.

I.5 metode penulisan

Dalam pembahasan materi “Genetika Bakteri” ini, penulis menggunakan

metode kepustakaan untuk mendapatkan bahan materi yang menyeluruh.

Kepustakaan yang penulis gunakan tak hanya memakai beberapa buku untuk

menjadi sumber acuan. Akan tetapi, penulis juga mencari bahan dari internet baik

berupa materi maupun gambar yang dapat melengkapi pembahasan materi

sebelumnya

3

BAB II

PEMBAHASAN

II. 1 Struktur DNA

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.

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

nitrogen-deoksiribosa-fosfat.

4

Gambar 1. Double Helix DNA

Purin dan pirimidin yang membentuk nukleotida, masing-masing memiliki dua

macam basa :

1) Purin yaitu adenine dan guanine,

2) Pirimidin yaitu cytosine dan thymine.

Karena ada empat jenis basa, maka pada DNA dijumpai empat jenis nukleotida :

1) Deoksiadenosin-5’-monofosfat (adenine + deoksiribosa + fosfat),

2) Deoksiguanosin-5’-monofosfat (guanine + deoksiribosa + fosfat),

3) Deoksitidin-5’-monofosfat (cytosine + deoksiribosa + fosfat),

4) Timidin-5’-monofosfat (thymine + deoksiribosa + fosfat).

Keempat jenis nukleotida ini dihubungkan menjadi utasan polinukleotida DNA

oleh ikatan-ikatan fosfodiester, yaitu setiap gugusan fosfat menghubungkan atom

karbon nomor 3 pada deoksiribosa sebuah nukleotida dengan atom karbon nomor 5

pada deoksiribosa nukleotida berikutnya, dengan gugusan fosfat terletak di luar

rantai. Hasilnya ialah suatu rantai yang mengandung gugusan fosfat berselang-

seling dengan gugusan deoksiribosa dan basa-basanya yang mengandung nitrogen

menonjol dari gugusan. Ikatan-ikatan hidrogen menghubungkan basa dari satu

rantai ke rantai yang lain. Muatan negatif phosphodiester backbone dari DNA

5

berhadapan dengan pelarut, dan muatan ini tersusun sepanjang struktur linear dari

molekul. Panjang molekul DNA pada umumnya tersusun dalam ribuan pasang DNA

ribuan pasang basa, atau kilobase pavis (kbp). Suatu kromosom Eshericia coli

memiliki 4639 kbp. Panjang keseluruhan kromosom E.coli diperkirakan I nm. Oleh

karena keseluruhan dimensi sel bakteri diperkirakan 1000 kali lebih kecil dari pada

panjangnya tersebut sehingga terbentuk lipatan yang melipat lagi atau supercoiling,

menyusun struktur fisik dari molekul in vivo.

Presentase basa nitrogen

Adenin Sitosin Guanin Timin

Kamir (yeast) 32 18 18 32

Mycrobacteriu

m tuberculosis16 34 34 16

Manusia 131 19 19 131

Antara setiap pasangan Adenin-Timin terbentuk dua ikatan hidrogen (A=T),

sedangkan antara setiap pasangan Guanin-Sitosin terbentuk tiga ikatan hidrogen

(G≡C). Akibat dari pembentukan pasangan-pasangan tersebut ialah bahwa kedua

utasan heliks DNA bersifat anti-paralel, yang berarti bahwa setiap utas menuju arah

yang berlawanan sehingga yang satu diakhiri dengan gugusan hidroksil-3’ bebas

dan yang lain dengan gugusan fosfat-5’.

II. 2 Genetika Bakteri

Ada dua fenomena biologi pada konsep hereditas yaitu:

1. Hereditas yang bersifat stabil di mana generasi berikut yang terbentuk dari

pembelahan satu sel mempunyai sifat yang identik dengan induknya.

2. Variasi genetik yang mengakibatkan adanya perbedaan sifat generasi berikut

dari sel induknya akibat peristiwa genetik tertentu, misalnya mutasi.

6

Pada bakteri, unit herediternya disebut genom bakteri. Genom bakteri

lazimnya disebut sebagai gen saja. Gen bakteri biasanya terdapat dalam molekul

DNA (asam deoksirinukleat) tunggal, meskipun dikenal pula adanya materi genetik

di luar kromosom (ekstra kromosomal), yang di sebut plasmid, yang tersebar luas

dalam populasi bakteri. Meskipun bakteri bersifat haploid, transimisi gen dari satu

generasi ke generasi berikutnya berlangsung secara linier, sehingga pada setiap

siklus pembelahan sel, sel anaknya menerima satu set gen yang identik dengan sel

induknya.

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 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

7

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.

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 sekwen asam amino yang membentuk protein

tertentu. Proses ini disebut translasi.

II. 3 DNA Bakteri

Bakteri memiliki kekurangan unsur-unsur yang mengacu pada stuktur

komplek yang terlibat dalam pemisahan kromsom-kromosom eukariota menjadi

nukleid anak yang berbeda. Replikasi dari DNA bakteri dimulai pada satu titik dan

bergerak ke semua arah. Dalam prosesnya, dua pita lama DNA terpisah dan

digunakan sebagai model untuk mensistensiskan pita-pita baru (replikasi

8

semikonservatif). Strukur dimana dua pita terpisah dan sintesis baru terjadi disebut

sebagai percabangan replikasi. Replikasi kromosom bakteri sangat terkontrol, dan

kromosom tiap sel yang tumbuh berkisar antara satu dan empat. Beberapa plasmida

bakteri bias memiliki sampai 30 tiruan dalam satu sel bakteri, dan mutasi yang

menyebabkan kontrol bebas dari relikasi plasmida bahkan bias menghasilkan tiruan

yang lebih banyak.

Replikasi pita DNA ganda sirkular dimulai pada locus ori dan membutuhkan

interaksi dengan beberapa protein. Dalam E coli, replikasi kromosom berakhir pada

suatu tempat yang disebut “ter“. Dua kromosom anak terpisah, atau terpecah

sebelum pembagian sel, sehingga tiap-tiap keturunan memiliki satu DNA anak. Hal

ini dapat disempurnakan dengan bantuan topoisomerase atau melakukan

pengkombinasian. Proses serupa yang mengacu pada replikasi DNA plasmida,

kecuali pada beberpa kasus, replikasinya adalah tidak terarah.

Transposon tidak membawa informasi genetika yang dibutuhkan untuk

memasangkan replikasi sendiri terhadap pembagian sel, sehingga

perkembangbiakannya tergantung pada penyatuan fisiknya dengan replika bakteri.

Penyatuan ini dibantu oleh kemampuan transposon untuk membentuk tiruannya

sendiri, yang mungkin disisipkan dalam replika yang sama atau mungkin disatukan

pada replika lainnya. Spesifisitas dari rangkaian pada bagian sisipan biasanya

rendah, sehingga transposon kadang cenderung menyisip dalam sistem acak.

Sebagian besar plasmida ditransfer antar sel-sel bakteri, dan penyisipan dari sebuah

transposon ke dalam suatu plasmida bisa menyebabkan penyebaran dalam sebuah

populasi.

II. 4 Replikasi DNA

Sintesis perbanyakan bahan genetik seperti DNA, dilakukan melalui proses

yang disebut replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang

mencirikan proses kehidupan. Melalui suatu replikasi, senyawa kimia dapat

membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang mirip dengan dirinya.

Replikasi hanya terjadi pada asam nukleat, DNA atau RNA. Molekul asam nukleat

9

yang mampu bereplikasi disebut replikon. Tidak ditemukan senyawa lain yang

sintesisnya dilakukan melalui replikasi.

Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-

menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA

sangatlah teratur, yaitu pada fase S daur sel, sebelum mitosis atau meiosis I.

Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu

pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses

replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi

berantai polimerase (PCR). Dengan demikian, setiap sel yang melakukan mitosis

akan dihasilkan 2 sel anak yang memilki DNA lengkap sama persis dengan yang

dimiliki induknya.

II. 4. 1 Biosintesis Nukleotida

Sebelum rantai polinukleotida DNA dapat disintesis oleh bakteri atau

organisme lain, harus tersedia sekumpulan nukleotida seluler. Pada bakteri tertentu,

nukleotida harus disuplai dalam medium dalam bentuk jadi. Pada bakteri lain dapat

mensintesis nukleotida dari nutrien yang sederhana, seperti glukosa, ammonium

sulfat, dan mineral. Perubahan nutrien sederhana menjadi nukleotida bagi sintesis

DNA menyangkut sederetan reaksi yang rumit, beberapa di antaranya

membutuhkan energi berupa ATP. Salah satu dari reaksi-reaksi ini ialah

pembentukan bentuk teraktivasi nukleotida bagi sintesis rantai polinukleotida DNA

berutasan ganda:

Nukleotida + ATP kinase nukleotida-fosfat + ADP

Nukleotida-fosfat + ATP kinase nukleotida-difosfat + ADP

Energi dalam bentuk ATP disediakan. Pada setiap nukleotida teraktivasi terikat dua

gugusan fosfat yang berasal dari peruraian dua ATP.

Berdasarkan struktur DNA heliks ganda (double helix), timbul tiga hipotesis

mengenai pola replikasi DNA. Ketiga hipotesis tersebut adalah:

1. Semikonservatif

Menurut hipotesis replikasi secara semi-konsevatif, setiap utas DNA menjadi

cetakan bagi pembentukan utas baru, sehingga pada akhir proses replikasi

10

akan ditemukan dua utas ganda yang masing-masing mengandung satu utas

baru dan satu utas lama.

2. Konservatif

Menurut hipotesis replikasi secara konservatif, rantai polinukleotida induk

tidak berpisah dan dua utas dari dua utas ganda DNA secara bersama-sama

membentuk dua utas ganda baru, sehingga akan dihasilkan dua utas ganda

baru dan dua utas ganda lama.

3. Dispersif

Menurut hipotesis replikasi secara dispersif, rantai polinukleotida induk putus-

putus kemudian memisah dan akhirnya membentuk rangkaian baru yang

terdiri dari campuran antara potongan dari pasangan nukleotida lama dan

potongan dari polinukleotida yang baru disintesis.

Gambar. 2 Pola-pola Replikasi DNA

II. 4. 2 Regulasi Replikasi DNA

Kromosom suatu bakteri yang khas ialah sebuah molekul DNA berutasan-

ganda, yang mempunyai berat molekul kira-kira 2,5 x 109 Dalton (satu Dalton sama

dengan massa satu atom hidrogen). Jumlah pasangan basanya kurang lebih 4 x 106.

Bila kromosom tersebut ditarik secara linier dalam bentuk heliks-ganda, ukurannya

11

akan mencapai kira-kira 1,25 mm, yaitu beberapa ratus kali lebih panjang daripada

sel bakteri yang memilikinya.

a. Replikasi mensyaratkan situs awal

Syarat pertama agar suatu DNA dapat bereplikasi ialah bahwa pada DNA

tersebut terdapat situs awal replikasi. Hasil pengamatan terhadap kromosom

E.coli memperlihatkan bahwa replikasi selalu dimulai dari titik awal tertentu

(Cairns, 1963). Situs awal replikasi dikenal dengan istilah titik ori (singkatan dari

origin of replication). Pada kromosom bakteri diketahui hanya ada satu titik ori,

sedangkan pada kromosom eukariot terbukti mempunyai banyak titik ori. DNA

yang tidak mempunyai titik ori tidak akan dapat bereplikasi.

b. Replikasi memerlukan untaian ganda

Persyaratan kedua untuk dapat berlangsungnya proses replikasi ialah bahwa

asam nukleat harus berada dalam bentuk untaian ganda. Hal ini telah diuraikan

oleh Watson dan Crick (1953), yaitu bahwa implikasi genetik dari heliks ganda

ialah memungkinkan pembentukan DNA baru secara swaproduksi (replikasi).

Adanya dua untai polinukleotida serta per pasangan antiparalel antara basa-

basanya akan mendukung proses replikasi, yaitu setiap untaian akan menjadi

model bagi pembentukan untai pasangannya. Bukti bahwa untai ganda menjadi

syarat dalam replikasi dapat dilihat pada DNA virus yang sedang bereplikasi.

Virus mempunyai genom bervariasi, baik beruntai ganda maupun tunggal, tetapi

pada saat bereplikasi virus selalu berada dalam keadaan untai ganda.

c. Replikasi DNA mengikuti pola hipotesis semikonservatif

Untuk dapat terjadi proses replikasi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya,

Watson dan Crick mengajukan suatu usulan pola replikasi DNA yang disebut pola

semikonservatif. Pola konservatif mula-mula dibuktikan oleh Mathew Maselson

dan Francis Stahl yang bekerja dengan E.coli yang telah menggunakan teknik

radio isotop, sentrifugasi, dan spektrofotometer. Dengan pola semikonservatif ini

akan terpenuhi dua hal. Pertama, fungsi pewarisan dalam replikasi satu utasan

DNA. Kedua, fungsi pemeliharaan sifat, yaitu struktur DNA yang baru akan sama

dengan struktur DNA sebelumnya.

d. Sintesis DNA mempunyai arah pertumbuhan 5’ 3’

12

Molekul nukleotida dalam keadaan bebas akan terbentuk nukleotida tripospat.

Dalam proses sintesis DNA, dua nukleotida digabungkan satu dengan yang

lainnya dengan cara merangkaikan karbon gula kelima (C5) yang mengandung

fosfat dari satu nukleotida kepada karbon gula ketiga (C3) yang mengandung –

OH dari nukleotida lain dan membentuk ikatan 5’-3’ fosfodieter.

e. Replikasi berjalan secara bertahap

Dalam proses replikasi terjadi dua proses. Pertama, pelepasan heliks ganda

menjadi untai tunggal dan membentuk cabang replikasi. Kedua, sintesis rantai

baru dengan menggunakan untaian tunggal tersebut sebagai model. Pada situs

awal replikasi, enzim DNA polimerase akan memutus pilinan heliks ganda menjadi

dua untaian tunggal. Dalam proses ini akan terbentuk struktur huruf Y, titik

persimpangannya disebut titik tumbuh. Replikasi bergerak berurutan dari titik

tumbuh, baik pada satu arah (replikasi satu arah) atau dua arah (replikasi dua

arah). Situs awal dan titik tumbuh terikat pada membran sel dan dari sinilah kedua

utasan diduplikasi. Masing-masing utasan mempunyai urutan basa pada utasan-

utasan DNA yang mula-mula.

f. Sintesis DNA bersifat tidak sinambung

Utasan-utasannya direplikasi dalam bentuk segmen-segmen kecil yang

disebut fragmen Okazaki, dengan arah 5’ ke 3’. Fragmen-fragmen ini kemudian

digabungkan menjadi satu oleh enzim DNA ligase.

Inisiasi (pengawalan) replikasi DNA membutuhkan suatu pancingan, yaitu

sepotong pendek RNA yang disintesis oleh RNA polimerase dan komplementer

terhadap DNA. Dengan adanya pemula ini, DNA polimerase dapat mulai

mensintesis deoksiribonukleotida. Sekali pancingan mengena, DNA polimerase lalu

mencerna RNA tersebut dan menggantikannya dengan DNA. Berpartisipasinya RNA

sebagai pancing tampaknya ekstensif karena setiap fragmen Okazaki juga

mengandung sebagian RNA sebagai pancing.

II. 5 Perpindahan Gen

13

Perpindahan gen merupakan suatu kegiatan yang dilakukan bakteri dengan

mengirimkan informasi genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien. Kegiatan

perpindahan gen ini ada tiga yakni :

1. Transformasi

2. Konjugasi

3. Transduksi

II. 5. 1 Transformasi

Transformasi pertama kali ditemukan oleh Frederick Griffith pada tahun 1928.

Dia mempelajari transformasi satu tipe Streptococcus pneumoniae menjadi tipe yang

berbeda. S. pneumoniae dibagi menjadi 100 tipe lain yang berbeda atas dasar

perbedaan kimia pada kapsulnya. Jadi, tipe 1 menghasilkan kapsul yang berbeda

dengan tipe 2, dan seterusnya.

Transformasi ialah proses pemindahan DNA bebas sel yang mengandung

sejumlah informasi genetik (DNA) dari satu sel ke sel lainnya. DNA tersebut

diperoleh dari sel donor melalui lisis sel alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi.

Begitu fragmen DNA dari sel donor tertangkap oleh sel resipien, maka terjadilah

rekombinasi.

14

Gambar. 3 Proses Transformasi

Manfaat yang didapat dari transformasi gen pada bakteri adalah :

a. Sarana penting dalam rekayasa genetika.

b. Memetakan kromosom bakteri.

c. Bermanfaat dalam penelitian-penelitian genetik bakteri di laboratorium.

II. 5. 2 Konjugasi

Konjugasi merupakan mekanisme perpindahan informasi genetik (DNA) dari

sel donor ke sel resipien yang terjadi akibat adanya kontak sel dengan sel.

Konjugasi bakteri pertama kali ditemukan oleh Lederberg dan Tatum pada tahun

1946. Mereka menggabungkan dua galur mutan Escherichia coli yang berbeda yang

tidak mampu mensintesis satu atau lebih faktor tumbuh esensiil dan memberinya

kesempatan untuk kawin.

Gambar. 4 Proses Konjungasi pada Sel Bakteri

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

15

menggunting dan mengeksisi suatu fragmen DNA resipien. Kemudian DNA donor

dipadukan ke dalam kromosom resipien di tempat DNA yang tereksisi. Mekanisme

ini sebenarnya berlangsung juga pada kegiatan transformasi dan transduksi.

Dengan adanya proses konjugasi ini, gen-gen tertentu yang membawa sifat

resistensi pada obat dapat berpindah dari populasi bakteri yang resisten ke populasi

bakteri yang tidak resisten. Oleh karenanya, bila hal tersebut terjadi pada populasi

bakteri bisa timbul multi drug resistance.

Gambar. 5 Proses Konjungasi pada Sel Bakteri

II. 5. 3. Transduksi

Beberapa jenis virus berkembang biak di dalam sel bakteri. Virus-virus yang

inangnya adalah bakteri seringkali disebut bakteriofage atau fage. Pada waktu fage

menginfeksi bakteri, fage memasukkan DNA-nya ke dalam bakteri tersebut. DNA

fage ini kemudian bereplikasi di dalam sel bakteri atau berintegrasi dengan

kromosom bakteri. Inilah yang dikenal dengan transduksi. Jadi, transduksi adalah

proses perpindahan gen dari suatu bakteri ke bakteri lain oleh bakteriofage lalu oleh

16

bakteriofage tersebut plasmid ditransfer ke populasi bakteri. Transduksi ditemukan

oleh Norton Zinder dan Joshua Lederberg pada tahun 1952. Pada waktu 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 tipe transduksi, yaitu:

1. Transduksi terbatas

Pada proses ini tidak semua gen dapat ditransfer. Transduksi terbatas terjadi

saat profage telah terintegrasi pada kromosom bakteri. Gen-gen bakteri yang

mengalami transduksi terbatas adalah yang berdekatan dengan profage yang

terintegrasi.

2. Transduksi umum

Transduksi umum terjadi bila suatu fage memindahkan gen dari kromosom

bakteri atau plasmid. Pada saat fage memulai siklus litik, enzim-enzim virus

menghidrolisis kromosom bakteri menjadi potongan-potongan kecil DNA.

Setiap bagian dari kromosom bakteri tersebut dapat digabungkan dengan

kepala fage selama perakitan fage. Fage yang telah berisi DNA sel bakteri

dapat menginfeksi sel lain dan mentransfer gen bakteri di dalam sel resipien

DNA bakteri dan bergabung dengan rekombinasi homolog menggantikan gen

dalam sel resipien. Transduksi ini terjadi pada bakteri gram positif dan gram

negatif.

17

Gambar. 6 Proses Transduksi pada Sel Bakteri

II. 6 Mutasi

Mutasi adalah perubahan di dalam rangkaian nukleotida suatu gen. Mutasi

menimbulkan ciri genetik yang baru atau genotif berubah. Sel atau organisme yang

menimbulkan efek mutasi disebut mutan. Mutasi pada gen akan menyebabkan

produk protein yang dihasilkan.

II. 6. 1 Mutagenesis

Mutagenesis merupakan suatu teknik biologi molekuler di mana suatu mutasi

diciptakan pada suatu bagian molekul DNA tertentu, yang dikenal sebagai plasmid.

Mekanisme dasar:

1. Mensintesis DNA yang di dalamnya terdapat bagian yang ingin dimutasi.

2. Hasil sintesis ini harus dihibridisasi dengan DNA lain dari gen yang

diinginkan.

3. Fragmen tersebut diperluas lagi oleh DNA polimerase.

18

4. Molekul yang diperoleh akan diadaptasikan ke dalam sel inang dan dikloning.

5. Pemilihan mutan.

Gambar. 7 Mutagenesis

II. 6. 2 Mutagen

Bahan-bahan yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagen.

Mutagen terbagi menjadi tiga, yaitu:

1. Mutagen bahan kimia

Mutagen bahan kimia, contohnya adalah kolkisin dan zat digitonin. Kolkisin

adalah zat yang dapat menghalangi terbentuknya benang-benang spindel

pada proses anafase dan dapat menghambat pembelahan sel pada anafase.

Mutagen bahan kimia dapat menimbulkan mutasi melalui beberapa cara.

Gugusan alkil aktif dari bahan mutagen kimia dapat ditransfer ke molekul lain 

pada posisi dimana kepadatan elektron cukup tinggi seperti phosphate groups

dan juga molekul purine dan pyrimidine yang merupakan penyusun struktur

deoxyribonucleic acid (DNA). Seperti diketahui umum, DNA merupakan

struktur kimia yang membawa gen. Basa-basa yang menyusun struktur DNA

terdiri dari adenine, guanine, thyimine, dan cytosine. Adenine dan guanine

merupakan basa bercincin ganda (double-ring bases) disebut purines, 19

sedangkan thymine dan cytosine bercincin tunggal (single-ring bases) disebut

pyrimidines. Struktur molekul DNA berbentuk pilitan ganda (double helix) dan

tersusun atas pasangan spesifik Adenine-Thymine dan Guanine-Cytosine.

Contoh mutasi yang paling sering ditimbulkan oleh mutagen kimia adalah

perubahan basa pada struktur DNA yang mengarah pada pembentukan 7-

alkyl guanine.

2. Mutagen bahan fisika

Mutagen bahan fisika, contohnya sinar ultraviolet, sinar radioaktif, dan lain-

lain. Sinar ultraviolet dapat menyebabkan kanker kulit. Mutagen fisika bersifat

sebagai radiasi pengion (ionizing radiation) yang dapat melepas energi

(ionisasi), begitu melewati atau menembus materi. Mutagen fisika termasuk

diantaranya sinar-X, radiasi gamma, radiasi beta, neutron, dan partikel dari

aselerators sudah umum digunakan dalam pemuliaan tanaman. Karakteristik

untuk masing-masing jenis radiasi disajikan dalam tabel di bawah ini. Begitu

materi reproduksi tanaman diradiasi, proses ionisasi akan terjadi dalam

jaringan dan dapat menyebabkan perubahan pada jaringan itu sendiri, sel,

genom,  kromosom, dan DNA atau gen. Perubahan yang ditimbulkan pada

tingkat genom, kromosom, dan DNA atau gen dikenal dengan istilah mutasi

(mutation).

3. Mutagen bahan biologi

Diduga virus dan bakeri dapat menyebabkan terjadinya mutasi. Bagian virus

yang dapat menyebabkan terjadinya mutasi adalah DNA-nya.

II. 7 DNA Rekombinan

DNA rekombinan adalah sebuah teknik membuat susunan DNA baru dengan

cara menyisipkan potongan DNA asing ke dalam DNA organisme sehingga

menghasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Dan pada saat organism

tersebut membelah diri molekul DNA rekombinan tersebut ikut bereplikasi.

Sebenarnya pada tahun 1973 telah muncul dan dikembangkan teknik untuk

mengisolasi dan menggabungkan potongan-potongan DNA yang tak sama sehingga

20

dapat dihasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Teknik ini memungkinkan

adanya isolasi, manipulasi, dan produksi dalam jumlah besar ruas DNA apa saja

yang diinginkan dari tipe sel apa saja. Pada pokoknya sel-sel bakteri semacam itu

telah menerima gen asing dan merupakan organisme baru. Sifat serta

kemampuannya bias sangat berbeda dari inang maupun donornya.

II. 7. 1 PROSES

Proses rekombinasi DNA diawali dengan enzim endonuklease restriksi yang

memotong susunan DNA. Potongan DNA tersebut biasanya mengandung beberapa

gen dari kromosom tipe apapun. Tumbuhan, hewan, bakteri ataupun virus.

Potongan-potongan ini mempunyai ujung yang lengket atau kohesif yang akan

dengan mudah digabungkan secara perpasangan basa pada daerah-daerah

berutasan tunggal dengan utasan-utasan DNA lain. Dengan cara ini, fragmen-

fragmen yang diperoleh dari kromosom sel apapun atau virion dapat disambungkan

ke plasmid atau genom fage dengan bantuan enzim lain, seperti polinukleotide

ligase. Intinya sel-sel bakteri seperti itu telah menerima gen asing dan merupakan

organisme batu yang sifatnya dapat amat berbeda dengan inang maupun donornya.

Sehingga saat mereka memperbayak diri, komponen DNA tersebut ikut juga

tereplikasi.

Gambar. 8 DNA Rekombinan21

Perangkat yang dibutuhkan :

Enzim endonuklease restriksi : Untuk memotong DNA dengan sangat spesifik

sehingga sekuennya disebut molindrom (MOM). Dapat memotong DNA dari

sistem biologi apapun apabila mempunyai sekuens yang sama.

Enzim ligase : Enzim yang menggabungkan potongan DNA, beberapa

diantaranya dapat menggabungkan fragmen-fragmen DNA yang berbeda.

Plasmid : sebagai vektor untuk mengklonkan gen atau fragmen DNA, dan juga

untuk mengubah sifat bakteri.

Pustaka genom : untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang telah diklonkan

II. 7. 2 KEUNTUNGAN

Bakteri yang dapat menghasilkan kromosom insulin telah ditemukan.

Bakteri suatu spesies Pseudomonas telah dikembankan dan dipatenkan efektif

membersihkan tumpahan minyak (tapi jika dimasukkan ke sumur minyak justru

akan sangat merugikan, oleh karena itu, harus sangat hati-hati dalam

menggunakan teknik ini).

Dalam bidang pertanian dapat dilakukan untuk penambatan nitrogen oleh

prokariota untuk peningkatan kesuburan tanah. Gen untuk fiksasi nitrogen (nif)

membentuk tandan pada kromosom Klebsiella pneumoniae dan dapat

dipindahkan. Gen-gen tersebut dapat terpadu ke dalam atau bersegregasi dari

DNA kromosom maupun plasmid, dan plasmid yang mengandung nif dapat

mendapatkan sifat-sifat baru melalui rekombinasi. Dan mungkin pada akhirnya

dapat membuat tumbuhan dapat menambat nitrogen oleh dirinya sendiri.

II. 7. 3 KEKHAWATIRAN

Teknologi ini menimbulkan beberapa kekhawatiran diantara para ahli :

Kekhawatiran bahwa produksi molekul-molekul DNA rekombinan yang

fungsional in vivo dapat terbukti berbahaya secara biologis. Sebagai contoh :

bila bakteri tersebut dibawa ke mikroba seperti Escherichia coli yang

merupakan bakteri komensal di usus manusia dan dapat mempertukarkan

22

informasi genetis dengan tipe-tipe bakteri yang lain dan dapat menyebar luas

diantara manusia, hewan, tumbuhan, dan yang lainnya.

Kekhawatiran terbentuknya palsmid-plasmid bakteri baru yang dapat

bereplikasi secara swantantra yang bila tidak diawasi secara ketat, dapat

memasukkan determinan genetis untuk resistensi antibiotik atau

pembentukan toksin bakteri ke dalam galur-galur bakteri yang pada waktu

tersebut tidak membawa determinan semacam itu.

Percobaan untuk menghubungkan semua segmen DNA virus onkogenik

ataupun virus hewani yang lain menjadi unsur-unsur DNA yang

melangsungkan replikasi secara swantantra, seperti plasmid bakteri atau

DNA viral lainnya, sebab penyebaran molekul DNA dengan cara seperti itu

mungkin meningkatkan terjadinya kanker ataupun penyakit yang lain.

23

BAB III

PENUTUP

III. 1 Kesimpulan

DNA adalah sebuah molekul panjang yang menyerupai tali, biasanya terdiri

dari dua utas, saling membelit membentuk heliks ganda (double helix). Setiap utas

terdiri dari nukleotida-nukleotida yang tergabung membentuk rantai polinukleotida.

Untuk memperbanyak dirinya, DNA melakukan suatu proses yang disebut

replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang memungkinkan

senyawa kimia dapat membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang

mirip dengan dirinya. Replikasi DNA mengikuti pola semi konservatif yang

sintesisnya dimulai dari titik ori dan arah pertumbuhannya ialah 5’ 3’

Perpindahan gen yang dilakuakan bakteri melalui tiga cara, yaitu : konjugasi,

transformasi, dan transduksi. Konjugasi merupakan proses perpindahan gen bakteri

melalui kontak antar selnya. Transformasi merupakan proses perpindahan gen

bakteri melalui sel bebas. Transduksi merupakan proses perpindahan gen dari suatu

bakteri ke bakteri lain dengan bantuan bakteriofage.

Mutagenesis merupakan suatu teknik untuk menciptakan mutasi yang

meliputi lima tahap/proses. Mutagen adalah bahan yang menyebabkan terjadinya

mutasi. Mutagen terbagi menjadi tiga : mutagen bahan kimia, mutagen bahan fisika,

dan mutagen bahan biologi.

DNA rekombinan adalah DNA yang telah mengalami proses rekombinasi atau

penyusunan kembali. Proses ini diawali oleh terpotongnya struktur DNA oleh enzim

restriksi endonuklease kemudian potongan DNA tersebut disisipkan pada DNA

resipien dan digabungkan kembali oleh enzim ligase. Struktur DNA yang baru ini

akan ikut bereplikasi apabila organism pembawanya berkembangbiak. Meskipun

banyak kontroversi teknologi baru ini, teknologi ini cukup mendatangkan manfaat

bagi kehidupan umat manusia.

24

DAFTAR PUSTAKA

Pelczar J. Michael, Jr. Dasar-dasar mikrobiologi. 1986. Jakarta: Penerbit Universitas

Indonesia.

Staff Pengajar Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. Mikrobiologi Kedokteran.

1993. Jakarta : Binarupa Aksara.

Anonim. http//:wikipedia.com/genetika bakteri/. 12 Maret 2010. Pk. 15.00.

Anonim. http//:google.com/genetika bakteri dan virus/. 12 Maret 2010. Pk. 16.30.

25

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.

26