PENGEMASAN MATERI GENETIK PADA BAKTERI

PENDAHULUAN

A. Latar belakang

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 menerungkan bagaimana cara untuk menaklukan semua penyakit

menurun dan kemungkinan terubahnya suatu mikroba yang umum dan tidak berbahaya

menjadi bentuk patogenik. 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)

Ilmu yang mempelajari cara pengekspresian informasi genetis yang terkandung

dalam molekul DNA serta mekanisme pengendalian hereditas pada organisme oleh

DNA adalah genetika . Molekul DNA yang ditemukan dalam sel terdiri dari dua rantai

komplementer yang berbentuk heliks dan saling membelit sehingga disebut heliks ganda atau

double heliks. Masing-masing rantai DNA terdiri dari empat jenis nukleotida, yang dapat

dibedakan menurut jenis basa nitrogennya yaitu adenin (A), timin (T), sitosin (C), dan guanin

(G).

Pada masa kini genetika telah mampu menjelaskan cara DNA mengendalikan sifat

dan mempertahankan proses yang penting di dalam sel hidup. Langkah pertama dalam

pengekspresian sifat yang dikandung DNA ialah dengan mencetak molekul RNA berdasarkan

urutan nukleotida pada DNA. Molekul RNA merupakan polimer rantai tunggal yang terdiri

dari empat macam nukleotida yaitu adenin (A), urasil (U), sitosin (C) dan guanin (G).

(Ristiati, 2000)

Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen terdiri dari DNA, suatu

pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler. ‘Genetika bakteri mendasari

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 “Pengemasan Bahan Genetik pada Bakteri”

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimankah proses mutasi dan mutagen ?

2. Bagaimana mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri ?

C. Tujuan

1. Untuk mengetahui proses mutasi dan mutagen.

2. Untuk mengetahui mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri.

BAB II

PEMBAHASAN

A. 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)

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. Pada tempat 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 oleh

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. Perhatikan bagan berikut:

(menurut Bibiana W. Lay)

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

terbatas pada satu lokus dan 2) mutasi nonspesifik secara simultan mempengaruhi pada

beberapa lokus.

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)

3. 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 HNO2 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 analog timin (T) dan dapat berpasangan dengan adenin (A) atau

guanin (G). selain itu sinar х, 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 pengaruh mutagenik 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

Karena semua sifat sel-sel hidup pada akhirnya 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)

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, yaitu membutuhkan medium yang lebih

kompleks untuk tumbuhnya ketimbang biakan aslinya.

4. Mutan yang memperlihatkan perubahan dalam bentuk koloni atau kemampuan untuk

menghasilkan pigmen

5. Mutan yang menunjukkan perubahan pada struktur permukaan dan komposisi selnya

(mutan antigenik)

6. Mutan yang resisten terhadap aksi bakteriofage

7. 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 mulanya efektif 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

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.

B. Mekanisme pemindahan bahan Genetik pada Bakteri

Pertukaran gen antar bakteri dapat terjadi karena bakteri pada umumnya hidup

berkoloni, dan bahkan bercampur dengan banyak bakteri jenis lain. Pertukaran gen akan

menghasilkan rekombinan baru.

1. Konyugasi

Konyugasi ialah pemindahan bahan genetik dari suatu sel bakteri yang bertindak

sebagai donor kepada sel bakteri yang bertindak sebagai resipien. Pemindahan ini dikode

oleh plasmid. Plasmid adalah unsur genetis ekstrakromosomal (diluar kromosom) dan dapat

melangsungkan replikasi di dalam sitoplasma sel bakteri. Plasmid adalah potongan bundar

DNA yang merupakan gen tambahan. Bila unsur ekstrakromosomal 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 pili seks 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)

2. Transduksi

Transduksi ialah proses pemindahan bahan genetik dari suatu bakteri ke bakteri lain

melalui bakteriofage. Bila bakteriofage menyerang bakteri maka DNA bakteriofage

diinjeksikan ke dalam sel bakteri. Ada dua kemungkinan yang terjadi:

1. 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.

2. DNA bakteriofage akan berintegrasi dengan DNA bakteri sehingga terbentuklah bakteri yang

bersifat lisogenik. Karena sesuatu sebab yang belum diketahui maka bakteri yang bersifat

lisogenik dapat mengalami fase litik. Dalam 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.

3. Transformasi

Transformasi ialah 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 maka terjadilah rekombinasi. Gejala transformasi ini ditemukan pertama kali

padaStreptococcus pneumonia oleh F. Griffith pada tahun 1928. 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 nonpatogen.

Dalam percobaannya ditemukan jika campuran bakteri tipe S yang telah dimatikan

dengan pemanasan dan sel tipe R hidup disuntikkan pada tikus maka tikus kan mati dan dari

bangkai tikus dapat di isolasi 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

tersebut dan berhasil mengidentifikasinya sebagai DNA. Percobaan Avery dan kawan-kawan

inilah yang mendemontrasikan untuk pertama kali bahwa bahan genetik adalah DNA

Plasmid

Terdapat di dalam sitoplasma dan tidak bergabung dengan kromosom. Merupakan

DNA ekstrakromosomal (selain partikel F yang juga DNA ekstrakromosomal dan ditemukan

pada bakteri) yang mempunyai kemampuan untuk mengadakan replikasi diri.

Episom

Penggalan plasmid yang berintegrasi dengan kromosom dan akhirnya merupakan

bagian dari kromosom tersebut.

Bakteriosin

Merupakan protein atau karbohidrat yang pembentukannya diatur oleh plasmid.

Bahan ini dapat berfungsi menghambat atau membunuh struktur yang berhubungan dengan

pembentuk bakteriosin itu sendiri.

Transposon

Plasmid kecil yang dapat berpindah diantara molekul DNA yang memiliki struktur

basa yang berlainan.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

1. Mutasi merupakan perubahan materi genetik yang disebabkan pemindahan dan pengurangan

pasangan basa. Sedangkan mutagen senyawa kimia atau faktor fisikawi yang dapat

menyebabkan mutasi.

2. Mekanisme pemindahan bahan genetik pada bakteri. Digunakan konyugasi ialah pemindahan

bahan genetik dari suatu sel bakteri yang bertindak sebagai donor kepada sel bakteri yang

bertindak sebagai resipien. Transduksi ialah proses pemindahan bahan genetik dari suatu

bakteri ke bakteri lain melalui bakteriofage. Transformasi ialah proses pemindahan DNA

telanjang yang mengandung sejumlah terbatas informasi DNA dari satu sel ke sel yang lain.

Daftar Rujukan

Ristiati, Ni Putu. 2000. Pengantar Mikrobiologi Umum. 2000. Jakarta: Departemen Pendidikan

Nasional.

Jawetz. 2001. Mikrobiologi Kedokteran. Jakarta: Salemba Medika.

Kusnadi, dkk. 2003. Mikrobiologi. Bandung: JICA

Darkuni, Noviar. 2001. Mikrobiologi (Bakteriologi, Virologi dan Mikologi). Malang: Universitas

Negeri Malang

Pelczar, Michael. 2008, Dasar – Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.

Volk dan Wheeler.1984.Mikrobiologi Dasar. Jakarta: Erlangga.