Penjelasan Lengkap Genetika Bakteri

Penjelasan Lengkap Genetika Bakteri – Ilmu genetika mendefinisikan dan menganalisis keturunan 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 fenotip seperti warna mata pada manusia atau resistensi terhadap antibiotik pada bakteri, pada umumnya di amati pada tingkat organisme. Dasar kimia untuk variasi dalam fenotip 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. 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.

Genetika mikroba tradisional terutama berdasarkan pada pengamatan atau observasi perkembangan secara luas. Variasi fenotip 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.

APA ITU GENOM BAKTERI

Unit herediter pada bakteri disebut genom bakteri (gen bakteri). Sebuah sel memiliki DNA yang merupakan materi genetik dan bersifat herediter pada seluruh sistem kehidupan. Genom adalah set lengkap materi genetik (DNA) yang dimiliki suatu organisme dan terorganisasi menjadi kromosom. Gen bakteri terdapat dalam molekul DNA tunggal (haploid). Kromosom bakteri yang terdiri dari DNA berbentuk sirkuler, panjangnya ± 1mm, beratnya 2-3% dari berat kering satu sel, disusun sekitar 4 juta kpb DNA, makromolekul yang sangat banyak ini dikemas agar tidak berubah dalam bentuk superkoil (± 70-130 superkoil domain). DNA memiliki berat molekul yang tinggi karena terdiri dari heteropolimer dari deokdiribonukleotida purin (adenin dan guanin) dan pirimidin (sitosin dan timin). Selain itu dikenal pula adanya materi genetik di luar kromosom (ekstra kromosomal) yang disebut plasmid.

Plasmid tersebar luas dalam populasi bakteri. Plasmid terdiri dari beberapa – 100 kpb, beratnya ± 1-3 % dari kromosom –bakteri, berada bebas dalam sitoplasma bakteri. Kadang-kadang dapat bersatu dengan kromosom bakteri. Dapat berpindah dan dipindahkan dari satu spesies ke spesies lain. Jumlahnya dapat mencapai 30 atau dapat bertambah karena mutasi. Meskipun bakteri bersifat haploid, transmisi 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.

Ada dua fenomena biologi pada konsep hereditas: 

1. Hereditas yang bersifat stabil dimana generasi berikutnya yang terbentuk dari pembelahan satu sel mempunyai sifat yang identik dengan induknya.
2. Variasi genetik yang mengakibatkan adanya perbedaan sifat generasi berikut dan sel induknya akibat peristiwa genetik tertentu, misalnya mutasi.

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.

DNA BAKTERI

• Penjelasan mikroskop lengkap
• Hasil metabolisme bakteri
• Struktur ultra bakteri

REPLIKASI

TRANSKRIPSI

TRANSLASI

2. Elongasi

Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino. Ikatan tRNA dengan Nformil metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A.  Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong.  Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya..

3. Terminasi. 

Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA.   Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai.  Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir.  Kemudian ribosom berubah menjadi sub unit kecil dan besar.

Baca juga :

• Bakteri penghasil antibiotik
• Bakteri gram positif dan negatif, apa bedanya?
• Peran bakteri pada industri pangan

MUTASI

Mutasi mengarah pada suatu perubahan senyawa kimia pada DNA. Mutan merupakan individu yang mengalami perubahan pada satu atau lebih basa DNAnya: perubahan ini dapat diwariskan dan irreversibel (kecuali terjadi mutasi-balik ke urutan awal).

Kerusakan gen tersebut dapat disebabkan oleh:

1. Perubahan pada proses transkripsi
2. Perubahan pada urutan asam amino dari protein yang merupakan produk gen.

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.

Mutasi melibatkan sejumlah gen pada DNA bakteri: beberapa mutasi tidak pernah dideteksi karena tergantung pada mutasi mempengaruhi suatu fungsi yang dapat dikenali (contoh, penyebab resistensi antibiotik). Dan yang lain dapat mematikan sehingga tidak terdeteksi. Mutasi dikelompokkan berdasarkan :

1. Ukuran

Mutasi titik. suatu perubahan pada sebagian kecil segmen DNA; biasanya yang terjadi pada suatu nukleotida tunggal atau pasangan nukleotida.

• Samesense (silent) mutasi: perubahan pada suatu kodon (biasanya pada posisi ke tiga) yang gagal untuk memindahkan asam amino spesifik dari tempat yang tidak mengalami mutasi.
• Nonsense mutasi : suatu pemendekan produk protein , pada signal rantai-terminasi
• Missense mutasi: suatu perubahan urutan asam amino dengan asam amino yang mengalami salah cetak ditempatkan pada rantai polipeptida
• Frameshift mutasi: suatu pergeseran reading frame, menghasilkan sejumlah kodon missense dan nonsense melalui sisa cistron
• “Gross Mutasi”: perpindahan yang melibatkan lebih dari satu pasangan nukleotida, dapat memasukkan gen, kromosom, atau rangkaian kromosom (pada eukariota).

2. Kualitas

Struktural mutasi merupakan  perubahan pada nukleotida yang mengandung gen :

• Substitusi mutasi: penggantian satu nukleotida untuk yang lainnya, dapat dibedakan menjadi, Transisi: pertukaran dalam satu purindengan satu pirimidin atau sebaliknya (contoh, GC menjadi AT); Transversi: perubahan pada purin/pirimidin (contoh, GC menjadi CG).
• Delesi mutan: kehilangan beberapa bagian suatu gen.
• Insersi mutan: penambahan satu atau lebih ekstra nukleotida terhadap suatu gen.
• ”Rearragement Mutasi” merupakan perubahan lokasi suatu gen dalam genom, sering diikuti oleh efek posisi.
• Dalam suatu gen: dua mutasi dalam gen yang sama fungsinya dapat menghasilkan efek yang berbeda, tergantung pada terjadinya apakah pada posisi cis atau trans.
• Sejumlah gen tiap kromosom: efek fenotip berbeda dapat dihasilkan jika sejumlah gen yang mengalami replikasi nonequivalen pada kromosom homolog (eukariota).
• Pergerakan lokus gen dapat menghasilkan fenotip baru, khususnya ketika gen dipindahkan dekat heterokromatin (eukariot).

3. Asal

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 penembahan 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), radiasi UV sering menghasilkan dimer timin, contoh, ikatan timin di antara dua rantai yang sama. Mutagen senyawa kimia (senyawa kimia yang meningkatkan mutabilitas gen) dapat dibedakan menjadi: Salah cetak mutan meningkat selama replikasi DNA (contoh, mutagen analog basa dengan sifat kimia yang sama dengan basa asam nukleat dapat masuk karena kesalahan, akridin penyebab penambahan mutasi tunggal atau delesi kemungkinan karena interkalasi di antara dua urutan basa). Perubahan gen langsung dihasilkan pada DNA nonreplicating, contohnya asam nitrat oleh deaminasi secara langsung merubah adenin menjadi hipoksantin dan sitosin menjadi urasil.

Mutagenesis

Mutagenesis merupakan suatu teknik biologi molekuler di mana suatu mutasi diciptakan pada suatu bagian molekul DNA tertentu, yang dikenal sebagai plasmid. Mutagenesis adalah proses biologis yang sangat mendasar. Secara tradisional, percobaan pada mutagenesis bakteri telah dilakukan menggunakan kultur pertumbuhan bakteri karena keyakinan bahwa hanya tumbuh sel-sel (mengandung DNA yang bereplikasi) yang bisa berubah. Namun, akhir-akhir ini menunjukkan bahwa bakteri rentan terhadap mutagenesis tidak hanya selama pertumbuhan, tetapi juga ketika mengalami tekanan seleksi tersebut yang mencegah pertumbuhan, tetapi tidak mematikan.

Dalam mutagenesis  yang tidak mematikan seleksi secara bebas disebut `adaptif’ sejak mutasi yang biasanya ditemukan memungkinkan sel untuk melawan tekanan dan melanjutkan pertumbuhan. Namun, banyak pekerja  lebih suka menggunakan istilah fase stasioner mutagenesis sebagai gantinya. Proses ini telah banyak diperdebatkan sejak 1988 dan banyak ulasan pada subjek yang tersedia.

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

Mutagen