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.

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. 

    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

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.

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 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

Mycrobacterium tuberculosis    16    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.

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 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 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 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-fosfat + ADPNukleotida + ATP kinase

nukleotida-difosfat + ADPNukleotida-fosfat + ATP kinase

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 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.

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 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.

3’d.    Sintesis DNA mempunyai arah pertumbuhan 5’

            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

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.

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.

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. 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.

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 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. 

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.

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

5.    Pemilihan mutan.

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, 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 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.

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 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.

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. 

3’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’

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.

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.