genetika bakteri_2011

7/23/2019 genetika bakteri_2011

1/48

GENETIKA BAKTERI

Dr. Nimatuzahroh2010


2/48

GENETIKA BAKTERI

Kromosom dan DNA RNA dan sintesis protein

Mutasi gen

Pemindahan materi genetik

Rekayasa genetik

Aplikasi rekayasa genetik


3/48

Pengetahuan tentang genetika baru berkembang setelahMendel mengajukan teorinya pada tahun 1900

Pewarisan keturunan semakin jelas ketika Lederberg danTatum 1964 mengemukakan tentang matingdanrekombinasi pada bakteri

Pengetahuan tentang genetika merupakan kuni untuk

memahami sejumlah konsep di dalam mikrobiologi!ontoh "

#agaimana antibiotika dapat membunuh ataumenghambat pertumbuhan mikroorganisme

Mekanisme resistensi antibiotika pada bakteri

#agaimana gen resistensi munul dan dapatdipindahkan diantara mikroorganisme

Munulnya penyakit baru sebagai hasil perubahangenetik dari organisme yang sudah ada


4/48

KROMOSOM DAN DNA

KROMOSOMadalah struktur sel yang secarafsik membawa inormasi (hereditaryinormation) . Kromosom merupakan untaianDNA yang tidak terputus yang disebutsebagai SINGLE CONTINOUS DNAMOLECULE

Didalam kromosom mengandung GN

GEN adalah segmen DNA yang menyandi

produk!produk ungsional dan merupakansuatu genetic determinantyang tugasnyamengawasi atau menentukan siat!siat darisuatu makhluk hidup


5/48

Kromosom bakteri terdiri dari

DNA (deoxyribonucleic acid)menempati sebagian besar dari volume sel

Fungsi utama DNAsebagai sumber informasi genetik suatu makhluk

hidup dan proses replikasinya dikerjakan sedemikiansempurna sehingga sel anak akan memperolehinformasi genetik yang lengkap sama seperti sel induksehingga akan terjadi kestabilan genetik di dalam suatupopulasi

Apabila DNA diekstrak dari sel bakteri dan direntangkanpanjangnya kurang lebih mm!

"akteri memiliki kromosom tunggal sirkuler dan melekat padasatu atau beberapa titik pada membran plasma


6/48

Berdasarkan hasi !eneitian men""unakan sinar # $an"diakukan oeh %AT&'N dan (RI(K) diketahui*ah+a unit dasar DNA adaah nukeotida) "u"us "uadeoksiri*osa dan ,os,at

Nukeotida terdiri dari *asa nitro"en !urin -adenin dan

$tosine/ dan *asa !irimidin -th$mine dan "uanine/DNA meru!akan !ita nukeotida !anan" sain" mein"kar

*er!asan"an -ter!iin/ mem*entuk !ita untai "anda-dou*e hei/. &etia! !ita terdiri atas urutan "ua

dan "u"us ,os,at $an" tersusun se*a"ai su"ar2!hos!hat *ak*ound) den"an *asa nitro"en $an"meekat !ada setia! "ua

DNA


7/48

DNA bakteri ( coli)memiliki " #uta pasanganbasa$ dan pan#angnya lebihkurang % mm (%&&& ' lebih

pan#ang dari ukuran selnya)


8/48

*+KA,+ DNA

#enjelang terjadinya pembelahan sel$ kromosom mengadakan

duplikasi atau replikasi sehingga sel keturunannya akan

mempunyai kromosom yang sama dengan kromosom sel

induknya

(sel anak juga mendapatkan satu set gen yang sama dengan sel

induknya)

%aat replikasi$ rantai DNA akan memisah dan selanjutnya masing&

masing akan membentuk pasangannya sendiri&sendiri!

%atu molekul DNA untai ganda induk (parental)$ diubah menjadi

dua molekul anak (daughter) yang identik

Karena basa sepanjang dua pita DNA untai ganda adalah

komplementer$ maka satu pita dapat bertindak sebagai cetakan

untuk memproduksi pita yang lain!


9/48

*+KA,+ DNA

3ada +aktu re!ikasi teradi) dua !ita induk DNA akan sain"mee!askan diri dimuai dari satu titik re!ikasi $an" dise*utreplication fork.

Nukeotida *e*as $an" ada di daam sito!asma se akan

memasan"kan diri ke!ada *asa $an" tereks!os !ada satu untaiDNA induk.

4isa 5 ika th$mine $an" ada !ada untai asa maka han$aadenine $an" ook untuk menem!ati !ada untai *aru) den"an*antuan enzim DNA !o$merase

Karena setia! moeku DNA untai "anda *aru hasi re!ikasimen"andun" !ita asa -onser6ed strand/ dan satu !ita *aru-ne+ strand/ maka !roses re!ikasi ini dise*utsemiconservative replication


10/48

NA DAN ,+N-,+, -+N)&uatu "en men$andi moeku messen"er RNA -mRNA/)

$an" akhirn$a men"hasikan !em*entukan !rotein.

&e*a"ai aternati,) !roduk dari "en da!at *eru!a ri*osomaRNA-rRNA/ atau trans,er RNA -tRNA/. &emua ti!e RNA

teri*at daam !roses sintesis !roteinrRNA adaah *a"ian inte"ra dari ri*osom dan meru!akanmesin seuer untuk sintesis !rotein

&intesis !rotein dia+ai den"an !roses transkri!si dimana

urutan DNA diadikan mRNA) kemudian in,ormasi$an" terda!at di daam mRNA terse*ut ditransasikanmenadi urutan asam amino s!esi,ik $an" mem*entuk!rotein


11/48

TRANSKRIPSI

3roses transkri!si adaah sintesis untai mRNA darise"men DNA

In,ormasi $an" tersim!an daam urutan *asa nitro"endari DNA dituis kem*ai sehin""a in,ormasi $an" samatam!ak di daam urutan *asa dari mRNA.

(ontoh 5 A -adenine/ !ada DNA akan *er!asan"anden"an 7 -ura$/ !ada mRNA

3roses transkri!si mem*utuhkan enzim RNA!o$merasedan su!ai nukeotida untuk mRNA

Transkri!si dimuai *ia RNA !o$merase *erikatan den"anDNA !ada satu tem!at $an" dise*ut 3R'4'TER&intesis rantai mRNA *eran"sun" terus sam!ai RNA!o$merase mena!ai !ada suatu tem!at !ada DNA $an"

dise*ut TER4INAT'R


12/48

-AN,*A,+Transasi adaah !roses !eneremahan kode "enetik

!ada mRNA menadi ran"kaian asam amino atau

!oi!e!tida.

Kode "enetik !ada mRNA tertuis daam *entukkodonkodon -codons/ $an" masin"masin"

meru!akan satu "ru! terdiri atas ti"a nukeotidamisan$a A7G) GG() AAA ds*

7rutan kodon !ada mRNA menentukan urutan asamamino daam !rotein $an" akan disintesis

Ada 89kodon) teta!i han$a 20enis asam amino) adaasam amino $an" disandi oeh e*ih dari satu kodon)ha ini dise*ut den"an degeneracy of the code.

(ontoh 5 eusin memiiki 8 kodon) aanin d" 9 kodon


13/48

'AN%A%*

Dari 89 kodon 581meru!akan sense odons-men$andi asamamino/

:adaah nonsense odons; sto! odons- $aitu 5 7AA) 7AG) 7GA/ *er,un"si untukmen"akhiri sintesa !rotein

&etia! kodon men$andi asam amino tertentumisa 777 dan 77( men$andi asam amino,eniaanin


14/48

-AN,*A,+

Kodon $an" men"a+ai sintesis !rotein dise*ut start

codon$aitu A7G -kodon untuk metionin/

3roses transasi teradi di daam ri*osom dan trans,erRNA -t RNA/ den"an mem*a+a asam amino $an" sesuai

akan men"enai kodon s!esi,ik !ada mRNA

&etia! t RNA memiiki antikodon) suatu urutan : *asakom!ementer den"an kodon sehin""a da!at sain"

*er!asan"an


15/48

/D* NFrancis Jacob dan Jacques Monod (1961)

membuat formula tentang model yangberhubungan dengan regulasi sintesis protein

Model yang digunakan berdasarkan studi

induksi enzim untuk katabolisme laktosa yangdisebut lac operon(melibatkan 3 enzim : -galaktosidase,permease dan transasetilase)Gen tersebut saling berdekatan satusama lain di dalam kromosom

!"#$ merupakan satu set gen yaitu

%en promotor (bagian &$' dimana #$'ol merase akan men aali transkri si )


16/48

/0-A,+ 1AK-+Mutasi adalah suatu eru!ahan "ang ter#adi ada

urutan !asa DNA "ang daat men"e!a!$aneru!ahan dari r%du$ "ang disandi %leh genterse!ut&

Tu#uan !a$teri mengada$an mutasi adalahuntu$ 'melindungi dirin"a terhada sele$si alam&

Perubahan yang dihasilkan baik secara morfologismaupun biokimiai serta sifat lainnya akanditurunkan kepada generasi selan!utnya"

Proses mutasi bisa berlangsung secara spontan

atau karena pengaruh tertentu#ampak mutasi bisa bersifat ringan sampai berattergantung dari dera!at mutasi sel tersebut


17/48

/0-A,+ 1AK-+

-iap gen mempunyai kemungkinanuntuk mengalami mutasiDari mutasi akan menimbulkan2ariasi dari bakteri

Galur bakteri normal (standart) yangbaru diisolasi dari penderita disebutprototro dan diberi tanda (3)

Galur yang baru diisolasi danmengalami mutasi disebutauksotro dan diberi tanda (!)


18/48

Kecepatan mutasi (mutation rate) untuksuatu bakteri relatif tetap untuk suatu gentertentu.

Kecepatan mutasi tersebut dihitung dalamsatu waktu pembelahan (generation time)

Kecepatan mutasi dapat dihitung denganrumus :

a = M

N1 N0

a= kecepatan mutasi

M = umlah mutasi

N0 = umlah sel mula!mula

N1 = umlah sel setelah mengganda

(doubling)

KECE(ATAN MUTASI


19/48

IDENTIFIKASI MUTAN

Terjadinya mutasi dapat diketahui

secara morfologi (al. perubahan bentuk, warna,koloni)secara biokimia (al.pertumbuhan pada media tertentu)

Mutasi morfologis

dilakukan dengan menanam bakteri pada lempeng agaryang sudah diberi bahan mutagen. kemudian diamati

dengan cara membandingkan antara koloni bakteriyang terbentuk pada pemberian mutagen dengan kolonibakteri normal.

Mutasi biokimiawi

dilakukan dengan menumbuhkan bakteri pada medialengkap (complete media), kemudian dipindahkan ke mediasederhana (simple minimum media)


20/48

JENIS-JENIS MUTASI

#utasi bisa terjadi karena perubahan pada nukleotida yangmenyusun DNA$ perubahan tersebut bisa berupa +

, substitusi pasangan basa (base-pair substitution)

, penambahan basa nukleotida (addition)

, pengurangan (deletion), kekeliruan pasangan (inversion) dari basa nukleotida

di dalam rantai DNA

-enis mutasi yang umum melibatkan satu pasangan basaadalah substitusi basa (point mutation)


21/48

Missense mutation+ apabila substitusi basa menghasilkanpenggantian asam amino pada sintesis protein

Nonsense mutation+ mutasi jenis substitusi basa yang

membentuk nonsense codon

Frameshift mutation+ terjadi pengurangan ataupenambahan satu atau lebih dari pasangan nukleotida di

dalam DNA!.ampir selalu menghasilkan produk protein inaktif!

Kebanyakan menyebabkan terbentuknya nonsense codon(berakhirnya proses translasi)

4N+, !4N+, /0-A,+


22/48

#utagen + bahan atau agen$ baik kimia maupun fisik

(radiasi) yang dapat menyebabkan terjadinyamutasi!

#utagen dapat meningkatkan kecepatan mutasi /

sampai /// kali

0ang tergolong mutagen adalah + Asam nitrat

%enya1a analog basa seperti + 2 ,aminopurin$ 3 bromourasil$ ben4apiren pada asap

Aflatoksin dari jamur Aspergillus flavus(merupakan frameshift mutagen yang efektif)

adiasi sinar (5$ gamma$ dan ultraviolet)

/0-AGN


23/48

6ntoh akibat mutasi pada bakteri

7 'erbentuknya galur mutan yang resisten

terhadap antimikroba


24/48

(EMINDA)AN MATERI GENETIK

8ada persiti1a pemindahan materi genetik$ ada

sel yang bertindak sebagai sel donor dan sel

lain sebagai resipien

#ekanisme proses pemindahan materi genetikmeliputi +

) 'AN%F9#A%*

2) 'AN%D:K%*;) K9N-:


25/48

-AN,5/A,+

7 %el resipien akan mengambil DNA terlarut yangdilepaskan oleh sel donor!

7 :mumnya$ pelepasan DNA sel donor olehkarena sel donor mengalami lisis

7 'ransformasi hanya terjadi pada bakteri yangmampu mengambil DNA

7 8ertama kali ditemukan oleh Frederick ) pada galur Streptococcus pneumoniae

7 'ransformasi secara alamiah terjadi padabeberapa bakteri$ misalnya +, Haemophillussp!$ Bacillussp!$Acinetobacter sp!$

beberapa Streptococcus dan Staphylococcus


26/48

-AN,5/A,+

Trans,ormasi *eran"sun" *aik a!a*ia sedonor dan se resi!ien san"at dekathu*un"ann$a

&e kom!eten 5 se resi!ien $an" daamkeadaan ,isioo"is mam!u men"am*i DNAdonor

3en"am*ian DNA donor teradi *ia dindin" seresi!ien menadi !ermia*e terhada! moekuDNA $an" *esar., %elanjutnya dimanfaatkan dalam rekayasa genetika!

#isalnya dengan penambahan ion kalsium 6a ??akan mengubah E. colimenjadi kompeten untuktransformasi


27/48

-AN,D0K,+

Transduksi 5 DNA *akteri di!indahkan dari se donor

ke se resi!ien meaui !erantara 6irus $an"men"in,eksi *akteri -bakteriofagaatau faga/

Ban$ak dium!ai !ada *akteri *aik "ram !ositi, mau!un

ne"ati, . 3ertama kai ditemukan !ada 5&amonea)kemudian !ada E.oi) 3roteus) &hi"ea) =i*rioserta3seudomonas. 3ada Gram !ositi,) *isa teradi !ada&ta!h$oous) dan Baius.

Transduksi *isa teradi seara 5

> Ter*atas -restricted transduction/

> Tak ter*atas -generalized transduction/


28/48

KONJUGASI

7 Konjugasi + pemindahan materi genetik yang terjadikarena adanya faktor fertilitas (fertility factor)yang dimilikioleh salah satu galur

7


29/48

KONJUGASI YANG DIPERANTARAI PLASMID

7 "anyak plasmid yang memba1a gen yang menyandi proses

konjugasi$ disebut Conjugative plasmid!

7 8lasmid adalah + elemen genetik (DNA) berbentuk sirkuler$ dapat

mengadakan replikasi secara otonom dan berada di luar

kromosom (ekstra&kromosomal)

7 8ada umumnya terdapat pada bakteri$ tetapi bisa ditemukan padamikroorganisme eukariotik seperti Saccharomyces cereviceae.

7 :kurannya bervariasi antara sampai lebih dari /// kilo

pasangan basa

7 "anyak plasmid yang dapat dipindahkan dari sel bakteri ke sel

bakteri yang lain (transmissible) melalui konjugasi$ tetapi ada

yang non-transmissible(hanya dapat dipindahkan dengan proses

transduksi)


30/48

/A6A/ *A,/+D3asmid da!at mem*a+a *er*a"ai maam "en !en$andi 5

!roduksi toksinresistensi terhada! anti*iotika

Resistensi o"am *erat atau *ahan inhi*itor ain

Kata*oisme su*strat $an" ain -!estisida)

touen) kam,er) hidrokar*on dari !etroeum/.

Ber*a"ai maam !asmid

1/ aktor atau faktor fertilitasadaah !asmid

$an" mudah di!indahkan dan mem*a+a "en untuk!ii seks $an" *er,un"si untuk memindahkan!asmid ke se *akteri $an" ain.


31/48

/A6A/ *A,/+D

!" aktor R atau faktor resistensi!ada !asmid $an"mem*a+a "en $an" da!at men$e*a*kan *akteri atause hos!esn$a resisten terada! satu atau *e*era!aanti*iotika) o"am *erat mau!un toksin.

Ke*an$akan ,aktor R men"andun" 2 "ru! "en 5

RT< -resistane trans,er ,ator/ $an"*ertan""un"a+a* !ada re!ikasi!asmid dan konu"asi

R2determinant$an" men$andi !roduksi enzim $an"da!at men"inakti,kan o*ato*at tertentuatau su*stansi toksik. R determinant tidakda!at di!indahkan *ia tidak *er"a*un"

den"an RT<


32/48

/A6A/ *A,/+D:/ 3asmid !enisiinase 5 !asmid ini mem*a+a "en men$e*a*kan

*akteri men"hasikan !enisiinase dan men$e*a*kan *akteriresisten terhada! !enisiin) misa !ada &ta!h$oous. Da!atdi!indahkan meaui *akterio!ha"a.

9/ 3asmid $an" men$andi !roduksi toksin misan$a 5

!roduksi toksin oeh E. oi$an" men$e*a*kan diare!ada *a$i

Toksin eks,oiati, oeh &. aureus Neurotoksin dari (. tetanii Bakteriosin) $aitu !rotein toksik $an" da!at mem*unuh

*akteri $an" ain)se!erti #olicin$an" da!at mematikan*asi koi,orm


33/48

-AN,,/Trans!osom adaah 5 !oton"an kei dari DNA $an" da!at

*er!indah -trans!osisi/ dari satu tem!at ke $an" aindaam satu kromosom $an" sama atau ke kromosom$an" ain) atau dari kromosom ke !asmid.

Nama !o!uar untuk trans!osom adaah0um!in" "enes.

Trans!osom terdiri dari !oton"an DNA den"an !anan"sekitar ?00 90.000 !asan"an *asa -*ais !airs @*!/


34/48

-AN,,/Trans!osom $an" !ain" sederhana dise*ut insertion

se$uences %&'"terdiri atas 5 "en $an" men$andi enzim trans!osase -untuk

memoton" dan meekatkan DNA/ dan

recognition sites-terdiri dari DNA rantai

!endek se*a"ai *a"ian untuk rekom*inasi antaratrans!osom dan kromosom/

Trans!osom $an" kom!eks -comple( transposom/

men"andun" "en ain $an" tidak ada hu*un"ann$a

den"an !roses trans!osisi.#ontoh5 trans!osom $an" men"andun" "en untuk

toksin dan "en untuk resistensi anti*iotika.


35/48

@KA0A%A


36/48

7 %uatu gen dari he1an vertebrata termasukmanusia dapat disisipkan ke dalam DNAbakteri

7


37/48

8rosedur ekombinasi DNA

7 8emotongan rantai DNA menggunakan en4im restriksi7


38/48

Aplikasi rekayasa genetika

7 #elalui rekayasa genetika$, Dapat dipanen sejumlah besar gen yang diinginkan, Dari klon sel yang diperoleh kemudian digunakan

untuk berbagai tujuan+7


39/48

@NC*# @%'*K%*

7 @n4im restriksi endonuklease (restriction endonuclease)adalah kelas khusus dari en4im pemotong DNA yangdapat diperoleh dari berbagai jenis bakteri

7 @n4im restriksi dapat mengenal dan memotong urutantertentu dari basa nukleotida dalam untai DNA!

7 @n4im restriksi setiap kali memotong urutan basanukleotida melalui cara yang sama!

7 @n4im restriksi yang digunakan bisa mengenal empat&$enam&$ atau delapan urutan basa

7 "anyak en4im restriksi membuat potongan 4ig&4ag ataupotongan dengan ujung tumpul pada dua untai molekulDNA!

7 ebih dari 2/// en4im restriksi telah berhasil diisolasi dansekitar 2// en4im telah beredar di pasaran


40/48

7 @n4im restriksi biasa diberi nama sesuaidengan organisme prokariotik yang

menghasilkan dengan nomenklatursebagai berikut +, .uruf pertama adalah huruf inisial nama

genus dari mana en4im tersebut diisolasi

, .uruf kedua dan ketiga adalah huruf inisialdari nama spesies

, .uruf keempat$ jika ada$ menunjukkan galurtertentu dari organisme tersebut!

,Angka roma1i menunjukkan urutan en4imyang berhasil diisolasi dari organisme tersebut


41/48

6ontoh

7 @co*

, @ + genus Escherichia, 6o + spesies coli, + galur 0;, * + endonuklease yang pertama diisolasi

7 "am.*

, " + genus Bacillus, Am + spesies amyloliuifaciens, . + galur ., * + endonuklease yang pertama kali diisolasi

7 .ind***

, . + genus Haemophillus, *n + spesies influen4ae, D + galur d, *** + endonuklease ketiga yang diisolasi


42/48

B@K'9

7 %yarat sebagai vektor adalah Self replication7 Bektor bertindak sebagai kendaraan untuk

replikasi urutan DNA yang diinginkan7 :kuran vektor juga penting! Bektor yang lebih

kecil lebih muda dimanipulasi dari pada vektoryang lebih besar

7 8reservasi vektor penting!, "entuk sirkuler dari molekul DNA penting untuk

memproteksi vektor DNa dari perusakan oleh resipien, Dapat menyisip dengan dengan cepat ke dalam

kromosom hospes adalah preservasi penting dariDNA virus


43/48

7 :ntuk mengetahui apakah suatu sel telah

mengandung vektor$ biasanya digunakan genpetanda (marker gene) dalam vektor

7


44/48

6ontoh vektor

7 8lasmid

, p";22

7 "acteriofaga

, "akteriofaga lambda

, "akteriofaga #;

7 6osmid (plasmid yang digabung dengan

faktor kohesif)

, 0A6s


45/48

#etode #emasukkan DNA asing ke dalam sel

7 Di alam plasmid biasanya ditransfer diantara mikroba

melalui kontak antar sel dengan cara konjugasi7 Dalam rekayasa genetik$ plasmid harus dimasukkan ke

dalam sel melalui transformasi$ suatu prosedur dimanasel dapat mengambil DNA dari lingkungan sekelilingnya!

7 8rosedur untuk membuat sel bakteri menjadi selkompeten (competent cell) adalah, #erendam dengan larutan kalsium klorida untuk beberapa saat

, @lectroporation$ menggunakan aliran listrik untuk membentukpori&pori (microscopic pores) pada membran sel$ sehingga DNA

dapat masuk, Fusi dari protoplasma

, #icro injection (pada sel he1an)$ menusukkan mikropipet dalammembran sel$ kemudian DNA diinjeksikan kedalam sel


46/48

%umber fragmen DNA

7 8ustaka DNA yang mengandung DNA

alami

7 8ustaka DNA yang mengandung DNA

complementer (cDNA)$ yaitu uatu gen

yang dibuat dari mNA

7 DNA buatan


47/48

A8*KA%* @KA0A%A


48/48

Aplikasi rekayasa genetik

7 :ntuk penelitian dasar dan aplikasi medis, 'eknik DNA rekombinan dapat digunakan untuk meningkatkan

pengetahuan tentang DNA untuk genetic fingerprinting padakasus&kasus kriminal dan sebagai terapi pada penyakit genetikdengan cara mengganti gen yang rusak atau hilang

, :ntuk menentukan urutan basa nukleotida dalam suatu gen

, :ntuk menentukan lokasi gen dalam sel$ serta mencari genmutan yang bertanggung ja1ab pada penyakit keturunan padamanusia dengan menggunakan metode %outhern blotting

, 86 dapat digunakan untuk meningkatkan jumlah DNA sampel

sampai kadar yang dapat dideteksi$ sehingga dapat dilakukanseuencing dariu gen$ diagnosis penyakit genetik atau deteksivirus

, 8elacak DNA dapat digunakan untuk identifikasi secara cepatterhadap patogen yang ada di dalam jaringan atau makanan

genetika bakteri_2011

Documents

Transcript of genetika bakteri_2011