REKAYASA GENETIKA DENGAN MIKROBTA
Rekayasa genetika adalah teknik memanipulasi gen-gen secara biokimia untuk mendapatkan
mikrobia
yang
telah
mengalami
peningkatan
atau
perubahan
aktivitasnya. Rekayasa genetika ini merupakan juga suatu teknik yang dikembangkan untuk mengisolasi dan menyambung potongan-potongan DNA yang tidak serupa melalui suatu teknologi khusus, sehingga dihasilkan molekul DNA rekombinan yang secara biologi menjadi aktif. Molekul yang dihasilkan ini dapat diintroduksi ke dalam sel bakteri (E.Coli). Mengapa beralih ke rekayasa genetika? Kemungkinan pemindahan gen dari satu jasad hidup ke jasad yang lain merupakan prospek yang menarik karena dengan rekayasa genetika dapat mengurangi beaya dan meningkatkan pengadaan materi yang dapat dimanfaatkan untuk obat, pertanian dan industri. Tambahan lagi di alam banyak terdapat berbagai substansi yang dapat dimanfaatkan. Selain itu, salah satu arti penting rekayasa genetika adalah mengatasi masalah adanya sel-sel yang tidak dapat ditumbuhkan di laboratorium, dapat direkayasa dengan menggunakan bakteri dapat menghasilkan sesuatu yang diinginkan. Bagaimana caranya? Pada dasarnya rekayasa genetika terdiri dan empat tahap, yaitu, 1. pengadaan gen yang menyandi produk, sel mikrobia sebagai pabriknya; 2. Memasukkan gen ke dalam mikrobia; 3. Menginduksi mikrobia untuk mensintesis produk asing; 4. Mengkoleksi semua produk. Teknik memampulasi gen ini diawali dengan mengisolasi dari sel. Hampir semua sel mempunyai informasi genetik yang sama, tetapi mereka tidak menggunakan informasi dengan cara yang sama. Sel yang berasal dari organ yang berbeda mempunyai fungsi yang berbeda. Hal ini karena suatu fenomena ekspresi gen. Gen dapat terekspresikan apabila langsung bekerjasama dengan molekul mRNA, untuk digunakan memproduksi protein tertentu. Gen-gen tersebut dapat dinyalakan atau dtpadamkan. Selain kromosom, plasmid mempunyai arti penting untuk rekayasa genetika. Plasmid diambil dan sel bakteri kemudian digabungkan dengan cDNA manusia
menjadi cincin DNA. Secara alami plasmid dapat masuk ke sel bakteri dan menyampaikan gen manusia yang dibawa ke rumah baru. Plasmid yang digunakan tersebut disebut vektor atau pembawa. Beberapa virus tertentu dapat berpan sebagai vektor. Manipulasi
gen
kemudian
dilakukan
dengan
menggunakan
ensim
endonuklease digunakan untuk memotong fragmen DNA yang spesifik, yang biasanya hanya mengandung beberapa gen. Fragment hasil pemotongan ini mempunyal ujungujung yang lekat (slicky) sehingga akan mudah menggandeng base pasangannya dan satu untai DNA dengan DNA lain. Fragmen yang berasal dari kromosom sel tumbuhan, hewan, bakteri maupun dari virion dapat bergabung (splicing) ke dalam DNA plasmid bakteri atau genom fag melalui ligase poIinukeotida. Plasmid bakteri dapat bereplikasi sendiri di dalam sel inang. Plasmid kadang-kadang dapat benintegrasi dengan kromosom sel inangnya. Pentingnya teknologi yang terlibat dalam rekayasa genetika merupakan terobosan baru untuk pemindahan gen melalui jalur jenis. Hasil rekayasa kadang kala menghasilkan molekul DNA rekombinan yang membahayakan apabila terlepas di hngkungan. Ada berbagai macam ensim restriksi endonuklease. Masing-masing ensim im mampu mengenali urutan base yang spesifik di dalam DNA. Pada umumnya ada tiga macam ensim restriksi yang digunakan (Gambar 9.1), yaitu BamH1 berasal dari Bacillus amyloliquejaciens; EcoRl berasal dan Escherichia coli dan Hindill berasal dan Haemophilu influenzae. Untuk menghasiikan molekul DNA rekombinan, plasmid yang digunakan adalah plasmid PBR322 yang mengandung satu set urutan base yang dapat dikenali dan dipotong oleh ensim restriksi endonuklease BamH1. Ensim ini memotong dan membuka cincin plasmid dengan ujung bebas yang hanya mengandung empat base yang tidak berpasangan (Gambar 9.2). Suatu cDNA dan manusia pada ujung-ujungnya perlu diberi base penyambung (linker) agar dapat bergabung dengan ujung plasmid. Setelah tersambung, kemudian menggunakan ensim yang sama untuk memotong base penyambung, sehingga diperoleh ujung cDNA yang bebas dan mengandung base yang sesuai dengan ujung plasmid. cDNA dan plasmid bergabung melalui ujungujung bebasnya membentuk cincin plasmid tunggal yang membawa gen manusia. Ensim yang digunakan untuk memotong ujung gen sama, maka ensim tersebut berfungsi pembuat ujung Iengket (sticky ends).
Teknologi DNA rekombinan Teknologi DNA rekombinan adalah rekombinasi gen dan berbgai sumber, yang dipaksakan dengan menggunakan teknologi khusus. Teknik ini dimaksudkan untuk mendapatkan jasad yang genetik bervariasi. Teknik tersebut dikenal dengan rekayasa genetika. Teknologi DNA rekombinan merupakan alat yang sangat penting untuk memahami proses genetik dasar dan rekayasa genetika mempunyai potensi untuk perkembangan industri. Pada dasarnya rekayasa genetika menggunakan ensim untuk memotong DNA target dan menggabungkannya menjadi bentuk molekul rekombinan. DNA rekombinan mengandung DNA yang berasal dan sumber berbeda. Kloning gen pada bakteri Kloning gen mikrobia merupakan teknik yang erat kaitannya dengan genetika untuk meningkatkan produk. Dengan demikian memungkinkan untuk menganalisis struktur gen secara rinci. Replikasi DNA rekombinan dapat menghasilkan kloning gen. Suatu kumpulan klon dan masing-masing gen yang berasal dan jasad khusus disebut pustaka genomik (genomic Library). Konstruksi pustaka genomik ini melibatkan keberadaan turunan urutan nukleotida genom dan dikloningkan ke dalam vektor yang cocok. Ringkasan • Teknologi yang telah berkembang sejak 1973 adalah rekayasa genetika dan sel bakteri • Teknik tersebut memungkinkan memindahkan gen melewati garis spesies sehingga memungkinkan terjadi jasad baru atau mikrobia terekayasa genetik • Penggunaan molekul DNA virus dapat digunakan untuk memindahkan DNA baru ke jasad-jasad tingkat tinggi Fisiologi Ekologi Mikrobia
Fisiologi Ekologi Mikrobia Tujuan khusus : mahasiswa dapat mengenal dan menjelaskan • hubungan antara pengetahuan fisiologi molekular dengan ekologi mikrobia • Mutasi dan rekombinasi genetik merupakan materi untuk seleksi alam Ekologi mikrobia sebagai aplikasi fisiologi mikrobia Sifat
karakteristik
suatu
mikrobia
pada
umumnya
dipelajari
dengan
menggunakan kultur murni, tetapi jarang sekali kultur murni ditemui di alam, kecuali di lingkungan ekstrem seperti kawah gunung berapi, dan di dasar laut. Di alam mikrobia biasanya terdapat di alam sebagai kultur campuran. Suatu komunitas mikrobia bersama-sama dengan para anggotanya berpartisipasi di dalam proses biologi., meskipun kadang kala aktivitas di alam secara kolektif belum tentu mencerminkan aktivitas yang sama atau identik dengan aktivitas masing-masing individu. Aktivitas mikrobia dapat ditentukan secara genetik, dan karakteristik yang diekspresikan tersebut merefleksikan sifat dasar suatu lingkungan dimana mikrobia hidup. Di alam mikrobia dapat hidup berdampingan dan bekerjasama dengan jasad lain, memodifikasi lingkungan, tetapi sering sulit untuk memahami perannya di alam. Ekologi mikrobia dan didasarkan atas sifat fisiologi mikrobia, dapat dimengerti betapa besar peran mikrobia di alam. Aktivitas mikrobia di alam sangat esensial bagi kesejahteraan semua jasad hidup. Mikrobia ikut berpartisipasi dalam: 1.
penambatan tenaga surya
2.
penambatan CO2
3.
penambatan Nitrogen
4.
penggunaan oksigen
5.
degradasi bahan organik
6.
detoksifikasi maten berbahaya.
Selain itu mikrobia berperan juga dalam daur geokimia dan sebagai penyebab penyakit, Semakin meningkatnya bahan xenobiotik (bahan asing) yang masuk ke lingkungan, semakin rendah komunitas mikrobia, maka semakin meningkat pula ketergantungan manusia terhadap mikrobia. Mikrobia tersebut berperan sebagai agensia bioremediasi dan dalam ekologi normal. Dengan mempelajari ekologi mikrobia pada aras fisiologi, maka dapat difahami dengan jelas bagaimana mikrobia berinteraksi dan proses interaktif yang tejadi diantara mikrobia dan lingkungannya.
Interaksi mikrobia sebagai pengubah Iingkungan Mikrobia secara fisiologi mempunyai hubungan aktivitas yang sangat kuat. Suatu contoh : di dalam tanah banyak mengandung mikrobia yang beranekaragam terutama di daerah rizosfir, dimana banyak tersedia nutrien. Mikrobia tanah menunjukkan berbagai macam bentuk interaksi yang spesifik; antagonistik, Antibiosis suatu produk metabolisme sekunder yang dapat menghambat suatu jasad hidup, Antibiotik beragam macamnya tergantung pada jenis mikrobia. Bakteriosin merupakan salah satu antibiotik yang dihasilkan oleh bakteri tanah dapat menghambat bakteri tertentu. Bakteri penghasil antibiotika tersebut membuat suatu protein yang dapat menginaktivasi substansi racun, sehingga senyawa tersebut tidak merusak selnya sendiri. Metabolisme sebagai pengubah ekologi Pembentukan senyawa toksik oleh mikrobia melalui aktivitas metabolik, merupakan salah satu mekanisme seleksi di dalam suatu ekosistem. Contoh • asam organik hasil aktivitas metabolik bakteri tanah merupakan faktor selektif untuk membedakannya dan penghuni tanah yang lain, • Asam organik tersebut dapat digunakan untuk melepas globula minyak yang terperangkap di dalam partikel tanah. Keadaan asam dalam tanah akan dinetralisasi oleh jasad yang lain • Produksi asam merupakan determinan di dalam ekosistem rumen. Ringkasan 1. Aktivitas mikrobia secara keseluruhan di alam adalah kompleks dan merupakan tantangan 2. Perilaku
mikrobia
senng
menimbulkan
gejala
yang
merugikan
maupun
menguntungkan 3. Hasil aktivitas metabolik dapat sebagai faktor pembeda di dalam ekosistem 4. Aktivitas mikrobia dimanifestasikan di alam sangat berbeda dengan yang ada di lab. Daftar Pustaka A. Buku acuan wajib 1. Brock, T. D., and Madigan, M. T.,2000. Biology of Microorganismey. Prentice Hall. N. jersey.
2. Caldwell D. R., 1995. Microbial Physiology. Westland Co. USA 3. Moat, A. G., and Foster, J. M., 2001. Microbial Physiology. Third Edition WilleyLiss. A. John Wiley & Sons, inc Publications. New York. Chicester B. Buku acuan tambahan 1. Atlas RM. Principles of Microbiology 2. Dawes J., and sutherland J. W., 1992. Microbial Physiology. Cambridge Univ. Press, UK. London
