Pengertian Genetika Mikrobia
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 di pelajari 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
(Waluyo, 2005).
Genetika mikrobia 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 genyang 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 expresinya di bawah kondisi yang tepat, dapat diamati
pada tingkat fenotif.
Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen terdiri dari
DNA, suatu pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler. Penemuan
selanjutnya dari bakteri telah mengungkapkan adanya restriction enzymes (enzim restriksi)
yang memotong DNA pada tempat spesifik, menghasilkan fragmen potongan DNA.
Plasmida diidentifikasikan sebagai elemen genetika kecil yang mampu melakukan
replikasi diri pada bakteri dan ragi. Pengenalan dari sebuah fragmen potongan
DNA kedalam suatu plasmid memungkinkan fragmen di perbanyak (teramplifikasi).
Amplifikasi regio DNA spesifik dapat di capai oleh enzim bakteri menggunakan
polymerase chain reaction (PCR) atau metode amplifikasi nukleotida berdasar
enzim yang lain (misalnya amplifikasi berdasar transkripsi). DNA yang di
masukkan kedalam plasmid dapat di kontrol oleh promoter ekspresi pada bakteri
yang mengamati protein, di ekspresi pada tingkat tinggi. Genetika bakteri
mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang bertanggung
jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran.(Jewetz, 2001).
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 disebut 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 disebut
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 seluruh kodon selesai dibaca menjadi menjadi suatu sekwen asam
amino yang membentuk protein tertentu. Proses ini disebut translasi.