GENETIKA BAKTERI: ORGANISASI, MEKANISME, REGULASI, TRANSFER - BIOLOGI - 2025

The genetika bakteri adalah studi tentang dasar informasi genetik dalam sel-sel bakteri. Ini mencakup organisasi informasi genetik, bagaimana ia diatur, bagaimana itu diekspresikan, dan bagaimana itu bervariasi.

Percobaan pertama pada genetika bakteri dilakukan pada abad ke-19, dalam konteks sejarah dimana belum diketahui apakah bakteri memiliki mekanisme untuk bertukar informasi genetik, bahkan tidak diketahui apakah mereka memiliki kromosom.

DNA Bakteri (Sumber: Average_prokaryote_cell-_en.svg: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: Sponk (bicara) terjemahan: Sponk (bicara) karya turunan: Radio89 melalui Wikimedia Commons)

Satu-satunya hal yang benar-benar pasti adalah bahwa bakteri dapat membentuk garis stabil dengan fenotipe yang berbeda, setidaknya untuk asimilasi senyawa nutrisi yang berbeda, dan terkadang bentuk baru muncul, tampaknya karena mutasi genetik.

Dengan ketidakpastian yang besar tentang bakteri pada saat itu, sangat penting untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tertentu tentang "genetika bakteri" dengan cara eksperimental, terutama untuk memahami apakah bakteri sesuai dengan prinsip dasar keturunan.

Akhirnya, pada tahun 1946, Joshua Lederberg dan Edward Tatum memecahkan pertanyaan dasar ini menggunakan dua strain bakteri Escherichia coli, strain A dan strain B, masing-masing dengan kebutuhan nutrisi yang berbeda.

Sel tipe A dan B tidak dapat tumbuh dalam medium minimal, karena keduanya memiliki mutasi yang mencegah mereka mengasimilasi nutrisi dari medium tersebut.

Namun, ketika A dan B dicampur selama beberapa jam dan kemudian disemai ke piring medium minimal, beberapa koloni muncul di piring medium minimal, yaitu tumbuh.

Koloni ini berasal dari sel individu yang telah bertukar materi genetik dan, setelah pertukaran, mampu mengekspresikan informasi genetik dalam fenotipe dan dengan demikian mengasimilasi nutrisi dari media minimal.

Organisasi informasi genetik

Semua informasi genetik yang diperlukan untuk kehidupan suatu bakteri ditemukan di dalam "kromosom bakteri", sebuah molekul asam deoksiribonukleat (DNA) untai ganda.

Molekul DNA ini disusun dalam struktur melingkar, ditutup oleh ikatan kovalen, dan bersama-sama dengan beberapa protein membentuk kromosom bakteri.

Bakteri, selain kromosom bakteri, dapat memiliki fragmen DNA ekstrakromosom yang berukuran lebih kecil, tetapi juga terstruktur secara melingkar tertutup. Molekul DNA ini secara kolektif disebut "plasmid" atau "DNA plasmid".

Molekul DNA plasmid digunakan oleh bakteri untuk bertukar informasi genetik yang sangat khusus di antara mereka.

Umumnya, ketika salah satu sel bakteri mengembangkan resistansi terhadap antibiotik, ia dapat menularkan resistansi tersebut ke sel bakteri lain melalui plasmid.

Ukuran molekul DNA plasmid pada bakteri dapat bervariasi dari 3 hingga 10 kilo basa dan pada banyak spesies bakteri dapat ditemukan ratusan salinan satu jenis plasmid.

Komposisi dan struktur DNA bakteri sama dengan yang ditemukan pada semua makhluk hidup dan virus. Strukturnya terdiri dari kerangka gula, basa nitrogen, dan gugus fosfat.

Peta lengkap kromosom bakteri Escherichia coli diperoleh pada tahun 1963. Peta ini merinci posisi pasti dari sekitar 100 gen, tetapi saat ini diketahui bahwa kromosom E. coli mengandung lebih dari 1000 gen dan berukuran 4,2. juta pasangan basa.

Mekanisme ekspresi gen

Mekanisme ekspresi gen pada bakteri dalam beberapa hal mirip dengan proses ekspresi gen yang terjadi pada makhluk hidup lain dan juga bergantung pada proses transkripsi dan translasi.

Informasi dari gen ditranskripsi ke molekul RNA dan selanjutnya ke urutan asam amino yang menyusun protein. Proses inilah yang melaksanakan pengungkapan informasi yang terdapat dalam genotipe dan struktur dalam fenotipe tersebut.

Transkripsi

Dalam transkripsi, enzim RNA polimerase menciptakan produk pelengkap segmen DNA yang digunakannya sebagai templat, tetapi produk ini adalah asam ribonukleat (RNA).

Molekul ini membawa informasi untuk sintesis protein yang dikodekan oleh segmen DNA, itu adalah pita tunggal dan disebut RNA pembawa pesan. RNA polimerase bakteri berbeda pada bakteri dan organisme eukariotik.

RNA polimerase mengidentifikasi situs tertentu pada DNA (promotor) di mana ia mengikat untuk memulai transkripsi. Molekul RNA kurir tunggal dapat berisi informasi untuk lebih dari satu gen.

Tidak seperti organisme eukariotik, gen bakteri tidak memiliki "intron" dalam urutannya, karena bakteri tidak memiliki inti yang memisahkan kromosom dari elemen sitoplasma lainnya.

Terjemahan

Karena semua elemen "lepas" dalam sitoplasma sel bakteri, molekul RNA pembawa pesan yang baru disintesis dapat bersentuhan dengan ribosom dan segera memulai sintesis protein.

Ini memungkinkan bakteri memiliki keuntungan dalam merespons dan beradaptasi terhadap perubahan lingkungan yang ekstrem.

RNA ribosom, RNA transfer, dan berbagai protein ribosom berpartisipasi dalam penerjemahan. Ribosom sel prokariotik bervariasi dalam struktur dan komposisi relatif terhadap ribosom sel eukariotik.

Unsur-unsur ini "membaca" dalam bentuk nukleotida triplet (kodon) instruksi yang terkandung dalam kode genetik molekul RNA pembawa pesan dan, pada saat yang sama, mereka menyusun setiap asam amino untuk membentuk polipeptida.

"Universalitas" dari kode genetik memungkinkan para ilmuwan menggunakan terjemahan bakteri sebagai alat penting untuk sintesis peptida dan protein dengan kepentingan teknologi.

Regulasi ekspresi gen

Mekanisme yang mengontrol ekspresi gen pada bakteri sangat akurat; ia memungkinkan mereka untuk secara tepat mengatur jumlah dan waktu sintesis produk gen, sehingga mereka terjadi hanya jika diperlukan.

Wilayah genom bakteri yang mengelompokkan beberapa gen disebut "operon". Wilayah ini mengaktifkan atau menonaktifkan transkripsinya tergantung pada kondisi di mana bakteri berada.

Semua gen yang merupakan bagian dari operon yang sama ditranskripsi secara terkoordinasi menjadi RNA pembawa pesan yang berisi banyak gen (disebut RNA "polikistronik"). RNA ini diterjemahkan pada ribosom secara berurutan, satu demi satu.

Operon dapat diatur secara positif atau negatif. Gen hanya berhenti mengekspresikan dirinya sendiri ketika protein penghambat yang disebut represor terikat pada urutan tertentu dalam strukturnya.

Urutan spesifik dari gen tersebut disebut "promotor", ketika protein penekan terikat pada promotor, RNA polimerase tidak dapat memulai transkripsi urutan genetik yang dimaksud.

Di sisi lain, ketika operon diatur ke atas, transkripsi wilayah genetik tidak akan dimulai sampai protein aktivator hadir yang mengikat urutan DNA tertentu.

Ilmuwan menggunakan "indusibilitas" operon ini untuk meningkatkan atau menurunkan ekspresi gen dari daerah tertentu yang menarik pada bakteri. Dengan memasukkan beberapa substrat, ekspresi enzim yang diperlukan untuk metabolisme dapat ditingkatkan.

Transfer gen

Bakteri, tidak seperti sel eukariotik, tidak mentransfer gennya melalui reproduksi seksual; sebaliknya, mereka dapat melakukannya melalui tiga proses berbeda: transformasi, transduksi, dan konjugasi.

Transfer gen horizontal pada bakteri (Sumber: 2013MMG320B via Wikimedia Commons)

Transformasi

Dalam transformasi , beberapa sel bakteri dalam populasi menjadi "kompeten". Setelah "kompeten", mereka dapat menerima DNA eksogen dari bakteri lain yang ditemukan di lingkungan ekstraseluler.

Setelah DNA dimasukkan ke dalam interior sel, bakteri melakukan proses penggabungan gen yang terdapat dalam kromosomnya dengan DNA asing yang baru saja dimasukkan di dalamnya. Proses ini dikenal sebagai rekombinasi genetik.

Transduksi

Dalam transduksi, bakteri memasukkan DNA dari bakteri lain ke dalam molekul DNA-nya melalui virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofag). Ini dapat diberikan dengan cara khusus atau umum.

Dalam transduksi khusus, ini terjadi ketika fag yang sebelumnya menginfeksi bakteri lain memperoleh gennya selama siklus infeksi.

Kemudian, dengan menginfeksi bakteri baru dan memasukkan gennya ke dalam kromosom dari bakteri baru yang terinfeksi, ia juga memasukkan gen dari bakteri yang sebelumnya terinfeksi.

Selama transduksi umum, partikel fag cacat yang kapsidnya kosong memasukkan bagian dari kromosom bakteri selama replikasi virus, kemudian, setelah menginfeksi bakteri lain, mereka dapat memasukkan gen yang diambil dari bakteri sebelumnya.

Konjugasi

Dalam konjugasi, bakteri bertukar materi genetik secara searah, melalui kontak fisik. Salah satu bakteri bertindak sebagai donor dan yang lainnya sebagai penerima. Dalam proses ini, bakteri donor umumnya memberikan molekul DNA plasmid kepada bakteri penerima.

Konjugasi pada bakteri tidak khas dari semua spesies, kapasitas konjugasi diberikan melalui gen yang ditransmisikan melalui molekul DNA plasmid.

Referensi

1. Braun, W. (1953). Genetika Bakteri. Genetika Bakteri.
2. Brock, TD (1990). Munculnya genetika bakteri (No. 579: 575 BRO). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
3. Fry, JC, & Day, MJ (Eds.). (1990). Genetika bakteri di lingkungan alami (hlm. 55-80). London: Chapman dan Hall.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengantar analisis genetik. Macmillan.
5. Luria, SE (1947). Kemajuan terbaru dalam genetika bakteri. Ulasan bakteriologis, 11 (1), 1.