TRANSFER GEN HORIZONTAL: MEKANISME DAN CONTOH - BIOLOGI - 2025

The transfer gen horizontal atau transfer gen lateral pertukaran materi genetik antara organisme, yang tidak terjadi dalam keluarga. Peristiwa ini terjadi antara individu-individu dari generasi yang sama dan dapat terjadi pada makhluk uniseluler atau multiseluler.

Transfer horizontal terjadi melalui tiga mekanisme utama: konjugasi, transformasi, dan transduksi. Pada tipe pertama, pertukaran fragmen DNA yang panjang dimungkinkan, sedangkan pada dua tipe terakhir transfer dibatasi pada segmen kecil materi genetik.

Bakteri. THG biasa terjadi pada organisme ini. Sumber pixabay.com

Konsep kebalikannya adalah transfer gen vertikal, di mana informasi genetik berpindah dari suatu organisme ke keturunannya. Proses ini tersebar luas pada eukariota, seperti tumbuhan dan hewan. Sebaliknya, transfer horizontal biasa terjadi pada mikroorganisme.

Pada eukariota, transfer horizontal tidak biasa. Namun, ada bukti pertukaran fenomena ini, termasuk nenek moyang manusia, yang memperoleh gen tertentu melalui virus.

Apa itu transfer gen horizontal?

Selama reproduksi, organisme eukariotik meneruskan gen mereka dari satu generasi ke keturunannya (anak-anak) dalam proses yang dikenal sebagai transfer gen vertikal. Prokariota juga melakukan langkah ini, tetapi melalui reproduksi aseksual melalui fisi atau mekanisme lain.

Namun, pada prokariota ada cara lain untuk bertukar materi genetik yang disebut transfer gen horizontal. Di sini, fragmen DNA dipertukarkan antara organisme dari generasi yang sama dan dapat berpindah dari satu spesies ke spesies lainnya.

Perpindahan horizontal relatif umum di antara bakteri. Ambil contoh gen yang menyebabkan resistensi terhadap antibiotik. Fragmen DNA penting ini ditransfer secara normal antara bakteri dari spesies yang berbeda.

Mekanisme ini melibatkan komplikasi medis yang signifikan saat menangani infeksi.

Mekanisme

Ada tiga mekanisme dasar dimana DNA dapat ditukar dengan transfer horizontal. Ini adalah konjugasi, transformasi, dan transduksi.

Konjugasi

Transfer gen melalui konjugasi adalah satu-satunya jenis yang melibatkan kontak langsung antara dua bakteri.

Namun, ini tidak boleh dibandingkan dengan pertukaran gen melalui reproduksi seksual (di mana biasanya ada kontak antara organisme yang terlibat), karena prosesnya sangat berbeda. Di antara perbedaan utamanya adalah tidak adanya meiosis.

Selama konjugasi, perjalanan materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain terjadi melalui kontak fisik yang dibentuk oleh struktur yang disebut pili. Ini berfungsi sebagai jembatan penghubung, tempat pertukaran terjadi.

Meskipun bakteri tidak berdiferensiasi menjadi jenis kelamin, organisme yang membawa DNA melingkar kecil yang dikenal sebagai faktor F (kesuburan f) dikenal sebagai "jantan". Sel-sel ini adalah donor selama konjugasi, meneruskan materi ke sel lain yang tidak memiliki faktor tersebut.

DNA Faktor F terdiri dari sekitar 40 gen, yang mengontrol replikasi faktor seksual dan sintesis pili seksual.

Bukti pertama dari proses konjugasi berasal dari eksperimen Lederberg dan Tatum, tetapi Bernard Davis-lah yang akhirnya menunjukkan bahwa kontak diperlukan untuk transfer.

Transformasi

Transformasi melibatkan pengambilan molekul DNA telanjang yang ditemukan di lingkungan yang dekat dengan bakteri inang. Potongan DNA ini berasal dari bakteri lain.

Proses tersebut dapat dilakukan secara alami, karena populasi bakteri biasanya mengalami transformasi. Demikian pula, transformasi dapat disimulasikan di laboratorium untuk memaksa bakteri mengambil DNA yang ditemukan di luar.

Secara teoritis, setiap bagian DNA dapat diambil. Namun, proses tersebut telah diamati melibatkan molekul kecil.

Transduksi

Akhirnya, mekanisme transduksi terjadi melalui fag (virus) yang membawa DNA dari bakteri donor ke penerima. Seperti pada kasus sebelumnya, jumlah DNA yang ditransfer relatif kecil, karena kemampuan virus untuk membawa DNA terbatas.

Biasanya, mekanisme ini terbatas pada bakteri yang dekat secara filogenetik, karena virus yang membawa DNA harus mengikat reseptor spesifik pada bakteri untuk menyuntikkan bahan tersebut.

Contoh

Endonuklease adalah enzim yang memiliki kemampuan untuk memutus ikatan fosfodiester dalam rantai polinukleotida, dari dalam - itulah mengapa mereka dikenal sebagai "endo". Enzim ini tidak memotong di mana pun, mereka memiliki situs khusus untuk melakukannya, yang disebut situs restriksi.

Urutan asam amino untuk enzim EcoRI (dalam E. coli) dan RSRI (dalam Rhodobacter sphaeroides) memiliki urutan hampir 300 residu asam amino, yang 50% identik satu sama lain, dengan jelas menunjukkan hubungan evolusioner yang erat.

Namun, berkat studi tentang karakteristik molekuler dan biokimia lainnya, kedua bakteri ini sangat berbeda dan sangat sedikit hubungannya dari sudut pandang filogenetik.

Selain itu, gen yang mengkode enzim EcoRI menggunakan kodon yang sangat spesifik yang berbeda dengan yang biasa digunakan oleh E. coli, sehingga diduga gen tersebut tidak berasal dari bakteri tersebut.

Transfer gen horizontal dalam evolusi

Pada tahun 1859, naturalis Inggris Charles Darwin merevolusi ilmu biologi dengan teori evolusinya melalui seleksi alam. Dalam bukunya yang ikonik, The Origin of Species, Darwin mengusulkan metafora pohon kehidupan untuk menggambarkan hubungan silsilah antar spesies.

Saat ini, filogeni adalah representasi formal dari metafora ini, di mana diasumsikan bahwa transmisi informasi genetik terjadi secara vertikal - dari orang tua ke anak-anak.

Kita dapat menerapkan visi ini tanpa ketidaknyamanan yang besar pada organisme multisel dan kita akan mendapatkan pola bercabang, seperti yang diusulkan Darwin.

Namun, representasi cabang tanpa fusi ini sulit diterapkan pada mikroorganisme. Ketika membandingkan genom prokariota yang berbeda, jelas bahwa ada transfer gen yang ekstensif antar garis keturunan.

Dengan demikian, pola hubungan lebih seperti jaringan, dengan cabang-cabang yang terhubung dan menyatu, berkat prevalensi transfer gen horizontal.

Referensi

1. Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Transfer gen horizontal, inovasi dan evolusi genom. Ulasan Alam Mikrobiologi, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Transfer gen horizontal dalam evolusi eukariotik. Nature Reviews Genetics, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetika: Pendekatan konseptual. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Ilmu Dinamis. Pendidikan Nelson.
5. Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Prinsip mikrobiologi. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Transfer gen horizontal. Pers Akademik.
7. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Pengantar mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.