Bakteriofage

BAKTERIOFAG DAN APLIKASI BAKTERI

DALAM BIDANG KEDOKTERAN DAN PERTANIAN

Bakteriofag atau dalam bahasa latinnya bacteriophage berasal dari dua kata yaitu Bacterion= batang kecil, bakteri dan phagein= memakan, sehingga dapat di simpulkan Bakteriofag adalah suatu jenis virus yang dapat menginfeksi atau menyerang bahkan menghancurkan bakteri dan hanya dapat bereproduksi di dalam sel bakteri, bentuknya seperti huruf T. Tubuh bakteriofag tersusun atas kepala, ekor, dan serabut ekor.

·       Kepala berbentuk segi delapan yang di dalamnya mengandung inti. Dari kepala muncul selubung memanjang (tubus) yang disebut ekor. 

·       Ekor berfungsi sebagai alat penginfeksi. Pada bagian ujung ekor terdapat serabut ekor.

·       Ujung pada serabut ekor berfungsi sebagai penerima rangsangan (reseptor). 

Bagian kepala dan ekor memiliki selubung yang disebut kapsid. Selubung atau kapsid tersusun atas molekul-molekul protein. Satu unit protein yang menyusun kapsid disebut Kapsome. Bagian yang aktif menyerang bakteri adalah asam nukleat  virus (DNA-virus), sedangkan mantel proteinnya ditinggalkan di luar sel inangnya. Adapun daur hidup virus ini dapat dilihat pada gambar dibawah :

Bakteriofag adalah virus yang sel inangnya berupa bakteri. Dengan daur hidupnya yang bersifat litik atau lisogenik bakteriofag dapat digunakan sebagai vektor kloning pada sel inang bakteri. Ada beberapa macam bakteriofag yang biasa digunakan sebagai vektor kloning. Dua di antaranya akan dijelaskan berikut ini.

Bakteriofag l

Bakteriofag atau fag l merupakan virus kompleks yang menginfeksi bakteri E. coli. Berkat pengetahuan yang memadai tentang fag ini, kita dapat memanfaatkannya sebagai vektor kloning semenjak masa-masa awal perkembangan rekayasa genetika. DNA l yang diisolasi dari partikel fag ini mempunyai konformasi linier untai ganda dengan panjang 48,5 kb. Namun, masing-masing ujung fosfatnya berupa untai tunggal sepanjang 12 pb yang komplementer satu sama lain sehingga memungkinkan DNA l untuk berubah konformasinya menjadi sirkuler. Dalam bentuk sirkuler, tempat bergabungnya kedua untai tunggal sepanjang 12 pb tersebut dinamakan kos.

Seluruh urutan basa DNA l telah diketahui. Secara alami terdapat lebih dari satu tempat pengenalan restriksi untuk setiap enzim restriksi yang biasa digunakan. Oleh karena itu, DNA l tipe alami tidak cocok untuk digunakan sebagai vektor kloning. Akan tetapi, saat ini telah banyak dikonstruksi derivat-derivat DNA l yang memenuhi syarat sebagai vektor kloning. Ada dua macam vektor kloning yang berasal dari DNA l, yaitu

·      vektor insersional, yang dengan mudah dapat disisipi oleh fragmen DNA asing,

·      vektor substitusi, yang untuk membawa fragmen DNA asing harus membuang sebagian atau seluruh urutan basanya yang terdapat di daerah nonesensial dan menggantinya dengan urutan basa fragmen DNA asing tersebut.

Di antara kedua macam vektor l tersebut, vektor substitusi lebih banyak digunakan karena kemampuannya untuk membawa fragmen DNA asing hingga 23 kb. Salah satu contohnya adalah vektor WES, yang mempunyai mutasi pada tiga gen esensial, yaitu gen W, E, dan S. Vektor ini hanya dapat digunakan pada sel inang yang dapat menekan mutasi tersebut.
Cara substitusi fragmen DNA asing pada daerah nonesensial membutuhkan dua tempat pengenalan restriksi untuk setiap enzim restriksi. Jika suatu enzim restrisksi memotong daerah nonesensial di dua tempat berbeda, maka segmen DNA l di antara kedua tempat tersebut akan dibuang untuk selanjutnya digantikan oleh fragmen DNA asing. Jika pembuangan segmen DNA l tidak diikuti oleh substitusi fragmen DNA asing, maka akan terjadi religasi vektor DNA l yang kehilangan sebagian segmen pada daerah nonesensial. Vektor religasi semacam ini tidak akan mampu bertahan di dalam sel inang. Dengan demikian, ada suatu mekanisme seleksi automatis yang dapat membedakan antara sel inang dengan vektor rekombinan dan sel inang dengan vektor religasi.

Bakteriofag l mempunyai dua fase daur hidup, yaitu fase litik dan fase lisogenik. Pada fase litik, transfeksi sel inang (istilah transformasi untuk DNA fag) dimulai dengan masuknya DNA l yang berubah konformasinya menjadi sirkuler dan mengalami replikasi secara independen atau tidak bergantung kepada kromosom sel inang. Setelah replikasi menghasilkan sejumlah salinan DNA l sirkuler, masing-masing DNA ini akan melakukan transkripsi dan translasi membentuk protein kapsid (kepala). Selanjutnya, tiap DNA akan dikemas (packaged) dalam kapsid sehingga dihasilkan partikel l baru yang akan keluar dari sel inang untuk menginfeksi sel inang lainnya. Sementara itu, pada fase lisogenik DNA l akan terintegrasi ke dalam kromosom sel inang sehingga replikasinya bergantung kepada kromosom sel inang. Fase lisogenik tidak menimbulkan lisis pada sel inang.

Di dalam medium kultur, sel inang yang mengalami lisis akan membentuk plak (plaque) berupa daerah bening di antara koloni-koloni sel inang yang tumbuh. Oleh karena itu, seleksi vektor rekombinan dapat dilakukan dengan melihat terbentuknya plak tersebut.
Bakteriofag M13

Ada jenis bakteriofag lainnya yang dapat menginfeksi E. coli. Berbeda dengan l yang mempunyai struktur ikosahedral berekor, fag jenis kedua ini mempunyai struktur berupa filamen. Contoh yang paling penting adalah M13, yang mempunyai genom berupa untai tunggal DNA sirkuler sepanjang 6.408 basa. Infeksinya pada sel inang berlangsung melalui pili, suatu penonjolan pada permukaan sitoplasma.

Ketika berada di dalam sel inang genom M13 berubah menjadi untai ganda sirkuler yang dengan cepat akan bereplikasi menghasilkan sekitar 100 salinan. Salinan-salinan ini membentuk untai tunggal sirkuler baru yang kemudian bergerak ke permukaan sel inang. Dengan cara seperti ini DNA M13 akan terselubungi oleh membran dan keluar dari sel inang menjadi partikel fag yang infektif tanpa menyebabkan lisis. Oleh karena fag M13 terselubungi dengan cara pembentukan kuncup pada membran sel inang, maka tidak ada batas ukuran DNA asing yang dapat disisipkan kepadanya. Inilah salah satu keuntungan penggunaan M13 sebagai vektor kloning bila dibandingkan dengan plasmid dan l. Keuntungan lainnya adalah bahwa M13 dapat digunakan untuk sekuensing (penentuan urutan basa) DNA dan mutagenesis tapak terarah (site directed mutagenesis) karena untai tunggal DNA M13 dapat dijadikan cetakan (templat) di dalam kedua proses tersebut.

Meskipun demikian, M13 hanya mempunyai sedikit sekali daerah pada DNAnya yang dapat disisipi oleh DNA asing. Di samping itu, tempat pengenalan restriksinya pun sangat sedikit. Namun, sejumlah derivat M13 telah dikonstruksi untuk mengatasi masalah tersebut.

APLIKASI BAKTERI DALAM BIDANG KEDOKTERAN DAN PERTANIAN

Aplikasi bakteri dalam berbagai aspek kehidupan tidak terlepas dari pemanfaatan bioteknogi. Bioteknologi adalah suatu cara manusia untuk menghasilkan suatu produk atau jasa menggunakan makhluk hidup atau bagiannya. Pemanfaatan mikroorganisme untuk mengubah bahan baku menjadi suatu produk atau jasa merupakan salah satu contoh penerapan bioteknologi. Mikroorganisme atau mikroba adalah makhluk hidup satu sel yang tidak dapat dilihat secara kasat mata, dapat berupa bakteri, jamur, atau alga satu sel.

Bidang Kesehatan

Di bidang kesehatan, peranan bakteri mealui bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam pembuatan obat-obatan, antara lain antibiotik dan vaksin. Antibiotik adalah suatu zat yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme, khusunya bakteri. Antibiotik dihasilkan oleh mikroorganisme, yaitu bakteri dan jamur.

Sampai sekarang, telah dikenal sekitar 100 macam antibiotik. Jenis antibiotik yang sudah dikenal, diantaranya adalah penicilin, streptomisin, tetrasiklin, aeromisin, kioromisetin, amfisin, dan sefalosporin. Penicilin dihasilkan oleh jamur Penicilin notatum. Antibiotik ini ditemukan oleh Alexander Fleming tahun 1928. Demikian juga antibiotik streptomisin, dihasilkan oleh jamur Streptomyces griceus. Sementara itu, antibiotik seperti tetrasiklin dan sefalosporin dihasilkan oleh bakteri.

Beberapa bakteri yang menghasilkan antibiotik adalah:

• Bacillus brevis, menghasilkan terotrisin 

• Bacillus subtilis, menghasilkan basitrasin 

• Bacillus polymyxa, menghasilkan polimixin

Bakteri umumnya merupakan penyebab penyakit. Tetapi tidak demikian dengan bakteri baik yang disebut probiotik. Seperti namanya, dia menghasilkan antibiotika alami yang membantu keutuhan mukosa usus. Selain itu, probiotik dapat meningkatkan kekebalan tubuh dan membantu proses metabolisme dalam usus.

Yoghurt (susu fermentasi) mengandung bakteri asam laktat yang dapat meningkatkan kerja enzim galaktosidase sehingga memudahkan pencernaan laktosa dalam usus dan meningkatkan kualitas nutrisi. Bakteri ini juga diketahui dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darah. Bakteri baik adalah bakteri yang menghasilkan asam laktat, terutama dari golongan Lactobacilli dan Bifidobacteria (jenis bakteri yang dapat menekan pertumbuhan bakteri jahat). Probiotik mengandung sejumlah besar sel hidup dan dapat melakukan metabolisme dalam usus.

Bidang Pertanian

Dalam bidang pertanian bakteri berperan dalam proses degradasi jasad makhluk hidup. Beberapa jenis bakteri, terutama bakteri heterotrof, mampu mendegradasi senyawa organik dan menggunakannya untuk menunjang pertumbuhan tanaman. Proses dekomposisi ini dibantu oleh beberapa jenis enzim untuk memecah makromolekul, seperti karbohidrat, protein, dan lemak, untuk dipecah menjadi senyawa yang lebih sederhana.

Dekomposisi jasad makhluk hidup dimulai oleh bakteri yang hidup di dalam tubuh manusia, dimulai dari jaringan-jaringan otot. Proses ini dipercepat saat tubuh telah dikuburkan. Reaksi pertama dalam dekomposisi ini adalah hidrolisis protein oleh protease membentuk asam amino. Selanjutnya, asam amino akan diubah menjadi asam asetat, gas hidrogen, gas nitrogen, dan karbon dioksida sehingga pH lingkungan akan turun menjadi 4-5. Reaksi ini dilakukan oleh bakteri acetogen. Pada tahap akhir, semua senyawa tersebut diubah menjadi gas metana oleh metanogen.

Jenis-jenis Mikroorganisme yang Dimanfaatkan untuk Meningkatkan Produk Pangan

No.	Bahan Pangan	Mikroorganisme	Golongan	Produk
1	Susu	Lactobacillus bulgaricus Streptococcus termophillus Streptococcus lactis Panicillium requiforti Propioni bacterium Lactobacillus casei	Bakteri Bakteri Bakteri Jamur Bakteri Bakteri	Yoghurt Yoghurt Mentega Keju Keju Swiss Susu asam
2	Kedelai	Rhizopus oligosporus Rhizopus stoloniferus Rhizopus oryzae Aspergillus oryzae	Jamur Jamur Jamur Jamur	Tempe Tempe Tempe Kecap
3	Kacang tanah	Neurospora sitophyla	Jamur	Oncom
4	Beras	Saccharomyces cereviseae Endomycopsis fibulegera	Jamur Jamur	Tape Ketan
5	Singkong	Saccharomyces elipsoides Endomycopsis fibulegera	Jamur Jamur	Tape singkong
6	Air kelapa	Acetobacter xylinum	Bakteri	Nata de coco
7	Tepung gandum	Saccharomyces elipsoides	Jamur	Roti
8	Kubis	Enterobacter sp.	Bakteri	Asinan
9	Padi-padian atau umbi-umbian	Saccharomyces cereviseae Saccharomyces caelsbergensis	Jamur	Minuman beralkohol
10	Mikroorganisme	Spirulina Chlorella	Alga bersel satu	Protein sel tunggal