BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi adalah,proses pemanfaatan sel atau organisme hidup dengan berbagi teknik untuk menghasilkan satu produk yang memiliki nilai ekonomi tinggi dan berguna bagi kesejahteraan manusia. Bioteknologi melibatkan berbagi disiplin ilmu, seperti mikrobiologi, botani, zoologi, genetika, fisiologi, biokimia, biologi molekuler, teknik kimia, dan berbagai disiplin ilmu lainnya.

Jumlah penduduk dunia dari tahun ke tahun selalu bertambah. Pertambahan jumlah penduduk tersebut seharusnya juga diimbangi dengan pertambahan jumlah bahan makanan untuk memenuhi kebutuhan penduduk yang bertambah. Pada kenyataannya, jumlah bahan makanan yang tersedia kadang kala tidak mencukupi. Manusia kemudian berpikir bagaimana cara memperbanyak jumlah makanan, seperti: kultur jaringan dan inseminasi buatan. Kultur jaringan dan inseminasi buatan merupakan bagian dari aplikasi bioteknologi.
Bioteknologi adalah,proses pemanfaatan sel atau organisme hidup dengan berbagi teknik untuk menghasilkan satu produk yang memiliki nilai ekonomi tinggi dan berguna bagi kesejahteraan manusia. Bioteknologi melibatkan berbagi disiplin ilmu, seperti mikrobiologi, botani, zoologi, genetika, fisiologi, biokimia, biologi molekuler, teknik kimia, dan berbagai disiplin ilmu lainnya.
Manusia menggunakan bioteknologi dalam kehidupan sehari-hari, misalnya embuatan keju,yoghurt, wine, dan tempe. Untuk pembuatan bahan tersebut, digunakan bioteknologi sederhana, yaitu fermentasi. Artinya, manusia sudah menggunakan dan memanfaatkan bioteknologi dalam kehidupan sehari-hari, tetapi manusia tidak menyadarinya. Biteknologi terbagi menjadi 3 kategori, yaitu sebagai berikut:

1. Bioteknologi sederhana
Teknologi yang digunakan sederhana, biaya yang dikeluarkan kecil dan produk yang dihasilkan tidak stabil. Contohnya, pembutan tempe, tape, dan tuak.

2. Bioteknologi menengah
Teknologi yang digunakan cukup kompleks, biaya yang dikeluarkan besar, dan kualitas produk yang dihasilkan baik. Contohnya, industri pembuatan yoghurt.
3. Bioteknologi tingkat tinggi
Teknologi yang digunakan sudah canggih, biaya yang dikeluarkan sangat besar, dan kualitas produk yang dihasilkan prima. Contohnya, pembuatan insulin, bayi tabung, dan kloning.

2.1. SEJARAH BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi dimulai saat manusia memerlukan bahan makanan. Zaman dahulu, manusia hidup berpindah-pindah(nomaden) dan mendapatkan makanan dari hasil berburu. Kemudian, manusia mulai menetap di suatu tempat. Untuk bertahan hidup di tempat tersebut, manusia menjadi petani dan bercocok tanam. Dengan semakin bertambahnya manusia tentu dibutuhkan makanan yang dapat menghasilkan bahan pangan dalam jumlah banyak dengan waktu singkat, terutama untuk tanaman pokok, seperti padi, gandum, dan jagung.
Bioteknologi di bidang obat-obatan berawal dari penemuan enzim yang diekstrak dari ragi oleh Buchner (1897). Enzim itu berfungsi mengubah gula menjadi alkohol. Penemuan lainnya ialah penisilin oleh Alexander Flemming (1928) yang dihasilkan oleh jamur Penicillium.
Awalnya istilah bioteknologi dikemukakan pada tahun 1919 oleh Karl Ereky seorang insinyur Hongaria. Pada waktu itu, bioteknologi artinya semua produk yang diproduksi dari materi dasar dengan bantuan organisme hidup. Ereky berpendapat bahwa jaman biokimia sama dengan atau mirip jaman batu atau besi.

2.2. PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI

Ada beberapa proses yang merupakan prinsip dasar dari bioteknologi, yaitu fermentasi, seleksi dan persilangan, analisa genetik, kultur jaringan, rekombinasi DNA, dan analisa DNA.


1. Fermentasi
Fermentasi merupakan proses dasar untuk mengubah suatu bahan menjadi bahan lain dengan cara sederhana dan dibantu oleh mikroorganisme. Proses fermentasi ini merupakan bioteknologi sederhana dan sudah dikenal sejak jaman dahulu. Contohnya pembutan roti, minuman anggur, yoghurt, tuak dan sake.

2. Seleksi dan Persilangan
Proses seleksi dilakukan dengan memenipulasi DNA yang ada pada mikroba, tanaman, atau hewan agar menjadi mikroba, tanaman, atau hewan dengan sifat yang lebih baik sehingga apabila disilangkan akan menjadi bibit unggul yang baik untuk masa depan. Contohnya, ayam Leghorn, sapi ayrshire, padi Cisadane kedelai Muria, dan jagung Metro.

3. Analisa Genetik
Proses ini mempelajari cirri atau sifat dan gen makhluk hidup dari generasi ke generasi untuk mendapatkan sifat atau ciri yang unggul serta interaksi antara gen dan lingkungan agr menghasilkan keturunan yang baik.

4. Kultur Jaringan
Proses menumbuhkan atau memperbanyak jaringan hewan dan tanaman dari jaringan atau selnya di dalam laboratorium tanpa mendapat gangguan dari organisme lain disebut kultur jaringan. Proses ini dimanfaatkan untuk perbanyakan, produksi bahan-bahan kimia, dan riset di bidang pengobatan. Contohnya kultur jaringan anggrek dan pisang.

5. Rekombinasi DNA
Proses transfer segmen DNA dari satu organisme ke DNA organisme lain dinamakan rekombinasi DNA. Kedua organisme itu dapat saja tidak memiliki hubungan atau kekerabatan. Contohnya, penyisipan gen manusia pada bakteri Bacillus thuringiensis sehingga bakteri tersebut dapat memproduksi insulin.


6. Analisis DNA
Proses reaksi rantai polymerase sehingga dapat membuat kopi (salinan) dari DNA. Proses ini berguna untuk memetakan DNA sehingga dapat diketahui dengan pasti DNA dari satu organisme untuk menentukan genetik keturunannya. Teknik ini biasanya digunakan untuk mendapatkan atau mengenali DNA dari korban – korban kecelakaan yang sulit diidentifikasi oleh tim forensik.

2.3. PEMANFAATAN DAN DAMPAK BIOTEKNOLOGI

2.3.1. Kloning

Kloning adalah proses menciptakan suatu organisme yang memiliki salinan yang identik dengan organisme lain (kembar identik). Kloning pertama kali mendunia ketika domba dolly dipertunjukkan tahun 1997, tetapi sebenarnya teknologi kloning sudah ada jauh sebelum kemunculan Dolly. Manusia dapat melakukan pembuatan salinan genetik yang identik dari suatu organisme dengan cara membuat embrio kembar secara buatan, atau embrio buatan dan transfer inti sel somatik.

a. Membuat embrio kembar secara buatan.
Membuat embrio kembar secara buatan merupakan teknologi pengklonan dengan menggunakan teknologi yang tidak terlalu sulit karena meniru proses alami dalam menciptakakan kembar identik. Proses membuat embrio kembar secara buatan terjadi dalam cawan Petri dan bukan didalam tubuh induknya. Hal ini dilakukan dengan cara memisahkan secara manual embrio yang masih sangat muda menjadi sel-sel individu dan kemudian membiarkan setiap sel membelah dalam dirinya (mengembangkan diri). Embrio yang dihasilhan kemudian ditempatkan ke dalam induk pengganti (surrogate mother), di mana embrio tersebut akan berkembang sampai dilahirkan. Karena semua embrio berasal dari zigot yang sama, proses tersebut disebut identik secara genetik.

b. Transfer inti sel somatic

Transfer inti sel somatic (SCNT = Somatic Cell Nuclear Transfer) memberikan hasil yang sama, yaitu suatu klon identik atau salinan genetek dari suatu individu. Metode ini digunakan untuk menciptakan domba Dolly. Untuk membuat Dolly, peneliti mengisolasi sel somatic (setiap sel dalam tubuh kecuali sel sperma dan sel telur), dari satu domba dewasa betina, kemudian inti dari sel tersebut ditransfer ke dalam sel telur asal inti sel tersebut diambil.
Setelah mengalami sepasang pelukaan zat kimia (chemical tweaks), sel telur dengan inti sel yang baru akan berprilaku seolah-olah seperti zigot yang baru saja dibuahi. Sel tersebut berkembang menjadi embrio, kemudian ditanamkan pada induk pengganti sampai saatnya lahir.
Metode pembuahan suatu sel telur oleh sperma dan cloning SCNT memberikan hasil yang sama, yaitu suatu pembelahan bola sel yang disebut embrio. Perbedaan kedua metode ini ialah dari mana asal kedua kromosom, karena suatu embrio terdiri dari sel-sel yang mengandung dua pasang sel kromosom.
Pada pembuahan, sperma dan sel telur mengandung sepasang kromosom sehingga ketika sperma dan sel telur bergabung, zigot yang dihasilkan memiliki dua pasang kromosom (sepasang dari ayah dan sepasang dari ibu). Pada SCNT, sepasang sel yang ada pada sel telur dipindahkan, kemudian tempatnya diisi oleh inti dari sel somatik yang telah mengandung dua pasang kromosom. Oleh karena itu, embrio yang dihasilkan kedua pasang sel kromosom berasal dari sel somatik.
Perbedaan pengklonan organisme dan pengklonan gen adalah Pengklonan organisme merujuk pada pembuahan suatu salinan genetik yang identik dari suatu organisme, sedangkan pengklonan gen berarti mengisolasi atau memisahkan satu salinan identik satu gen dari semua gen pada satu organisme. Contoh pengklonan gen ialah pembuahan insulin.




Manfaat kloning antara lain sebagai berikut.

1. Kloning untuk tujuan kedokteran
Kloning untuk tujuan kedokteran merupakan yang paling potensial memberikan keuntungan bagi manusia. Tikus direkayasa secara genetik untuk melakukan mutasi yang menyebabkan penyakit dalam gennya. Teknologi klon mungkin mengurangi waktu yang diperlukan dalam membuat model hewan transgenik, dan hasilnya merupakan populasi dari hewan yang identik secara genetik untuk dipelajari.

2. Kloning sel batang (stem cell) untuk penelitian
Sel batang merupakan blok bangunan tubuh yang bertanggung jawab terhadap perkembangan, pemeliharaan, dan perbaikan tubuh selama hidup. Sebagai hasilnya, sel ini dapat digunakan untuk memperbaiki organ dan jaringan tubuh yang rusak atau telah mati.

3. Kloning untuk menghasilkan obat
Hewan ternak seperti sapi, domba, dan kambing saai ini sedang direkayasa secara genetik untuk menghasilkan obat dan protein yang berguna dalam bidang kedokteran.

4. Kloning untuk membuat insulin
Insulin ialah hormon yang berfungsi menurunkan kadar gula dalam darah. Hormon ini sangat dibutuhkan oleh penderita diabetes melitus karena penderita diabetes melitus tidak mempu menghasilkan hormon tersebut. Hormon insulin dihasilkan oleh kelenjar pankreas yang berfungsi mengubah glukosa dalam darah menjadi glikogen. Gen insulin manusia kemudian ditransplantasikan ke bakteri sehingga bakteri mampu menghasilkan insulin.

Dampak Buruk Melakukan Kloning

1. Kegagalan yang cukup tinggi
Pengklonan hewan melalui transfer inti sel somatik sama sekali tidak efisien, laju kesuksesan antara 0,1 – 3 persen. Artinya usaha yang dilakukan sangat banyak, tetapi tingkat keberhasilan sangat kecil. Hal ini disebabkan antara lain proses pembuatan inti dari sel telur dan inti yang ditransfer mungkin tidak kompatibel, penanaman embrio dalam induk pengganti mungkin gagal, dan kehamilan itu sendiri mungkin gagal.
2. Masalah selama perkembangan selanjutnya
Ketahanan hewan yang diklon cenderung lebih rendah dibandingkan hewan yang tidak diklon. Ilmuwan menyebutnya gejala ”Large Offspring Syndrome” (LOS). Hasil klon biasanya memiliki organ besar yang abnormal, seperti gibjal yang cacat, otak malformasi (pembentukan otak yang tidak benar), dan sisitem imunisasi (kekebalan) yang cacat.
3. Pola ekspresi yang abnormal
Pada proses memprogram DNA yang ada kemungkinan terjadi pembuatan program yang tidak lengkap sehingga dapat menyebabkan embrio berkembang abnormal.

2.3.2. Tanaman Transgenik

Tanaman transgenik ialah suatu tanaman yang mengandung satu atau lebih gen yang telah disisipkan secara buatan dan bukan dihasilkan melalui proses penyerbukan. Barisan atau deretan gen yang disisipkan (dikenal dengan sebutan transgene) mungkin berasal dari tanaman yang tidak berkaitan dengan tanaman yang bersangkutan, atau dari spesies yang benar-benar berbeda. Contohnya, jagung transgenik. Tumbuhan yang mengandung transgene sering juga dissebut tanaman genetically modified (GM) atau tanaman yang gennya tekah diubah.

Manfaat tanaman transgenik

Pembuatan tanaman transgenik bertujuan membuat suatu tanaman menjadi lebih berguna dan produktif. Hal ini tergantung untuk apa tumbuhan itu dikembangkan sehingga gen yang dibutuhkan atau diinginkan mungkin menyediakan sifat yang dibutuhkan, seperti hasil panen yang tinggi atau kualitas yang lebih baik, tahan terhadap hama, serta cukup kuat terhadap panas, dingin dan kekeringan. Teknologi transgene menyediakan cara untuk mengidentifikasi dan mengisolasi ciri khusus kendali gen pada satu jenis organisme dan untuk memindahkan salinan dari gen-gen tersebut ke organisme yang agak berbeda sehingga nantinya juga akan memiliki cirri-ciri tersebut.

Dampak Transgenik bagi Manusia

1.Merugikan kesehatan manusia
Misalnya, terjadi alergi, transfer horizontal yang menyebabkan kekebalan terhadap antibiotik, memmkan atau mengonsumsi DNA asing, menimbulkan virus mozaik pada kembang kol, serta mengubah kualitas nutrisi pada suatu makanan.
2.Merugikan terhdap lingkungan alami
Misalnya, membunuh larva kupu-kupu Monarch, dan gulma menjadi kebal terhadap herbisida akibat adanya perpindahan gen dari tanaman transgenik ke gulma.
3.Kebocoran protein GM ke tanah
Misalnya, akibat penyemprotan pestisida.


2.4 BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL

Bioteknologi Konvensional meliputi bioteknologi yang sudah lazim dan kuno. Nenek moyang kita sudah menggunakan tehnik bioteknologi dengan memanfaatkan mahluk hidup untuk memenuhi kebutuhan praktis yang tidak hanya terbatas pada pembuatan bir dan minuman beralkohol lainnya. Di Indonesia kita mengenal penggunaan bioteknologi dalam pembuatan tempe dan oncom ( penguraian ) serta tapai dan tuak ( fermentasi ).pemanfaatan mikrob dalam teknologi juga digunakan untuk membantu proses memperlambat pembusukan pada makanan. Selain itu, mikrob juga bermanfaat dalam memberikan cita rasa, aroma, dan tekstur pada makanan. Selain bakteri dan jamur, aplikasi bioteknologi juga melibatkan mahluk hidup lainnya, seperti ganggang, dan ganggang biru-hijau. Ganggang dapat dimanfaatkan sebagai pupuk, sebagai sumber makanan alternatif atau sebagai pengatur tekstur makanan tambahan (suplemen ).


2.4.1 Bioteknologi Konvensional Yang Memanfaatkan Jasa dari Mikrob

a. Mikrob dapat mengubah bahan pangan menjadi bentuk lain.
Beberapa mikrob yang sudah umum, seperti bakteri, virus, jamur, dan ganggang dikenal memiliki kemampuan untuk mengubah bahan pangan menjadi kebentuk lain. Hal tersebut dapat dilakukan melalui proses fermentasi.
Berikut ini beberapa contoh produk bioteknologi yang memanfaatkan jasa mikrob.

1. Bir
Industri fermentasi yang paling tua adalah bir. Bir dibuat dari jewawut ( jelai ) yang sebagian sudah dikecambah untuk diubah patinya menjadi gula maltosa. Fermentasi berikutnya dilakukan di dalam tong besar dan diberikan jamur bersel satu, yaitu ragi. Minuman umum lainnya yang mengunakan proses fermentasi adalah cider dari sari buah dan sake ( minuman asal jepang ) dari bahan baku beras.

2. Tapai
Fermentasi biasa dilakukan oleh beberapa jenis mikrob, misalnya saccharomyces cerevisiae, mucor chlamydosporus, dan endomycopsis fibuligera.

3. Tempe
Tempe merupakan makanan tradisional Indonesia yang dibuat melalui fermentasi nonalkoholik. Makanan ini dibuat dengan memanfaatkan ragi tape, yaitu dengan bahan baku utama berupa kedelai.

4. Protein sel tunggal ( SCP=single cell protein )
Protein sel tunggal adalah sel mikrob kering yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Adapun contoh mikrob yang biasanya dimanfaatkan dalam memproduksi protein bersel tunggal antara lain adalah bakteri, yeast, jamur, dan ganggang.
Beberapa keuntungan penggunaan mikrob sebagai sumber makanan adalah mikrob tersebut dapat menempati ruang yang kebih kecil dibandingkan dengan penanaman biji-bijian secara tradisional, pertumbuhannya lebih cepat, dapat tumbuh pada area yang luas, dan dapat ditumbuhkan pada limbah pertanian dan industri.

5. Makanan dan minuman fermentasi susu
Makanan dan minuman yang dihasikan dari proses fermentasi dengan bahan baku susu dapat berupa keju.

6. Nata de coco
Nata de coco merupakan hasil fermentasi oleh bakteri acetobacter xylinium. Dapat bermanfaat untuk mengubah air kelapa menjadi bahan yang lebih berguna ( sebagai bahan dasar sari buah kelapa ), memberikan nilai tambah dan sumber pendapatan bagi masyrakat, menambah jenis ragam makanan/minuman, dan dapat mengurangi pencemaran air limbah oleh air kelapa.

b. Mikrob dapat menghasilkan obat
Sejak tahun 1930 banyak riset yang sudah berhasil mengisolasi zat kimia alami yang berasal dari bakteri dan jamur. Zat kimia tersebut memiliki zat antibiotik yang dapat menghambat atau membunuh mikrob lain. Antibiotik yang berhasil dieksploitasi pertama kali adalah penisilin yang dihasilkan oleh beberapa spesies dari jamur Penicillium.
Griseofulvin adalah jenis antibiotik lainnya yang diperoleh dari spesies penicillium griseofulvum. Griseofulvin efektif untuk melawan penyakit “kaki atlet”atau popular dengan sebutan rangen. Salah satu sumber antibiotik yang sangat produktif adalah berasal dari genus Streptomyces, bakteri yang menyerupai jamur.

c. Mikrob dapat dimanfaatkan sebagai faksin
Vaksin merupakan semacam bibit penyakit yang sudah dilemahkan. Penanaman vaksin kedalam tubuh manusia dikenal dengan istilah vaksinasi. Vaksinasi dimaksudkan untuk pencegahan terhadap serangan penyakit ( infeksi ) atau menimbulkan efek kekebalan pada manusia.
Secara tradisional, dikenal dua tipe vaksin, yaitu berupa:
a. partikel virus virulen ( virus yang dapat menyebabkan penyakit ) yang sudah diinaktifkan secara fisik dan kimiawi.
b. Partikel virus yang dikurangi viral strailnya ( nonpatogenik ).

d. Mikrob dapat dimanfaatkan untuk membasmi hama tanaman
Pestisida biologi merupakan pemanfaatan mahluk hidup yang dapat mengurangi populasi hama pengganggu. Mikrob saat ini banyak digunakan sebagai pestisida biologi adalah Bacillus thuringiensis.

e. Mikrob dapat memisahkan logam dari bijihnya
Bakteri dapat digunakan untuk mengekstraksi tembaga secara kimia dari batuan yang mengandung logam konsentrasi rendah. Mikrob tersebut berfungsi mengikat ion-ion tembaga dari batuan, memisahkannya, kemudian membawanya kedalam larutan untuk mempercepat pemulihan ion-ion tersebut menjadi tembaga yang sebenarnya.
Selain menguntungkan secara ekonomi, tehnik pemisahan logam dengan metode ini juga bermanfaat terhadap masalah lingkungan.

f. Mikrob dapat dimanfaatkan untuk memperoleh sumber energi elternatif
Beberapa metode telah dikembangkan untuk menyelidiki mahluk hidup dan proses

2.4.2 Pembuatan Bir

Salah satu contoh pembuatan produk dalam penerapan Bioteknologi Konvensional adalah cara membuat bir. Berikut adalah cara-cara pembuatannya.
Teknologi pembuatan bir mengalami perubahan yang cukup besar dari abad ke abad, dan bahkan dewasa ini setiap pembuat punya caranya sendiri. Tetapi, secara umum, hampir semua bir mengandung empat bahan dasar: barli, hop, air, dan ragi. Seluruh proses pembuatan bir dapat dibagi menjadi empat tahap: pembuatan malt, pengolahan wort, fermentasi, dan pematangan.
Pembuatan malt. Selama tahap ini, barli disortir, ditimbang, dan dibersihkan. Setelah itu, barli direndam dlm air dengan tujuan supaya barli itu berkecambah. Prosesnya memakan waktu antara lima sampai tujuh hari pada suhu sekitar 14oC. Hasilnya adalah malt hijau, yang dipindahkan ke oven khusus untuk dikeringkan. Kadar air dalam malt hijau itu diturunkan hingga antara 2% sampai 5% agar berhenti berkecambah. Setelah dikeringkan, kecambah dibuang dari butiran malt, lalu malt itu digiling. Kemudian, tahap berikutnya bisa dimulai.
Pengolahan wort. Malt yang telah digiling dicampur dengan air untuk menghasilkan adonan, yang kemudian dipanaskan perlahan-lahan. Pada suhu tertentu, enzim-enzimnya mulai mengubah sarinya menjadi gula sederhana. Tetapi ini berlangsung lebih dari empat jam dan menghasilkan wort yang kemudian disaring sampai bersih. Berikutnya adalah proses pendidihan, yang menghentikan kegiatan enzim. Selama pendidihan, hop ditambahkan ke dalam wort untuk menghasilkan rasa pahit bir yang khas. Setelah kira-kira dua jam dididihkan, wort didinginkan sampai suhu tertentu.
Fermentasi. Barangkali inilah tahap terpenting dalam proses pembuatan bir. Dengan bantuan ragi, gula sederhana dalam wort diubah menjadi alkohol dan karbon dioksida. Lama fermentasi yang berlangsung tidak lebih dari seminggu, dan suhu proses itu bergantung pada jenis bir misalnya ale (bir keras) atau lager (bir ringan) yang dihasilkan. Bir mentah itu kemudian dipindahkan ke dalam tangki-tangki di ruang penyimpanan bawah tanah untuk dimatangkan.
Pematangan. Selama tahap ini, terbentuklah rasa serta aroma bir yang khas dan juga gelembung-gelembung dari karbon dioksida. Bir mengalami pematangan selama suatu periode dari tiga minggu sampai beberapa bulan, bergantung pada jenis bir. Akhirnya, bir yang telah jadi itu dikemas dalam gentong atau botol dan siap dikirim ke tempat tujuan akhir dan barangkali ke meja anda juga!




2.4.3 Pembuatan Yoghurt
Pada tahun 1908 seorang peneliti bernama E Metchnikoff membuat hipotesis yang spektakuler. Dikatakan bahwa ada hubungan erat antara umur panjang masyarakat pegunungan di Bulgaria dengan kebiasaan mereka mengonsumsi susu fermentasi. Kendati data empiris yang ada masih terbatas, hipotesis tersebut dianggap menarik untuk dikaji dan diungkap lebih lanjut. Metchnikoff sendiri akhirnya diberi penghargaan Nobel dan sejak saat itu produk susu fermentasi terus dikembangkan dan diteliti. Yoghurt merupakan salah satu produk susu fermentasi dengan rasa asam dan manis. Di beberapa negara yoghurt dikenal dengan nama yang berbeda-beda, misalnya Jugurt (Turki), Zabady (Mesir, Sudan), Dahee (India), Cieddu (Italia), dan Filmjolk (Skandinavia). Negara dengan konsumsi yoghurt tinggi antara lain Belanda, Swiss, Perancis, Finlandia, Denmark, Jerman, Austria, dan Jepang. Di Indonesia, yoghurt mulai banyak dipasarkan di supermarket dalam bentuk minuman encer hingga kental yang dikemas di dalam botol plastik. Pada umumnya untuk menambah daya tarik dan kesehatan, ke dalam yoghurt ditambahkan flavor buah-buahan.
Yoghurt kini makin populer di kalangan masyarakat. Bukan saja karena cita rasanya yang spesifik, tetapi yoghurt dikenal memiliki peranan penting bagi kesehatan tubuh. Yoghurt cukup aman dikonsumsi bagi orang yang diare bila minum susu karena tidak mampu mencerna laktosa atau yang disebut penderita lactose intolerance. Yoghurt juga mampu menurunkan kolesterol darah, menjaga kesehatan lambung dan mencegah kanker saluran pencernaan. Berbagai peranan tersebut terutama karena adanya bakteri yang digunakan dalam proses fermentasi yoghurt.
Yoghurt mengandung bakteri hidup sebagai probiotik, yaitu mikroba dari makanan yang menguntungkan bagi mikroflora di dalam saluran pencernaan. Sejauh ini jenis probiotik yang paling umum adalah bakteri asam laktat dari golongan Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus themophilus, dan Lactobacillus casei. Di dalam yoghurt biasanya mengandung jutaan hingga milyaran sel bakteri-bakteri ini setiap mililiternya. Keberadaan bakteri yang banyak di dalam yoghurt memang berkaitan dengan proses pembuatannya. Pada prinsipnya, pembuatan yoghurt adalah upaya menumbuh kembangkan bakteri pada susu. Mula-mula susu segar di pasteurisasi atau dipanaskan pada suhu 72-80 derajat Celsius selama beberapa menit, kemudian didinginkan hingga suhu 43 derajat Celsius. Selanjutnya, ditambahkan starter sebanyak 2-5 persen dan di inkubasi pada suhu yang sama selama 6-12 jam. Yang dimaksud starter adalah kultur salah satu atau campuran bakteri tersebut di atas yang ditumbuhkan ke dalam susu. Setelah inkubasi, jadilah yoghurt yang ditandai dengan susu menjadi kental dan beraroma asam.
Lactose intolerance
Lactose intolerance merupakan gejala malabsorbsi laktosa yang banyak dialami oleh penduduk, khususnya anak-anak, di beberapa negara Asia dan Afrika. Faktor utama penyebabnya adalah terbatasnya enzim laktase tubuh, sehingga tidak mampu mencerna dan menyerap laktosa dengan sempurna. Akibatnya, kalau mereka minum susu maka bisa mual, diare, atau gejala sakit perut yang lain.
Penelitian membuktikan bahwa susu dapat dikonsumsi oleh penderita Lactose intolerance jika ke dalamnya ditambahkan kultur starter. Peran yoghurt mengatasi Lactose intolerance, karena bakteri asam laktat di dalamnya dapat menguraikan laktosa susu menjadi monosakarida. Selama proses pembuatan yoghurt, sekitar 30 persen laktosa susu diurai menjadi glukosa dan galaktosa. Kedua monosakarida inilah yang mudah dicerna atau diserap oleh tubuh.
Selain berkurangnya jumlah laktosa di dalam yoghurt, tersedianya enzim laktase yang disintesis oleh bakteri yoghurt dalam jumlah besar akan dapat menguraikan laktosa yang masuk saluran pencernaan. Oleh karena itu, mengonsumsi yoghurt dapat membantu mengatasi masalah Lactose intolerance.
Menyehatkan pencernaan
Di dalam lambung dan usus halus manusia hidup bermilyar-milyar mikroflora yang sebagian besar adalah bakteri asam laktat. Bakteri dari yoghurt dapat hidup dan bersimbiose dengan mikroflora tersebut. Pertumbuhan bakteri-bakteri ini memberikan kondisi yang dapat mencegah pertumbuhan mikrobia lain khususnya mikrobia patogen.
Selain itu, bakteri asam laktat mampu membentuk asam-asam organik serta hidrogen peroksida dan bakteriosin. Pembentukan senyawa-senyawa ini, khususnya bakteriosin, dapat bersifat mikrosidal atau mematikan mikrobia lain.
Terhambatnya pertumbuhan dan matinya mikrobia patogen di dalam lambung dan usus halus berarti terhindarnya kemungkinan munculnya penyakit akibat infeksi atau intoksikasi mikrobia. Dengan kata lain, mengonsumsi yoghurt secara teratur, jelas dapat membantu menjaga kesehatan saluran pencernaan. Dari suatu penelitian dilaporkan bahwa Lactobacillus casei subsp, yang digunakan dalam pembuatan yoghurt campuran susu skim dan susu kedelai terbukti dapat membunuh bakteri E. coli.
Degradasi kolesterol
Probiotik mempunyai kemampuan menurunkan kolesterol darah. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa Lactobacillus sp, dapat menyerang kolesterol di dalam saluran pencernaan hewan percobaan. Penelitian lain pada beberapa orang yang mengonsumsi yoghurt secara teratur dalam jumlah dan waktu tertentu juga menunjukkan hasil yang serupa. Hasilnya jumlah kolesterol di dalam serum darah menurun.
Mekanisme penurunan kolesterol tersebut adalah bakteri asam laktat dapat mendegradasi kolesterol menjadi "coprostanol", yaitu sebuah sterol yang tidak dapat diserap oleh usus. Selanjutnya "coprostanol" dan sisa kolesterol dikeluarkan bersama-sama tinja hewan atau manusia. Dengan demikian jumlah kolesterol yang diserap tubuh menjadi rendah. Sebuah laporan menunjukkan bahwa penurunan kolesterol oleh strain bakteri Lactobacillus secara anaerobik dapat mencapai sekitar 27-38 persen.
Efek positif lain dari yoghurt ditunjukkan melalui kemampuannya mereduksi kanker saluran pencernaan. Diduga, adanya senyawa karsinogenik seperti nitrosamin yang masuk ke pencernaan dicegah penyerapannya oleh bakteri yang membentuk selaput protein dan vitamin. Akibatnya nitrosamin tersebut tidak dapat diserap dan dikeluarkan
Beberapa penelitian tentang mekanisme pencegahan kanker oleh bakteri probiotik masih terus dilakukan oleh banyak peneliti. Misalnya aspek yang berkaitan dengan pengikatan mutagen, deaktivasi dan penghambatan karsinogen, respons kekebalan, dan pengaruh sekunder konsentrasi garam empedu. Demikian pula tentang efek yoghurt dan bakteri probiotik dalam menangkal alergi dan mengurangi gejala stres.
Dari segi gizi, yoghurt merupakan produk makanan yang kaya akan zat gizi. Komposisi zat gizinya mirip susu dan bahkan ada beberapa komponen seperti vitamin B kompleks, kalsium, dan protein justru kandungannya relatif tinggi. Memang selama fermentasi yoghurt terjadi sintesis vitamin B kompleks khususnya thiamin (vitamin B1) dan riboflavin (vitamin B2), serta beberapa asam amino penyusun protein. Jelas bahwa beberapa zat gizi penting untuk memperbaiki kondisi tubuh dan mencegah timbulnya penyakit tertentu.
Bila konsumsi yoghurt mampu menurunkan kolesterol darah, maka kesehatan pembuluh darah dan jantung akan terjaga. Demikian pula dengan peranan yoghurt memberi kondisi mikroflora yang baik dalam saluran pencernaan berarti beberapa penyakit dapat dihindari atau dicegah. Oleh karena itu, baik secara langsung maupun tidak langsung konsumsi yoghurt secara teratur dan proporsional ikut berperan menunjang umur panjang seseorang. Kalau saja Metchnikoff masih sempat melihat perkembangan hasil penelitian yang ada hingga sekarang, tentu dia akan terus terseyum.

Read More......

Virus



Yang dibahas pada topik ini:
 Apa itu virus
 Bagaimana sifat-sifat virus
 Komponen virus
 Mekanisme replikasi pada virus
 Metoda pengembangbiakan virus
 Tipe-tipe biakan virus yang dipakai saat ini
 Peran virus sebagai teratogenic agent
 Sekilas tentang HIV
 Mekanisme HIV merusak sistem imun



Apa itu virus?, bagaimana sifatnya?

Virus adalah agent penyebab penyakit
Bersifat obligat parasit pada inangnya
Virus bukan merupakan suatu sel
Menunjukkan sifat-sifat hidup bila berinteraksi dengan inangnya
Virus hanya dapat mereplikasi diri bila sedang menginfeksi inangnya
Ukurannya sangat kecil (jauh lebih kecil daripada bakteri
Umumnya tidak dapat dibunuh dengan antibiotik
Materi genetiknya berupa DNA atau RNA (tidak pernah keduanya)

Komponen virus

Komponen utama virus:
– Asam nukleat (materi genetik)
– Protein mantel yang disebut caspid
– Membran bilayer yang disebut Envelope

Asam Nukleat
– Materi genetik dapat berupa DNA atau RNA
– Dapat berupa untai ganda (double stranded) atau untai tunggal (single stranded)
– Linier atau sirkular, kadang bersegmen
Caspid
– Merupakan komponen pembungkus materi genetik
– Berfungsi sebagai pelindung materi genetik dan memberi bentuk pada virus
– Caspid juga berfungsi sebagai perantara melekatnya virus pada inangnya
– Terdiri atas satu atau lebih protein spesifik virus
Envelope
– Merupakan struktur yang terdapat diluar caspid
– Terdiri dari mambran bilayer
– Struktur ini mudah rusak akibat temperatur tinggi, pH dibawah 6 atau diatas 8, perlakuan dengan pelarut lemak atau senyawa kimia
– Terdapat protein spesifik yang mampu berikatan dengan protein yang terdapat pada permukaan sel inangnya
– Catatan: Tidak semua virus punya envelope
(gambar)

Host range dan host specificity

Host Range
– Jenis organisme yang dapat diinfeksi oleh suatu jenis virus
– Host range ini dapat luas atau sempit
– Contoh virus dengan host range sempit adalah Virus penyebab polio (hanya menyebabkan penyakit pada manusia)
– Contoh virus dengan host range luas: virus penyebab rabies
Host specificity
– Jenis sel spesifik yang dapat diinfeksi oleh virus
Contoh1 Virus Wart yang hanya menginfeksi sel kulit
Contoh 2 Megalovirus dapat menginfeksi kelenjar ludah, saluran pencernaan, paru-paru, hati, dan organ lain
– Host specificity ditentukan oleh kemampuan virus menempel pada sel inangnya
– Juga ditentukan oleh adanya enzim pada sel iangnya yang diperlukan oleh virus untuk proses replikasinya

Tahapan proses replikasi pada virus

Ada 5 tahapan yang dilalui oleh virus secara umum dalam proses replikasinya:
– Adsorpsi
– Penetrasi
– Sintesa komponen virus
– Proses pematangan
– Pelepasan atau release

Proses replikasi virus T4 (Bakteriophage

Merupakan agent parasit obligate pada E. coli
Materi genetiknya double stranded DNA
Ditemukan pertama kali oleh Frederic Twort pada tahun 1915
Bagian-bagian tubuhnya terdiri dari Kepala, leher, dan ekor

Adsorption virus T4 pada E. coli

Mula-mula virus menempelkan bagian ekor pada permukaan sel inang (E. coli)
Perlekatan ini terjadi pada reseptor spesifik pada permukaan sel inang
Reseptor ini merupakan protein spesifik yang dikenal oleh protein virus untuk menempel
Bagian virus yang mengenal protein sel inang disebut recognition factor

Penetration virus T4 pada E. coli

Virus melepas enzim lyzozime untuk melemahkan dinding sel bakteri
Bagian ekor phaga akan menginjeksikan materi genetik DNA ke dalam sel host
DNA masuk ke dalam sel host
Komponen lain, seperti kepala, leher, dan sebagian bagian ekor tetap berada di luar sel host

Sintesis virus T4 pada E. coli

DNA virus mengontrol sintesa dalam sel host
DNA virus ditranskripsi dan protein kaspid virus dan enzyme lainnya mulai disintesa
Beberapa enzyme yang dihasilkan berperan dalam replikasi DNA phaga
Semua proses ini memakai energi yang dihasilkan oleh sel inang/host

Pematangan virus T4 pada E. coli

Bagian kepala diasembling dari protein kaspid
Bagian DNA dibungkus oleh bagian kepala
Bila bagian kepala sudah cukup membawa materi genetik virus, maka aktivitas enzim endonuklease akan memotong kelebihan DNA yang tidak ikut terbungkus
Bagian lain, seperti bagian basal, leher, dan sheath mulai diasembling pada bagian kepala
Bagian serat ekor akan ditambahkan pada tahap akhir dari proses pematangan ini.

Release virus T4 dari sel E. coli

Virus menghasilkan enzim yang dapat mengubah struktur membran sel bakteri
Ini akan mempermudah virus untuk melewati membran
Hal ini akan diikuti oleh aktivitas lyzozime phaga yang melisis dinding sel bakteri
Virus keluar sel bakteri dan siap menginfeksi sel bakteri lain
Jalur ini disebut dengan jalur litik
Interval waktu yang dibutuhkan (burst time) berkisar antara 20-40 menit
Jumlah virus baru (burst time): 50 -200 phaga


Membiakkan virus yang berasal dari hewan

Awalnya terjadi kesulitan dalam membiakkan virus, karena parasit obligate
Kemudian ditemukan media telur ayam sebagai media yang dapat dipakai dalam membiakkan virus (Herpes virus, poxviruses, dan virus penyebab influenza
Masalah yang sering muncul dengan metoda ini adalah kontaminasi oleh bakteri dan protein telur yang dapat mengganggu pertumbuhan virus
Masalah tersebut dapat diatasi dengan:
– Aplikasi antibiotika
– Aplikasi enzim proteolitik
Biakan ini merupakan biakan monolayer matrix

Tipe-tipe kultur sel yang dipakai

Kultur sel primer
Strain-strain fibroblas yang diploid
Continuous cell line

Kultur sel Primer
– Kultur ini langsung diambil dari sel-sel hewan yang tidak disubkultur
– Biasanya diambil dari hewan muda/sel muda
– Diambil dari sel otot dan sel epitelium
– Dapat dipakai untuk menumbuhkan beberapa jenis virus

Strain-strain fibroblas yang diploid

Merupakan kultur yang paling banyak dipakai secara in vitro
Sel-sel fibroblas diambil dari jaringan bayi
Sel-sel ini mempunyai kemampuan membelah dengan laju tinggi dan berulang
Dapat dipakai untuk menumbuhkan berbagai jenis virus
Banyak dipakai dalam produksi vaksin, karena bebas kontaminasi.
Sel-sel dapat berpropagasi secara terus menerus tanpa batas
Biasanya diambil dari sel-sel tumor/kanker
Contoh yang paling terkenal: HeLa Line
Diambil dari sel tumor seorang wanita penderita kanker cervic
Dipelihara dari tahun 1951 sampai sekarang
Kelemahan kultur ini mudah terkonta-minasi oleh kelompok Cell Line kontaminan


Virus dan Teratogen

Teratogen: zat atau agent yang dapat menyebabkan terjadinya cacat bayi dalam kandungan
Beberapa jenis virus diketahui dapat berperan sebagai teratogen, dan dapat masuk ke dalam kandungan melalui placenta
Tiga jenis virus yang diketahui sebagai teratogen
– CMV (Cito Megalo Viruses)
– Herpes Symplex tipe I dan II
– Rubella viruses
Saat ini, ditemukan 1% kelahiran terinfeksi CMV, menyebabkan infeksi pada saraf dan kemunduran mental, beberapa korban juga mengalami kelainan fungsi hati dan pembesaran limfa.
Infeksi virus herpes biasanya terjadi sesaat setelah bayi lahir
Kerusakan yang ditimbulkan:
– Kerusakan permanen pada mata
– dan sistem saraf pusat

Rubella
– Infeksi terjadi pada 3 bulan pertama usia kehamilan
– Dapat menyebabkan ketulian, kerusakan organ peraba, kemunduran mental, kelainan pada hati dan sistem peredaran

Read More......

Oncogenes, kanker dan peran virus dalam mengaktivasi oncogenes

Oncogenes
– Merupakan gen yang bersifat laten pada manusia
– Bila aktif akan menyebabkan kanker/tumor
– Dalam keadaan normal, expresi gen ini akan ditekan oleh gen lain yang ada disekitar oncogen


Kanker
– Proses pembelahan sel yang tidak terkontrol sehingga terbentuk tumor/kanker
– Jenis tumor ada dua:
Tumor ganas (Malignant tumor)
– sel-selnya penyusunnya tidak diselaputi sejenis kapsula
– Sel-sel penyusunnya dapat lepas dan tumbuh di tempat lain (Metastasize)
– Sering terjadi remisi (hilangnya gejala kanker ganas), karena ada mekanisme tertentu dalam tubuh penderita yang menyetop expresi DNA virus.

Tumor tidak ganas (Benign tumor)
– Sel-sel penyusunnya diseliputi oleh bagian yang sejenis capsula
– Hanya menyebabkan masalah bila pertumbuhannya mendesak organ lain

Peran virus dalam meginduksi oncogenes

Beberapa virus tertentu seperti ‘acute transforming retrovirus’ dapat menginfeksi sel tertentu yang normal
Komponen genetik virus ini berupa RNA
Dengan enzim reverse transcriptase, RNA ini diubah menjadi DNA
DNA tang terbentuk masuk ke dalam kromosom utama di dekat oncogene
DNA virus ini akan mengaktivasi oncogen untuk menghasilkan protein kanker
Protein kanker ini akan berfungsi sebagai growth faktor yang menstimulir sel-sel melakukan pembelahan secara tidak terkontrol

Read More......

Mutasi


Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada DNA dan bersifat menurun
Perubahan ini berlangsung sangat lambat (secara alami), tapi dapat dipercepat dengan mutagen
Mengakibatkan munculnya strain baru
Jenis mutasi:
– Mutasi titik (point mutation)
– Mutasi segment (frameshift mutation)
Mutasi pada DNA belum tentu mengubah fenotip suatu organisme, tergantung pada mutasinya

Mutasi sering menyebabkan sel kehilangan kemampuannya mensintesis satu atau lebih protein


Mutasi titik
– Terjadi pergantian atau substitusi satu basa nukleotida pd DNA
– Mutasi ini hanya mengubah satu kodon pada mRNA
– Akibatnya: dapat mengubah urutan asam amino dala protein atau tidak ada perubahan sama sekali
– Efeknya bisa fatal atau bisa juga tidak ada efek sama sekali
Frameshift mutation
– Terjad akibat adanya penghilangan (deletion) atau penambahan (insertion) satu basa nitrogen pada segmen DNA
– Akan mengubah urutan kodon secara keseluruhan
– Banyak asam amino pada rantai peptida tidak sesuai dengan yang ingin disintesis
– Mutasi ini sering menghasilkan kodon terminator sebelum sintesa protein selesai
– Sehingga efeknya jauh lebih fatal daripada mutasi titik
– Dapat mengubah fenotipe organisme

Mutasi spontan VS Mutasi yang diinduksi

Mutasi muncul secara acak dan sangat sulit diprediksi
Mutasi spontan terjadi bila tidak ada senyawa yang menginduksi
Terjadi selama sel melakukan replikasi
Laju mutasinya sangat lambat (10-3 – 10-9 pada bakteri)
Mutasi terinduksi terjadi apabila ada senyawa tertentu (Mutagen) yang mempercepat laju mutasi
Mutagen dapat berupa senyawa kimia atau radiasi
Chemical mutagenes
Senyawa-senyawa basa analog
Senyawa-senyawa yang mengandung gugus alkil
Turunan acridin
Deaminating agents
Radiasi
Sinar X
Sinar UV
Sinar Gamma

Perbaikan pada kerusakan DNA

Semua organisme mempunyai enzim yang dapat memperbaiki kerusakan pada DNA
Ada dua mekanisme perbaikan; light dan dark repair
Light repair
– Terjadi pada saat organisme yang telah mengalami kerusakan iakibat sinar UV diekspose dengan cahaya tampak
– Cahaya tampak akan mengaktifkan enzim yang dapat memecah antara pirimidin dari suatu dimer
– Sehingga DNA dapat diperbaiki, dan DNA berfungsi lagi
Dark Repair
– Terjadi pada suasana gelap
– Mula-mula enzim endonuklease memecah strand DNA yang cacat di dekat dimer
– Diikuti oleh aktivitas enzim polimerase yang mensintesis DNA baru sebagai pengganti DNA yang cacat
– Proses selanjutnya adalah aktivitas exonuklease yang memecah bagian DNA yang rusak
– Terakhir adalah peran ligase yang menyambung bagian DNA yang diperbaiki

Mempelajari mutasi

Mikroba dipakai sebagai model karena
– generation timennya pendek
– Biaya pemeliharaannya murah
– Tempat yang diperlukan tidak perlu luas
Ada dua masalah yang sering dihadapi:
– Membedakan apakah mutasi tersebut sepontan atau terinduksi
– Mangisolasi mutan yang dihasilkan
Metoda yang dipakai untuk mempelajari mutasi:
– Metoda uji fluktuasi
– Replika platting

Read More......

Sekilas tentang HIV/AIDS

AIDS disebabkan oleh virus HIV
Virus ini ditengarai berevolusi dari virus HIV yang menginfeksi kera afrika
Ilmuwan berhipotesa bahwa HIV pertama kali berasosiasi dengan manusia sekitar 40 sampai 100 tahun yang lalu
Ini dibuktikan dengan adanya antibodi HIV1 pada darah orang zaire yang disimpan sejak tahun 1959
Penyebaran virus ini kemudian terjadi akibat migrasi manusia yang mengglobal (perkembangan pariwisata)


Siapa yang dapat terinfeksi dan bagaimana mekanismenya ?

Setiap orang yang melakukan aktivitas beresiko tinggi dapat terinfeksi
Aktivitas beresiko tinggi:
– Sexual intercourse dengan pasangan tidak tetap
– Donor darah
– Jarum suntik (pemakai narkoba)/sharing jarum suntik
Sekali terinfeksi, maka virus akan berada selamanya di dalam tubuh
Sekilas tentang virus HIV:
– HIV merupakan retrovirus
– Komponen genetiknya RNA
– Mampu melakukan reverse transkripsi
– Berintegrasi dengan kromosom utama host

Mekanisme HIV menyerang sistem imun

Materi genetik virus masuk berintegrasi dengan DNA sel T4 (helper) dan membentuk replika virus baru
Akibatnya Sel T4 yang terdapat pada darah, lymph, dan splen menjadi tidak berfungsi dalam pertahanan tubuh
Jumlah sel T4 yang rendah menyebabkan naiknya sel T8 (suppressor), sehingga rasio T4:T8 menjadi sangat rendah dan menekan sistem imun
Fungsi sel T4 adalah menstimulir sel B untuk menghasilkan antibodi
Akibatnya infeksi mudah terjadi
Disamping itu, sel T4 yang terinfeksi akan memproduksi ‘soluble suppressor factor’ yang menghambat sistem imun tertentu
Dalam situasi spt. Ini, penderita mudah terinfeksi penyakit mematikan


Penyakit yang berasosiasi dengan penderita AIDS

Pathogen
1.Mycobacterium tuberculosis
2.Legionella pneumonia
3.Salmonella sp
4.Herpes viruses
5.Cytomegalovirus
6.Candida albicans
7.Cryptococcus neoformans
8.Histoplasma capsulatum
9.Toxoplasma gondii

Disease
TBC
1.Pneumonia
2.Gastrointestinal diseases
3.Skin and mucus membrane lession
4.Enchepalitis, Penumonia,
5.Mucous membrane and esophagus infection
6.Meningitis
7.Pneumonia, disseminated infections, fever
8.Encephalitis

Read More......

Genetika mikroba
















Yang dibahas dalam Bab ini:


 Bagaimana gen, kromosom, dan mutasi berperan dalam menentukan sifat-sifat menurun pada prokaryot
 Bagaimana asam-asam nukleat menyimpan dan mentransfer informasi genetik pada prokaryot
 Mekanisme replikasi dan transkripsi pada prokaryot
 Tahapan penting dalam sintesa protein
 Mekanisme regulasi aktivitas dan sintesis enzim pada prokaryot
 Jenis regulasi enzyme
 Mutasi dan peran mutasi dalam mempengaruhi organisme
 Perbedaan mutasi spontan dan yang diinduksi
 Jenis mutasi dan pengaruhnya pada organisme
 Mekanisme perbaikan oleh sel untuk meminimalkan efek mutasi
 Mempelajari terjadinya mutasi


Pendahuluan

Materi genetik organisme tersimpan di dalam inti
Berupa untai double stranded yang disebut kromosom
Kromosom ini merupakan DNA (dalam prokaryot berupa untai yang diskontinyu atau sirkuler)
Kromosom dibentuk oleh susunan pasangan asam nukleat
Setiap pasangan yang komplement dihubungkan oleh ikatan hidrogen
Urutan pasangan basa pada DNA dengan panjang tertentu akan mengkode satu jenis protein (urutan pasang basa ini disebut gen)

Penyimpanan dan transfer informasi genetik

Semua informasi yang mengkode struktur dan fungsi sel tersimpan pada DNA
Pada E. coli, kromosomnya mengandung sekitar 5 juta pasang basa nitrogen
Beberapa ratus pasang basa membentuk unit yang mengkode 1 protein (disebut gen)
Pasangan specifik (A dengan T, G dengan C)
Bila satu gen dibentuk oleh 500 pasang basa, maka jumlah gen yang dikandung oleh kromosom E. coli yang membawa 5 juta pasang basa adalah sebanyak 10.000 gen.
Secara teoritis E. coli dapat menghasilkan 10.000 jenis protein

Transfer materi genetik

Informasi genetik ini harus ditransfer oleh sel kepada sel anaknya
Informasi pada DNA akan mengarahkan sel untuk melakukan replikasi dan sintesa protein
Dalam kedua proses ini DNA akan berperan sebagai cetakan (template)
Urutan basa yang terdapat pada polimer baru akan komplement dengan yang terdapat pada DNA asal.
Pada proses replikasi akan dihasilkan DNA baru
Pada sintesa protein, polimer yang dihasilkan adalah mRNA

Replikasi DNA

Replikasi dimulai dari lokasi spesifik pada kromosom yang berbentuk sirkuler
Mula-mula akan melibatkan kerja enzim yang memecah ikatan hidrogen yang menghubungkan pasangan basa pada double stranded DNA, memisahkan kedua strand dan menstabilkannya
Akibatnya akan terbentuk basa-basa yang terekspose (dua replication forks)
Kemudian, enzim DNA polimerase bergerak disepanjang replication forks dengan arah 5’ ke 3’ untuk membentuk DNA baru
Penambahan basa nitrogen komplement secara sinambung hanya terjadi pada satu strand
Pada strand yang lain akan terjadi penambahan basa komplement secara diskontinyu
Akibatnya akan terdapat celah-celah pada DNA baru dengan strand ini sebagai template
Untuk menutup celah-celah tersebut, maka sel akan melibatkan enzim ligase
Dua kromosom baru yang terbentuk akan membawa 50% komponen (satu strand) kromosom induknya
Mekanisme replikasi seperti ini disebut dengan replikasi semikonservatif

Sintesa protein

Melibatkan dua proses utama
– Transkripsi: sintesa RNA dari DNA
– Translasi: menterjemahkan kode yang dibawa oleh mRNA

Transkripsi
– Agar dapat terjadi transkripsi maka sel harus mempunyai nukleotida dengan ikatan posfat ber-energi tinggi dalam jumlah yang memadai
– Proses ini diawali oleh pemutusan ikatan hidrogen pada DNA
– Hanya satu strand dari DNA akan berperan sebagai template
– Selanjutnya enzim RNA polimerase akan berikatan pada strand DNA yang berperan sebagai template
– Segera setelah terikat pada template pada basa pertama, maka nukleotida yang sesuai (komplement) akan segera bergabung dengan kompleks enzim-basa DNA
– Setelah terbentuk ikatan antara basa nitrogen tersebut, maka enzim RNA polimerase akan bergerak ke basa berikutnya pada DNA
– Hal yang sama seperti diatas diulang dan pada tahap ini akan diikuti oleh terbentuknya ikatan antara phosfat dari nukleotida yang kedua denganbagian ribosa dari nukleotida yang pertama
– Hal ini diikuti oleh lepasnya pyrophosphat (dua molekul phosfat sisa)
– Proses tersebut terus berulang, sehingga terjadi pemanjangan molekul RNA sampai terbentuk RNA yang lengkap
– Ada 3 jenis RNA yang disintesis untuk dipakai dalam sintesa protein pada tahap berikutnya (mRNA, tRNA, dan rRNA)
Translasi
– Merupakan proses yang sangat penting dalam pertumbuhan sel bakteri
– Akan mengkonsumsi sebanyak 80 – 90% energi seluler
– Selama proses, akan tersedia RNA dan asam amino dalam jumlah yang cukup
– Proses diawali oleh terikatnya mRNA pada ribosom pada start kodon
– tRNA yang membawa antikodon akan masuk pada aktif site pada kompleks mRNA dan robosom
– Asam amino yang dibawa oleh tRNA akan berikatan satu sama lain, sehingga terjadi pemanjangan rantai polipeptida
– Kompleks mRNA kemudian bergerak 1 kodon diikuti oleh lepasnya tRNA yang pertama
– Dari sini akan terbentuk satu aktif site lagi yang siap menerima tRNA baru dengan asam aminonya.
– Proses berulang terus sampai terbentuk protein yang lengkap

Regulasi metabolisme

Regulasi diperlukan untuk menghemat energi
Energi akan digunakan oleh sel hanya bila diperlukan
Oleh karena itu, dalam perjalanan evolusinya sel mengembangkan mekanisme apakah sel akan menjalankan atau menghentikan reaksi biokimia
Alasan lain, sel hanya mempunyai tempat yang sangat terbatas untuk menyimpan materi yang disintesis secara berlebih
Untuk mempelajari mekanisme kontrol pada organisme, biasanya dipakai bakteri, dengan alasan:
– Biaya pembiakannya murah
– Banyak generasi dihasilkan dalam waktu singkat
– Mutasi dapat diamati dalam waktu singkat (regenerasinya cepat)
Mekanisme regulasi dilakukan dengan cara:
– Mengatur aktivitas enzim secara langsung (menentukan kecepatan reaksi dari enzim yang sudah ada)
– Menagtur laju sintesis enzim tertentu (mengatur expresi gen)
Mekanisme yang sudah diketahui:
– Feed back inhibition
– Enzyme induction
– Enzyme repression

Feed back inhibition
– Sering disebut dengan end product inhibition
– Phenomena ini dapat diamati pada kultur bakteri pada medium yang mengandung asam amino tertentu
– Contoh: Sintesis asam amino threonin
Ada dua kelompok enzyme berdasarkan apakah enzim tersebut diproduksi secara terus menerus atau disintesis pada saat ada substratnya:
– Enzim konstitutif
– Enzim induktif
Ezim induksi (Enzim pendegradasi laktosa)
– Pertama kali penjelasan mekanisme kontrol pada pevel molekuler diberikan oleh Jacob dan Monod pada th. 1961
– Melibatkan beberapa genes: gen regulator (I), gen promotor (P) dan gen operator (O), dan gen struktural (x,y,z)
Enzim repression
– Mengatur proses anabolisme
– Sintesis dilakukan pada substrat yang diperlukan dalam pertumbuhan
– Contoh trp operon
Bila dalam media telah tersedia tryptopan, maka senyawa ini akan berperan sebagai repressor dengan cara berikatan pada protein yang dihasilkan oleh gen regulator
Kompleks ini akan terikat pada gen promotor, dan menghalangi disintesanya enzim untuk sintesa tryptopan
Bila dalam medium tidak ada tryptopan, maka protein yang dihasilkan oleh gen regulator menjadi tidak aktif, sehingga proses repression tidak terjadi
Sintesa enzim untuk membentuk tryp terjadi
Proses repressi juga terjadi pada E. coli yg ditumbuhkan pada medium yang mengandung glukosa dan laktosa

Read More......

BAKTERI:
MORFOLOGI, PERTUMBUHAN, REPRODUKSI, dan KULTIVASI





I . MORFOLOGI BAKTERI


1. Morfologi Kasar Sel Bakteri

Ukuran : satuan um ( mkrometer ) = 10 3 mm

Bentuk :
1. Ellips, bola disebut coccus

2. Batang disebut bacillus ; ujung membulat, meruncing, satu melekat
deangan yang lain sehingga seperti rantai .

3. Spiral ( individual ) dgn ukuran pendek, spiral berpilin ketat, spiral berpilin longgar, spiral yang pendek dan tdk lengkap disebut bakteri koma / vibrio.


Penataan ;
Species species tertentu menunjukan adanya pola penataan sel seperti berpasangan, gerombol rantai atau filamen.

Coccus ;
Diplococcus, eg; Streptococcus pneumoniae
Doble;

Sterptococcus, eg; Streptococcus pyogenes
Filamen

Tetracoccus, eg; Pediococcus cerevisiae
Empat

Staphilococcus, eg Staphylococcus aureus
Gerombol, bercabang

Sarcinia, eg Sarcinia ventriculli
Kubus


Bacillus ;
Bakteri penyebab diphteri akan membentuk kelompok sel yang berbaris berdampingan seperti batang korek api ( penataan pagar ) eg
Corynebacterium diphteriae

Bakteri Tuberkulosis yaitu penataan 3 bacillus yang memberikan kesan struktur Y

( Penataan roset ) eg, Caulobacter vibrioides

Diplobacillus, Streptobacillus ( Penataan Rantai ) eg, Bacillus cereus

2.Struktur halus sel bakteri
Pemeriksaan dengan EM menunjukan adanya struktur –struktur diluar dinding sel dan struktur lain yang terbungkus didalam dinding sel. Beberapa bagian struktural umum dijumpai pada semua sel seperti dinding sel dan membran sitoplasma. Struktur lain hanya ada pada atau didalam species tertentu

Struktur diluar dinding sel

Flagella / flagellum ;
Terbentuk dari flagellum yang terdiri dari 3 bagian yaitu tubuh dasar, struktur seperti kait dan sehelai filamen diluar dinding sel
Untuk melihat flagella harus menggunakan pewarnaan Leifson atau pewarnaan negative.

Jenis-jenis flagella :
Monotrichous eg, Pseudomonas earuginosa
Lipotrichous eg, Pseudomonas thiorescens
Amphitrichous, eg, Spirillium repens
Peritrichous, eg, Salmonella typhi

2. Pili (fibriae) / pilus ;
Seperti filamen tetapi berukuran lebih kecil, lebih pendek dan banyak
Hanya dapat dilihat dengan EM, tidak bertfungsi untuk pergerakan, dijumpai pada species Yang mobil / non mobil
Beberapa pili berfungsi untuk alat pelekat pada perbagai permukaan misalnya pada jaringan hewan dan tumbuhan yang merupakan sumber nutrisinya
Salah satu jenis disebut Pilus F ( pikus sex ) berfungsi sebagai pintu gerbang bagian masuknya bahan genetic selama berlangsung perkawinan antar bakteri ( konyugasi )

3. Kapsul ;
Berfungsi sebagai cadangan makanan dan penutup lindung
Ukuran tergantung dari tempat tumbuh bakteri itu, contoh Klebsiella pneumoniae
dikelilingi oleh bahan kental yang disebut kapsul/ lapisan lendir.
Terbuat dari polysacharida / polipeptida / keduanya biasanya mengandung air yang banyak.
Kapsul penting untuk diagnosa penyakit / serological proses

Struktur Sebelah Dalam Dinding Sel

1. Membran sitoplasma
Mengendalikan keluar masuknya substansi kimiawi dalam larutan dimana mampu menahan dan mengambil nutrient dalam jumlah yang sama
Menyediakan peralatan biokimia untuk memindahkan ion-ion mineral , gula, asam amino, electron serta metabolit- metabolit lain yang melintasi membrane dinding dengan cara difusi pasif atau angkutan aktif.

Difusi pasif ( osmosis );
Bersifat tidak spesifik yang tidak membedakan bahan-bahan yang lewat melalui membrane, mengalir dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Bekerja untuk menyamakan konsentrasi pada kedua sisi membrane.

Angkutan Aktif;
Bersifat sangat spesifik dan selektif, dimana proses sanmgatlah rumit didalam membrane sitoplasma, dimana angkutan semacam ini diwujudkan oleh senyawa-senyawa yang disebut “ portir membrane “ bersama reaksi biokimia yang menghasilkan energi.
2. Sitoplasma dan struktur-struktur didalam sitoplasma dibagi menjadi;
a. Daerah sitoplasma mempunyai penampilan granular dan kerja RNA
b. Daerah kromatin atau nucleus kaya akan DNA
c. Bagian zat alir, mengandung nutrient terlarut dan bahan partikulat yang disebut
tubuh Inklusi.
d. Protoplast dan steroplast
ad. a). Daerah sitoplasma; partikel-partikel RNA protein yang disebut ribosom, terkemas padat diseluruh daerah sitoplasma RNA untuk proses biosintesis protein
ad.b). Daerah nucleus; Bahan nucleus/ merupakan seuntaiDNA double helix yang tidak mempunyai membrane sel dan dapat bergerak di dalam sitoplasma.
Ad.c). Inklusi sitoplasma; Berbagai macam substansi kimiawi dapat menumpuk dan membentuk granul/ globin didalam sitoplasma. Contoh bakteri Belerang menumpuk sejumlah belerang yang tampak sebagai globul didalam sitoplasma.
Ad.d). Protoplast dan Sferoplast
Protoplast adalah isi sitoplasma yang dikelilingi oleh membrane sitoplasma, bentuk seperti bola karena tidak memiliki dinding sel luar yang kaku. Protoplast dapat dicirikan sbb;
Sama sekali tidak mempunyai dinding sel, Tidak bergerak, Berbentuk bola, Tidak dapat membelah diri,Tidak mampu membentuk dinding sel, Tidak tahan terhadap infeksi oleh bakteriophage yaitu virus yang menginfeksi bakteri
Untuk bakteri Gram – yang mempunyai dinding sel 3 lapis, pembuangan lapisan peptidoglikan mungkin menyisihkan sebagian bahan lapisan luar tetap melekat pada membrane sitoplasma dinamakan Sferoplast karena tidak seluruhnya bebas dari dinding sel.

SPORA

Species tertentu mempunyai spora yang didalam disebut Endospora dan yang diluar disebut Eksospora. Bersifat dorman, dihasilkan pada fase lanjut pada pertumbuhan sel dan pada kondisi-kondisi yang sesuai akan berkecambah dan menghasilkan sel yang sama seperti asalnya atau vegetatif. Spora tahan terhadap banyak bahan fisik maupun kimiawi.

Eksospora
Contoh Streptomyces, spora disebut konidia yang disangga pada ujung hifa oleh suatu filament vegetatif. Proses ini hamper sama dengan pembentukan spora pada jamur.
Endospora

Endospora hanya terdapat pada bakteri, dinding sel tebal, sangat reaktif dan resisten, dihasilkan oleh semua Bacillus, Clostridiem dan Sporosarcinia.
Bakteri yang mampu membentuk endospora dapat tumbuh dan bereproduksi selama banyak generasi sebagai sel vegetatif, tetapi pada beberapa tahapan di dalam pertumbuhanya terjadi sintesis protoplasma baru didalam sitoplasma vegetatifnya yang dimaksudkan untuk mmenjdi spora.

Langkah-langkah pembentukan spora sbb;

Penjajaran kembali bahan DNA menjadi filament dan invaginasi membrane sel didekat satu ujung sel untuk membentuk sauatu struktur yang disebut bakal spora
Pembentukan sederetan lapisan yang menutupi bakal spora yaitu korteks spora diikuti dengan selubung spora berlapis tebal.
Pelepasan spora bebas seraya sel induk mengalami lisis
Semua endospora bakteri mengandung sejumlah besar asam dipikolimat yaitu suatu subtansi yang tidak terdeteksi pada sel-sel vegetatif. Asam tersebut 5 – 10 % berat kering endospora. Selain asam dipikolimat terdapat pula kalsium dan kompleks Ca 2+, asam dipikolimat-peptidoglikan pada lapisan korteksnya.
Spora yang matang dapat juga / mampu bereproduksi seperti sel vegetatif dengan cara; aktivasi spora dengan panas, berkecambah, pertumbuhan menjadi sel vegetatif
Letak, Ukuran serta Bentuk Endospora
Spora eliptikal letaknya sentral, contoh; Bacillus cereus
Spora berbentuk bola, letaknya dinding terminal; contoh Clostridium tetani
Spora avoid, letaknya dekat ujung (subterminal ) contoh, Clostridium subterminate
Spora resisten terhadap suhu tinggi kekeringan, tahan berpuluh tahun pada tanah serta bahan-bahan kimia seperti desinfektan

II. KULTIVASI, REPRODUKSI DAN PERTUMBUHAN BAKTERI

A. KULTIVASI

1. Persyaratan Nutrisi
a. Sumber energi dapat berupa cahaya ( fototrop ) atau kimia ( kemotrop )
b. Karbon dioksida ( CO2 ); autotrof, fotoautrotof, kemoautotrof
c.Nitrogen, Sulfur, Phosfor, Na,K,Kcl,Mg,Fe,Zink,Co, unsur logam sangat kecil dibutuhkan dalam ppm)
d. Vitamin, H2O
2. Kondisi fisik yang dibutuhkan untuk pertumbuhan selain menyediakan yang sesuai untuk kultivasi bakteri, juga diperlukan kondisi fisik yang menunjang untuk pertumbuhan
a. Suhu mempengaruhi laju pertumbuhan dan jumlah total pertumbuhan organisme
- psikrofil; 0 – 30 0C
- mesofil; 25 – 40 0C
- thermofil; > 50 0C
3. Atmosfer gas; O2 dan CO2 dibagi menjadi;
- aerobik, an aerobik, fakultatif, mikroaerofilik
4. PH; normal 6.5 – 7.5
Diperluklan alat penyangga/ buffer untuk menyetukan pH media selama pertumbuhan bakteri eg; KH2PO4 K2HPO4

PERTUMBUHAN BAKTERI

Definisi; Kenaikan yang konstan dari semua komponen kimiawi mikroorganisme yang menyebabkan pertambahan ukuran dan diikuti pembelahan sel.

Pertumbuhan bakteri diketahui dengan mengukur perubahan jumlah sel dalam suatu populasi.

Metode yang digunakan adalah;

Cawan hitung
MPN ( Most Probable Number )

Hitungan Langsung
Turbidimitrik ( melihat kekeruhan dalam suatu media ).

LAJU PERTUMBUHAN

Laju pertumbuhan mikroorganisma adalah waktu yang diperlukan sel untuk bereproduksi, dapat bervariasi tergantung dari parameter fisiologi. Pertumbuhan menyebabkan bertambahnya jumlah dan bio-massa sel. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ukuran populasi dua kali semula disebut waktu generasi ( doubling time ).
Pertumbuhan bakteri 1 2 23 24 2
Waktu Generasi dimana setiap sp bakteri berbeda

Waktu generasi / GMT ;
Jumlah bakteri yang ada pada mula-mula
Jumlah bakteri yang ada pada akhir waktu tertentu
interval waktu

PENGARUH LAJU PERTUMBUHAN PADA STATUS FISIOLOGI SEL

Sel mengandung komponen seperti DNA, RNA, protein, ribosom. Konsentrasi makromolekul sel relatif meningkat secara eksponensial. Pada saat sel memerlukan protein lebih banyak ( laju pertumbuhan cepat ), sel tidak menambah kecepatannya dalm mempolimerisasi asam amino tetapi menaikkan jumlah ribosom. Polimerisasi asam amino mempunyai laju yang relatif konstan

Read More......