reproduksi seksual bakteri
Apakah bakteri berhubungan seks? Ini mungkin tampak seperti pertanyaan yang aneh. Sebenarnya jawabannya agak rumit. Sebagai pengingat, kita semua sudah tidak asing lagi dengan proses reproduksi seksual pada mamalia. Hewan jantan dan hewan betina menyumbangkan materi genetik mereka yang kemudian dicampur dan dicocokkan dan menghasilkan bayi hewan. Bayi ini bukan tiruan dari kedua orang tuanya. Artinya, DNA mereka tidak identik dengan ibu atau ayah. Sebaliknya, DNA bayi adalah campuran dari keduanya. Pencampuran DNA induk ini disebut rekombinasi dan menghasilkan kode DNA unik dan hewan unik yang berkontribusi pada keragaman genetik dalam spesies.
Sekarang untuk bakteri. Anda mungkin menebak tidak, bakteri tidak berhubungan seks, dan Anda benar, setidaknya dalam pengertian klasik. Sebagian besar, bakteri adalah klon dari dirinya sendiri. Sebuah sel bakteri tunggal akan menyalin DNA-nya, kemudian sel tersebut akan membelah menjadi dua, memberikan setiap setengah sel salinan DNA. Ini adalah klon yang efektif. Proses ini berlanjut tanpa batas waktu, memunculkan populasi besar sel yang merupakan klon satu sama lain.
Sekarang di sinilah semakin menarik. Kembali ke pembelahan sel bakteri, kita dapat melihat bahwa setiap sel bakteri baru mendapatkan DNA-nya dari asalnya. Kita bisa menyebutnya transfer gen vertikal , atau pewarisan gen dari sel induk (asli) ke sel keturunan (baru). Tetapi ada jenis transfer gen lain yang terjadi pada populasi bakteri yang dikenal sebagai transfer gen horizontal. . Dalam arti paling sederhana, ini melibatkan transfer gen dari satu sel ke sel lain tanpa terjadi pembelahan sel. Itu dapat terjadi antara dua sel dari spesies yang sama, atau dapat terjadi antara dua sel dari spesies yang berbeda. Ini memungkinkan populasi bakteri memanfaatkan rekombinasi untuk menghasilkan keragaman genetik. Ini seperti bertukar gen dengan saudara Anda atau bahkan dengan orang asing yang berjalan di jalan.
transfer gen horizontal
Ada tiga mekanisme yang diakui untuk transfer gen horizontal pada bakteri. Konjugasi melibatkan transfer DNA dari satu sel ke sel lain melalui struktur yang disebut pilus. Transduksi melibatkan transfer gen antar sel bakteri menggunakan virus yang disebut bakteriofag. Transformasi adalah kemampuan beberapa sel untuk menyerap DNA yang mengambang bebas di lingkungan.
Transformasi
Mari kita bicara lebih banyak tentang proses transformasi. Sel bakteri yang mampu mengambil DNA terapung dari lingkungan disebut sel “kompeten” . Bakteri tidak selalu kompeten. Kadang-kadang ketika kondisi pertumbuhan optimal (dengan kata lain, ketika sel senang dan cukup makan), mereka tidak kompeten untuk penyerapan DNA. Namun, sebagai respons terhadap beberapa sinyal, baik itu stres, kelaparan, atau faktor lain, sebuah sel dapat mengaktifkan gen yang memungkinkannya menjadi kompeten.
Dalam pengaturan alami, ketika sel bakteri tumbuh dan akhirnya mati, sel mereka melisis (atau membelah), menumpahkan DNA mereka ke lingkungan. Kromosom DNA biasanya dibagi menjadi potongan-potongan yang kemudian mengambang bebas. Pada titik ini, sel yang kompeten dapat menempati satu atau lebih fragmen tersebut. Begitu berada di dalam sel, DNA harus dimasukkan ke dalam kromosom DNA sel inang atau berakhir dengan penurunan. Biasanya hanya beberapa gen yang dapat digabungkan. Jika gen yang diserap mirip dengan gen yang sudah ada di kromosom, kedua sekuens DNA akan berbaris bersebelahan dan kemudian bertukar, menggantikan gen lama dengan yang baru. Ini adalah proses rekombinasi yang telah kita bahas sebelumnya, di mana materi genetik dicampur dan dicocokkan, menghasilkan sekuens baru.
Apa yang bisa menjadi keuntungan menjadi kompeten untuk transformasi? Nah, sel bakteri sering hidup dalam kondisi lingkungan yang kacau. Misalnya, dalam inang manusia, mereka mungkin menghadapi kekurangan nutrisi, respons imun, atau kondisi stres lainnya. Jika sel bakteri dapat mengambil gen baru yang memberikan beberapa keuntungan dalam lingkungan atau inang tersebut, maka sel tersebut dapat mengekspresikan gen tersebut dan mengungguli tetangganya, menjadi dominan dalam populasi. Pada penyakit, hal ini dapat mengakibatkan evolusi organisme yang dapat menyebabkan penyakit lebih parah atau resisten terhadap antibiotik.
Sekarang, sebelum Anda mulai berpikir bahwa semua bakteri bertransformasi, sebenarnya hanya diamati dalam kondisi alami pada sekitar 40 spesies bakteri. Dalam populasi sel kompeten ini, hanya sekitar 1% yang benar-benar melakukan proses penuh, dan mereka hanya dapat mengambil DNA yang sangat mirip dengan milik Anda.
Transformasi sebagai alat untuk bioteknologi
Transformasi jelas merupakan mekanisme penting untuk menghasilkan keragaman genetik dalam populasi alami. Tetapi transformasi juga merupakan salah satu alat utama yang digunakan dalam bioteknologi modern dan telah memungkinkan kemajuan besar dalam rekayasa genetika. Para ilmuwan dapat merancang dan membuat potongan DNA yang mengandung gen yang menarik bagi mereka, dan kemudian mentransfer gen ini ke dalam sel bakteri yang kompeten yang kemudian dapat dibujuk untuk mengekspresikan gen tersebut. Bayangkan ada protein yang ingin diproduksi oleh suatu industri dalam jumlah besar. Jika mereka dapat memasukkan gen untuk protein ini ke dalam sel bakteri, mereka dapat menggunakan sel ini sebagai pabrik untuk mengekspresikan gen, membangun protein, dan membuatnya dalam jumlah besar.
Ringkasan Pelajaran
Singkatnya, pewarisan materi genetik pada bakteri itu rumit, dengan pewarisan vertikal dari sel induk ke sel keturunan dan transfer gen horizontal dari satu sel ke sel lainnya. Salah satu mekanisme transfer gen horizontal adalah transformasi . Dalam proses ini, sel bakteri menjadi kompeten untuk mengambil DNA bebas dari lingkungannya. Mereka kemudian dapat memasukkan DNA ini ke dalam genom mereka, menghasilkan keragaman genetik dalam populasi. Proses transformasi tidak hanya penting dalam populasi alami tetapi juga menjadi alat yang digunakan dalam bioteknologi untuk membuat strain bakteri yang mengekspresikan gen yang diinginkan.
Hasil belajar
Setelah menyelesaikan pelajaran ini, Anda akan melihat bahwa transformasi bakteri dapat alami atau diinduksi untuk studi Anda dan melibatkan DNA bebas. Anda juga dapat mengutip tiga mekanisme yang diakui untuk transfer gen horizontal dan memberikan detail tentang proses transformasi.
