DEINOCOCCUS RADIODURANS : BAKTERI PALING TANGGUH DI DUNIA

Pendahuluan

Salah seorang peneliti yang bekerja di Oregon Agricultural Experimental Station bernama A.W.Anderson menemukan sebuah bakteri yang termasuk ke dalam bakteri yang paling tangguh di dunia sekarang ini, pada tahun 1956. Bakteri yang ditemukan di Corvalis, Oregon dan mempunyai kemampuan untuk bertahan hidup terhadap radiasi yang sangat tinggi ini dinamai Deinococcus radiodurans. Bentuk dari bakteri ini berupa bulat dengan diameter yang relatif besar. Kebanyakan diameternya sekitar 1,5 sampai 3,5 mikrometer.

Bakteri ini mempunyai kemampuan untuk dapat bertahan hidup terhadap radiasi yang sangat tinggi karena bakteri ini mempunyai mekanisme perbaikan DNA yang cepat dan mempunyai banyak copy dari genomenya sendiri. Jika dibandingkan dengan manusia, bakteri ini dapat bertahan terhadap radiasi 300 kali lipat daripada yang dapat dilakukan oleh manusia.

Deinococcus radiodurans ini banyak ditemukan di berbagai macam lingkungan hidup, sehingga sulit untuk menentukan dimana habitat aslinya. Para ilmuwan banyak mengembangbiakkan bakteri ini di dalam laboratorium dengan media kotoran hewan, contohnya gajah. Namun, para ilmuwan juga menemukan bakteri ini hidup dengan baik di berbagai jenis tanah, termasuk di daerah batuan granite yang kering. Karena banyak ditemukan di berbagai jenis tanah, para ilmuwan mengklasifikasikan bakteri ini ke dalam bakteri tanah. Belum ada bukti yang menunjukkan bahwa bakteri ini berinteraksi dengan organisme lain.

Bakteri ini termasuk ke dalam kingdom Bacteria, filum Deinococcus-Thermus,ordo Deinococcales, genus Deinococcus, dan spesies Deinococcus radiodurans

Deskripsi

Deinococcus radiodurans berasal dari bahas Yunani deino dan kokkos yang berarti “berry yang mengerikan” dan bahasa Latin radius dan durare yang artinya “tahan radiasi”. Dahulu spesies ini disebut Micrococcus radiodurans Cohn 1872. Karena ketahanannya terhadap radiasi baketeri ini dijuluki “Conan the Bacterium” seperti nama tokoh “Conan the Barbarian”. Bakteri ini juga tercatat dalam Guinness Book of World Records sebagai “bakteri terkuat sedunia”. Bakteri ini awalnya ditemukan beberapa dekade yang lalu dalam makanan kaleng yang telah disterilisasi dengan radiasi. (Huyghe, Patrick (July/August 1998)

Awalnya spesies ini termasuk genus Micrococcus. Setelah dilakukan pengujian RNA ribosomal bakteri ini termasuk genus Deinococcus yang mirip dengan genus Thermus, bakteri yang tahan panas. Karena Deinococcus memiliki ketahanan terhadap panas dan radiasi, maka dimasukkan ke dalam filum Deinococcus-Thermus. Deinococcus merupakan satu-satunya genus dalam ordo Deinococcales. Semua spesies dalam genus ini memilki ketahanan terhadap radiasi.

Deinococcus radiodurans merupakan bakteri Gram positif berbentuk bola dengan diameter 1,5 sampai 3,5 µm dan umunya membentuk tetrad. Bakteri ini mudah berkembang dan tidak menimbulkan penyakit. Koloninya halus, cembung, dan berwarna pink kemerahan. Walaupun bakteri ini Gram positif, struktur dinding selnya tidak biasa dan merupakan modifikasi dari dinding sel bakteri Gram negatif.

Deinococcus radiodurans tidak membentuk endospora dan nonmotil. Bakteri ini adalah bakteri obligat aerobik kemoorganoheterotrof yang menggunakan energi dari zat organik. Bakteri ini sering ditemukan pada habitat yang kaya zat organik seperti di tanah, feses, daging, tapi juga bisa ditemukan pada makan kering, debu, alat-alat medik dan tekstil. Deinococcus radiodurans sangat resistan terhadap radiasi ion, sinar ultraviolet, desikasi (pengawetan melalui proses pengeringan), oksidasi, dan agen elektrofilik.

Genomnya terdiri dari dua kromosom sirkuler; 2,65 juta pasang basa dan 412.000 pasang basa yang disebut megaplasmid dari 177.000 pasang basa dan plasmid dari 46.000 pasang basa. Bakteri ini memiliki 3.195 gen. Pada fase stasioner, tiap sel bakteri mengandung 4 duplikat genom yang akan berlipat ganda dengan cepat sehingga tiap bakteri nantinya mengandung 8-10 duplikat genom.

Mekanisme ketahanan radioaktif

Deinococcus radiodurans dapat bertahan dalam 1,5 juta rads- ribuan kali lebih kuat daripada semua makhluk hidup yang ada di bumi dan 300 kali lebih kuat daripada ketahanan manusia. Bakteri ini memiliki ketahanan terhadap radiasi  karena memiliki salinan ganda dari genomnya dan mekanisme perbaikan DNA yang cepat. Tidak seperti organisme lain yang kehilangan DNA karena radiasi, mikroba ini tidak kehilangan informasi genetik karena fragmen-fragmen DNA yang terputus disimpan di dalam cincin plasmid yang terkunci rapat. Fragmen-fragmen ini tersusun rapat, pada akhirnya tersusun bersama menjadi tataan yang original dan benar. Bakteri ini biasanya memperbaiki kerusakan kromosom dalam 12-24 jam melalui proses dua tahap.

Pertama, D. radiodurans menyambungkan ulang fragmen-fragmen kromosom melalui proses yang disebut penempelan untai-tunggal. DNA memperbaiki diri di dalam ring yang telah disebut. Lalu sang bakteri melakukan aksi yang sangat tidak umum. Bakteri ini terdiri dari empat kompartmen, masing-masing mengandung satu salinan DNA. Ada dua jalan kecil diantara kompartmen. Setelah sekitar satu setengah jam perbaikan di dalam cincin, DNA membuka lipatan dan bermigrasi ke kompartmen yang berdekatan—dimana terjadi saling baur dengan DNA yang telah ada disana.

Pada tahap kedua, protein memperbaiki kerusakan untai-ganda melalui rekombinasi homolog. Proses ini tidak melibatkan mutasi apapun dari replikasi normal yang biasa. Mesin perbaikan reguler, umum di manusia dan juga bakteri, melaksanakan tugasnya—memperbaiki enzim diantara dua salinan DNA, memakai templete untuk memperbaiki yang lain.

Dari empat salinan DNA, selalu ada dua atau tiga yang terkemas rapat di dalam cincin sementara yang lain dapat bergerak bebas. Sehingga kapanpun, selalu ada salinan DNA yang mengatur produksi produksi protein dan lain-lain yang tidak aktif namun terlindungi terus menerus.

Pertanyaan mengenai Deinococcus radiodurans adalah bagaimana ketahanan radioaktif yang demikian tinggi dapat berkembang. Level radiasi lingkungan alam sangat rendah—di kebanyakan tempat, tingkatnya 0.4 mGy per tahun, dan radiasi lingkungan yang diketahui paling tinggi, dekat Guarapari, Brazil, hanya 175 mGy per tahun. Dengan level radiasi lingkungan alam yang terjadi sangat rendah, organisme yang mengembangkan mekanisme untuk menahan efek radiasi tinggi sangat unik.

Valerie Mattimore dan John R. Battista dari Lousiana State University mengusulkan bahwa ketahanan radioaktif D. Radiodurans hanyalah efek samping dari mekanisme untuk bertahan terhadap kekeringan sel berkepanjangan. Untuk mendukung hipotesis ini, mereka melakukan eksperimen dimana mereka mendemonstrasikan strain mutan D. radiodurans yang sangat rentan terhadap bahaya radiasi ion juga sangat rentan terhadap bahaya kekeringan berkepanjangan, sementara tipe galur liar resisten terhadap keduanya. Sebagai tambahan untuk perbaikan DNA, D. radiodurans menggunakan ekspresi protein LEA (Late Embryogenesis Abundant) untuk melindungi diri dari kekeringan.

Michael Daly mengusulkan bahwa bakteri ini menggunakan mangan sebagai antioksidan untuk melindungi dir terhadap bahaya radiasi. Pada tahun 2007 timnya menunjukkan bahwa level mangan(II) intrasel yang tinggi pada D. radiodurans melindungi protein dari oksidasi radiasi, dan mengemukakan ide bahwa protein, bukan DNA, adalah target pelaku dari aksi biologis ;pada bakteri sensitif, dan ketahanan ekstrim pada bakteri yang mengandung mangan didasar perlindungan protein. Deinococcus radiodurans melindungi protein, bukan DNA, sehingga memungkinkan untuk memperbaiki DNA yang rusak.

Penelitian Terbaru

Banyak penelitian yang dilakukan untuk maenjelaskan struktur protein khusus pada D. radiodurans. Salah satu struktur protein bakteri ini yang baru-baru ini ditemukan adalah thioredoxin reductase. Reductase adalah sebuah enzim yang berperan sangat penting dalam  respon sel terhadap tekanan oksidatif, termasuk kerusakan DNA rantai ganda.

Namun poin penting lain mengenai spesies ini adalah kemampuannya untuk memperbaiki kerusakan DNA rantai ganda dengan cepat dan akurat tanpa enzim RecBCD yang pada normalnya ada di bakteri lain. Penelitian sekarang ini menunjukkan bahwa D. radiodurans mengandung rangkaian gen yang mengkode sebuah protein yang sangat mirip dengan enzim RecD pada yang ditemukan pada E.coli. Penemuan yang sangat penting ini memberi kesan bahwa enzim RecD yang seperti protein dalam D. radiodurans adalah bagian penting dalam sistem perbaikan yang ia gunakan. Telah ditunjukan bahwa penghilangan dari gen RecD mengakibatkan kepekaan terhadap radiasi meningkat dengan besar.

Mungkin penelitian sekarang ini yang paling menarik adalah kemungkinan untuk membuat bakteri lain tahan terhadap radiasi seperti D. radiodurans secara genetik. Salah satu tim peneliti di Cina sedang memperdebatkan topik ini. Khususnya mereka sedang mencoba memasukkan sebuah rekombinan ekspresif yaitu protein Mn-SOD dari D. radiodurans ke dalam E.coli BL21.Tantangan yang sebenarnya bukanlah mencoba memasukkan sembarang protein ke dalam spesies lain melainkan membuat expresif dan rekombinan protein pada dasarnya menopang dirinya sendiri dalam spesies baru. Sejauh ini penelitian ini belum berhasil sepenuhnya, walaupun demikian penelitian ini telah memberi fondasi untuk pembelajaran dan aplikasi dari rekombinan Mn-SOD selanjutnya.

 

Daftar Pustaka

Hua, Xiaoting, Lifen Huang, dkk. DNA Repair Volume 6, Issue 2, 4 Februari 2007, halaman 167-176

Funayama, Tomoo, Issay Narumi, dkk. Mutation Research / DNA Repair, Volume 435, Issue 2, 22 Oktober 1999, halaman 151-161

Rajan, Rakhi dan Charles E. Bell. Journal of Molecular Biology, Volume 344, Issue 4, 3 Desember 2004, halaman 951-963

http://en.wikipedia.org/wiki/Deinococcus_radiodurans

http://www.usuhs.mil/pat/deinococcus/index_20.htm

www.genomenewsnetwork.org/articles/…/deinococcus.shtml

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/D/D_radiodurans.html

http://www.absoluteastronomy.com/topics/Deinococcus_radiodurans

About Magaratta Tr

...!!!??? n_n

Posted on Maret 19, 2011, in Natural Science and tagged , . Bookmark the permalink. Tinggalkan komentar.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: