Reproduksi kuman
Reproduksi kuman dapat berlangsung secara aseksual maupun
secara seksual. Termasuk dalam produksi secara asekseal adalah pembelahan
pembentukan tunas/ cabang dari pembentukan filament.
Pembelahan
Umumnya bakteri berkembang biak dengan amitosis dengan
pembelahan menjadi 2 bagian (binary division). Waktu diantara pembelahan
disebut generation time dan ini berlainan untuk tiap jenis kuman, bervariasi
antara 20 menit sampai 15 jam. Sebagai contoh mycobacterium tuberculosis mempunyai generation time 15 jam.
Pembentukan tunas atau cabang
Kuman membentuk tunas, tunas akan melepaskan diri dan
membentuk kuman baru. Reproduksi dengan pembentukan cabang didahului dengan
pembentukan tunas yang tumbuh menjadi cabang dan akhirnya melepaskan diri. Dapat
dijumpai pada kuman dari family Sreptomycetaceae.
Pembentukan Filamen
Pada pembentukan filament, sel mengeluarkan serabut panjang,
filament yang tidak bercabang. Bahan kromosom kemudian masuk ke dalam filament.
Filament terputus-putus menjadi beberapa bagian. Tiap bagian membentuk kuman
baru. Dijumpai terutama dalam keadaan abnormal, misalnya bila kuman Haemophilus influenza dibiakan pada pembenihan
yang basah
Reproduksi secara seksual
Bakteri berbeda
dengan eukariota dalam hal cara penggabungan DNA yang datang dari dua individu
ke dalam satu sel. Pada eukariota, proses seksual secara meiosis dan
fertilisasi mengkombinasi DNA dari dua individu ke dalam satu zigot. Akan
tetapi, jenis kelamin yang ada pada ekuariota tidak terdapat pada prokariota.
Meiosis dan fertilisasi tidak terjadi, sebaliknya ada proses lain yang akan
mengumpulkan DNA bakteri yang datang dari individu-individu yang berbeda.
Proses-proses ini adalah pembelahan transformasi, transduksi dan konjugasi.
Transformasi
Dalam konteks
genetika bakteri, transformasi merupakan perubahan suatu genotipe sel bakteri
dengan cara mengambil DNA asing dari lingkungan sekitarnya. Misalnya, pada
bakteri Streptococcus pneumoniae yang tidak berbahaya dapat
ditransformasi menjadi sel-sel penyebab pneumonia dengan cara mengambil DNA
dari medium yang mengandung sel-sel strain patogenik yang mati. Transformasi
ini terjadi ketika sel nonpatogenik hidup mengambil potongan DNA yang kebetulan
mengandung alel untuk patogenisitas (gen untuk suatu lapisan sel yang
melindungi bakteri dari sistem imun inang) alel asing tersebut kemudian
dimasukkan ke dalam kromosom bakteri menggantikan alel aslinya untuk kondisi
tanpa pelapis. Proses ini merupakan rekombinasi genetik – perputaran segmen DNA
dengan cara pindah silang (crossing over). Sel yang ditransformasi ini
sekarang memiliki satu kromosom yang mengandung DNA, yang berasal dari dua sel
yang berbeda. Bertahun-tahun setelah transformasi ditemukan pada kultur
laboratorium, sebagian besar ahli biologi percaya bahwa proses tersebut terlalu
jarang dan terlalu kebetulan, sehingga tidak mungkin memainkan peranan penting
pada populasi bakteri di alam. Tetapi, para saintis sejak saat itu telah
mempelajari bahwa banyak spesies bakteri dipermukaannya memiliki protein yang
terspesialisasi untuk mengambil DNA dari larutan sekitarnya. Protein-protein
ini secara spesifik hanya mengenali dan mentransfer DNA dari spesies bakteri
yang masih dekat kekerabatannya. Tidak semua bakteri memiliki protein membran
seperti ini. Seperti contohnya, E. Coli sepertinya sama sekali tidak memiliki
mekanisme yang tersepesialisasi untuk menelan DNA asing. Walaupun demikian,
menempatkan E. Coli di dalam medium kultur yang mengandung konsentrasi ion
kalsium yang relatif tinggi secara artifisial akan merangsang sel-sel untuk
menelan sebagian kecil DNA. Dalam bioteknologi, teknik ini diaplikasikan untuk
memasukkan gen gen asing ke dalam E. Coli, gen-gen yang mengkode protein yang
bermanfaat, seperti insulin manusia dan hormon pertumbuhan.
Transduksi
Pada proses transfer
DNA yang disebut transduksi, faga membawa gen bakteri dari satu sel inang ke
sel inang lainnya. Ada dua bentuk transduksi yaitu transduksi umum dan
transduksi khusus. Keduanya dihasilkan dari penyimpangan pada siklus
reproduktif faga. Diakhir siklus litik faga, molekul asam nukleat virus
dibungkus di dalam kapsid, dan faga lengkapnya dilepaskan ketika sel inang
lisis. Kadangkala sebagian kecil dari DNA sel inang yang terdegradasi
menggantikan genom faga. Virus seperti ini cacat karena tidak memiliki materi
genetik sendiri. Walaupun demikian, setelah pelepasannya dari inang yang lisis,
faga dapat menempel pada bakteri lain dan menginjeksikan bagian DNA bakteri
yang didapatkan dari sel pertama. Beberapa DNA ini kemudian dapat menggantikan
daerah homolog dari kromosom sel kedua. Kromosom sel ini sekarang memiliki
kombinasi DNA yang berasal dari dua sel sehingga rekombinasi genetik telah
terjadi. Jenis transduksi ini disebut dengan transduksi umum karena
gen-gen bakteri ditransfer secara acak. Untuk transduksi khusus memerlukan
infeksi oleh faga temperat, dalam siklus lisogenik genom faga temperat
terintegrasi sebagai profaga ke dalam kromosom bakteri inang, di suatu tempat
yang spesifik. Kemudian ketika genom faga dipisahkan dari kromosom, genom faga
ini membawa serta bagian kecil dari DNA bakteri yang berdampingan dengan
profaga. Ketika suatu virus yang membawa DNA bakteri seperti ini menginfeksi
sel inang lain, gen-gen bakteri ikut terinjeksi bersama-sama dengan genom faga.
Transduksi khusus hanya mentransfer gen-gen tertentu saja, yaitu gen-gen
yang berada di dekat tempat profaga pada kromosom tersebut.
Konjugasi dan Plasmid
Konjugasi merupakan
transfer langsung materi genetik antara dua sel bakteri yang berhubungan sementara.
Proses ini, telah diteliti secara tuntas pada E. Coli. Transfer DNA adalah
transfer satu arah, yaitu satu sel mendonasi (menyumbang) DNA, dan
“pasangannya” menerima gen. Donor DNA, disebut sebagai “jantan”, menggunakan
alat yang disebut piliseks untuk menempel pada resipien (penerima) DNA
dan disebut sebagai “betina”. Kemudian sebuah jembatan sitoplasmik sementara
akan terbentuk diantara kedua sel tersebut, menyediakan jalan untuk transfer
DNA.
Plasmid
adalah molekul DNA kecil, sirkular dan dapat bereplikasi sendiri, yang terpisah
dari kromosom bakteri. Plasmid-plasmid tertentu, seperti plasmid f, dapat
melakukan penggabungan reversibel ke dalam kromosom sel. Genom faga bereplikasi
secara terpisah di dalam sitoplasma selama siklus litik, dan sebagai bagian
integral dari kromosom inang selama siklus lisogenik. Plasmid hanya memiliki
sedikit gen, dan gen-gen ini tidak diperlukan untuk pertahanan hidup dan
reproduksi bakteri pada kondisi normal. Walaupun demikian, gen gen dari plasmid
ini dapat memberikan keuntungan bagi bakteri yang hidup di lingkungan yang
banyak tekanan. Contohnya, plasmid f mempermudah rekombinasi genetik, yang
mungkin akan menguntungkan bila perubahan lingkungan tidak lagi mendukung
strain yang ada di dalam populasi bakteri. Plasmid f , terdiri dari sekitar 25
gen, sebagian besar diperlukan untuk memproduksi piliseks. Ahli-ahli genetika
menggunakan simbol f+ (dapat diwariskan). Plasmid f bereplikasi secara sinkron
dengan DNA kromosom, dan pembelahan satu sel f+ biasanya menghasilkan dua
keturunan yang semuanya merupakan f+. Sel-sel yang tidak memiliki faktor f
diberi simbol f-, dan mereka berfungsi sebagai recipien DNA (“betina”) selama
konjugasi. Kondisi f+ adalah kondisi yang “menular” dalam artian sel f+ dapat
memindah sel f- menjadi sel f+ ketika kedua sel tersebut berkonjugasi. Plasmid
f bereplikasi di dalam sel “jantan”, dan sebuah salinannya ditransfer ke sel
“betina” melalui saluran konjugasi yang menghubungkan sel-sel tersebut. Pada
perkawinan f+ dengan f- seperti ini, hanya sebuah plasmid f yang ditransfer.
Gen-gen dari kromosom bakteri tersebut ditransfer selama konjugasi ketika
faktor f dari donor sel tersebut terintegrasi ke dalam kromosomnya. Sel yang
dilengkapi dengan faktor f dalam kromosomnya disebut sel Hfr ( high frequency
of recombination atau rekombinasi frekuensi tinggi). Sel Hfr tetap
berfungsi sebagai jantan selama konjugasi, mereplikasi DNA faktor f dan
mentransfer salinannya ke f- pasangannya. Tetapi sekarang, faktor f ini
mengambil salinan dari beberapa DNA kromosom bersamanya.
Gerakan acak bakteri
biasanya mengganggu konjugasi sebelum salinan dari kromosom Hfr dapat
seluruhnya dipindahkan ke sel f-. Untuk sementara waktu sel resipien menjadi
diploid parsial atau sebagian, mengandung kromosomnya sendiri ditambah dengan
DNA yang disalin dari sebagian kromosom donor. Rekombinasi dapat terjadi jika
sebagian DNA yang baru diperoleh ini terletak berdampingan dengan daerah
homolog dari kromosom F-, segmen DNA dapat dipertukarkan. Pembelahan biner pada
sel ini dapat menghasilkan sebuah koloni bakteri rekombinan dengan gen-gen yang
berasal dari dua sel yang berbeda, dimana satu dari strain-strain bakteri
tersebut sebenarnya merupakan Hfr dan yang lainnya adalah F.
- Sel bakteri Hfr bertemu dengan sel bakteri normal.
- Terbentuk tabung konjugasi, lalu terjadi perpindahan DNA dan sel Hfr ke sel normal.
- Terjadi rekombinasi DNA pada sel normal.
- Kedua sel bakteri berpindah.
Pada tahun 1950-an,
pakar-pakar kesehatan jepang mulai memperhatikan bahwa beberapa pasien rumah
sakit yang menderita akibat disentri bakteri, yang menyebabkan diare parah,
tidak memberikan respons terhadap antibiotik yang biasanya efektif untuk
pengobatan infeksi jenis ini. Tampaknya, resistensi terhadap antibiotik ini
perlahan-lahan telah berkembang pada strain-strain Shigella sp. tertentu, suatu
bakteri patogen. Akhirnya, peneliti mulai mengidentifikasi gen-gen spesifik
yang menimbulkan resistensi antibiotik pada Shigella dan bakteri patogenik
lainnya. Beberapa gen gen tersebut, mengkode enzim yang secara spesifik
menghancurkan beberapa antibiotik tertentu, seperti tetrasiklin atau ampisilin.
Gen gen yang memberikan resistensi ternyata di bawa oleh plasmid.
Sekarang dikenal
sebagai plasmid R (R untuk resistensi). Pemaparan suatu populasi bakteri dengan
suatu antibiotik spesifik baik di dalam kultur laboratorium maupun di dalam
organisme inang akan membunuh bakteri yang sensitif terhadap antibiotik, tetapi
hal itu tidak terjadi pada bakteri yang memiliki plasmid R yang dapat mengatasi
antibiotik. Teori seleksi alam memprediksi bahwa, pada keadaan-keadaan seperti
ini, akan semakin banyak bakteri yang akan mewarisi gen-gen yang menyebabkan
resistensi antibiotik. Konsekuensi medisnya pun terbaca, yaitu strain patogen
yang resisten semakin lama semakin banyak, membuat pengobatan infeksi bakteri
tertentu menjadi semakin sulit. Permasalahan tersebut diperparah oleh kenyataan
bahwa plasmid R, seperti plasmid F, dapat berpindah dari satu sel bakteri ke
sel bakteri lainnya melalui konjugasi.
Kurva perkembangbiakan
Bila kuman ditanam
dalam pembenihan yang sesuai dan pada waktu tertentu dan ditinjau jumlah kuman
yang hidup, maka dapat dilihat suatu grafik yang dapat dibagi menjadi 4 fase,
yaitu:
Fase penyesuaian diri
(lag phase)
Waktu penyesuaian ini
umumnya berlangsu selama 2 jam. Kuman belum berkembang biak dalam fase ini,
tetapi aktifitas metaboliknya sangat tinggi. Fase ini merupakan persiapan untuk
fase berikutnya.
Fase pembelahan
(logarhutmik phase)
Kuman berkembang biak
dengan berlipat 2, jumlah kuman meningkat secara eksponensial. Pada kebanyakan
kuman fase ini berlangsung selama 18-24 jam. Pada pertengahan fase ini
pertumbuhan kuman sangat ideal, pembelahan terjadi secara teratur, semua bahan
dalam sel berada dalam keadaan seimbang (balanced growth).
Fase stasioner
(stationary phase)
Dengan meningkatnya
jumlah kuman, meningkat juga jumlah hasi metabolism yang toksis. Kuman mulai
ada yang mati, pembelahan terhambat. Pada suatu saat jumlah kuman yang hidup
tetap sama.
Fase kemunduran (
period of deathline)
Jumlah kuman yang
hidup berkurang da menurun. Keadaan lingkunga menjadi sangat jelek. Pada beberapa
jenis kuman timbul bentuk-bentuk abnormal.
Staf Pengajar Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia.
1994.Buku Ajar:Mikrobiologi Kedokteran
0 komentar:
Posting Komentar