Konjugasi bakteri: Definisi & Protokol

By On Friday, February 24th, 2017 Categories : Sains

Anda mungkin tidak tahu bahwa bakteri dapat terlibat dalam reproduksi generatif. Hal ini tidak seperti apa yang Anda pikirkan. Dalam artikel ini kita akan mengeksplorasi proses konjugasi bakteri dan dampaknya terhadap variabilitas genetik pada bakteri.

Reproduksi Seksual pada Bakteri

Sel bakteri berkembang biak dengan membuat klon dari diri mereka sendiri. Salinan sel induk kromosom DNA, kemudian membagi selnya menjadi dua, menjaga satu kromosom dan memberikan satu ke sel anak baru. Dengan konvensi, sel-sel ini disebut sel ibu dan anak, tapi benar-benar mereka adalah klon.

Mereka memiliki materi genetik yang sama persis. Dalam populasi bakteri, proses ini terus berlanjut, satu sel terbagi menjadi dua lagi dan lagi dan lagi, sehingga populasi besar sel yang semua klon dari satu sama lain. Hal ini dianggap transfer gen vertikal ketika DNA ditularkan dari ibu ke sel keturunan, dan ini adalah apa yang terjadi di alam sebagian besar waktu.

Tapi bakteri adalah makhluk sedikit rumit, dan mereka memiliki beberapa cara cerdik untuk menghasilkan keragaman genetik. Misalnya, bakteri dapat bertukar gen dengan tetangga mereka. Semacam iIni akan menjadi seperti Anda memutuskan Anda ingin mata biru seperti teman anda, jadi dia melakukan dengan memberikan gen-nya untuk mata biru dan sukses! Sekarang Anda memiliki mata biru. Ini disebut transfer gen horizontal dan mengacu pada kemampuan beberapa sel bakteri untuk mendapatkan gen baru dari sel tetangga di lingkungan mereka. Sekarang bukan menjadi klon sel anak, sel memiliki keragaman genetik baru, campuran antara DNA sel induk vertikal ditransfer dan ditransfer horizontal DNA sel tetangga.

Ingat bahwa kita mengatakan bahwa bakteri tidak berhubungan seks? Nah, dalam hal evolusi, seks sangat penting untuk memungkinkan pencampuran dan pencocokan gen, sehingga keragaman genetik dalam suatu spesies. Kita sekarang dapat melihat bahwa sementara bakteri tidak berhubungan seks secara konvensional, mereka memiliki mekanisme transfer gen horizontal untuk menghasilkan keragaman genetik.

Transfer Gen Horizontal

Ada tiga cara yang dilakukan bakteri sehingga dapat melakukan transfer gen secara horizontal:

  1. Transduksi menggunakan virus bakteri, disebut bakteriofag, untuk mentransfer DNA dari satu sel yang terinfeksi ke yang lain.
  2. Transformasi adalah kemampuan beberapa sel untuk mengambil DNA yang mengambang bebas yang ditemukan di lingkungan.
  3. Konjugasi memungkinkan untuk transfer DNA melalui struktur yang disebut pilus dari satu sel ke sel lain.

Konjugasi

Untuk konjugasi berlangsung, dua sel bakteri hidup bersentuhan secara angsung dengan satu sama lain. Kontak antara sel-sel ini dicapai dengan menggunakan pilus konjugasi. Pilus adalah Istilah (jamak: pili) yang mengacu pada struktur seperti rambut berbasis protein yang membentang dari sel bakteri. Beberapa pili digunakan untuk menempel pada permukaan, namun khusus konjugasi pilus digunakan khusus untuk menempel pada sel lain dan memfasilitasi pemindahan DNA. Sel yang akan mentransfer DNA disebut sel donor dan membangun pilus konjugasi melekat pada selnya. Konjugasi pilus adalah, struktur seperti pipa berongga yang menghubungkan sitoplasma sel donor ke sitoplasma sel resipien.

transfer plasmid

Setelah sitoplasma donor dan sel resipien secara fisik terhubung, sekarang saatnya untuk transfer DNA. Jika sel donor berisi plasmid, bagian melingkar DNA ekstra, plasmid dapat ditransfer ke sel penerima. Hal ini dilakukan dengan menyalin plasmid dan pengiriman untai DNA salinan ke penerima melalui pilus konjugasi. Hasil akhir adalah salinan plasmid di kedua donor dan sel resipien. Mungkin yang paling menarik adalah kenyataan bahwa plasmid, selain gen lain, membawa gen yang memungkinkan sel penerima untuk menjadi konjugasi donor itu sendiri! Sekarang sel penerima juga dapat menyebarkan plasmid ke sel-sel baru.

transfer kromosom

Beberapa sel bakteri mengambil langkah konjugasi lebih lanjut dan bukannya mentransfer plasmid ekstrakromosomal, mereka mentransfer bagian dari seluruh kromosom! Sama seperti selama transfer plasmid DNA, satu untai kromosom ditransfer melalui pilus konjugasi dan salinan asli disimpan dalam sel donor. Plasmid adalah jauh lebih kecil dari kromosom dan biasanya ditransfer secara utuh. Namun, kromosom ini begitu besar sehingga dapat memakan waktu hingga 100 menit untuk mentransfer keseluruhan. Jarang donor dan penerima dapat tetap terhubung cukup lama untuk memungkinkan ini terjadi. Sebaliknya, hanya sebagian dari kromosom ditransfer sebelum pilus konjugasi dilepas. Hal ini sangat penting untuk dicatat bahwa gen yang melakukan transfer kromosom yang mungkin adalah gen yang terakhir untuk dikirim ke penerima. Jadi, jika pilus konjugasi menjadi terlepas setengah jalan melalui transfer, sel penerima tidak menjadi sel donor baru.

Konjugasi di Alam

Beberapa bentuk transfer gen horizontal hanya dapat terjadi antara organisme yang sangat erat kaitannya. Transfer konjugasi plasmid adalah pengecualian untuk aturan ini. Plasmid dapat ditransfer tidak hanya dalam spesies – misalnya dari satu E. coli sel yang lain – tetapi juga antara spesies. Jadi sel E. coli bisa mentransfer plasmid ke spesies Staphylococcus.

Tidak semua bakteri mampu membuat pilus konjugasi, namun mereka masih dapat melaksanakan proses konjugasi. Sebagai pengganti pilus seks, beberapa sel memiliki kompleks protein lengket pada permukaan sel yang memungkinkan mereka untuk berhubungan dengan sel donor dan kemudian membuka pori yang menghubungkan sitoplasma dari dua sel. Dalam kedua mekanisme yang mungkin untuk konjugasi, kontak sel-sel diperlukan.

Banyak bakteri menjadi resisten terhadap antibiotik. Para peneliti telah menemukan bahwa dalam kebanyakan kasus, gen yang membuat sel-sel resisten terhadap antibiotik dilakukan pada plasmid. Pengalihan plasmid melalui konjugasi sangat efisien, memungkinkan plasmid membawa gen resistensi antibiotik menyebar dengan cepat melalui populasi bakteri. Hal ini membuat mengendalikan penyebaran gen resistensi antibiotik sangat sulit.

Ringkasan

Mari kita rekap: Konjugasi adalah mekanisme untuk transfer horizontal gen antara sel-sel bakteri. Ini adalah satu-satunya mekanisme transfer gen horizontal yang membutuhkan kontak fisik antara dua sel-sel hidup. Dermaga sel donor DNA ke sel penerima menggunakan pilus konjugasi berongga. Ini menghubungkan sitoplasma dari dua sel, yang memungkinkan DNA yang akan ditransfer. DNA yang ditransfer disalin dalam sel donor, dan salinan baru dikirim melalui pilus ke penerima. Transfer plasmid konjugasi adalah mekanisme utama untuk penyebaran gen resistensi antibiotik melalui populasi bakteri.