Pendahuluan

MAKALAH MIKROBIOLOGI
Deinococcus radiodurans
Bakteri Paling Tangguh di Dunia
Dosen: Debbie S. Retnoningrum
Kelompok:
Stefanus Andry 10708008
Vita Yuanita 10708012
Meinrad Andre 10708016
Fiki Firmawan 10708053
Lisa Patricia 10708068
Rosalina Diani 10708073
SEKOLAH FARMASI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2009
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 DeinococcusThermus,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-
Gambar 1
Bentuk tetrad bola dari bakteri
Deinococcus radiodurans (NCBI
Genome Project)
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