Transkonjugasi

Transkonjugasi adalah suatu proses transfer materi genetik secara horizontal yang terdiri dari konjugasi dan transposisi.^[1] Konjugasi merupakan proses transfer materi genetik (DNA) antarsel dengan memanfaatkan kontak antarsel berupa pilus yang akan menghubungan sel donor dan sel resipien.^[2] Adanya peristiwa konjugasi diselidiki pertama kali oleh Lederburg dan Tatum (1946) pada Escherichia coli.^[2] Proses ini umunya hanya melibatkan dua tetua (diparental mating) yaitu sel donor dan sel resipien, namun juga dapat dilakukan oleh tiga tetua (triparental mating).^[2] Pada sistem dua tetua, biasanya plasmid yang ditransfer merupakan self-transmissible plasmid, salah satunya adalah F plasmid.^[2] Sedangkan transposisi adalah perpindahan elemen loncat (transposon) ke kromosom suatu bakteri.^[3] Transposon adalah sekuens DNA yang dapat berpindah-pindah secara acak, baik pada kromosom sel yang sama maupun antarkromosom.^[3] Transposon dapat melompat ke genom karena adanya gen tnp penyandi transposase yang menyebabkan terjadinya perpindahan secara autonom.^[3] Penemuan adanya elemen lompat ini dilakukan pertama kali oleh Barbara McClintock (1930) melalui penelitiannya terhadap genetika warna jagung.^[3]

Proses konjugasi pada bakteri yang merupakan bagian dari transposisi.

Mekanisme

Dalam proses transkonjugasi, sel yang memberikan materi genetiknya disebut sel donor sedangkan sel yang menerimanya disebut sel resipien.^[1] Transkonjugasi memerlukan terdapat tiga gen utama yang berperan, yaitu gen tra, oriT, dan tnp.^[4] Gen asal transfer (Origin of transfer atau oriT) merupakan gen yang bersifat cis-acting.^[4]^[4]^[4] Yang dimaksud dengan sifat cis-acting adalah sekuens DNA yang diperlukan untuk mengekspresikan/menjalankan gen tertentu. Elemen ini memiliki beberapa kriteria tertentu, di antaranya adalah terdiri dari sekuens konsensus pendek, bisa terletak pada promoter atau enhancer, dan satu elemen tunggal cukup untuk regulasi respon gen.^[4] Sementara itu, gen tra yang bersifat trans-acting, artinya adalah gen yang menyandikan/mengekspresikan protein regulator yang bertugas untuk mengatur ekspresi gen lain. Gen tra terdiri dari dua komponen yaitu DNA transfer and replication (Dtr) dan Mating pair formation (Mpf). Komponen Dtr terdiri dari enzim relaksase, helikase, dan primase.^[4] Sistem Mpf berfungsi untuk membentuk pilus sebagai jembatan transfer DNA antarsel bakteri.^[4] Saat jembatan pilus terbentuk, enzim nuklease akan membuat retakan atau nick pada utas tunggal DNA yang akan ditransfer (berupa DNA plasmid) di titik oriT sehingga DNA tersebut menjadi utas tunggal.^[4] Ujung utas tunggal 5‘ akan dibawa oleh relaksase ke dalam sel resipien, sementara itu enzim Helikase bekerja untuk menjaga utas tunggal DNA yang ditransfer supaya tidak membentuk utas ganda kembali.^[5] Begitu sampai di dalam sel resipien, enzim primase akan memulai terjadinya rolling circle replication sehingga DNA plasmid yang sudah ditransfer menjadi utas ganda kembali.^[4] Di dalam DNA plasmid yang ditransfer, terdapat gen tnp yang merupakan gen penyandi transposase untuk memindahkan transposon ke kromosom sel lain.^[3] Setelah transposon melompat, plasmid pembawanya dapat didegradasi oleh enzim nuklease.^[4] Enzim nuklease adalah enzim yang berfungsi mendegradasi/merusak DNA dengan memotong-motong DNA. Pada bakteri, transposon biasanya membawa gen struktural penyandi resistensi antibiotik tertentu yang diapit oleh ujung berulang terbalik atau inverted repeat.^[3] Ujung berulang terbalik terdiri dari sekuens DNA pada ujung kanan dan kiri yang berulang namun susunannya terbalik.^[3] Sekuens inverted repeat ini membuat transposase dapat mengenali bagian DNA yang akan dipindahkan ke kromosom sel.^[3]

Salah satu contoh transposon bakteri.

Aplikasi

Proses transkonjugasi sudah banyak dimanfaatkan untuk rekayasa genetika.^[6] Salah satunya adalah dalam memproduksi teicoplanin, suatu senyawa antibiotik untuk mencegah dan menyembuhkan infeksi yang disebabkan oleh bakteri gram negatif, seperti Staphylococcus aureus dan Enterococcus faecalis.^[6] Secara alami, teicoplanin dihasilkan oleh Actinoplanes teichomyceticus.^[6] Dengan memanfaatkan proses transkonjugasi, gen penyandi teicoplanin dari A. teichomyceticus dapat dipindahkan ke bakteri lain, seperti E. coli.^[6] Selain itu, transkonjugasi juga dimanfaatkan untuk pemeliharaan tanaman dan ekosistem.^[7] Siklus nitrogen di bumi memerlukan bakteri pengikat nitrogen, seperti Rhizobium leguminosarum yang umumnya bersimbiosis dengan akar tanaman.^[7] Melalui transkonjugasi, Rhizobium leguminosarum dapat mentransfer gen pembentuk nodul dan nitragenase ke bakteri Rhizobium lain yang tidak memiliki kemampuan tersebut.^[7] Dengan demikian, kelestarian tanah akan tetap terjaga karena cukup kandungan nitrogen dalam tanah yang juga dapat menyuburkan pertumbuhan tanaman.^[7]

Referensi

^ ^a ^b (Inggris) Jeffrey H. Miller (1996). Discovering Molecular Genetics. CRC Press. ISBN 978-087969475-3.
^ ^a ^b ^c ^d (Inggris)Baron LS, Carey WF, Spilman WM. Characteristics of a high frequency of recombination (Hfr) strain of Salmonella typhosa compatible with Salmonella, Shigella, and Escherichia species. Proc Natl Acad Sci USA 45(12):1752–7.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h (Inggris) Jeffrey Pommerville (2010). Alcamo's Fundamentals of Microbiology. Jones & Bartlett Publishers. ISBN 978-0-7637-6258-2.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j (Inggris)Rees CED, Wilkins BM. 1987. Revised genetic map of the distal end of the f transfer operon: Implications for DNA Helicase I, nicking at oriT, and conjugal DNA transport. J Bacteriol 171(6):3251-9.
^ (Inggris)Atmakuri K, Cascales E, Burton OT, Banta LM, Christie PJ. 2007. Agrobacterium ParA/MinD-like VirC1 spatially coordinates early conjugative DNA transfer reactions. EMBO J 26(10): 2540-51.
^ ^a ^b ^c ^d (Inggris) Ha HS, Hwang YI, Choi SU. (2008). "Application of conjugation using phiC31 att/int system for Actinoplanes teichomyceticus, a producer of teicoplanin". 30 (7): 1233–8.
^ ^a ^b ^c ^d (Inggris) John C. Gordon, Christopher T. Wheeler (1983). Biological nitrogen fixation in forest ecosystems: foundations and applications. springer. ISBN 9024728495.

[v-1] (Inggris) Jeffrey H. Miller (1996). Discovering Molecular Genetics. CRC Press. ISBN 978-087969475-3.

[qq-2] (Inggris)Baron LS, Carey WF, Spilman WM. Characteristics of a high frequency of recombination (Hfr) strain of Salmonella typhosa compatible with Salmonella, Shigella, and Escherichia species. Proc Natl Acad Sci USA 45(12):1752–7.

[p-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h (Inggris) Jeffrey Pommerville (2010). Alcamo's Fundamentals of Microbiology. Jones & Bartlett Publishers. ISBN 978-0-7637-6258-2.

[dd-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j (Inggris)Rees CED, Wilkins BM. 1987. Revised genetic map of the distal end of the f transfer operon: Implications for DNA Helicase I, nicking at oriT, and conjugal DNA transport. J Bacteriol 171(6):3251-9.

[5] (Inggris)Atmakuri K, Cascales E, Burton OT, Banta LM, Christie PJ. 2007. Agrobacterium ParA/MinD-like VirC1 spatially coordinates early conjugative DNA transfer reactions. EMBO J 26(10): 2540-51.

[h-6] (Inggris) Ha HS, Hwang YI, Choi SU. (2008). "Application of conjugation using phiC31 att/int system for Actinoplanes teichomyceticus, a producer of teicoplanin". 30 (7): 1233–8.

[j-7] (Inggris) John C. Gordon, Christopher T. Wheeler (1983). Biological nitrogen fixation in forest ecosystems: foundations and applications. springer. ISBN 9024728495.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]