Post on 06-Feb-2018
GENETIKA MIKROBAGENETIKA MIKROBA
dr. dr. FauziaFauzia AndriniAndrini M.KesM.Kes
BagianBagian MikrobiologiMikrobiologi / Unit / Unit
KetrampilanKetrampilan MedikMedik FK URFK UR
PendahuluanPendahuluan
GENETIKAGENETIKA suatusuatu prosesproses hereditashereditas dandanvariasivariasi, , merupakanmerupakan titiktitik awalawal daridari semuasemuamacammacam aluralur , , fungsifungsi dandan strukturstruktur selularselular. .
APA YG DIPELAJARI DALAM GENETIKA ?APA YG DIPELAJARI DALAM GENETIKA ?
KemampuanKemampuan suatusuatu mikroorganismemikroorganismeuntukuntuk memeliharamemelihara viabilitasviabilitas, , beradaptasiberadaptasi, , bermultiplikasibermultiplikasi, , dandan menyebabkanmenyebabkanpenyakitpenyakit
PendahuluanPendahuluan
ASPEK BESAR YG DIPELAJARI DALAM ASPEK BESAR YG DIPELAJARI DALAM
GENETIKA MIKROBA :GENETIKA MIKROBA :
strukturstruktur dandan organisasiorganisasi daridari material material
genetikgenetik
replikasireplikasi dandan ekspresiekspresi daridari informasiinformasi
genetikgenetik
mekanismemekanisme dimanadimana informasiinformasi genetikgenetik
mengalamimengalami perubahanperubahan. .
StrukturStruktur & & OrganisasiOrganisasi AsamAsam NukleatNukleat
InformasiInformasi herediterherediter diberikandiberikan oleholeh asamasam nukleatnukleat ��deoxyribonucleic acid (DNA) deoxyribonucleic acid (DNA) & & ribonucleic acid ribonucleic acid (RNA)(RNA)
NukleotidaNukleotida tddtdd : : gulagula ((pentosapentosa = = deoksiribosadeoksiribosa), ), basabasa, , gugusgugus fosfatfosfat
NukleotidaNukleotida terikatterikat satusatu sama lain sama lain melaluimelalui ikatanikatanfosfodiesterfosfodiester
DNA DNA �� polimerpolimer linier linier panjangpanjang ygyg tddtdd nukleotidanukleotida
KomponenKomponen basanyabasanya : : basabasa purinpurin ((adeninadenin = A, = A, guaninguanin = = G) & G) & basabasa pirimidinpirimidin ((cytosincytosin = C, = C, timintimin = T), = T), diikatdiikat oleholehikatanikatan hidrogenhidrogen padapada bagianbagian tengahtengah molekulmolekul
TulangTulang punggungpunggung ((backbonebackbone) ) molekulmolekul DNA DNA tddtdd : : gugusgugusfosfatfosfat dandan gulagula yang yang letaknyaletaknya bergantianbergantian, , dandan satusatu basabasayang yang melekatmelekat padapada molekulmolekul gulagula
StrukturStruktur DNADNAMolekulMolekul DNA DNA biasanyabiasanya untaiuntai gandaganda ((double double helix), helix), didi setiapsetiap untainyauntainya mempunyaimempunyai terminus terminus hidroksilhidroksil 5 5 ‘‘ dandan 3 3 ‘‘
DuaDua untaiuntai berjalanberjalan anti anti pararelpararel �� tterminus 5 erminus 5 ‘‘berlawananberlawanan dengandengan terminus 3 terminus 3 ‘‘ padapada untaiuntaiyang lainyang lain
BasaBasa adeninadenin selaluselalu berikatanberikatan melaluimelalui duadua ikatanikatanhidrogenhidrogen dengandengan basabasa timintimin padapada untaiuntai yang lainyang lain
BasaBasa guaninguanin selaluselalu berikatanberikatan dengandengan tigatiga ikatanikatanhidrogenhidrogen dengandengan basabasa cytosincytosin padapada untaiuntai yang yang lainlain
DNA DNA mempunyaimempunyai strukturstruktur unikunik yang yang disebutdisebut““tanggatangga berpilinberpilin”” ((twisted laddertwisted ladder) )
StrukturStruktur RNARNA
RNA RNA jarangjarang berbentukberbentuk untaiuntai gandaganda
TipeTipe RNA yang RNA yang berperanberperan pentingpenting dalamdalam
ekspresiekspresi gengen : :
��mRNA (mRNA (messenger messenger RNA)RNA)
��tRNAtRNA ((transfer transfer RNA)RNA)
��rRNArRNA ((ribosomal ribosomal RNA) RNA)
StrukturStruktur DNADNA
StrukturStruktur molekulermolekuler asamasam nukleatnukleat
(DNA & RNA )(DNA & RNA )
Gen & Gen & KodeKode GenetikGenetik
GEN GEN UrutanUrutan DNA yang DNA yang memberikanmemberikan kodekode
untukuntuk produkproduk spesifikspesifik (RNA (RNA atauatau protein) protein)
GENOM GENOM KeseluruhanKeseluruhan gengen padapada suatusuatu
organismeorganisme
UkuranUkuran gengen : : dinyatakandinyatakan dalamdalam base pairs base pairs ((bpbp) ; ) ; kilobasekilobase & & megabasesmegabases
KromosomKromosom
KromosomKromosom �� organisasiorganisasi daridari suatusuatu genomgenom
SelSel eukariotikeukariotik �� diploiddiploid : : sepasangsepasang padapada
setiapsetiap kromosomkromosom shgshg mempunyaimempunyai duadua
copycopy padapada setiapsetiap gengen ((satusatu copycopy : : gengen
((alelalel) ) sbgsbg protein (protein (dominandominan), copy lain ), copy lain
tidaktidak diekspresikandiekspresikan ((resesifresesif))
PadaPada selsel haploidhaploid ((selsel prokariotprokariot) ) ��
kromosomkromosom tunggaltunggal & & tidaktidak berpasanganberpasangan
ElemenElemen Non Non KromosomalKromosomal
UnikUnik pd pd bakteribakteri, , terdapatterdapat gengen didi luarluar kromosomkromosom�� plasmidplasmid dandan transposable elements transposable elements Plasmid Plasmid �� DNA DNA double strandeddouble stranded kecilkecil, , sirkularsirkular, , 11--2 kb 2 kb -- 1 1 megabasemegabase.. banyakbanyak pd pd bakteribakteri, , yeastyeastdandan jamurjamur. . JumlahJumlah plasmid plasmid macammacam--macammacam
Gen pd plasmid Gen pd plasmid mengkodemengkode transfer transfer antaraantara selsel--selsel bakteribakteri, , komponenkomponen resistensiresistensi terhadapterhadapantibiotikaantibiotika tertentutertentu
KonjugasiKonjugasi : Transfer Gen : Transfer Gen
KromosomKromosom / Plasmid/ Plasmid
ElemenElemen Non Non KromosomalKromosomal
Transposable elementsTransposable elements (TE) (TE) �� DNA yang DNA yang
dapatdapat jump jump (transpose) (transpose) daridari satusatu situssitus
molekulmolekul DNA DNA keke situssitus lain lain didi dalamdalam suatusuatu
selsel
insertion sequences insertion sequences �� jumping genes jumping genes ygyg
plgplg kecilkecil & & plgplg sederhanasederhana
TransposonTransposon �� lebihlebih besarbesar & & komplekskompleks, ,
mengkodemengkode gengen ygyg multipelmultipel
TransposisiTransposisi : : Insertion sequences & Insertion sequences & transposontransposon
AliranAliran InformasiInformasi GenetikGenetik
ReplikasiReplikasi & & EkspresiEkspresi dlmdlm InformasiInformasi
GenetikGenetik
REPLIKASIREPLIKASI
1 1 molekulmolekul DNA DNA untaiuntai gandaganda menghasilkanmenghasilkan 2 2 molekulmolekul DNA DNA (1 (1 untaiuntai lama & 1 lama & 1 untaiuntai barubaru))
PelepasanPelepasan ikatanikatan / / relaksasirelaksasi supercoiledsupercoiled kromosomkromosom
PemisahanPemisahan keduakedua untaiuntai daridari DNA DNA indukinduk �� masingmasing--masingmasing untaiuntai sbgsbg templattemplat untukuntuk sintesissintesis DNA DNA barubaru
SintesisSintesis untaiuntai DNA DNA barubaru
AkhirAkhir / / terminasiterminasi replikasireplikasi dengandengan pelepasanpelepasan duaduakromosomkromosom identik,masingidentik,masing--masingmasing membawamembawa untaiuntaibarubaru untukuntuk selsel anakanak
ReplikasiReplikasi
BagianBagian dimanadimana prosesproses
replikasireplikasi dimulaidimulai �� oriori((origin of replicationorigin of replication) )
BagianBagian yang yang aktifaktif
bereplikasibereplikasi �� garpugarpu
replikasireplikasi, , bergerakbergerak dgndgn
araharah berlawananberlawanan
((directional) directional) dgndgn araharah 55’’
keke 3 3 ‘‘
KofaktorKofaktor & & enzimenzim : : DNA DNA
polimerasepolimerase, , ligaseligase dlldll
ReplikasiReplikasi
ReplikasiReplikasi
SintesisSintesis untaiuntai DNA DNA barubaruhanyahanya daridari araharah 5 5 ‘‘ keke 33’’, , tetapitetapi DNA anti DNA anti pararelpararel ��
1 kali 1 kali sintesissintesis primer , primer , dilanjutkandilanjutkan polimerisasipolimerisasiDNA DNA �� leading strand leading strand
SintesisSintesis primer primer berkaliberkali--kali, kali, polimerisasipolimerisasi DNA DNA shgshgdihasilkandihasilkan fragmenfragmen DNA DNA ((FragmenFragmen Okazaki) Okazaki) ygygakanakan disambungkandisambungkan oleholehenzimenzim ligaseligase �� lagging lagging strand strand
ReplikasiReplikasi
EkspresiEkspresi InformasiInformasi GenetikGenetik
EkspresiEkspresi gengen �� prosesproses mengkodemengkode
informasiinformasi padapada elemenelemen genetikgenetik
((kromosomkromosom, plasmid, , plasmid, transposontransposon) )
menghasilkanmenghasilkan produkproduk biokimiabiokimia
ProsesProses iniini dibentukdibentuk oleholeh transkripsitranskripsi dandan
translasitranslasi
TranskripsiTranskripsi
TranskripsiTranskripsi �� merubahmerubah urutanurutan basabasa DNA DNA padapada gengen((kodekode genetikgenetik) ) keke molekulmolekul RNA RNA messengermessenger (mRNA) yang (mRNA) yang komplementerkomplementer dengandengan urutanurutan DNADNA
RNA RNA polimerasepolimerase �������� enzimenzim untukuntuk mengkatalisismengkatalisis prosesprosestranskripsitranskripsi
RNA RNA polimerasepolimerase bersamabersama--samasama dengandengan faktorfaktor sigma sigma ((holoenzimholoenzim) ) �� bberjalanerjalan sepanjangsepanjang molekulmolekul DNA DNA sampaisampaimenemukanmenemukan lokasilokasi awalawal transkripsitranskripsi
FungsiFungsi faktorfaktor sigma sigma �� membantumembantu RNA RNA polimerasepolimerase untukuntukmengenalimengenali suatusuatu urutanurutan tertentutertentu padapada molekulmolekul DNA yang DNA yang menandaimenandai tempattempat awalawal transkripsitranskripsi yang yang dikenaldikenal sebagaisebagaipromoterpromoter
InisiasiInisiasi transkripsitranskripsi �� faktorfaktor sigma sigma terlepasterlepas daridari RNA RNA polimerasepolimerase �� transkripsitranskripsi berlangsungberlangsung terusterus sampaisampaimencapaimencapai suatusuatu daerahdaerah padapada akhirakhir gengen (terminator) (terminator)
TranskripsiTranskripsi
TranskripsiTranskripsi padapada EukariotEukariot
TranslasiTranslasi
ProsesProses translasitranslasiberlangsungberlangsung didi ribosomribosom, , prosesproses sintesissintesis protein protein berdasarkanberdasarkan informasiinformasipadapada mRNAmRNA
RibosomRibosom tddtdd 2 subunit, 2 subunit, yaituyaitu subunit subunit besarbesar ((large large subunitsubunit) ) dandan subunit subunit kecilkecil((small subunitsmall subunit) ) RibosomRibosom prokariotprokariot terdiriterdiriatasatas subunit 30S subunit 30S dandan 50S50S
RibosomRibosom eukarioteukariot terdiriterdiridaridari subunit 40S subunit 40S dandan 60S 60S
TranslasiTranslasiInisiasiInisiasi, , elongasielongasi, , dandan terminasiterminasi
InisiasiInisiasi �� komponenkomponen prokariotprokariot : : kodonkodon inisiasiinisiasi (AUG), (AUG), formylmethionineformylmethionine tRNAtRNA ((fMETfMET--tRNAtRNA), subunit 30S ), subunit 30S dandan50S, 50S, dandan GTP . GTP . tRNAtRNA inisiatorinisiator yang yang membawamembawa anti anti kodonkodonCAU CAU akanakan menempatimenempati situssitus P P padapada ribosomribosom
ElongasiElongasi �� tRNAtRNA keduakedua membawamembawa anti anti kodonkodon untukuntukkodonkodon keduakedua memasukimemasuki situssitus A A padapada ribosomribosom �� AsamAsamamino yang amino yang dibawadibawa oleholeh tRNAtRNA keduakedua membentukmembentuk ikatanikatanpeptidapeptida dengandengan asamasam amino amino pertamapertama �� tRNAtRNAbertranslokasibertranslokasi daridari situssitus A A keke situssitus P, P, lalulalu dilepaskandilepaskanmelaluimelalui situssitus E E �� situssitus A A kosongkosong �� situssitus A A terisiterisi kodonkodonuntukuntuk asamasam amino amino berikutnyaberikutnya �� dstdst
TerminasiTerminasi �� AkhirAkhir prosesproses elongasielongasi, , dicapainyadicapainya suatusuatukodonkodon (UAG, UAA, UGA) yang (UAG, UAA, UGA) yang tidaktidak dikenalidikenali oleholeh anti anti kodonkodon yang yang dibawadibawa oleholeh tRNAtRNA �� sinyalsinyal penghentianpenghentiantranslasitranslasi �� KeduaKedua subunit subunit ribosomribosom akanakan berdisosiasiberdisosiasi ��polipeptidapolipeptida dibebaskandibebaskan daridari tRNAnyatRNAnya
TranslasiTranslasi
TranslasiTranslasi
TranslasiTranslasi
Dogma Dogma SentralSentral
Mula2 Mula2 oleholeh Crick (1957) Crick (1957) : : InformasiInformasi genetikgenetik ygyg dibawadibawaDNA (DNA (kodekode genetikgenetik) ) �� ditranskripsikanditranskripsikan keke ““bahasabahasa”” RNA RNA �� mRNA + mRNA + RibosomRibosom �� translasitranslasi �� proteinprotein
AmandemenAmandemen Dogma Dogma SentralSentral �� TidakTidak 1 1 araharah ::
��Virus : Info Virus : Info genetikgenetik pd RNA pd RNA �� konversikonversi keke DNA DNA oleholehenzimenzim reverse transcriptase. reverse transcriptase. ContohContoh pd retrovirus pd retrovirus ygyg tddtddHuman THuman T--lymphotropiclymphotropic virus (HTLV) virus (HTLV) dandan Human Human immunodeficiency virus type 1 & 2 (HIV 1immunodeficiency virus type 1 & 2 (HIV 1--2)2)
��Transposable genetic elementsTransposable genetic elements
��EukariotEukariot dikenaldikenal Splicing RNA : pd mRNA Splicing RNA : pd mRNA dikenaldikenal exonexon((mengkodemengkode protein) protein) dandan intronintron ((tidaktidak mengkodemengkode protein)protein)
PerubahanPerubahan GenetikGenetik
EukariotEukariot �� reproduksireproduksi seksualseksual yang yang menyebabkanmenyebabkanpencampuranpencampuran genomgenom padapada perubahanperubahan genetikgenetik
ProkariotProkariot ((BakteriBakteri) ) �� MultiplikasiMultiplikasi dg dg pembelahanpembelahan selselsederhanasederhana ((setiapsetiap selsel anakanak menerimamenerima seluruhseluruhkomplemenkomplemen genetikgenetik yang yang identikidentik dengandengan selsel indukinduk) ) shgshgtidaktidak dptdpt tjdtjd pencampuranpencampuran
BakteriBakteri sejaksejak duludulu selaluselalu melakukanmelakukan evolusievolusi
MekanismeMekanisme : : mutasimutasi, , genetikagenetika rekombinanrekombinan, & , & pergantianpergantiangengen antaraantara bakteribakteri dengandengan atauatau tanpatanpa prosesproses
rekombinasirekombinasi. .
MutasiMutasi
MutanMutan : : organismeorganisme yang yang berbedaberbeda secarasecara genetikgenetik daridari tipetipe yang yang seringsering ditemukanditemukan didi alamalam ((wild typewild type). ). UrutanUrutan dapatdapat berbedaberbeda pd pd genotipenyagenotipenya ((urutanurutan DNA) DNA) atauatau fenotipefenotipe
MutasiMutasi dapatdapat terjaditerjadi secarasecara spontanspontan
TipeTipe mutasimutasi : :
Wild TypeWild Type GAA GGU UAC AUU ACUGAA GGU UAC AUU ACU
GluGlu glygly tyrtyr ileile thrthr
-- SubtitusiSubtitusi basabasaGAA GGU GAA GGU AAAC AUU ACUAC AUU ACU
GluGlu glygly asp asp ileile thrthr
U U mjdmjd A A �� mengkodemengkode tirosintirosin menjadimenjadi asparginaspargin
-- DelesiDelesi GAA GGU *ACA UUA CUGAA GGU *ACA UUA CU
GluGlu glygly thrthr leuleu
SatuSatu daridari U U delesidelesi �� perubahanperubahan padapada asamasam amino yang amino yang dikodedikodeselanjutnyaselanjutnya
MutasiMutasi
-- InsersiInsersi GAA GGU GAA GGU AAUA CAU UAC UUA CAU UAC U
GluGlu glygly lie his lie his tyrtyr
A A insersiinsersi �� perubahanperubahan urutanurutan asamasam amino yang amino yang dikodedikode selanjutnyaselanjutnya
-- DuplikasiDuplikasi GAA GGU GAA GGU GGUGGU GGUGGU UACUAC
GluGlu glygly glygly glygly tyrtyr
KodonKodon GGU GGU mengalamimengalami duplikasiduplikasi tigatiga kali.kali.
-- PerubahanPerubahan padapada GAA GGU UAGAA GGU UAAA AUU ACUAUU ACU
KodonKodon terminasiterminasi gluglu glygly ((kodonkodon terminasiterminasi))
PerubahanPerubahan padapada C C padapada kodonkodon UAC UAC akanakan merubahmerubah kodonkodon terminasiterminasimenjadimenjadi padapada kodonkodon UAA. UAA. SintesisSintesis peptide peptide akanakan berhentiberhenti padapadabagianbagian iniini
PertukaranPertukaran atauatau Transfer GenTransfer Gen
TRANSFORMASITRANSFORMASI
Sel resipien mengambil DNA bebas yang Sel resipien mengambil DNA bebas yang dilepaskan ke lingkungan ketika sel bakteri lain dilepaskan ke lingkungan ketika sel bakteri lain (donor) mati dan mengalami lisis (donor) mati dan mengalami lisis �� DNA bebas DNA bebas terdapat dalam bentuk fragmen akan diambil terdapat dalam bentuk fragmen akan diambil oleh bakteri tertentu oleh bakteri tertentu �� transformasitransformasi
Genus Genus Haemophiluus, Streptococcus, Haemophiluus, Streptococcus, dan dan NeisseriaNeisseriaDNA donor (untai tunggal) memasuki sel DNA donor (untai tunggal) memasuki sel resipien resipien �� rekombinan dengan DNA resipien rekombinan dengan DNA resipien homolog homolog
Berperan penting Berperan penting �� resistensi antibiotika resistensi antibiotika
TRANSDUKSITRANSDUKSI
DNA dari dua bakteri masuk ke dalam sel DNA dari dua bakteri masuk ke dalam sel
bersamabersama--sama untuk berekombinasi.sama untuk berekombinasi.
Dimediasi oleh Dimediasi oleh bakteriofagabakteriofaga
Virus mengandung DNA nya sendiri dan Virus mengandung DNA nya sendiri dan
bagian DNA bakteri donorbagian DNA bakteri donor
TransduksiTransduksi oleholeh BakteriofagaBakteriofaga
KONYUGASIKONYUGASI
Terjadi antara dua sel hidup, melibatkan kontak Terjadi antara dua sel hidup, melibatkan kontak sel dengan sel,dan membutuhkan mobilisasi dari sel dengan sel,dan membutuhkan mobilisasi dari kromosom bakteri donorkromosom bakteri donor
Kontak Kontak E coliE coli dimediasi oleh pilus sex dimediasi oleh pilus sex
Pilus sex berasal dari donor dan membentuk Pilus sex berasal dari donor dan membentuk jembatan konyugasi untuk transfer DNA dari sel jembatan konyugasi untuk transfer DNA dari sel donor ke sel resipien donor ke sel resipien �� mobilisasi kromosom mobilisasi kromosom ��Satu untai DNA baru dihasilkan oleh donor Satu untai DNA baru dihasilkan oleh donor ��berpindah ke resipien berpindah ke resipien
Sex Sex piluspilus E coli E coli antaraantara donor donor dandan
resipienresipien
KonyugasiKonyugasi padapada E.coliE.coli
MetodeMetode DiagnostikDiagnostik MolekulerMolekuler
UntukUntuk IdentifikasiIdentifikasi MikrobaMikroba dapatdapat dilakukandilakukan
melaluimelalui metodemetode konvensionalkonvensional & & molekulermolekuler
UntukUntuk meningkatkanmeningkatkan sensitivitassensitivitas & &
spesifisitasspesifisitas dipakaidipakai metodemetode amplifikasiamplifikasi
asamasam nukleatnukleat yang yang tidaktidak membutuhkanmembutuhkan
multiplikasimultiplikasi organismeorganisme ybsybs �� paling paling
banyakbanyak digunakandigunakan POLYMERASE CHAIN POLYMERASE CHAIN
REACTION (PCR)REACTION (PCR)
PCRPCR
•• MengkombinasikanMengkombinasikan prinsipprinsip hibridisasihibridisasi asamasamnukleatnukleat yang yang komplementerkomplementer dengandengan replikasireplikasiasamasam nukleatnukleat yang yang diaplikasikandiaplikasikan melaluimelaluisejumlahsejumlah siklussiklus
•• Copy Copy tunggaltunggal daridari asamasam nukleatnukleat target target dilipatgandakandilipatgandakan menjadimenjadi 10 10 pangkatpangkat 7 7 atauatau lebihlebihcopycopy didi dalamdalam periodeperiode yang yang relatifrelatif pendekpendek
PCRPCR
•• PCR PCR mempunyaimempunyai 30 30 sampaisampai 50 50 siklussiklus berulangberulang, ,
setiapsetiap siklussiklus tddtdd : :
••denaturasidenaturasi asamasam nukleatnukleat targettarget
••primer primer annealing annealing dengandengan asamasam nukleatnukleat
target target untaiuntai tunggaltunggal
••pemanjanganpemanjangan (extension)(extension) daridari pasanganpasangan
primerprimer--targettarget
ThermalcyclerThermalcycler
PCRPCR
AplikasiAplikasi RekayasaRekayasa GenetikaGenetika
AplikasiAplikasi IndustriIndustri
AplikasiAplikasi AgrikulturalAgrikultural
AplikasiAplikasi TerapeutikTerapeutik ��
ProduksiProduksi hormonhormon insulin insulin untukuntuk penangananpenangananpenyakitpenyakit DM DM melaluimelaluiteknologiteknologi DNA DNA rekombinanrekombinan ((dipakaidipakaibakteribakteri E.coliE.coli sbgsbg vektorvektor), ), hemofilihemofili, , kankerkanker
AplikasiAplikasi keilmuankeilmuan ��
IdentifikasiIdentifikasi mikrobamikroba, , Human Genome Project Human Genome Project
PRODUK PCR PASIEN & PERAWATPRODUK PCR PASIEN & PERAWAT
SEKIAN DAN TERIMA KASIHSEKIAN DAN TERIMA KASIH