Oleh: irfanto | 15 Februari 2009

BIOTEKNOLOGI MIKROBA

BIOTEKNOLOGI MIKROBA

oleh:irfanto

Latar Belakang

Mikroba adalah sejenis organisme yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat oleh mata telanjang, sehingga diperlukan alat khusus untuk melihatnya. Mikroorganisme yang terdapat melimpah yaitu bakteri, mikroba juga termasuk virus, jamur seperti yeast dan mold, ganggang, organisme bersel tunggal yaitu protozoa. Mikroba-mikroba tersebut mempunyai banyak peranan yang penting dalam bioteknologi.

Bakteri berada pada bumi ini diperkirakan sejak 3,5 juta tahun dan mereka dalam jumlah besar melebihi manusia. Telah diperkirakan ada 50% lebih yang hidup. Dan kurang dari 1% yang sudah teridentifikasi, dikultur, dan dipelajari pada laboratorium. Kita semua ini dikellilingi oleh bakteri. Mereka hidup di kulit, dimulut, dan di usus kita. Mereka berada di udara dan berada di setiap permukaan yang kita sentuh. Bakteri juga beradaptasi untuk hidup pada beberapa lingkungan pada planet ini termasuk glaciers, pada suhu yang panas, dan dibawah permukaan atau diatas permukaan laut.

Struktur Mikroba

Sebelum membicarakan mengenai aplikasi dari bioteknologi lebih jauh lagi, yang perlu diperhatikan dan diketahui adalah perbedaan antara sel hewan dan sel tumbuhan. Sel diklasifikasikan sebagai eukariotik dan prokariotik, yang termasuk sel eukariotil yaitu pada sel tanaman dan hewan, jamur seperti yeast, ganggang, dan organisme sel tunggal yang disebut protozoa. Sedangkan yang termasuk prokariotik yaitu Archaea, bakteri. Struktur sel tunggal dari organisme penting dalam menentukan bagaimana mereka dapat digunakan dalam bioteknologi. Seperti contoh Archaea dapat hidup di lingkungan yang bergaram dan lingkungannya panas, dan mereka mempunyai proses metabolisme yang tidak seperti pada umumnya.

Sel bakteri lebih kecil (1-5 µm, 1µm= 0,001 mm) daripada sel eukariotik (10-100 µm) dan mempunyai struktur yang lebih sederhana. Sel bakteri juga menunjukkan struktur sebagai berikut:

  • Nukleus tidak mengandung DNA dan khususnya terdiri dari kromosom yamg sirkular dan tunggal yang sedikit mengandung protein histon.
  • Bakteri mungkin mengandung DNA plasmid.
  • Bakteri mempunyai sedikit membran yang mengikat organel.
  • Struktur dinding sel yang mengelilingi berbeda dari dinding sel tanaman. Komposisinya terdiri dari polisakarida yang lengkap protein yang disebut peptidoglikan, dinding sel dilindungi dalam mempertahankan bentuknya. Pada Archae strukturnya tidak mengandung peptidoglikan.

Kebanyakan bakteri diklasifikasikan berdasarkan zat warnanya, teknik ini untuk menentukan zat warna pada dinding bakteri.Bakteri gram positif mempunyai struktur dinding sel yang sederhana yang kaya akan peptidoglican sementara pada bakteri gram negatif mempunyai struktur dinding sel yang komplek yang sedikit mengandung peptidoglican. Bakteri tidak multiseluler seperti halnya hewan dan tanaman, meskipun beberapa bakteri mampu berasosiasi dengan masing-masing bakteri sehingga membentuk rantai atau filamen dari banyak sel yang dihubungkan.

Bakteri bisa berubah ukuran dan bentuknya. Biasanya berbentuk bola yang disebut cocci (tungal coccus), bentuk batang yang disebut basil (tungal basilus), dan berbentuk bakteri crokskrew spiral. Staphylococci adalah bakteri spiral yang hidup di permukaan kulit kita. Bacillus antracis adalah bakteri yang berbentuk batang yang menyebabkan penyakit antrax.

Kromosom sirkuler tunggal yang terdiri dari genome dari kebanyakan bakteri adalah relatif kecil. Rata-rata kromosom bakteri adalah 2 juta hingga 4 juta pasang basa bila dibandingkan dengan kromosom manusia adalah 200 juta pasang basa. Beberapa bakteri juga mengandung plasmid yang ditambahkan dalam DNA mereka. Plasma DNA sering mengandung gen untuk resistensi antibiotik dan genome untuk mengkode protein. Yang berbentuk tabung koleksi yang disebut dengan pili, untuk pergantian DNA antar sel. Plasma DNA merupakan alat esensial untuk biologi molekuler karena mampu membawa dan mereplikasi potongan dari DNA dalam eksperimen rekombinan DNA.

Bakteri tumbuh dan membelah sangat cepat dalam kondisi ideal, banyak sel bakteri membelah tiap 20 menit bila dibandingkan dengan sel eukariotik yang tumbuh dalam waktu 24 jam atau lebih lama sebelum mereka membelah. Tiap-tiap sel bakteri membelah membentuk 2 sel individu baru. Oleh karena itu di bawah kondisi tumbuh yang menyenangkan di dalam laboratorium, populasi sel bakteri dapat membelah dengan cepat untuk menghasilkan berjuta-juta sel yang identik. Karena bakteri sangat kecil, jutaan sel dapat tumbuh dalam tempat kecil yang berisi sel agar-agar atau media biakan cair. Ketika tumbuh dalam tempat biakan ,tiap-tiap sel bakteri membelah secara khas untuk membentuk koloni sirkuler yang mengandung ribuan bahkan jutaan sel. Untuk berbagai penerapan dalam bioteknologi, bakteri sering tumbuh dalam fermenter yang dapat menahan beribu liter dari media biakan cair.

Hal itu juga relatif muda untuk membuat strain mutan dari bakteri yang dapat digunakan untuk pelajaran molekuler dan genetik. Mutan dapat diciptakan dengan mengekspos bakteri dengan sinar X, sinar ultraviolet dan berbagai macam zat kimia yang memutasikan DNA (mutagen). Untuk jawaban ini, bakteri bukan merupakan satu-satunya organisme favorit dari banyak mikrobiologi, tetapi juga mikroorganisme ideal untuk dipelajari dalam biologi molekuler genetika, biokimia dan bioteknologi.

Yeast juga merupakan mikroba yang penting

Pada kenyataannya, arkeolog menemukan suatu resep tablet dari Babilonia lama 4300 sebelum masehi untuk membuat bir dengan menggunakan ragi, resep ini salah satu catatan tertua yang mendokumentasikan penerapan bioteknologi. Ragi merupakan sel tunggal eukariotik dari mikroba yang tergolong dari organisme yang disebut jamur. Ada sekitar 1,5 juta spesies dari jamur. Untuk sebuah instansi, jamur merupakan sumber penting untuk antibiotik dan obat penurun kolesterol dalam darah. Sebagai tambahan memiliki banyak struktur yang mirip dengan sel eukariotik seperti sel tumbuhan dan sel hewan, ragi juga mengandung beberapa organel yang disertai membran dalam sitoplasma, sitoskeleton dan struktur kromosomnya sama dengan kromosom manusia. Sel ragi juga memiliki genome yang lebih besar dari kebanyakan bakteri. Selain itu mekanisme ekspresi gen dalam ragi menyerupai sel manusia. Keistimewaan ini membuat ragi sebagai model organisme yang berharga untuk mempelajari struktur kromosom, pengaturan gen dan pembelahan sel.

Perbedaan macam ukuran pada ragi yang sangat besar, tetapi yang lebih utama lebih besar daripada bakteri dan bentuk spiral, elips, atau silindris. Banyak yang dapat tumbuh dengan adanya oksigen (kondisi aerob) dan tidak adanya oksigen (kondisi anaerob) serta di bawah variasi dari kondisi nutrisional. Besarnya jumlah dari berbagai macam tipe dari ragi mutan selalu tersedia. Saccharomyces cerevisiae, merupakan strain yang dipelajari dari ragi, merupakan organisme eukariotik yang pertama yang memiliki urutan genome yang lengkap. Dia memiliki 16 kromosom linier yang mengandung 12 juta pasang basa di dalam DNA dan kurang lebih 6300 gen. Beberapa penyakit gen dalam manusia juga ditemukan dalam ragi dan dengan mempelajari gen dalam ragi tersebut, ilmuwan dapat mempelajari hal-hal yang terbaik tentang apa yang gen lakukan dalam manusia dan penyebab penyakit manusia.

Baru-baru ini strain dari ragi yang disebut Pichia pastoris membuktikan dirinya sebagai partikel organisme yang berguna. Pichia tumbuh dengan berat jenis yang tinggi (biomassa) dalam biakan cair daripada kebanyakan strain dari ragi di laboratorium, memiliki jumlah promotor yang kuat yang dapat digunakan untuk produksi protein yang tinggi yang dapat digunakan dalam proses Batch untuk menghasilkan jumlah sel yang besar.

Mikroorganisme sebagai Alat

Mikroorganisme dari lingkungan alami atau bentuk yang dimodifikasi secara genetika memiliki kemampuan sebagai alat.

Enzim Mikroba

Enzim mikroba digunakan dalam penerapan produksi makanan untuk penelitian biologi molekuler. Karena mikroba merupakan sumber enzim yang baik sekali dan convenien, beberapa enzim yang tersedia diisolasi dan digunakan dalam biologi molekuler yaitu DNA polimerase dan enzim retriksi pada bakteri. Setelah diisolasi dari E.coli, DNA polimerase tersedia pada teknik rekombinan DNA seperti urutan label DNA untuk membuat penyelidikan dan menggunakan rantai polimerase untuk menjelaskan reaksi DNA.

Taq DNA polimerase sebagai thermostable enzyme.Taq adalah enzim esensial penyetabil panas untuk PCR yang diisolasi dari hot-spring Thermus aquaticus. Karena mereka mempunyai kemampuan untuk dipelihara dan tumbuh dengan subur di bawah lingkungan yang sangat panas, mikroba itu disebut Termophillus. Banyak kesamaan enzim termostabil yang diidentifikasi dalam berbagai Termophillus dan digunakan secara luas dalam PCR dan reaksi yang lainnya.

Enzim selulasa dihasilkan oleh E. coli, menurunkan selullosa, sebuah polisakarida yang membentuk dinding sel tanaman. Sellulase banyak digunakan secara luas untuk mencerna makanan binatang dengan mudah oleh binatang tersebut. Selulosa juga digunakan dalam pembuatan jeans. Kain ini diperlakukan dengan percampuran selulosa dengan jamur seperti Tichoderma reesei dan Aspergilus niger. Serat selulosa dalam katun digunakan untuk membuat celana panjang yang dihasilkan dengan tenunan yang lembut. Protease subtuilisin, diambil dari Bacillus subtilis, adalah komponen yang berharga dari detergen, dimana fungsinya untuk menurunkan dan memindahkan noda protein dari pakaian. Beberapa enzim dari bakteri juga digunakan untuk membuat makanan seperti enzim yang dapat mencerna gula yang disebut dengan amilase yang juga dapat digunakan untuk mendegradasi zat tepung dalam membuat sirup jagung.

Transformasi Bakteri

Transformasi bakteri adalah kemampuan dari bakteri menghasilkan DNA dari lingkungan sekitarnya, peristiwa ini merupakan langkah penting dari proses mengkloning DNA rekombinan. Pada kloning DNA, plasmid rekombinan dapat memasukkan kedalam sel bakteri sehingga mengalami transformasi, jadi bakteri tersebut dapat mereplikasi plasmid rekombinan tersebut. Banyak bakteri yang tidak mengumpulkan DNA dengan mudah kecuali mereka dibuat lebih bisa menerima sel yang disediakan untuk transformasi disebut sebagai sel kompeten. Satu teknik untuk mempersiapkan sel yang berkompeten yaitu dengan melibatkan persiapan sel dengan larutan es batu dari kalsium klorida. Kation atom positif di dalam kalsium klorida mengganggu dinding dan membran sel bakteri untuk membentuk lubang kecil dimana DNA dapat masuk. Sel ini dapat didinginkan dalam temperatur yang sangat rendah (-80 0C hingga -60 0C) untuk menjaga wilayah kompeten mereka dan kemudian dapat digunakan dalam laboratorium jika diperlukan.

Suatu saat ketika sel dipersiapkan, mereka dapat relatif mudah ditransformasikan dengan DNA seperti terlihat dalam gambar 5.3. Khususnya, pada DNA yang akan dimasukkan kedaalam bakteri adalah mengandung plasmid yang mengandung satu atau lebih gen resisten. Plasmid pembawa ini dicampur dalam tabung dengan sel kompeten dan kemudian diletakkan dalam es selama beberapa menit. Mekanisme yang tepat dari transformasi ini tidak sepenuhnya dapat dimengerti, tetapi kita harus tahu bahwa sel harus tetap dijaga pada keadaan dingin sebelum waktunya DNA pada bakteri keluar ke permukaan, dan kondisi yang dingin mungkin juga menyajikan pembentukan gap dalam struktur lipid dari membran sel yang masuk ke DNA. Kation dalam kalsium klorida berperan dalam menetralkan hilangnya phospat negatif dalam membran. Sel kemudian dipanaskan secara singkat, selama beberapa menit pada temperatur kira-kira 37 sampai 42^C. Selama pemanasan ini DNA masuk kedalam sel. Kejutan panas ini memproduksi gradien suhu yang dapat dianalogkan untuk membuka pintu pada hari yang dingin.Panas berjalan kedalam sel yang terbawa DNA sepanjang itu.

Setelah sel tersebut ditumbuhkan pada medium larutan kemudian dapat dipetakan pada medium agar-agar yang berisi antibiotik. Hanya sel yang ditransformasi dengan plasmid DNA yang berisi gen resisten yang dapat menghasilkan koloni. DNA plasmid direplikasi melalui transformasi bakteri dan gen pembawa pada plasmid ditranskripsi dan di translasi di dalam protein. Demikian sel bakteri menunjukkan protein rekombinan.

Proses ini disebut transformasi yang berarti perubahan. Perubahan ini menunjukkan kemampuan gen untuk mengenali gen-gen asing dalam tubuhnya. Transformasi sel ini dikarenakan mereka mempunyai perubahan genetik dengan penyandian yang bersifat baru melalui kemungkinan DNAnya untuk memproduksi bahan yang secara tidak normal diproduksi. Sebagi contoh E. Coli dapat ditransformasikan dengan sebuah gen yang disebut Green Foresescen protein (GFP) yang berasal dari jelly ikan.

Elektroporasi

Teknik lain dalam mentransformasikan sel adalah elektroporasi. Dalam cara ini alat uyang digunakan adalah elektropolator yang memproduksi kejutan listrik yang dapat dimasukkan DNA dalam bakteri sel tanpa membunuh banyak sel lain. Elektroporasi menawarkan beberapa keuntungan disamping kalsium klorida untuk ditransformasi. Elektroporasi secara tepat menerima beberapa sel dan dapat juga digunakan untuk memasukkan DNA dalam tipe sel yang lain. Diantaranya yeast, jamur, tumbuhan dan hewan. Sebenarnya prosese elektroporasi lebih efisien daripada melalui kalsium klorida transformasi. Lebih besar dan paling utama dari sel akan menerima DNA asing melalui elektroporasi daripada melalui kalsium klorida. Karena itu, sejumlah kecil DNA dapat digunakan untuk memindahkan sel masing-masing. Mengenai bagaimana sel bakteri ditransformasikan, satu DNA dimasukkan dalam bakteri dan berbagai teknik berguna dapat dibawa.

bakteri. Dalam elektroporasi, campuran dari bakteri dan DNA plasmid yang ditempatkan dalam kuvet. Melalui pengaplikasian laporan guncangan listrik pada kuvet, DNA secara cepat masuk ke dalam sel. Sel berisi DNA rekombinan kemudian dapat diseleksi untuk ditumbuhkan pada agar-agar yang berisi antibiotik atau komponen pilihan lainnya.

Teknik Kloning dan Pengekspresian

Salah satu alasan transformasi sel-sel bakteri adalah untuk mereplikasi DNA rekombinan yang dituju. Dalam pereplikasian DNA asing, perubahan bentuk bakteri juga penting karena mereka dapat sering digunakan untuk masyarakat menghasilkan protein untuk berbagai macam tujuan. Salah satu cara untuk mengekspresikan dan mengisolasi protein rekombinan yang dituju adalah dengan membuat protein fusi.

Pembuatan Protein Fusi Bakteri untuk Mensintesis dan Mengisolasi Protein Rekombinan

Ada banyak teknik penggunaan bakteri sebagai alat untuk sintesis dan isolasi protein rekombinan. Salah satu cara yang terkenal adalah dengan melibatkan pembuatan protein fusi. Ada bermacam-macam cara untuk menghasilkan protein fusi tetapi konsep dasar dari teknik ini adalah menggunakan metode DNA rekombinan untuk menyisipkan gen-gen pembentukan protein yang diinginkan ke dalam plasmid yang mengandung gen-gen untuk protein tersebut yang tersaji sebagai suatu kepingan. Kepingan protein kemudian menyebabkan isolasi dan purifikasi protein rekombinan sebagai protein fusi. Vektor plasmid untuk membuat protein fusi sering disebut sebagai vektor ekspresi karena vector plasmid ini memungkinkan sel-sel bakteri untuk menghasilkan atau mengekspresikan sejumlah besar protein. Pada umumnya digunakan vektor ekspresi yang melibatkan sintesis protein seperti enzim glutathione S-transferase, luciferase dan maltose-ikatan protein.

Vektor ekspresi rekombinan terdiri dari gen yang dituju yang dihasilkan di dalam bakteri oleh transformasi dan kemudian bakteri mensintesis mRNA dan protein dari plasmid ini. Untai mRNA mentranskrip molekul hibryd yang terdiri dari rangakaian kode gen yang dituju dan kepingan protein. Sebagai akibatnya, protein fusi disintesis dari mRNA ini yang mengandung protein yang dituju beserta kepingan protein, dalam kasus glutathione S-transferase ini.

Untuk mengisolasi protein fusi, sel-sel bakteri dilisis dan dihomogenisasi untuk menghasilkan ekstrak bakteri. Ekstrak ini kemudian dilewatkan suatu tabung berdiameter kecil yang disebut kolum. Salah satu cara untuk mengisi kolum adalah dengan plastik yang dibungkus dengan molekul yang akan mengikat bagian kepingan protein dari protein fusi. Teknik ini disebut daya kromatografi karena butir-butir dalam kolum memiliki daya untuk mengikat kepingan protein. Sebagai contoh, butir-butir plastik dipasang pada molekul yang disebut glutathione, yang akan mengikat glutathione S-transferase. Enzim pemotong yang menggunakan protein disebut protease yang memotong dan melepaskan protein yang dituju dari kepingan protein. Teknik fusi protein digunakan untuk memberikan protein yang bersih untuk mempelajari struktur dan fungsi protein dan digunakan untuk mengisolasi insulin dan protein rekombinan yang penting lainnya.

Protein Mikrobial Sebagai Reporter

Berdasarkan perkiraan baru-baru ini, ¾ dari semua organisme laut dapat melepaskan cahaya melalui suatu proses yang dikenal sebagai bioluminescence. Untuk ikan laut, bioluminescence terdapat pada garis-garis sel sepanjang sisi ikan dan pada siripnya yang dapat digunakan untuk menarik pasangannya dalam lingkungan lautan yang gelap. Bioluminescence pada banyak spesies laut lainnya disebabkan oleh bakteri seperti vibrio fisheri yang menggunakan organisme laut sebagai inang. Bakteri seperti Vibrio telah digunakan sebagai biosensor untuk mendeteksi kanker yang disebabkan bahan-bahan kimia seperti karsinogen, lingkungan polutan dan bahan kimia dan bakteri yang terdapat pada makanan. Vibrio fisheri dan strain bioluminescence laut lainnya yang disebut Vibrio harveyi menciptakan cahaya melalui melalui aksi gen yang disebut gen lux. Beberapa gen lux mengkode subunit protein yang membentuk enzim disebut luciferase (berasal dari bahasa latin lux ferre, yang berarti “pembawa cahaya”).

Luciferase merupakan enzim yang sama yang menyebabkan kunang-kunang menghasilkan cahaya. Gen lux telah diklon dan digunakan untuk mempelajari ekspresi gen dalam sejumlah cara yang unik. Sebagai contoh, dengan kloning gen lux ke dalam plasmid, plasmid lux dapat digunakan untuk menghasilkan protein fusi. Juga, gen lux dapat berperan sebagai gen-gen reporter. Jika menyisip ke dalam sel hewan atau tumbuhan, luciferase dikode oleh plasmid lux akan menyebabkan sel-sel ini berpendar. Dalam peristiwa ini, plasmid lux berperan sebagai reporter untuk memberikan indikator visual dari ekspresi gen.

Gen lux baru-baru ini telah digunakan untuk mengembangkan perpendaran kadar logam untuk menguji tuberculosis (TB). TB disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis, yang tumbuh secara perlahan dan dapat berada dalam tubuh manusia selama beberapa tahun sebelum individu tersebut dapat mengembangkan TB. Kadar logam TB, para ilmuan memperkenalkan gen lux dalam virus yang menginfeksi M. tuberculosis. Ludah dari pasien yang diinfeksi dengan M. tuberculosis dicampur dengan virus yang mengandung lux. Jika M. tuberculosis dalam sampel ludah, virus akan menginfeksi sel-sel bakteri ini, yang dapat dideteksi dengan pertumbuhan mereka. Gen-gen reporter memiliki peran penting dalam penelitian dan obat-obatan.

Penggunan mikroba untuk berbagai keperluan setiap hari

Mikroba penting untuk fungsi normal tubuh dan untuk banyak proses alami di lingkungan. Memanfaatkan mikroba potensial yang beasr dari mikroba untuk membuat makanan, mengembangkan dan memproduksi obat-obatan baru, dan menggunakan mikroba untuk mendeteksi dan membersihkan sampah di lingkungan kita.

Produk makanan

Mikroba digunakan untuk membuat berbagai jenis makanan, antara lain roti, yogurt, keju, acar kubis, dan dan berbagai macam minuman beralkohol, seperti bir, wine, sampanye, dan berbagai macam minuman keras yang lain. Dari cerita klasik “Little Miss Muffet” disebutkan Miss Muffet telah mempraktekkan bioteknologi, yaitu dengan menggunakan produk yang dinamakan “Churd dan Whey”.”Churd dan Whey” dibentuk dari susu yang mengalami koagulasi, dan koagulasi susu ini merupakan langkah penting selama memproduksi keju. Untuk membuat keju, susu dari sapi, kambing dan domba diguympalkan untuk membantu pengkoagulasian susu (Churd). Cairan yang mengalir yang dihasilkan dari pembentukan Churd disebut Whey.

Salah satu cara untuk membuat keju dari susu yang mengalami koagulasi adalah menggumpalkan susu dengan larutan asam, tetapi keju terbaik yang telah diuji adalah yang dibuat menggunakan enzim Renin. Pada awal pembuatan kaju, renin diperoleh secara tradisional dengan mengekstraknya dari lambung binatang yang baru saja melahirkan dan produksi susu spesies lain seperti domba, kambing, kuda dan bahkan zebra dan unta. Renin mengkoagulasi susu untuk memproduksi Churd dengan salah satu protein pencernaan yang disebut casein, yang merupakan komponen besar dari susu. Casein dicerna membentuk campuran protein yang tidak larut disebut koagulan. Sama dengan proses penggumpalan susu.

Pada tahun 1980. Penggunaan teknik DNA rekombinan, Ilmuwan-ilmuwan mengkloning renin dan mengeksprewsikannya dalam sel-sel bakteri dan jamur seperti Aspergillus niger. Rekombinan renin (sekarang disebut Chymosin) dari mikroba lebih luas digunakan dalam pembuatan keju sehingga pengganti yang lebih murah dari pada ekstrak renin dari hewan-hewan yang habis melahirkan. Pada tahun 1990, renin merupakan rekombinann DNA pertama untuk peningkatan bahan makanan dalam administrasi makanan dan obat-obatan. Untuk bebebrapa tipe keju, beberapa strain bakteri disebut bakteri “asam laktat” (Lactobacillus lactis) digunakan untuk pengkoagulsian. Bakteri ini mendegradasi ncasein dan metabolisme gula dalam susu dalam suatu proses yang disebuut fermentasi.

Fermentasi mikroba

Fermentasi merupakan prooses mikrobial penting yang memproduksi banyak produk makanan dan minuman beralkohol yang meliputi roti, bir, wine, sampanye, yogurt, dan keju. Fermentasi mikroba memiliki peran yang sangat penting dalam bioteknologi. Salah satu aplikasi pertama dari mikroganisme_pembuuatan bir dan wine_melibatkan feermentasi dengan yeast

Sel-sel heewaan dan tumbuhan dan banyak mikroba mengandung eenergi dari karbohidrat seperti glukosa dengan menggunakan elektron dari gula ini untuk membentu molekul yang disebut Adenosine Triphosphat (ATP). Produksi ATP terjadi dari serangkaian reaksi. Reaksi pertama disebut glikolisis, memecah glukosa menjadi dua molekul pirruvat. Selama pengubahan ini, elekjtroon ditransfer dari glukosa ke molekul elektron carrier yang disebut NAD+, dengan menangkap elektron membentuk NADH [gambar 5.8 (b)]. Mleul ini mentranspor elektron untuk reaksi subskuen d dalam proses yang menghasilkan ATP. Untuk bakteri dan yest tertentu, oksigen merupakan bagian penting dari reaksi transpor elektron ini. Mikroba yang menggunakan oksigen untuk produksi ATP disebut bakteri aerob. Karena mereka mengalami metabolisme pembebasan oksigen.

Banyak mikroba tinggal di area dimana oksigen jarangv ataau tidak ada sama sekali sepeeti pada usus binatang, perairan yang dalam, ataau tanah. Karena organisme ini haarrus survive tanpa oksigen, mereka lambat laun memiliki kemampuan untuk memperoleh energi dari gula meskipun tidak ada oksiigen (kondisi anaerob). Ini adalah fermentasi, dan mikroba-mikroba yang digunakan dalam fermentasi disebut mikrob anaerob. Proses feermentasi ini sama engan glikolisis sdalaam penggunaan NAD+ untuk menangkap elektron membeentuk NADH dan piruvat. Dalam metabolisme aerobik, oklsgen diperlukan untuk menangkap elektron dari NADH dan piruvat untuk membentuk ATP. Semua organisme haruus me-recycle NADH menjadi NAD+. Fermenttasi memungkinkan banyak bakteri anaerob melakukaannnya dalm situasi tidak adanya oksigen. Beberapaa bakteri anaerob mampu melakukan fermentasi baik dalam kondisi aerob maupun anaerob, tergantung ada tidaknya oksigen. Dalam keadaan tanpa oksigen, bakteri anaerob lambat laun melakukan reaksi fermentasi. Fermentasi mikroba mengunakan piruvat sebagai molekul aseptor eleektron untuk mengambil elektron dari NADH menjadi NAD+ (gambar 5.8 (b)). Terdapat dua tipe fermentasi, yaitu fermentasi asam laktat daan fermentasi alkohol.

Dalam fermentasi asam laktat, elektron dari NADH digunakan untuk mengubah piruvat menjadi asam laktat, juga disebut laktat, dan selama fermentasi lkohol, elektron dari NADH mengubah piruvat menjadi etanol. NAD+ didapat ketika elektron dipindahkan dari NADH dan ditransfer ke piruvat untuk membuat laktat ataau etanol pada langkah terakhir dari fermentasi. Selama fermentasi alkohol, gas karbon dioksida juga diproduksi sebagai produk sampah. Ada banyak strain dari bakteri fermentasi dan yeast, tipe lain dari feermentasi menghasilkan acar dari kubis, dan memproduksi produk yang bermanfat sebagai asam asetat dalam cuka, aasam sitrat dalam jus buah, serta aseton dan etanol, dua bahan kimia yang sering digunakan di laboratorium untuk membrsihkan peralatan kaca dan aplikasi yang lain. Bagaiimanapun juga, produk mikrobiaal ini mempunyai keuntungan yaitu meeghasilkan produk yang lebih efisien dan murah. Fermentasi asam laktat juga terjadi pada sel otot manusia selama latihan kers. Raasa panas pada kaki ketika berlari merupakan hsil fermentasi asam laktat pada sel otot yang menghasilkan asam laktat.

Untuk membuat bir dan wine, banyak proses melibatkan strain liar dari yeast yang hidup pada tanaman anggur dan strain domestik dari yeast yaitu Saacaromyces cerevisiae, yang sangat bagus pada fermentasi alkohol. Tong besar atau fermenter mengandung anggur yang telah dihancurkan dan yeast yang dicampur bersama di bawah kondisi yang terkontrol secara hati-hati. Fermentasi yeast, mengubah gula dari anggur menjadi alkohol. Rata-rata fermentasi dimonitor dan dikontrol secara hati-hati dengan mengubah kadar oksigen dalam fermenter dan temperatur. Dengan memanipulasi rerata fermentasi, pembuat wine dapat mengontrol kandungan alkohol dari wine sampai kandungan alkohol yang diinginkan dan rasa yang dicapai. Botol sampanye dan wine lain berkilauan ditutup ketika yeast masih di dalam cairan dan aktif melakukan fermentasi. Gas karbon diokisda yang terperangkap dalam botol dan dikeluarkan hanya ketika tutup botl dibuka, membuat karakteristik botol sampanye “pop”.

Bakteri asam laktat digunakan untuk memproduksi keju, krim masam dan yogurt. Produk semisolid milik yang populer, yogurt, pertama kali dibuat di Bulgaria dan telah tersebar di seluruh negara di dunia. Produksi yogurt lebih istimewa melibatkan campuran dari bakteri yang sering mengandung strain-strain dari mikroba fermentasi asam laktat anaerob seperti Streptococcus thermophillus dan suatu strain yang disebut Lactobacillus (Lactobacillus delbrueckri dan Lactobacillus bulgaris). Kultur yang aktif dari mikroba fermentasi asam laktat ini ditambahkan ke campuran susu dan gula pada suatu fermenter yang dipelihara dengan kontrol temperatur yang hati-hati. Mikroba dalam campuran mengunakan gula untk memproduksi asam laktat. Buah dan pemberi rasa lain mungkin kemudian ditambahkan pada yogurt sebelum yogurt didinginkan pada lemari es yang memiliki temperatur 4-5 oC untuk mencegah perubahan komposisinya. Asam laktat dan produk lain dari fermentasi memberikan kontribusi dalam permen dan rasa masam dari yogurt dan berperan dalam pengkoagulasian dari yogurt.

Protein-protein Terapi

Perkembamngan teknologi DMA rekombinan berlangsung secara cepat engan menggunakan bakteri untuk memproduksi beberapa produk obat-obatan sebagai protein terapi. Insuin merupakan molekul rekombinan pertama yeng terekspresi dalam bakteri bagi manusia.

Pembentukan Insulin Rekombinan dalam Bakteri

Insulin merupakan hormon yang diproduksi oleh sel-sel pankreas yang disebut sel beta. Ketika insulin diekskresikan oleh pankreas dalam aliran darah, ia memberikan penting dalam metabolisme karbohidrat. Salah satu fungsi primernya yaitu meningkatkan pengambilan glukosa oleh sel-sel tubuh (sel-sel otot) yang akan dipecah untuk menghasilkan ATP sebagai sumber energi. Tipe I atau pembebasan insulin dibetes melitus disebabkan karena produksi insulin dari sel beta yang tidak seimbang. Penurunan hasil produksi insulin dalam konsentrasi gula darah dapat menyebabkan beberapa gangguan kesehatan seperti tekanan darah tinggi, sirkulasi rendah, katark, dan kerusakan saraf.

Pada awal teknologi DNA rekombinan, insulin digunakan untuk menyembuhkan diabetes yang dicuci dari pankreas babi dan sapi sebelum diinjeksikan pada penderita diabetes. Proses pencucian ini sulit untuk dilakukan, mahal, dan sering menghasilkan insulin yang tidak murni. Selain itu, pencucian insulin juga tidak efektif bagi beberapa individu serta dapat menimbulkan alergi. Pada tahun 1978, insulin dikloning sebagai vektor plasmid yang diekspresika dalam sel bakteri dan diisolasi oleh sekelompok ilmuwan bioteknologi dan Fransisco di Genentech. Pada tahun 1982, rekombinan insulin manusia ini disebut humilin yang merupakan produk bioteknologi pertama untuk kebutuhan manusia yang diijinkan oleh Administrasi makanan dan obat-obatan U.S.

Normalnya bakteri tidak menghasilkan insulin, dan pembentukan insulin manusia dalam bakteri rekombinan merupakan kemajuan bioteknologi yan signifikan. Insulin manusia mengandung 2 polypeptida yaitu rantai subunit A (21 asam amino) dan B (30 asam amino).

Dalam pankreas, sel beta dsintesis di antara rantai-ratai insulin sebagai satu polipeptida yang disekresikan kemudian dipotong dengan enzim dan dilipat untuk mengabungkan 2 subunit. Ketika gen penghasil insulin manusiadikloning dan diekspresikan dalam bakteri. Gen-gen untuk tiap-tiap subunit dikloning untuk memisahkan ekspresi vektor plasmid mengandung gen lac z yang mengkode enzim β galaktosidase (β-gal) dan kemudian ditransformasikan ke bakteri.

Karena gen-gen insulin dihubungkan dengan gen lac z, ketika bakteri mensintesis protein-protein dari plasmid, mereke memproduksi protein yang megandung β-gal diikatkan pada protein insulin manusia untuk membentuk protein fusi β-gal-insulin. Protein fusi disembuhkan secara kimia untuk menghentikan pembelahan β-gal, mengeluarkan protein insulin, kemudian pemurnian rantai A dan B dicampur bersama di bawah kndis yang mengijinkan 2 subunit untuk mengikat dan membentuk hormon yang aktif. Setelah pemurnian membentuk FDA pemandu, hormon rekombinan siap untuk diinjeksikan kepada pasien.

Tidak lama setelah insulin dipasarkan, hormon pertumbuhan dikloning dalam bakteri dan dipasarkan untuk kebutuhan manusia. Kemudian pengkloningan bakteri ini semakin luas pengunaanya sebagai hasil dari teknologi DNA rekombinan dan pengekspresian protein dalam bakteri.

Penggunaan Mikroba yang Melawan Mikroba lain

Antibiotik merupakan substansi yang diproduksi dari mikroba yang menghalangi tumbuhnya mikroba-mikroba lain. Antibiotik merupakan salah satu tipe obat antimikrobial. Penicillin merupakan antibiotik pertama yang digunakan secara luas pada manusia dan merupakan contoh penemuan yang mengagumkan tentang bagaimana beberapa mikroba menjaga diri mereka dari mikroba lian dengan membuat substansi antimikrobial. Alexander Flemming merupakan ahli mikrobiologi yang menemukan koloni Penicillium notatum menghambat tumbuhnya Staphylococcus areus. Ketika kedua mikroba tersebut dikultur dalam cawan petri, Staphylococcus areus tidak akan tmbuh di area yang dekat dengan koloni Penicillium notatum. Beberapa tahun kemudian digunakan Penicillium notatum untuk mengisolasi obat-obatan yang disebut Penicillin, yang kemudian diproduksi dalam jumlah banyak dan digunakan untuk pengobatan dengan cara menyuntikkan bakteri pada manusia.

Kebanyakan antibiotik diisolasi dari bakteri dan bakteri yang substansinya dapat menghambat pertumbuhan bakteri lain. Pada tahun 60-an, sejak ditemukannya Penicillinriban antibiotik lain ditemukan dan ratusan antibiotik berbeda telah diisolasi. Adapun contoh-contoh antibiotik it dapat dilihat pada tabel 5.2

Tabel 5.1 Protein Terapi dari Bakteri Rekombinan

Protein

Fungsi

Aplikasi Medis

Dnase

Erytroprotein

Factor VIII

Granulocyte Colony stimulating factor

Hormon pertumbuhan (manusia, sapi, babi)

Insulin

Iinterferon dan interleukin

Superoxide disintase

Tissue

plasminoggen activator (tPA)

Vaksin

Enzim pencernaan DNA

Merangsang produksi sel darah

Faktor pembeku darah

Merangsang pertumbuhan sel darah putih

Hormon yang merangsang pertumbuhan tulang dan jaringan otot

Hormon yang dibutuhkan untuk mengurangi kadar glokusa dalam sel tubuh

Faktor penumbuh yang merangsang pertumbuhan dan produksi sel darah

Antioksida yang mengikat dan menghilangkan radikal bebas berbahaya

Mencairkan gumpalan darah

Merangsang sistem imun untuk melawan bakteri dan infeksi virus

Pengobatan terhadap pasien Cystic fibrosis

Digunakan untuk mengobati pasien animea (sedikit sel darah merah)

Digunakan untuk mengobati hemofili tertentu (penyakit pendarahan akibat kekurangan faktor pembeku darah)

Digunakan untuk menamba produksi sel darah putih tertentu; merangsang produksi sel darah melalui transplantasi sum-sum tulang

Pada manusia digunakan untuk mengobati individu dwarfism. Meningkatkan badan pada babi dan sapi, dan merangsang produklsi susu pada sapi

Digunakan untuk mengontrol kadar gula darah pada penderita diabetes.

Pengobatan kanker sel darah sperti leukimia, meningkatkan jumlah platelet, dan beberapa protein ini digunnakan untuk mengobati jenis kanker lain

Meminimalisasi kerusakan jaringan selama dan setelah serangan jantung

Digunakan unktuk mengobati pasiien serangan jantung dan penderita stroke

Digunakan untuk kekebalan manusia dan binatang melawan berbagai jenis patogen; juga digunakan pada beberapa kanker tumor

Tabel 5.2

Antibiotik

Sumber mikroba

Kegunaan antiibiotik

Bacitracin

Erytromicin

Neumycin

Penicillin

Streptomycin

Tetracycline

Bacillus subtitus (bakteri)

Streptommyces erythraeus (bakteri)

Streptomyces fradiae (bakteri)

Penicillium notatum (jamur)

Streptomyces griseus (bakteri)

Streptomyces auureofaciens (bakteri)

Pengoobatan pertama, dapat berupa salep dan krim kulit

Digunakan secara luas untuk mengobati infeksi bakteri terutama pada anak-anak

Salep kulit dan krim pokok lain

Antibiottik yang diinjeksikan atau diminum, digunakan pada mannusia atau binatang ternak (binatang piaraan dan unggas)

Antibiotik yang diminum, diigunakan untuk mengobati banyak infeksi bakteri pada anak-anak

Digunakan untuk mengobati infeksi kandung kemih pada manusia. Umumnya digunakan padda kaki binatang untuk mengurangi infeksi daan merangsang berat badan

Bagaimana antibiotik dan obat antimikrobial lainnya mempengaruhi el bakteri. Kebanyakan dari substansi antibiotik dari obat antimikrobial beraksi dalam beberapa jalan kunci. Cara yang lain mencegah bakteri dari replikasi atau membunuhnya secara langsung.

Antibiotik dapat ersak dinding sel atau mencegah sintesis DNA bakteri, memblok protein sintesis dan mencegah replikasi DNA, atau mencegah terjadinya sintesis atau aktifitas enzim yang penting bagi kelangsungan metablisme bakteri.

Berbagai Macam Cara Pemanfaatan Mikroba

Antibiotik hanya efektif melawan bakteri, antibiotik tidak bekerja melawan virus seperti yang menyebabkan flu. Selain itu, resistansi bakteri terhadap antibiotik telah menjadi masalah utama. Peningkatan penggunaan antibiotik pada manusia dan hewan ternak telah menimbulkan peningkatan antibiotik-resistan bakteri secara drastis, termasuk beberapa strain yang tidak merespon semua antibiotik yang efektif dulunya.

Antibiotik-strain resistan dari S. aureus, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pneumoniae, M. tuberculosis dan banyak strain mematikan lainnya dari pathogen manusia yang telah terdeteksi di rumah sakit. Karena sebagian besar antibiotik menyerang sel bakteri dalam sejumlah cara yang terbatas, resistansi terhadap suatu antibiotik sering menimbulkan resistansi terhadap banyak obat-obatan lainnya. Konsekuensinya, obat-obatan antimikrobial baru yang berbahaya terhadap bakteri dalam cara yang berbeda perlu dikembangkan untuk penggunaan medis sama baiknya untuk perawatan makanan hewan seperti sapi, babi dan ayam. Dari pohon mikroba dan ganggang laut, para ilmuan mengevaluasi banyak organisme sebagai sumber potensial zat-zat antimikrobial baru.

Cara lain untuk menciptakan obat-obatan antimikrobial baru adalah dengan mempelajari bakteri phatogen dan mengidentifikasi toksin serta properti yang menyebabkan penyakit bakteri. Dengan memahami faktor-faktor yang melibatkan penyebab penyakit, para ilmuan dapat mengembangkan strategi baru untuk memblok replikasi bakteri. Sebagai contoh, untuk bakteri tertentu, kemampuan mereka menyebabkan penyakit, mengharuskan mereka menempel pada jaringan manusia. Sel-sel bakteri, dapat mengganda dan kemudian menghasilkan toksin yang cukup untuk menyebabkan penyakit. Para ilmuan bekerja tidak hanya mengidentifikasi protein yang digunakan bakteri untuk menempel pada jaringan manusia dan menyebabkan penyakit tetapi juga merancang apa yang disebut dengan mikroba inducer – sel-sel bakteri yang berbahaya secara genetik mengatur kegiatan sebagai faktor-faktor kehidupan untuk menghasilkan molekul anti-adesi, enzim dan agen antimikrobial lainnya. Inducer mikroba lainnya akan melepaskan komponen antimikrobial khusus ke dalam tubuh pasien untuk merusak mikroorganisme penyebab penyakit. Tanpa memperhatikan strategi antimikrobial, mikroba akan melanjutkan peranan penting dalam melawan mikroba berbahaya penyebab penyakit.

Bidang Aplikasi Mikroorganisme Rekombinan

Secara genetik bakteri digunakan untuk menghasilkan banyak produk rekombinan yang berbeda, dan beberapa dari sebagian besar penggunaan kontroversial mereka telah melibatkan pelepasan bakteri rekombinan untuk bidang aplikasi.

Mikroba Rekombinan pada Lahan

Banyak strain natural bakteri berperan penting dalam degradasi produk sisa dan dalam bioremediasi lingkungan yang terpolusi. Strategi baru dalam bioremediasi juga melibatkan penggunaan mikroba secara genetika yang mengandung gen-gen yang membantu organisme ini menurunkan sampah secara cepat dan efisien ketika mereka dilepas ke lingkungan.

Aplikasi lahan pertama secara genetik bakteri dikembangkan di Universitas California oleh pathologist tumbuhan Steven Lindow dan rekannya. Mereka mengidentifikasi strain bakteri yang disebut Pseudomonas syringae, yang membuat protein bakteri yang menstimulasi pembentukan kristal es. Lindow dengan rekannya menciptakan bakteri “ice-minus” dengan memindahkan protein es yang menghasilkan gen-gen dari P. syringae. Mereka berpendapat bahwa pelepasan bakteri “ice-minus” ke dalam tanaman akan menyebabkan bakteri “ice-minus” melewati normal, pembentukan es P. syringae dan menyebabkan beku-tanaman panen yang sensitif dengan perlindungan dari dingin, sehingga pemanjangan musim pertumbuhan dan peningkatan lahan tanaman.

Dikelilingi dengan banyaknya kontroversi, Lindow menerima pengakuan pada 1987 dalam uji P. syringae pada tanaman kentang. Kira-kira pada waktu yang sama, ilmuan lainnya menerima ijin untuk menguji bakteri “ice-minus” pada strawberry di sebuah kota kecil di California. Ini merupakan pertama kalinya secara sengaja perubahan genetik mikroba dilepas ke dalam lingkungan Amerika Serukat. Dalam kedua eksperimen, mayoritas tanaman dirusak oleh kegiatan perubahan genetik mikroba yang dilepas. P. syringae “ice-minus” telah menunjukkan beberapa perlindungan dari beku, tetapi mereka tidak seefektif pada mampu melewati pertumbuhan normal, pembentukan es P. syringae seperti yang Lindow dan lainnya harapkan. Eksperimen dengan strain ini masih lakukan.

Contoh lainnya dari aplikasi lahan strain bakteri yang mengalami perubahan genetik meliputi Pseudomonas fluorescens. Strain ini diatur dan dieksperimenkan dengan melindungi tanaman melawan serangga pemakan akar yang merusak pertanian tanaman penting seperti katun dan jagung. Para ilmuan telah memperkenalkan toksin yang menghasilkan gen dari bakteri phatogen serangga Bacillus thuringiensis (Bt) ke dalam P. fluorescens. Bt menghasilkan sejumlah toksin yang bekerja sebagai insektisida yang efektif ketika diserang oleh insekta. Salah satu toksin gen Bt mengkode enzim galaktosyltransferase, yang mengubah karbohidrat menjadi lipid dan protein dalam usus insekta, membunuh insekta. Toksin Bt menghasilkan strain P. fluorescen dan bakteri lainnya telah disemprotkan ke daun tanaman untuk memberikan hasil panen dengan resistansi serangga. Ketika insekta memakan daun ini, mereka mencerna beberapa perubahan genetik P. fluorescens dan mati.

Contoh ini mengilustrasikan kemampuan mikroba rekombinan dalam aplikasi lahan. Penggunaan mikroba rekombinan di laboratorium dan di lahan meningkat ketika para ilmuan mulai menyingkap rahasia mikroba genom.

Vaksin

Penggunaan antibiotik dan vaksin telah terbukti efektif untuk pengobatan beberapa penyakit yang disebabkan oleh mikroorganisme pada manusia dan hewan (gambar 5.11). keduanya telah terbukti bekerja dengan baik untuk mengobati penyakit yang disebabkan oleh microba pada manusia dan hewan. Namun demikian patogen (penyakit yang disebabkan oleh mikroba) dengan resistensi terhadap vaksin dan antibiotik telah menimbulkan pertanyaan tentang keefektifan vaksin dan mikroba. Penyakit yang disebabkan oleh infeksi mikroba telah menyerang 60 % penduduk dunia dan menyebabkan kematian anak-anak dibawah usia 4 tahun. Dengan mengesampingkan bagaimana caranya, kemampuan kita dalam mencegah, mendeteksi dan mengobati penyakit yang disebabkan oleh infeksi mikroba merupakan aspek yang penting dalam bioteknologi mikroba dan vaksin memerankan peranan yang penting dalam proses ini. Apa perbedaan dari vaksin dan antibiotik ? bagaimana vaksin bekerja ?

Dengan ditemukannya antibiotic dan vaksin telah dapat membantu mengurangi angka kematian akibat mikroorganisme. Sekitar tahun 1940 digunbakanlah vaksin penicillin untuk pertamakali dan hasilnya sangat memuaskan. Hingga akhir tahun 1980-an, angka kematian semakin menurun.

Penggunaan vaksin untuk pertamakali dilakukan oleh Edward Jenner pada tahun 1796. didemontrasikan bahwa penyakit yang disebabkan oleh virus Cowpox dapat digunakan sebagai vaksin bagi penyakit smallpox pada manusia. Smallpox dan cowpo merupakan virus yang berhu8bungan dekat. Smallpox telah menginfeksi beberapa daerah di eropa dan diperkirakan 80 % bangsa Amerika di pantai timur USA mati karena infeksi smallpox. Diduga virus ini dibawa oleh bangsa eropa yang mendiami amerika utara. Virus Cowpox menyebabkan lepuhan dan luka pada kulit sapi, dan juga berpengaruh terhadap kulit manusia. Milkmaid telah mengklaim bahwa infeksi virus cowpox telah melindungi dirinya dari serangan virus smallpo. Jenner telah menyiapkan vaksin untuk virus smallpox. Dia mengambil beberapa cairan dari luka pada kelenjar susu dan menggunakan jarum untuk menyuntikkannya pada orang sehat. Pasien pertamanya adalah bocah berumur 8 tahun. Sukarelawan yang telah disuntik dengan cairan tersebut tidak terinfeksi oleh smallpox. Dapat diketahui bahwa cairan cowpox menginduksi sistem imun tubuh untuk memproteksi diri dari serangan virus smallpox.

Eksperimen ini mendemontrasikan tentang vaksinasi (berasal dari bahasa latin, vacca yang berarti sapi) menggunakan agen penginfeksi untuk menhasilkan sistem imun tubuh yang menahan serangan penyakit. Walaupun Amerika Serikat telah menghentikan vaksinasi rutin untuk Smallpox di tahun 1972, pada tahun 1980 diketahui bahwa penyakit yang disebabkan oleh smallpox telah hilang. Di nagara amerika sserrikat diadakan imunisasi pada bayi yang baru lahir, anak-anak dan orang dewasa. Walaupun anda tidak dapat mengingat kembali vaksinasi pertama anda, anda telah divaksinasi dengan vaksin DPT yang menghasilkan pertahanan terhadapa penyakit selama bebrapa tahun dari bakteria racun seperti Dhipteria, Pertussis, dan tetanus. Vaksin lain untuk anak-anak adalah vaksin MMR (Campak, Gondok, Rubella).

Anda dapat juga divaksinaasi dengan OPV untuk mencegah penyakit yang disebabkan oleh virus polio, yaitu yang menyerang neuron pada saraf spinal yang menyebabkan penyakit polio. Seperti vaksin smallpox, OPV telah terbukti menurunkan angka orang yang terkena penyakit polio. Polio telah hilang di daerah Amerika utara, Amerika Selatan, dan sebagian besar Eropa; bagaimanapun polio tetap ada di bagian bumi lainnya. Polio, pernah dikenal sebagai virus penyakit umum, telah mematikan jutaan anak-anak di dunia selama tahun 1954 saat vaksin pertama untuk polio dikembangkan oleh Jonas Salk. Vaksin Salk menggunakan teknik penyuntikan, pada tahun 1961 Albert Sabin mengembangkan vaksin yang dapat diminum.

Keutamaan Antibodi

Sistempertahanan tubuh pada manusia dan beberapa hewan adalah sistem yang komplek. Bebrapa sel dalam tubuh bekerja secara bersama-sama melalui proses yang berliku-liku untuk mengenali materi asing yang masuk ke dalam tubuh dan menetralisir atau menghancurkan materi asing tersebut. Materi asing ioni disebut sebagai antigen. Yang termasuk ke dalam antigen adalah bakteri, jamur dan virus atau molekul seperti protein atau lemak. Secara singkat, beberapa orang yang alergi terhadap makanan memiliki sistem kekebalan pada protein, karbohidrat, dan lemak pada makanan tertentu.

Sistem kekebalan merespon antigen untuk memproduksi antibodi. Respon ini disebut kekebalan yang dimediasi oleh antibodi. Ketika antigen terdeteksi, sel B limfosit (yang disebut sel B) yang merupakan salah satu tipe sel darah putih (leukosit) mengatur dan mengikat antigen. Sel T limfosit (biasa disebut sel T) memerankan peranan penting dalam membantu sel B untuk membentuk sel plasma. Sel ini akan memproduksi dan mensekresikan antibodi. Sebagian besar antibodi dilepaskan kedalam plasma darah, tetapi ada juga beberapa antibodi yang terdapat dalam kelenjar saliva, kelnjar pencernaan dan lain-lain. Salah satu tujuan dari memproduksian antibodi adalah untuk membentuk proteksi terhadap antigen. Selama proses ini, sel B berkembang dan beberapa sel B menyimpan data antigen dalam bentuk memori dan disebut sel memori. Sel ini memiliki kemampuan untuk mengenali materi asing/antigen beberapa tahun sesudah infeksi dan menginduksi tubuh untuk memproduksi antibodi terhadap antigen tersebut

Pembentukan antibody ini dibedakan menjadi dua, yaitu respon primer dan respon sekunder. Respon primer adalah pembentukan antibody pada saat pertamakali antigen memasuki tubuh manusia tersebut. Sedangkan respon sekunder terjadi ketika antigen yang sama memasuki tubuh manusia tersebut mungkin beberapa tahun setelah respon primer. Pada respon primer, limfosit B memiliki reseptor khusus yang berfungsi untuk mengikat antigen. Ketika antigen masuk untuk pertamakalinya dalam tubuh manusia, maka antigen akan diikat oleh reseptor khusus pada limfosit B. selanjutnya limfosit B tersebut mengalami proliferasi untuk membentuk limfoblas dalam jumlah besar. Selanjutnya sel limfoblas B tersebut mengalami diferensiasi membentuk sel plasma. Sel-sel plasma inilah yang nantinya membentuk antibody untuk antigen tersebut. Sehingga antigen dapat diberantas dan manusia tersebut dapat sehat badannya. Pada respon primer ini sel B mendapatkan memori mengenai antigen trersebut sehingga antigen yang sama dapat diberantas dengan cepat bila masuk kembali ke dalam tubuhnya. Respon sekunder yang mungkin saja terjadi beberapa tahun setelah respon primer terjadi akan mempermudah tubuh untuk mmembuat antibody. Pembuatan antibody pada dasarnya memerlukan memori tentang antigen tersebut. Pada respon pertama telah didapatkan memori antigen, sehingga pada respon kedua pemasukan memori mengenai antigen yang sama tidak diperlukan lagi. Dengan memori tersebut antibody segera dibuat dan segera bekerja secara efektif pada antigen tersebut. Bahkan antibody yang dihasilkan dari memori sel B akan lebih kuat dan lebih sensitive terhadap antigen tersebut.

Antibodi sangat spesifik untuk antigen yang dibuat, tatapi bagaimana protein ini melindungi tubuh melawan zat-zat luar? Banyak antibodi yang mengikat dan melapisi antigen yang mereka buat (gambar 5.13). Setelah antigen tertutup oleh antibodi, sejenis leukosit yang disebut makrofag dapat menetralisir mereka. Makrofag merupakan sel yang sangat efektif memfagositosis/memakan (makrofag berarti sel pemakan, berasal dari istilah Yunani Phago=makan, Cyto=sel). Dalam fagositosis, makrofag menelan antigen yang tertutup dengan antibodi, kemudian organel dalam makrofag (lisosom) melepaskan enzim pencernaan yang dapat memecah antigen (gambar 5.13). Ketika antigen tersebut berasal dari luar seperti bakteri, beberapa antibodi dimasukkan dalam mekanisme yang memecahkan sel melalui proses yang disebut sel lisis.

Beberapa mekanisme tersebut adalah dengan Aglutinasi, Opsonisasi, Neutralisasi, Antibodi dengan sel dependen dimediasi oleh sitotoksiti, Inflammasi, dan yang terakhir adalah pengaktifan komplemen/ fiksasi komplemennya. Aglutinasi adalah proses pelumpuhan antigen dengan antibody yang mengikat antigen dengan kuat dan dibantu bakteri untuk mengurangi jumlah unit infektan. Pada opsonisasi, terjadi proses pengeblokan adesi. Toxin memiliki beberapa bagian yang aktif yang berfungsi untuk menginfeksi sel-sel tubuh. Pada proses opsonisasi ini terjadi pengeblokan pada sisi-sisi yang aktif tersebut sehingga antigen/toxin tidak dapat menginfeksi sel-sel tubuh. Pada mekanisme berupa pengikatan antibody dengan sel dependen yang dimediasi oleh sitotoksiti terjadi penghancuran oleh antibody dengan menghasilkan sel-sel non specific imun yang nantinya menerang sel target. Pada inflammasi, terjadi proses fagositosis selsel yang telah terinfeksi. Sel-sel yang telah terinfeks9i memasuki pembuluh darah, di sini akan terjadi pengikatan sel terinfeksi oleh komplemennya/protein reaktif. Kemudian sel terinfeksi dikeluarkan dari pembuluh darah dan segera dihadapi oleh macrophage yang dengan segera memakan sel-sel terinfeksi. Pada pengaktifan komplemen, terjadi pengikatan antibody pada se lasing. Kemudian antibody mengikat sel komplemen dan mengaktifkannya. Sel komplemen yang telah aktif dapat masuk pada membrane se lasing dan mengakibatkan lisis pada sel asing tersebut.

Sesaat setelah kita lahir, kita mengenali antigen yang nantinya menginduksi sistem kekebalan tubuh unutk membentuk antibodi. Tetapi terkadang produksi secara alami antibodi kita tidak mencukupi untuk melindungi tubuh kita dari antigen, seperti smallpox, virus hepatitis, dan AIDS. Dengan bioteknologi kita dapat membantu tubuh kita untuk meningkatkan kekebalan tubuh melalui penggunaan vaksin.

Bagaimana vaksin dibuat ?

Vaksin merupakan bagian dari patogen atau organisme yang menginduksi tubuh manusia dan hewan untuk merespon antigen tersebut melalui sistem kekebalan tubuh. Ketika manusia atau hewan telah divaksinasi, sistem kekebalan tubuh kita mengenali vaksin sebagai antigen. Kemudian tubuh kita mulai memproduksi antibodi dan sel memori (dari sel B). Dengan bekerjanya sistem kekebalan tubuh kita, vaksin menekan sistem imun untuk memproduksi antibodi dan sel memori yang dapat bekerja secara cepat ketika antigen yang sebenarnya memasuki tubuh kita. Penggunaan vaksin tidak hanya pada manusia tetapi juga pada hewan seperti hewan peliharaan, hewan ternak, hewan di kebun binatang dan hewan buas.

Macam-macam vaksin

Jadi bagaimana vaksin dibuat ? Ada tiga strategi utama untuk menciptakan sistem imun dengan vaksin. (1) subunit vaksin yang dibuat melalui cara menyuntikkan viral atau struktur bakteri, biasanya protein atau lemak dari mikroba untuk merespon sistem imun. Contohnya vaksin untuk melawan virus hepatitis B. (2) pengurangan vaksin yang melibatkan penggunaan virus atau bakteri yang telah dilemahkan oleh komponen genetik untuk mencegah replikasi setelah vaksin atau bakteri tersebut diintroduksikan kepada resepien dari vaksin. Vaksin Sabin untuk penyakit polio adalah suatu vaksin yang dilemahkan seperti MMR dan vaksin chickenpox. (3) vaksin yang tidak dapat diaktifkan disiapkan dengan membunuh patogen itu sendiri dan menggunakan jasad teknik non aktif untuk vaksin itu sendiri. Suatu campuran dari virus polio yang sudah dilemahkan dan telah digunakan dalam vaksin Salk yang dapat mencegah penyakit polio. Vaksin rabies digunakan untuk anjing, kucing, dan manusia. Vaksin influenza merupakan vaksin yang bertahan selama bertahun-tahun dan merupakan vaksin yang telah dilemahkan.

Banyak orang memerlukan immunisasi “booster” yang disuntikkan untuk merangsang kembalinya sistem kekebalan sehingga dalam waktu yang dekat digunakan untuk mempersiapkan antibodi dan memori sel-sel imun. Sebagai contoh vaksin DPT aktif selama 10 tahunan, dan vaksin flu dapat disuntikkan kepada orang selama tahunan. Sebab virus ini cepat berkembang setiap tahunnya. Beberapa vaksin (sub unit) vaksin telah dibuat sebelum teknologi DNA rekombinan untuk melawan bakteri dengan hasil bakteri patogen berada dalam kultur cairan.

Untuk membuat suatu rekombinan subunit vaksin untuk hepatitis B, ilmuwan mengkloning gen untuk protein dari virus ke dalam plasmid. Ragi menjelma atau berperan seperti plasmid yang digunakan untuk menyatakan jumlah dari protein karena virus sebagai protein pelebur yang membersihkan dan digunakan untuk mencakar pasien guna melawan infeksi hepatitis B.

Idealnya, vaksin adalah sel yang paling efektif dan cepat menyebar seperti vaksin dapat menyerang patogen secepat dia masuk ke dalam tubuh. Melihat sifat dari virus tersebut maka para ilmuwan berusaha membuat obat antiviral termasuk vaksin.

Bakterial dan target viral untuk vaksinasi

Selama beberapa waktu patogen memberikan perkembangan tentang obat dan strain vaksin resistan dan strans baru dari suatu penyakit yang disebabkan oleh bakteri dan virus. Disini lebih terjadi infeksi mikroba daripada proses vaksinasi. Sebagai hasilnya yaitu ada banyak riset yang memprioritaskan dalam peningkatan vaksin yang ada dan memproduksi salah satu dari vaksin yang baru. Beberapa dari bakteri dan virus target yang baru atau vaksin yang ditingkatkan antara lain hepatitis (A, B, C, D) dan penyakit seksual (herpes, kencing nanah dan chlamydia), HIV, influenza, malariadan tubercolosis. Berikutnya kita mempertimbangkan beberapa mikroba target untuk vaksin baru.

Influenza disebabkan oleh sejumlah virus influeza. Dalam penanganannya WHO mengembangkan laboratorium global dan mengupayakan teknik rekombinan DNA untuk menghasilkan sub unit vaksin untuk menanggulangi virus baru yang muncul. Strategi ini adalah suatu tanggapan dan pengawasan kepada virus patogen baruuntuk memproduksi vaksin untuk penyakit HIV adalah protein dari permukaan virus. Tantangan yang dihadapi oleh para ilmuwan dalam menghadapi virus HIV ini adalah vaksin HIV mempunyai tingkat mutasi yang tinggi. Sebagai konsekuensinya, apabial kita memberikan vaksin kepada virus ini, maka akan merusak komponen virus dan virus malah akan bermutasi sehingga mengubah komponen virus dan akan lebih sulit diberantas.

GENOM

Pada tahun 1995 The Institut for Genomic Research, yang telah berkecimpung dalam urusan Proyek Genom Manusia, melaporkan bahwa ketika mereka mempublikasikan tentang urut-urutan genom pada Haemophilus influenzae, mereka menemukan pertama kali urut-urutan genom bakteri yang lengkap. Dalam 8 tahun kemudian, sebanyak 42 genom mikroba telah dipublikasikan dan pekerjaan ini terus berlanjut sampai lebih dari 200 genom mikroba lainnya. Pada tahun 1994, Departemen Energi U.S menginisiatif dibentuknya Microbial Genome Program (MGP) sebagai perluasan dari Human Genome Project. Sasaran MGP adalah mengumpulkan seluruh genom mikroorganisme yang berpotensi untuk diaplikasikan ke dalam lingkungan biologi, penelitian, industri dan kesehatan seperti bakteri penyebab tuberculosis, gonorrhea, dan kolera, dan genom protozoa patogen seperti Plasmodium penyebab malaria.

Mengapa Mengurutkan Genom Mikroba?

Streptococcus pneumoniae, bakteri penyebab infeksi telinga dan paru-paru termasuk pneumonia, membunuh kurang lebih 3 juta anak-anak di seluruh dunia setiap tahunnya. Infeksi S. pneumoniae yang dapat juga menyebabkan meningitis, sudah secara efektif diobati sejak tahun 1946 menggunakan vaksin yang menghasilkan protein dan molekul gula yang menyelubungi bakteri. Namun vaksin ini tidak efektif untuk anak-anak yang secara periodik rentan terhadap infeksi dan problem kesehatan yang serius. Tahun 2001, genom S. pneumoniae sudah secara lengkap diurutkan, dan banyak gen yang sebelumnya mengkode protein tak dikenal pada permukaan bakteri kemudian teridentifikasi. Para peneliti optimis bahwa pemahaman baru dari genom S. pneumoniae akan mengawali terobosan baru untuk pengobatan pneumonia, termasuk pendekatan terapi gen untuk mengobati anak-anak dari infeksi yang mungkin telah bertahan bertahun-tahun.

Hal ini hanya sebuah contoh dramatis dari kekuatan penelitian genom. Dengan terbukanya rahasia konsep genom bakteri, menjanjikan untuk membantu dalam perkembangan dasar pemahaman dari biologi molekuler mikroba. Mengurutkan genom mikroba akan memungkinkan para ilmuwan untuk menguak banyak rahasia tentang bakteri, mulai dari gen yang berperan dalam metabolisme sel bakteri dan pembelahan sel, sampai gen yang dapat menyebabkan penyakit pada manusia dan hewan. Para peneliti akan menemukan gen bakteri yang memungkinkan ilmuwan untuk mengembangkan strain mikroba yang dapat digunakan dalam bioremidiasi, menemukan organisme penyebab penyakit dalam makanan dan air, mendeteksi senjata biologi, memproduksi bakteri yang genetiknya dirubah sebagai biosensor untuk mendeteksi sunstansi berbahaya.

Para ilmuwan mikrobiologi menginginkan gen yang berperan dalam infeksi dan penyebab penyakit untuk banyak bakteri pathogen. Pemahaman tentang genom bakteri akan membuat para ilmuwan mikrobiologi untuk mengembangkan pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana kontribusi mikroba pada kesehatan normal dan bagaimana hasilnya apabila sakit. Pengenalan urutan DNA bakteri akan membuka jalan untuk memprediksi urutan protein dan struktur protein. Kemampuan kita untuk menurutkan geno mikroba juga diharapkan untuk mengawali metode diagnosa baru dan cepat dan jalan untuk mengobati infeksi. Contohnya, apabila ilmuwan mengurutkan kode gen pada protein membran sel yang menyelubungi bakteri patogen khusus, mereka juga dapat menggunakan protein tadi untuk menghasilkan alat diagnosa baru, vaksin baru dan agen atimikrobial baru. Bakteri ipamemiliki aktifitas biokimia yang terefleksikan pada genomnya. Dari urutan genom mikroba sampai hari ini, sebanyak kurang lebih 45% dari gen yang teridentifikasi memproduksi protein yang belum diketahui fungsinya, dan kurang lebih 25% gen yang telah ditemukan memproduksi protein unik untuk urutan genom bakteri.

Strategi mengurutkan genom bakteri.

Walaupun mikroba memiliki genom yang lebih kecil daripada manusia, teknik yang sama untuk proyek genom manusia diterapkan juga pada kloning danpengurutan genom bakteri. Gambar 5.15 mengilustrasikan strategi cloning “shotgun” acak yang digunakan untuk mengurutkan genom bakateri. Pada bab 3 telah dijelaskan tentang aplikasi kloning acak untuk enciptakan sebuah genom atau sebuah kumpulan data cDNA dari fragmen yang ukurannya berbeda. Fragmen ini secara acak dikloning ke dalam plasmid atau vektor lainnya, kemudian fragmen tersebut diurutkan. Sebenarnya urutan DNA dari fragmen dapat dibandingkan dan urutan yang saling overlap dapat digunakan untuk digabungkan dengan fragmen DNA dari seluruh kromosom. Urutan DNA kemudian melalui proses selanjutnya yang disebut anotasi, yang termasuk pencarian data untuk mengidentifikasi gen dalam genom mikroba yang mungkin siap untuk diidentifikasi dan diberi nama dan dapat memprediksi gen lainnya. Annotasi dapat juga digunakan untuk identifikasi gen promoter seperti urutan promoter dan urutan enhancer.

Urutan Genom yang Sudah Ditemukan Hingga Kini

Jutaan bakteri yang berbeda telah diidentifikasi, Manakah yang mendapat perhatian besar dari peneliti genom mikroba ? seperti yang tampak pada tabel 5.3 genom bakteri yang telah mendapat perhatian besar, yaitu sebagai penyebab penyakit-penyakit pada manusia. Contohnya pada saat ini genom untuk Pseudomonas aeruginosa telah lengkap. Bakteri tersebut merupakan bakteri patogen pada manusia yang menyebabkan infeksi saluran urin, infeksi pada kulit, infeksi paru-paru menahun, yang merupakan penyebab kematian pada pasien cystis fibrosis. P. aeruginosa merupakan bakteri yang menimbulkan masalah karena sifatnya yang kebal terhadap antibiotik dan disinfekatan yang biasanya digunakan pada mikroba lainnya. Mempelajari lebih lanjut tentang gen dan metabolisme, pembelahan dan penguraian senyawa kompleks (seperti antibiotik) oleh P. Aeruginosa akan membantu dalam memahami genomnya.

Mikroba pertama yang dijadikan target untuk mempelajari genom adalah Vibrio cholerae yang biasanya ditemukan di air yang terpolusi pada bagian bumi yang penerapan sanitasinya buruk. Bakteri ini menyebabkan diare dan muntah, mengawali kehilangan cairan yang dapat menyebabkan shock dan bahkan kematian. Banyak starin dari Vibrio cholerae yang kebal terhadap antibiotik menyebabkan masalah di asia, india, amerika latin bahkan daerah Gulf Coast di amerika serikat. Pemahaman genom dari Vibrio cholerae akan membantu para ilmuwan mengidentifikasi gen toksin, gen untuk kekebalan dan lainnya yang akan menambah wawasan metode dalam memerangi mikroba ini. Pakar genom biologi juga memfokuskan untuk mikroorganisme yang mungkin digunakan untuk senjata biologis oleh para teroris.

Genom dari sebuah gen bakteri sangat penting untuk memproduksi makanan dan pelengkap kebutuhan. Contohnya, para ilmuwan saat ini mengurutkan genom laktococcus lactis, strain yang berperan dalam pembuatan keju. Pemahaman tentang genom L. Lactis dan strain lainnya akan memeperkaya wawasan dalam bioteknologi pangan.

GENOM VIRUS

Genom virus merupakan bidang penelitian yang trend saat ini. (tabel 5.4). kegiatan ini merupakan kenyataan karena banyaknya virus nonaktif bermutasi secara cepat dalam merespon vaksin dan pengobatan anti virus. Obat-obat anti virus didesain dapat bekerja dalam waktu beberapa hari. Suatu obat anti virus mengeblok virus-virus untuk tidak dapat melekat pada permukaan sel dan menginfeksi sel, selain itu obat antivirus lainnya dapat mengeblok replikasi virus setelah virus menginfeksi sel. Penelitian mengenai genom dalam hal infeksi virus akan membantu para ilmuwan mempelajari bagaimana virus-virus menyebabkan penyakit dan mengembangkan obat-obat anti virus terbaru dan efektif. Contohnya jika genom menampakkan protein tertentu yang dibutuhkan untuk replikasi virus, ilmuwan dapat mendesain obat-obatan yang secara spesifik akan mengganggu fungsi protein tersebut sehingga mengeblok replikasi virus.

DIAGNOSA MIKROBA

Kembali kita dapat melihat bahwa mikroorganisme menyebabkan berbagai penyakit pada manusia, hewan ternak, dan hasil pertanian yang penting. Kemajuan saat ini dalam biologi molekuler memungkinkan para ilmuwan menggunakan variasi teknik molekuler dalam mendeteksi dan merunut jejak mikroba dan pendekatannya disebut diagnosa mikroba.

# strategi mendeteksi bakteri

Penelitian saat menyatakan bahwa mikroba (bakteri dan virus) kemungkinan berperan dalam menyebabkan penyakit kardivaskuler dan penyakit menahun respirasi kronis seperti asma. Langkah penting dalam mengembangkan pengobatan strategis termasuk menelusuri jejak mikroba untuk mempelajari organisme yang menyebabkan penyakit dalam bentuk identifikasi dalam gen dalam lingkungan klinis saat seseorang terserang penyakit.

Sebelum adanya teknologi biologi molekuler, ilmuwan mikrobiologi percaya pada tes biokimia dan kultur bakteri pada media pertumbuhan yang berbeda untuk mengidentifikasi strain bakterii penyebab penyakit. Contohnya ketika dokter mengambil kultur kerongkongan, dengan menggunakan kain penyeka untuk mengambil bakteri dari kerongkongan dengan tujuan mengecek ada tidaknya bakteri Strepcococcus pyogenes, yaitu bakteri yang menyebabkan sakit kerongkongan. Teknik ini tetap merupakan cara penting dalam diagnosa mikroba, teknik dalam biologi molekuler memiliki kesempatan untuk mendeteksi secara cepat bakteri atau virus dengan sensitifitas yang besar.

Teknik molekuler seperti analisis RFLP (Restriction Fragment Lenght Polymorphism) rangkaian reaksi polemarase dan pengurutan DNA yang dapat diguankan untuk identifikasi bakteri (Gambar 5.16). jika genom patogen jumlahnya banyak dan memproduksi terlalu banyak enzim restriksi, yang menunjukkan visualisasi dari untuing DNA pada gel agarose, kemudian DNA masuk pada proses analisis “Southern Blotting”.

Banyak database dari RFLPs, PCR dan potongan DNA bakteri dapat dibandingkan dalam uji ini. Sebagai contoh, jika dokter menduga bahwa terdapat infeksi virus atau bakteri, sampel dari saliva, darah, feses dan cairan serebrospinal dari pasien dapat digunakan untuk mengisolasi bakteri dan virus patogen. DNA dari sampel yang diduga terinfeksi patogen akan diisolasi dan masuk tahap analisis teknik molekuler seperti PCR (gambar 5.16). PCR merupakan komponen yang penting untuk tes diagnosa dalam laboratorium klinis mikrobiologi dan digunakan secara luas untuk mendiagnosa infeksi yang disebabkan oleh mikroba seperti virus hepatitis (A,B, dan C), Chlamydia tracomatis dan Neisseria gonorrhoeae (keduanya menyebabkan penyakit seksual), HIV 1 dan lain-lain.

Mikroorganisme Penyebab Penyakit

Beberapa ilmuwan menggunakan teknik biologi molekuler untuk mengamati pola dari mikroba penyebab penyakit dan beberapa penyakit yang mungkin disebabkan oleh mikroba tersebut. Mikroba tersebut berperan penting dalam pembuatan susu dan produk-produk lain ynag berhubungan. Beberapa bakteri memiliki reaksi penting dalam pembuatan yogurt dan keju. Informasi mengenai mikroba yang terdapat di dalam susu dapat digunakan untuk mendeteksi kualitas dari susu itu sendiri. Beberapa bakteri pengkontaminasi makanan menimbulkan masalah yang besar dalam kenyataanya. Salah satu contohnya yaitu bakteri Salmonella yang mengkontaminasi daging dan telur. Salmonella dapat menginfeksi intestin (usus) manusia sehingga menyebabkan diare ynag mana disebut juga dengan keracunan makanan. Beberapa peneliti melakukan percobaan dengan menggunakan teknik basa DNA dan penggunaan antibodi untuk mendeteksi mikroba pada makanan, misalnya Salmonella. Data yang dihasilkan dari penelitian ini akan membantu di dalam mendeteksi mikroba pada daging, buah, sayur dan beberapa produk makanan lainnya.

Setelah sukses dengan penelitian terhadap daging yang terkontaminasi E. coli, pusat pencegahan dan pengontrolan terhadap penyakit (CDC) memutuskan untuk membentuk jaringan kerja dengan beberapa laboratorium pendeteksi DNA. CDC beserta Departemen Pertanian Amerika Serikat mengadakan hubungan kerja dengan mendirikan laboratorium yang disebut PulseNet, yang mempekerjakan para ahli Biologi di dalam mendeteksi mikroba yang berpengaruh terhadap kondisi kesehatan masyarakat dengan menggunakan pendekatan finger printing DNA.

Sekitar 76 juta kasus mikroba pengkontaminasi makanan menyebabkan timbulnya 300 penderita dan ratusan kematian tiap tahunnya di Amerika Serikat. E. coli strain O157 H7 merupakan salah satu penyebab munculnya kasus keracunan makanan. Infeksi dari strain ini dapat menyebabkan kematian. Saat ini PulseNet melakukan pengamatan terhadap E. coli O157, Salmonella, Shigella, Listerin dan sesegera mungkin melanjutkan pengamatan terhadap bakkteri Tubercolosis. Diketahui bahwa sekitar sepertiga dari populasi di dunia membawa bakteri TB dan hanya 5 hingga 10% saja yang terinfeksi.

Bioterorisme

Suatu peristiwa tragis terjadi pada tanggal 11 September 2001 menyangkut serangan teroris terhadap Amerika Serikat. Dinyatakan bahwa tragedi ini merupakan tragedi kepahlawanan. Dalam hal ini pihak Amerika Serikat beserta responden lainnya memperhatikan kembali surat yang ternyata telah terkontaminasi oleh bubuk bakteri Bacillus anthracis dimana surat tersebutdikirim kepada dua senator, beberapa legislator dan anggota pemerintahan lainnya. Sebagai akibatnya, 5 orang meninggal dan 22 orang lainnya menderita sakit. Bioterorisme merupakan suatu bentuk kejahatan yang menggunakan materi Biologi sebagai senjata yang membahayakan nyawa manusia,hewan, tumbuhan termasuk pada makanan. Bioteknologi yang seharusnya digunakan untuk meningkatkan kesejahteraan manusia, sayangnya oleh teroris disalahgunakan pada penerapan ke arah sebaliknya.

Mikroba sebagai Senjata Biologi

Suatu strain baru dari patogen penginfeksi yang bersifat mematikan (mikroorganisme penyebab penyakit) digunakan sebagai senjata Biologi untuk merusak kehidupan manusia. Agaknya hal ini bukan lagi merupakan cerita fiksi melainkan telah menjadi kenyataan. Terdapat ratusan organisme berbeda yang menginfeksi manusia telah menjadi pilihan utama sebagai senjata Biologi dimana hanya beberapa organisme yang dapat dibudidayakan dan digunakan dalam Bioterorisme. Bacillus anthrancis merupakan bakteri penyebab anthrax dan beberapa virus lainnya yaitu Smallpox dan Ebola. Terdapat kemungkinan bahwa organisme yang tidak diketahui dapat digunakan sebagai senjata Biologi.

Sebagai senjata Biologi, Smallpox merupakan sejenis penyakit yang secara teknis disebabkan oleh virus variola yang dengan beberapa alasan dapat menginfeksi manusia sejak dihentikannya pemberian vaksin. 20 tahun yang lalu. Tahun 2001, juga digunakan Smallpox sebagai senjata Biologi. Pemerintahan Amerika Serikat mengadakan kerja sama dengan perusahaan-perusahaan bioteknologi untuk memproduksi persediaan vaksin Smallpox.

Penggunaan Bioteknologi sebagai Upaya mengatasi Senjata Biologi

Sejak insiden anthrax pada tahun 2001, Pemerintah Amerika Serikat pada dasarnya telah dipersiapkan untuk mengatasi serangan terhadap senjata Biologi. Beberapa agen diantaranya badan Mikrobiologi Masyarakat Amerika Serikat, Departemen Pertanian Amerika Serikat, CDC, Pelayanan Kesehatan Masyarakat dan Kongres mengadakan hubungan kerja sama dalam meminimalkan bahaya yang ditimbulkan oleh Bioterorisme. Pada tahun 2000, pemerintah Amerika Serikat telah menganggarkan dana guna melawan teroris biologi dan kimia. Dana diperkirakan sekitar 1,4 juta dollar. Sedangkan pada tahun 2003, sekitar 2,4 juta dollar dibutuhkan untuk mengatasi bioterorisme, dana menunjukkan peningkatan jika dibandingkan dengan tahun 2002 sebelumnya. Seiring dengan meningkatnya dana, hukum-hukum diperbarui dan pengamanan internasional dilakukan, namun tidak ada yang dapat menjamin bahwa bioterorisme tidak akan pernah terjadi lagi. Dengan kata lain, kita tidak dapat mendeteksi dan melindungi manusia dari penyakit yang ditimbulkan oleh bioterorisme. Masyarakat dunia harus mencegah terjadinya bioterorisme secara lanjut. Pertanyaannya, bagaimana cara bioteknologi membantu mendeteksi senjata bilogi dan merespon serangan yang muncul dari senjata biologi tersebut ?.

Hal yang paling penting adalah pendeteksian terhadap serangan yang muncul. Pertama dengan menggunakan antibodi untuk mengetahui adanya partikel-partikel patogen yang terdapat di dalam air maupun udara. Kedua dengan menggunakan pendekatan teknik PCR untuk mengenal dan menjelaskan DNA mikroba yhang digunakan dalam senjata biologi. Sampel yang digunakan antara lain air, tanah, tubuh dan tulang. PCR juga dapat membantu mengenal bakteri dalam senjata biologi dengan cara membandingkannya dengan mikroba lain yang masih belum terdeteksi. Hal ini dilakukan dengan mengamati persamaan dan perbedaan rantai DNA yang dimiliki. Semua informasi ini sangat membantu para investigator untuk mengenali strain-strain, mengatasi bioteroris masa depan dan dalam mengembanngkan obat-obatan beserta vaksinnya. Telah dikembangkan juga penggunaan biosensor pemonitor udara yang dapat mendeteksi mikroba-mikroba berbahaya yang terdapat di dalam lingkungan. Biosensor ini diterapkan karena banyak alat yang sebagian besar tidak sensitif dan tidak dapat mendeteksi adanya patogen dalam jjumlah kecil.

Jika serangan terjadi, antibiotik sangat diperlukan pada saat itu. Obat-obatan dan vaksin harus didistribusikan kepada orang-orang yang membutuhkannya dalam jumlah besar. CDC telah berhasil menyediakan vaksin Smallpox seiring dengan barjalannya waktu. Di sisi lain terdapat vaksin ciproflosaxsin yang dikenal dengan “Cipro” untuk mengatasi anthrax.


Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Kategori

%d blogger menyukai ini: