Latar Belakang

Baca Cepat tampilkan

Plasmid Adalah : Pengertian, Jenis, Karakteristik, Sifat & Fungsi – Bioteknologi merupakan penerapan prinsip ilmu dan rekayasa dalam pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa.

Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Bioteknologi dapat meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut berupa modifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut.

Rekayasa gen ini berlangsung dengan beberapa tahapan. Tahapan-tahapan tersebut adalah isolasi DNA genomik/kromosom yang akan diklon, pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen dengan berbagai ukuran, isolasi DNA vektor, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan, transformasi sel inang menggunakan molekul DNA rekombinan, reisolasi molekul DNA rekombinan dari sel inang, dan analisis DNA rekombinan.

Sebuah molekul DNA harus menampilkan beberapa fitur agar dapat bertindak sebagai vektor dalam kloning gen. Yang paling penting adalah mampu mereplikasi dalam sel inang, sehingga banyak salinan dari molekul DNA rekombinan dapat diproduksi dan diteruskan ke sel anak. Sebuah vektor kloning diperlukan relatif kecil, sebagian besar molekul cenderung memecah selama pemurnian dan sulit untuk memanipulasi. Dua jenis molekul DNA yang memenuhi kriteria ini dapat ditemukan dalam sel-sel bakteri: plasmid dan kromosom bakteriofag. Meskipun plasmid sering digunakan sebagai vektor kloning, tetapi jenis yang paling penting dari vektor yang digunakan saat ini berasal dari bakteriofag. Oleh karena itu, plasmid dan bakteriofag sangat penting untuk dikaji dalam rekayasa genetika.

Bioteknologi merupakan pemanfaatan sistem hayati agar dapat menghasilkan produk barang dan jasa. Biologi molekuler menggunakan rekayasa genetik, yang manipulasi gen untuk tujuan praktis seperti dalam penelitian dan juga manufaktur ratusan produk yang bermanfaat.

Praktek-praktek yang didasarkan pada manipulasi DNA in vitro berbeda dari praktek-praktek bioteknologi DNA masa lalu karena bioteknologi tersebut memungkinkan dilakukannya modifikasi gen-gen spesifik dan memindahkannya di antara organisme yang sangat berbeda seperti bakteri, tumbuhan dan hewan.

Definisi Plasmid

Molekul DNA berbentuk sirkuler yang terdapat dalam sel bakteri atau ragi disebut plasmid. Plasmid ini merupakan molekul DNA nonkromosom yang dapat berpindah dari bakteri satu ke bakteri yang lain dan memiliki sifat pada keturunan bakteri sama dengan induknya.

Dan selain itu, plasmid juga dapat memperbanyak diri melalui proses replikasi yang sehingga dapat terjadi pengklonan DNA yang menghasilkan plasmid dalam jumlah yang banyak. Karena sifat-sifat plasmid yang menguntungkan, maka plasmid digunakan sebagai vektor atau pembawa gen untuk memasukkan gen ke dalam sel target.

Pengertian Plasmid

Plasmid adalah molekul DNA yang berbentuk sirkuler dan mempunyai untaian ganda yang dapat mereplikasi diri. Plasmid biasanya dapat ditemukan pada bakteri. Di dalam satu sel dapat ditemukan lebih dari satu plasmid dengan ukuran yang bervariasi namun semua plasmid tidak menyandikan fungsi yang penting dalam pertumbuhan sel tersebut. Umumnya plasmid menyandikan gen – gen yang diperlukan agar dapat bertahan pada keadaan yang kurang menguntungkan sehingga bila keadaan kembali normal, DNA plasmid dapat dibuang.

Proses Penggunaan Teknologi Plasmid

Dalam hal ini misalnya aplikasi penggunaan teknologi plasmid yang telah dikembangkan manusia ialah produksi insulin secara besar-besaran. Insulin dibuat di dalam tubuh manusia dengan dikontrol oleh gen insulin. Insulin ini kemudian diambil dari pulau langerhans tubuh manusia, lalu disambungkan ke dalam plasmid bakteri. Untuk menghubungkan gen insulin dengan plasmid diperlukan rekombinasi genetik. Yang dalam rekombinasi DNA dilakukan pemotongan dan penyambungan DNA.

Baca Juga: Jaringan Tulang

Dalam proses pemotongan dan penyambungan tersebut menggunakan enzim pemotong dan penyambung. Yang enzim pemotong tersebut dikenal sebagai enzim restriksi atau enzim penggunting yang bernama restrikasi endonuklease. Enzim pemotong ini jumlahnya banyak dan setiap enzim hanya bisa memotong urutan basa tertentu pada DNA.

Untuk hasil pemotongannya berupa sepenggal DNA berujung runcing yang komplemen. Yang selanjutnya DNA manusia yang diinginkan disambungkan ke bagian benang plasmid yang terbuka dengan menggunakan enzim ligase DNA yang mengkatalis ikatan fosfodiester antara dua rantai DNA.

Dalam petongan DNA antara gen manusia dengan benang plasmid ini dapat menyambung karena endonuklease yang digunakan untuk memotong DNA manusia dan benang plasmid tersebut sama jenisnya. Sehingga dihasilkan ujung-ujung yang sama strukturnya, gen manusia dan plasmid yang telah menyatu membentuk lingkaran plasmid ini disebut kimera (DNA rekombinan).

Kimera tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel target E. Coli, bakteri ini akan hidup normal dan memiliki tambahan yang sesuai dengan sifat gen yang disisipkan. Bakteri E. Coli kemudian di kultur untuk dikembangbiakkan. Bakteri tersebut kemudian mampu menghasilkan hormon insulin manusia. Hormon insulin ini akhirnya dapat di panen untuk digunakan oleh orang yang membutuhkannya. Keuntungan dari insulin hasil rekayasa genetik ini ialah insulin tersebut bebas dari protein hewan yang tercemar yang sering menimbulkan alergi.

Baca Juga: Annelida Adalah

Kloning Gen Dengan Penggunaan Plasmid

Dalam proses penggunaan plasmid untuk mengklon gen ialah sebagai berikut:

DNA plasmid diisolasi dari bakteri dan DNA berisi gen yang dinginkan dari jenis sel lain misalnya gen yang mengkode suatu hormon.
Sepotong DNA yang berisi gen tersebut diselipkan ke dalam salah satu plasmid, yang kemudian menghasilkan DNA rekombinan.
Plasmid rekombinan dikembalikan ke sel bakteri.
Sel bakteri ditumbuhkan dalam kultur, kemudian membentuk klon sel, DNA asing yang disambungkan ke dalam plasmid tidak merusak kemampuan plasmid untuk bereplikasi di dalam sel bakteri dan gen yang diinginkan direplikasi bersama dengan plasmid begitu sel inangnya menjadi banyak. Dapat dikatakan gen itu telah diklon.
Identifikasi klon bakteri yang membawa gen yang diinginkan tersebut.
Aplikasi terakhir dari pengklonan gen dalam bakteri.

Gambar 1 Plasmid dalam sel Bakteri

Karakter Dasar Plasmid

Plasmid mempunyai karakter atau sifat yang yaitu membawa satu atau lebih gen, mempunyai bentuk sirkuler double helix dengan ukuran 1kb sampai lebih dari 250kb. Ukuran plasmid sangat bervariasi tetapi pada uumnya lebih kecil dari ukuran bahan genetic utama sel prokariotik. Sebagai contoh plasmid CoIV-K30 yang ada di dalam sel E.coli hanya berukuran sekitar 2 kb.

Pada bakteri jumlah plasmid yang dimiliki bervariasi bahkan sampai ribuan atau bahkan tidak memiliki plasmid. Plasmid dapat bereplikasi sendiri (tidak tergantung pada kromosom) dan membawa beberapa gen tapi tidak penting (maksudnya ada atau tidak ada gen tersebut, sama saja. Misalnya gen resistensi terhadap senyawa tertentu). Umumnya plasmid dimiliki oleh prokariot tetapi ada juga di eukariot seperti Entamoeba histolityca, yeast dan dalam 1 sel tunggal terdapat 1 copy, untuk plasmid yang besar bisa terdapat beratus-ratus copy plasmid. Ada yang banyak dan ada yang sedikit copy-an plasmidnya.

Plasmid juga bisa diisolasi, gampang dikeluarkan dari sel, mudah dimanipulasi dan diiisolasi dari bakteri. Setelah dimodifikasi, plasmid rekombinan tersebut dapat dintegrasikan (di-insert) ke dalam genom, tumbuhan, protista, dan mamalia. Plasmid bisa berkembang menjadi banyak. Sehingga walapun kecil, plasmid memiliki peranan penting dalam rekombinasi DNA.

Gambar 2 Replikasi Plasmid

Ukuran dan Copy Number

Ukuran plasmid juga menjadi salah satu faktor keberhasilan dalam kloning, idealnya berukuran kurang dari l0kb, jika molekulnya besar cenderung terpecah selama penyaringan, dan juga lebih sulit untuk dimodifikasi. Istilah Plasmid Copy Number adalah rata-rata jumlah sejenis plasmid dalam sel. Berdasarkan jumlah plasmid di dalam sel, plasmid dapat dibedakan menjadi: Low copy number plasmid, dimana plasmid memiliki kemampuan replikasi rendah sehingga dalam satu sel hanya mengandung satu atau beberapa plasmid yang sama saja. High copy number plasmid, dimana plasmid memiliki kemampuan replikasi tinggi sehingga dalam satu sel mengandung banyak plasmid yang sama, hingga ribuan. Contohnya plasmid pada bakteri E.coli.

Gambar 3 Ukuran Plasmid

Gambar 4 Copy number plasmid

Konjugasi dan Kompatibilitas

Berdasarkan kemampuan mentransfer ke bakteri, plasmid dibedakan menjadi dua yaitu: konjugasi dan non-konjugasi. Plasmid konjugasi adalah proses dimana salah satu bakteri mentransfer materi genetik ke yang lain melalui kontak langsung. Selama konjugasi, satu bakteri berfungsi sebagai donor materi genetik, dan yang lain berfungsi sebagai penerima. Sedangkan non-konjugasi tidak melakukan konjugasi. Plasmid ini hanya dapat di transfer dengan bantuan plasmid konjugasi. Sebuah sel mikroba tunggal juga bisa menjadi inang untuk berbagai bentuk plasmid.

Kemampuan salah satu bentuk plasmid untuk hidup berdampingan dengan bentuk yang berbeda disebut kompatibilitas, dan mereka dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan kualitas ini, yaitu plasmid yang kompatibel dan tidak kompatibel sehubungan dengan pengelompokan tertentu plasmid. Kompatibilitas terlihat dalam kasus di mana plasmid berbeda dalam sistem replicatory mereka, sementara ketidakcocokan terlihat dalam kasus di mana plasmid memiliki proses fungsional dan replikasi yang sama.

Hal ini karena kesamaan dalam mekanisme replikasi menyebabkan terbentuknya lingkungan yang kompetitif di mana satu plasmid mendominasi dan menghilangkan lainnya. Mereka juga dikategorikan sesuai dengan fungsi yang berbeda yang mereka tunjukkan. Sebuah plasmid dapat dikategorikan sebagai bagian dari dua atau lebih kelompok.

Gambar 5 Plasmid Konjugasi

Klasifikasi Plasmid

Plasmid merupakan materi genetik di luar kromosom (ekstra kromosomal). Tersebar luas dalam populasi bakteri.Terdiri dari beberapa – 100 kpb, beratnya ± 1-3 % dari kromosom bakteri. Berada bebas dalam sitoplasma bakteri. Dapat bersatu dengan kromosom bakteri. Dapat berpindah dan dipindahkan dari satu spesies ke spesies lain. Jumlahnya dapat mencapai 30 atau dapat bertambah karena mutasi. Plasmid terdapat di dalam sitoplasma organisme prokaryot dan eukaryot sederhana uniseluler. Selain terdapat dalam bakteri, plasmid juga terdapat pada Saccharomyces cerevisiae (plasmid 2µm).

Macam-Macam Plasmid Dan Peranannya

Pili F dan

Dua macam pili yang disebut, pili F dan I, diketahui terlibat dalam transfer plasmid dari sel ke sel. Dua kelompok faga RNA diketahui menginfeksi sel yang membawa plasmid yang dapat dipindahkan. Faga ini dapat digunakan untuk melihat adanya pili F dan I pada sel. Dua macam pili ini dapat juga dibedakan secara imunologi. Pili F dilibatkan dalam transfer faktor F dan beberapa plasmid resisten-antibiotik. Pili F juga terdapat pada sel Hfr. Pili I dilibatkan dalam transfer plasmid resisten-antibiotik, plasmid yang menentukan-colicin, dan lainnya.

Faktor

Faktor R pertama kali ditemukan di Jepang pada strain bakteri enterik yang mengalami resistensi terhadap sejumlah antibiotik (multipel resisten). Munculnya resistensi bakteri terhadap beberapa antibiotik, sangat berarti dalam dunia kedokteran, dan dihubungkan dengan meningkatnya penggunaan antibiotik untuk pengobatan penyakit infeksi. Sejumlah perbedaan gen-gen resisten-antibiotik dapat dibawa oleh faktor R. Plasmid R100 disusun oleh 90 kpb yang membawa gen resisten untuk sulfonamid, streptomisin/spektinomisin, asam fusidat, kloramfenikol, tetrasiklin dan pembawa gen resisten terhadap merkuri.

R100 dapat berpindah diantara bakteri enterik dari genus Escherichia, Klebsiella, Proteus, Salmonella, dan Shigella, tetapi tidak akan berpindah ke bakteri nonenterik Pseudomonas. Juga sudah diketahui faktor R dengan gen resisten terhadap kanamisin, penisilin, tetrasikliin, dan neomisin. Beberapa elemen resisten obat pada faktor R merupakan elemen yang dapat bergerak, dan dapat digunakan dalam mutagenesis transposon. Gen-gen untuk sifat yang tidak berhubungan dengan resistensi antibiotik juga dibawa oleh faktor R. Yang terpenting diantaranya menghasilkan pili untuk transfer konjugatif, tetapi faktor R juga membawa gen untuk replikasi dirinya sendiri dan gen untuk mengatur produksi protein yang mencegah pengenalan plasmid lain.

Selanjutnya adanya satu faktor R yang menghambat pengenalan dari tipe plasmid lain yang sama, suatu fenomena yang diketahui sebagai ketidakcocokan. Karena faktor R dapat mengalami rekombinasi genetik, gen dari dua faktor R dapat bergabung menjadi satu. Rekombinasi plasmid merupakan suatu alat yang pertama kali ditimbulkan oleh pembiakan organisme resisten-obat. Plasmid dapat membawa gen yang berhubungan dengan fungsi-fungsi khusus lain, misalnya pada Rhizobium sp berperan dalam fiksasi nitrogen, Streptococcus (grup N) berperan dalam penggunaan laktosa, sistemgalaktose fosfotransferase, metabolisme sitrat.

Rhodospirillum rubrum berperan dalam sintesis pigmen fotosintesis. Escherichia coli berfungsi dalam pengambilan dan metabolisme sukrosa, ambilan sitrat. Pseudomonas sp. berfungsi dalam degradasi kamfor, toluena, oktana, asam salisilat. Bacillus stearothermophilus berfungsi menghasilkan enzim α-amilase. Alcaligenes eutrophus berperan dalam penggunaan H2 sebagai energi oksidasi.

Klasifikasi Plasmid Berdasarkan Kemampuan Mentransfer ke Bakteri

Konjugasi: pada plasmid F menginisiasi terbentuknya philus (bakteri jantan). philus adalah saluran yang menonjol, melekat, & melisis bakteri lainnya, sebagai jembatan sitoplasma. Plasmid bereplikasi, kemudian plasmid replikasi yang baru dipindahkan ke sel bakteri pasangannya. Plasmid ini memiliki 25 gen yang diperlukan untuk
Non konjugasi: plasmid non-konjugasi tidak melakukan konjugasi. Plasmid ini hanya dapat di trannsfer dengan bantuan plasmid
Mobilisabel: pada saat tertentu bisa pindah, pada saat lain Membawa hanya sebagian dari gen diperlukan untuk transfer. Juga bisa pindah (parasit) pada saat konjugasi plasmid .

Beberapa jenis plasmid bisa hidup berdampingan dalam satu sel. Di sisi lain, plasmid terkait seringkali tidak sesuai, yang mengakibatkan hilangnya plasmid tersebut.

Gambar 6 Transfer seksual plasmid ke bakteri lain melalui pilus a. Plasmid F, memiliki 25 gen yang diperlukan untuk transfer.

Plasmid berdasarkan Fungsinya :

Plasmid (F) fertilitas: untuk konjugasi, terdapat dalam gen untuk phili
Plasmid (R) resistensi: mengandung gen-gen yang membawa resistensi bakteri, antibiotik, maupun
Col-Plasmid, mengandung kolkisin yang dapat membunuh bakteri yang lain
Plasmid degradasi, plasmid yang mempunyai gen yang dapat menghasilkan senyawa yang dapat mencerna, misalnya toluene atau asam salisilat
Plasmid virulence (patogen opertunistik): plasmid yang dapat menyebabkan patogen. Bila masuk ke dalam sel bakteri, dapat mengubah bakteri yang tidak patogen menjadi
Addiction system: plasmid ini menghasilkan racun jangka panjang dan pengakal singkat. Sel anak yang menyimpan salinan plasmid bertahan hidup, sementara sel anak yang gagal untuk mewarisi plasmid meninggal atau menderita penurunan pertumbuhan tingkat karena racun tersisa dari sel induk.

Demikianlah pembahasan mengenai Plasmid Adalah : Pengertian, Jenis, Karakteristik, Sifat & Fungsi semoga dengan adanya ulasan tersebut dapat menambah wawasan dan pengetahuan anda semua, terima kasih banyak atas kunjungannya. 🙂 🙂 🙂