Frederick Griffith menemukan tentang peritiwa transformasi dengan menggunakan Streptococcus pneuminuae. Streptococcus pneuminuae merupakan organism hidup dengan variasi genetik atau variasi fenotip. Ada dua fenotip yang pada percobaan transformasi Griffith ini, yaitu:
1. Memiliki atau tidak memiliki kapsula polisakarida yang menyelubungi sel bakteri 2. Tipe kapsul yang merupakan komposisi molekuler tertentu dari kapsul polisakarida.
Pada eksperimen ini, Griffith menggunakan dua jenis yang dibedakan dengan sifat dari koloninya ketika ditumbuhkan pada medium. Satu jenis bakteri merupakan tipe virulen normal yang mematikan terhadap hewan-hewan percobaan di laboatorium. Sel dari jenis ini diselubungi dengan sebuah kapsul polisakarida, memberi penampakan halus (smooth) pada koloni; oleh sebab itu, jenis ini diidentifikasi sebagai S. Jenis bakteri Griffith lainnya adalah bakteri mutan tipe non-virulen yang tumbuh didalam tubuh tikus namun tidak menyebabkan kematian. Pada bakteri jenis ini, tidak dijumpai lapisan polisakarida, sehingga menyebabkan penampakan kasar (rough) pada koloni bakteri, jenis ini disebut R (lihat Gambar 1).
Ada beberapa tipe kapsul yang menyelaputi sel bakteri berdasarkan tipe antigennya, yaitu jenis I, II, III, dan IV. Perbedaan tipe kapusla dapat diidentifikasi secara imunologi. Misalnya jika sel tipe II diinjeksikan ke dalam sidarah kelinci, maka sistem imun kelinci akan memproduksi antibodi yang spesifik dengan sel tipe II.
Percobaan Griffith menggunakan jenis III (S) yang merupakan virulen hidup, jenis II (R) yang merupakan non-virulen hidup, dan jenis S yang telah dimatikan dengan pemanasan. Percobaan Griffith terdiri dari 4 kelompok, yaitu:
1. Menginjekasikan jenis S hidup ke dalam tubuh tikus Tikus yang diinjeksi oleh jenis S mengalami kematian.
2. Menginjeksikan jenis IIIS yang telah dimatikan ke dalam tubuh tikus
Injeksi dengan jenis S yang telah dimatikan tersebut tidak mengakibatkan kematian pada tikus.
3. Menginjekasikan jenis R hidup kedalam tubuh tikus
Tikus yang diinjeksi dengan jenis R tidak mengalami kematian.
4. Menginjekasikan jenis R hidup dan jenis S yang telah dimatikan ke dalam tubuh tikus.
Jenis R dan jenis S yang telah mati diinjeksikan ke dalam tubuh tikus mengakibatkan kematian beberapa tikus. Setelah dilakukan analisis pada darah tikus yang mati tersebut didapatkan bakteri yang ditemukan adalah bakteri yang identik dengan jenis S yang telah dimatikan dalam pemanasan.
Gambar 1. Percobaan Griffith Menggunakan Streptococcus pneuminuae
Keberadaan sel S yang telah mati (karena dipanaskan) mentransfrom sel hidup menjadi sel S. (a) Tikus mati setelah disuntik sel bakteri S (b) Tikus tetap hidup setelah disuntik dengan bakteri R. (c) Tikus tetap hidup setelah disuntik dengan sel mati jenis S. (d) Tikus mati setelah disuntik dengan campuran sel mati jenis s dan sel hidup jenis R. Bakteri mati jenis S akan mentransformasi bakteri jenis R menjadi virulen.
Pathogen dari Streptococcus pneumoniae diperoleh atau diakibatkan karena kapsul polisakarida dari jenis tipe S. Hasil ini sangat penting karena sel tipe R yang tidak berkapsula dapat mengalami mutasi menjadi sel tipe S yang berkapsula. Akan tetapi ketika mutasi yang terjadi pada sel tipe R, maka sel yang dihasilkan adalah tipe S bukan R. Dengan demikian transformasi dari sel non-virulen tipe R menjadi sel tipe S
tidak dapat dikatakan sebagai peritiwa mutasi, melainkan beberapa komponen virulen dari sel tipe S mengubah sel tipe R menjadi sel tipe S.
Berdasarkan percobaan dan penjelasan tersebut dapat dikatakan bahwa bakteri jenis S yang telah dimatikan memiliki peran dalam mengkonversi bakteri non-virulen R menajdai S. Peristiwa konversi tersebut disebut dengan transformasi, dimana terdapat beberapa bahan komponen kapsula polisakarida atau beberapa senyawa yang dibutuhkan untuk sintesis kapsula yang menjadi bahan utama untuk terjadinya transformasi meskipun kapsula itu sendiri tidak dapat menyebabkan pneumonia. Bahan atau komponen kapsula polisakarida yang ditransformasi ke sel R menimbulkan reaksi enzimatis yang berakhir dengan sintesis kapsula polisakarida tipe S sehingga menjadi bersifat virulen.
Langkah selanjutnya adalah membedakan komponen kimia mana dari sel donor yang mati tersebut yang menyebabkan transformasi ini. Substansi ini telah merubah genotip dari sel resipien dan kemungkinan menjadi calon/ kandidat dari materi hereditas. Permasalahan ini dipecahkan melalui eksperimen yang dilakukan oleh Oswald Avery, C. M. MacLeod dan M. McCarty pada tahun 1944 (lihat Gambar 2). Metode untuk memecahkan masalah tersebut adalah menghancurkan secara kimia semua kelompok besar dari unsur kimia dalam sel-sel yang telah mati secara cepat dan mencari apakah sel tersebut telah kehilangan kemampuan untuk bertransformasi. Sel-sel virulen mempunyai lapisan polisakarida halus, dimana sel non-virulen tidak mempunyainya; oleh sebab itu polisakarida kemungkinan besar merupakan agen transformasi. Namun, ketika polisakarida dihilangkan, campuran sel S mati dan sel R hidup dapat tetap bertransformasi. Protein, lemak, dan RNA dalam eksperimen tersebut menunjukkan bukan sebagai agen transformasi.
Gambar 2. Eksperimen yang dilakukan oleh Oswald Avery, C. M. MacLeod dan M. McCarty
Jika DNA didalam ekstrak bakteri S yang telah dipanasi dihancurkan, kemudian tikus disuntik dengan campuran sel virulen yang telah mati tersebut dan sel hidup non-virulen jenis R tak lagi mati. Campuran antara sel S dan sel R dapat kehilangan kemampuan transformasi hanya ketika campuran tersebut diberi enzim deoksiribonuklease (DNase), yang berfungsi untuk memotong DNA. Hasilnya secara kuat melibatkan DNA sebagai materi genetik. Hal tersebut sekarang diketahui bahwa fragmen dari transformasi DNA yang menyebabkan virulensi masuk ke kromosom bakteri dan mengganti bagian yang menyebabkan non-virulensi.
Transformasi sebagai cara lain dari transfer gen bakteri
Beberapa bakteri dapat mengambil fragmen DNA dari luar sel. Sumber dari DNA tersebut dapat berasal dari sel lain yang satu spesies atau berbeda spesies. Pada beberapa kasus, DNA dikeluarkan dari sel mati; pada kasus lainnya DNA dikeluarkan dari sel bakteri yang masih hidup. Jika DNA tersebut berasal dari genotip yang berbeda dengan resipien, genotip dari resipien dapat berubah secara permanen, proses tersebut disebut transformasi.
DNA transformasi disisipkan kedalam kromosom bakteri dengan proses yang hampir sama dengan produksi exconjugant recombinan. Namun perlu diperhatikan bahwa konjugasi DNA ditransfer dari saru sel hidup ke sel hidup lainnya yang berdekatan, sedangkan pada DNA yang telah diisolasi untuk transformasi diambil melalui dinding sel dan plasma sel (lihat Gambar 3).
Gambar 3. Transformasi
Pada Gambar 3 (a), dapat dilihat bahwa bakteri sedang mengalami transformasi mengambil DNA bebas yang berasal dari sel bakteri yang telah mati. Karena kompleks pelekatan DNA pada permukaan bakteri menangkap DNA, enzim memecah satu rantai menjadi nukleotida yang ukurannya lebih kecil; Pada Gambar 3 (b), derivat dari rantai tersebut bergabung dengan kromosom bakteri.
Transformasi telah digunakan sebagai metode yang mudah pada beberapa bidang penelitian bakteri karena genotip dari satu jenis dapat dengan sengaja dirubah dengan cara yang sangat khusus melalui transformasi dengan fragmen DNA yang cocok. Sebagai contoh, transformasi digunakan secara luas pada teknik genetika. Saat ini, telah diketahui bahwa sel eukaryotik dapat ditransformasi menggunakan prosedur yang cukup mirip, dan teknik ini sangat bermanfaat bagi rekayasa genetika.
Pertanyaan:
1. Bagaimanakah percobaan Griffith mampu menjelaskan fenomena transformasi? 2. Pada percobaan Griffith dan diteruskan oleh Oswald Avery, C. M. MacLeod dan M.
McCarty, ditemukan konsep mengenai transformasi, namun terdapat kemiripan dengan konjugasi, lantas apa perbedaan antara transformasi dan konjugasi?
Jawaban:
1. Percobaan Griffith memberikan penjelasan awal tentang adanya sesuatu yang dapat berpindah dan menyebabkan terjadinya perubahan pada sel tersebut. Empat percobaan yang dilakukan Griffith adalah sebagai berikut :
a. Tikus setelah disuntik dengan kultur bakteri tipe S (bakteri virulen) akan mati b. Tikus lain disuntik dengan bakteri nonpatogen tipe R, tikus tetap sehat tidak
mati
c. Percobaan lainnya, bakteri tipe S dimatikan dengan pemanasan 60oC selama 3 jam, kemudian disuntikkan pada tikus, ternyata tikus tersebut tetap sehat. Kesimpulan dari percobaan ini adalah bakteri virulen S akan menyebabkan penyakit pada tikus, apabila dalam keadaan hidup
d. Percobaan terakhir, Griffith mencampur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan dengan bakteri tipe R, kemudian disuntikan pada tikus. Tikus percobaan sakit, dan dari hasil otopsi, ditemui banyak bakteri tipe S pada tikus tersebut. Ada substansi yang berasal dari bakteri tipe S yang sudah mati, mengubah sel bakteri tipe R menjadi bentuk bakteri virulen (tipe S).
Sifat patogenitas yang dimiliki bakteri tipe R ini ternyata diwariskan ke semua keturunannya. Berdasarkan percobaan dan penjelasan tersebut dapat dikatakan bahwa bakteri galur IIIS yang telah dimatikan memiliki peran dalam mengkonversi bakteri avirulen IIR menjadi IIIS. Peristiwa konversi tersebut disebut dengan transformasi, dimana terdapat beberapa bahan komponen kapsula polisakarida atau beberapa senyawa yang dibutuhkan untuk sintesis kapsula yang menjadi bahan utama untuk terjadinya transformasi meskipun kapsula itu sendiri tidak dapat menyebabkan pneumonia. Bahan atau komponen kapsula polisakarida yang ditransformasi ke sel IIR menimbulkan reaksi enzimatis yang berakhir dengan sintesis kapsula polisakarida tipe IIIS sehingga menjadi bersifat virulen.
2. Transformasi, ialah pemindahan sebagian materi genetik atau DNA atau hanya satu gen bakteri ke bakteri lain dengan proses fisiologi yang kompleks. Proses transfrmasi terjadi secara langsung tanpa perantara ataupun kontak langsung dengan sel bakteri lainnya. Sedangkan konjugasi adalah pemindahan sebagian materi genetika dari satu bakteri ke bakteri lain melalui suatu kontak langsung. Artinya, terjadi transfer DNA dari sel bakteri donor ke sel bakteri penerima dengan membentuk jembatan sitoplasma yang terbentuk dari pilus. Ujung pilus akan melekat pada sel peneima dan DNA dipindahkan melalui pilus tersebut.
Daftar Rujukan
Griffiths, Anthony, J. F., et al. 2000. An Introduction to Genetic Analysis, Eighth
Edition. New York: W. H. Freeman,
Krebs, Jocelyn, et all. 2011. Lewin’s Gene X. London: Jones and Bartlett Publishers, LLC,
Snustad and Simmons. 2012. Principles of Genetics, Sixth Edition. United States: John Wiley and Sons, Inc.
