BAKTERIOFAG

BAKTERIOFAG

   Ditemukan oleh Frederick Twort (1913) dan Felix d’Herelle (1917). Bakteriofag merupakan partikel yang menyebabkan sel bakteri pecah. Bakteriofag berasal dari kata bacteria (inggris) dan phagein (yunani) yang berarti makan.

   Struktur bakteriofag terdiri dari kepala, ekor, dan kaki serabut. Kepala terdiri dari 

asam nukleat yang diselubungi kapsid berbentuk polihedral. Bagian ekor menancap ke kepala. Kaki serabut merupakan perpanjangan ekor yang berfungsi untuk menancapkan diri ketubuh bakteri saat menyerang.

A. Pengertian Bakteriofag

     Bakteriofag secara resmi ditemukan pada pertengahan hingga akhir dari abad ke-20, dengan publikasi pertama keluar pada tahun 1915 dan kemudian yang kedua pada tahun 1917. Mereka awalnya berspekulasi akan menjadi viral, tapi sifat dominan mereka adalah kemampuan secara makroskopik untuk “makan” kultur bakteri, khususnya dengan mengurangi kekeruhan dari kultur bakteri.

      Sebagai konsekuensi dari sifat ini, bukannya digambarkan sebagai “racun” (makna asli dari kata “virus”), sehingga istilah “fag” itu melekat pada mereka, yang berarti untuk makan atau untuk melahap, dalam bahasa Yunani.

      Dengan demikian, bakteriofag adalah sebuah entitas yang makan bakteri, meskipun hari ini kita tahu bahwa deskripsi ini tidak sempurna akurat. Namun demikian, fag mampu secara makroskopik serta mikroskopis menghancurkan populasi bakteri.

B. Struktur Tubuh Bakteriofag

      Terdiri dari cangkang lembar protein dibagian luar, atau kapsid, dan inti dari asam nukleat-baik asam deoksiribonukleat (DNA) atau asam ribonukleat (RNA) tetapi tidak pernah keduanya-virus adalah parasit obligat intraseluler, tergantung untuk sebagian besar pada fungsi sel inang untuk produksi partikel virus baru.

• Kepala berbentuk segi delapan yang di dalamnya mengandung inti. Dari kepala muncul selubung memanjang (tubus) yang disebut ekor. 
• Ekor berfungsi sebagai alat penginfeksi. Pada bagian ujung ekor terdapat serabut ekor.
• Ujung pada serabut ekor berfungsi sebagai penerima rangsangan (reseptor). 

      Bagian kepala dan ekor memiliki selubung yang disebut kapsid. Selubung atau kapsid tersusun atas molekul-molekul protein. Satu unit protein yang menyusun kapsid disebut Kapsomer. Bagian yang aktif menyerang bakteri adalah asam nukleat  virus (DNA-virus), sedangkan mantel proteinnya ditinggalkan di luar sel inangnya.

      Ada variasi yang cukup besar dalam ukuran dan kompleksitas antara virus. Beberapa memiliki kurang dari sepuluh gen dan bergantung hampir sepenuhnya pada fungsi inang. Lainnya diketahui mengandung 30-100 gen dan lebih mengandalkan protein yang dikodekan oleh DNA mereka sendiri.

      Bahkan virus terbesar terlalu kecil untuk dilihat di bawah mikroskop cahaya, sehingga studi tentang struktur virus sangat bergantung pada pengamatan dengan mikroskop elektron.

C. Fungsi Bakteriofag

      Bakteriofag ini cukup menjajikan dalam bidang pengobatan sebagai agen potensial karena banyak bakteri berbahaya bagi tubuh manusia dapat dihancurkan (dikenal sebagai terapi fag).

      Bakteriofag ada dimana-mana dan dapat ditemukan di banyak lokasi yang dihuni oleh bakteri, seperti tanah atau usus hewan. Salah satu sumber daya alam terpadat yang diisi oleh fag dan virus lainnya adalah air laut, dimana sampai 109 virion, atau partikel virus yang lengkap, per mililiter telah ditemukan di permukaan. Hingga 70 persen dari bakteri laut mungkin terinfeksi oleh fag (Prescott 1993).

Manfaat bakteriofag untuk dunia pertanian :

      Vektor untuk keperluan Kloning molekular. Mungkin telah banyak diketahui bahwa beberapa bakteriofag dapat bermanfaat sebagai alat molekuler paling efektif karena kemampuannya mereplikasi asam nukleatnya secara mandiri. Sebut saja pada “plasmid vektor”. Memang beberapa bakteri secara alami memiliki plasmid yang ukurannya bervariasi mulai dari beberapa ribu basepair bahkan sampai mega basepair. Mengingat dalam kegiatan molekular, penggunaan plasmid vektor sangat penting untuk mempelajari kegunaan gen tertentu contohnya. Sayangnya beberapa bakteri tidak memiliki plasmid yang kompetible (biasanya high copy, ukurannya tidak terlalu besar dan dapat bereplikasi secara mandiri pada sel bakteri inang). Kendala ini ditemui pada bakteri-bakteri dengan ukuran plasmid yang sangat besar seperti pada Ralstonia (hingga mega basepair) atau pada Xanthomonas, sehingga pemetaan plasmid itu sendiri menjadi sulit. Sebuah plasmid dapat dibuat menjadi sebuah vektor jika telah dipetakan berdasarkan urutan asam nukleatnya. Untuk memanipulasi ini, beberapa bakteriofag khususnya dari golongan filamentous phages sangat berguna untuk keperluan ini karena ukurannya yang kecil (5-9 kb). Sebagai contoh vektor yang digunakan adalah Vektor S yang merupakan turunan dari filamentous phage RSS1 pada Ralstonia solanacearum. Namun tidak menutup kemungkinan dari jenis lain seperti Bakteriofag Lambda untuk Erwinia.

      Keperluan deteksi keberadaan bakteri tertentu. Untuk hal ini, pemanfaatan bakteriofag dapat diterapkan dengan fungsi utamanya sebagai plasmid ataupun vektor. Dengan sedikit modifikasi asam nukleat pada phage-based vector/plasmid, misalnya dengan menambahkan/menyisipkan gen tertentu yang mempermudah pendeteksian maka hal ini akan sangat berguna sekali. Sebagai contoh dengan menyipkan gen ketahanan terhadap antibiotik atau penghasil warna tertentu (GFP). Beberapa laporan menunjukkan bahwa penggunaan GFP (Green Fluoroscens Protein) sangat efektif untuk melakukan pendeteksian terutama monitoring keberadaan bakteri yang sebelumnya telah ditranformasikan phage-based plasmid yang membawa GFP. Contoh nyata adalah pemanfaatan phage-based plasmid/vector untuk keperluan monitoring pergerakan bakteri Penyebab layu pada Tanaman yang disebabkan oleh R. solanacearum (Pub-1, Pub-2). (Bersambung).

D. Reproduksi Bakteriofag

Perhatikan cara bakteriofage bereproduksi pada gambar berikut:

 Litik atau virulen, bila fage litik menginfeksi sel dan sel tersebut memberikan tanggapan dengan cara menghasilkan virus-virus baru dalam jumlah yang besar, yaitu pada masa akhir inkubasi. Sel ini akan pecah atau mengalami lisis yang akan melepaskan fage-fage baru untuk menginfeksi sel-sel inangnya.

Daur Litik

a. Fase adsorbsi (penempelan), pada fase ini, awalnya ditandai dengan adanya ujung ekor menempel/melekat pada dinding sel bekteri. Penempelan tersebut dapat terjadi apabila serabut dan ekor virus melekat pada dinding sel bakteri.

Virus menempel hanya pada tempattempat khusus, yakni pada permukaan dinding sel bakteri yang memiliki protein khusus yang dapat ditempeli protein virus. Menempelnya protein virus pada protein dinding sel bakteri itu sangat khas, mirip kunci dan gembok. Virus dapat menempel pada sel-sel tertentu yang diinginkan karena memiliki reseptor pada ujung-ujung serabut ekor. Setelah menempel, virus mengeluarkan enzim lisozim (enzim penghancur) sehingga terbentuk lubang pada dinding bakteri atau inang.

b. Fase injeksi (penetrasi), selubung (seludang) sel berkontraksi yang mendorong inti ekor ke dalam sel melalui dinding dan membran sel, kemudian virus tersebut menginjeksikan DNA ke dalam sel bakteri. Namun demikian, seludang protein yang membentuk kepala dan ekor fage tetap tertinggal di luar sel. Setelah menginjeksi kemudian akan terlepas dan tidak berfungsi lagi.

Seperti pada gambar berikut ini:

 c. Fase injeksi

a. Penetrasi sel inang oleh bakteriofage

b. Seludang ekor memendek intinya menembus ke dalam sel, dalam DNA virus disuntikkan ke dalam sel

c. Fase sintesis, DNA virus yang telah diinjeksikan yang mengandung enzim lisozim ke dalam akan menghancurkan DNA bakteri, sehingga DNA virus yang berperan mengambil alih kehidupan.

Kemudian DNA virus mereplikasi diri berulang-ulang dengan cara menggandakan diri dalam jumlah yang banyak, selanjutnya melakukan sintesis protein dari ribosom bakteri yang akan diubah manjadi bagian-bagian kapsid seperti kepala, ekor, dan serabut ekor.

d. Fase perakitan, bagian-bagian kapsid kepala, ekor, dan rambut ekor yang mula-mula terpisah selanjutnya dirakit menjadi kapsid virus kemudian DNA virus masuk ke dalamnya, maka terbentuklah tubuh virus yang utuh.

e. Fase litik, ketika perakitan telah selesai yang ditandai dengan terbentuknya tubuh virus baru yang utuh. Virus ini telah mengambil alih perlengkapan metabolik sel inang bakteri yang menyebabkan memuat asam nukleat virus dari pada asam nukleat bakteri.

Setelah sekitar 20 menit dari infeksi awal sudah terbentuk 200 bakteriofage yang telah terakit dan sel bakteri itu pun meledak pecah (lisis) dan melepaskan fage-fage baru/virus akan keluar untuk mencari/menginfeksi bateri-bakteri lain sebagai inangnya, begitu seterusnya dan memulai lagi daur hidup tersebut.

Tenang atau lisogenik, tipe ini tidak mengalami lisis (selnya pecah), jadi asam nukleatnya dibawa dan direplikasikan di dalam sel-sel bakteri dari satu generasi ke generasi yang lain, namun bisa secara mendadak menjadi virulen pada suatu generasi berikutnya dan menyebabkan lisis pada sel inangnya.

Daur Lisogenik

       Pada daur ini juga mengalami fase yang sama dengan daur litik, yaitu melalui fase adsorbsi dan

fase injeksi. Selanjutnya, akan mengalami fase-fase berikut.

a. Fase penggabungan, karena DNA bakteri terinfeksi DNA virus, hal tersebut akan mengakibatkan

benang ganda berpilin DNA bakteri menjadi putus, selanjutnya DNA virus menyisip di antara putusan dan menggabung dengan benang bakteri.

Dengan demikian, bakteri yang terinfeksi akan memiliki DNA virus.

b. Fase pembelahan, karena terjadi penggabungan, maka DNA virus menjadi satu dengan DNA bakteri dan DNA virus menjadi tidak aktif disebut profage. Dengan demikian, jika DNA bakteri melakukan replikasi, maka DNA virus yang tidak aktif (profage) juga ikut melakukan replikasi. Misalnya, apabila DNA bakteri membelah diri terbentuk dua sel bakteri, maka DNA virus juga identik

membelah diri menjadi dua seperti DNA bakteri, begitu seterusnya.

Dengan demikian jumlah profage DNA virus akan mengikuti jumlah sel bakteri inangnya.

c. Fase sintesis, dalam keadaan tertentu jika DNA virus yang tidak aktif (profage) terkena zat kimia

tertentu atau terkena radiasi tinggi, maka DNA virus akan menjadi aktif kemudian menghancurkan

DNA bakteri dan memisahkan diri. Selanjutnya, DNA virus tersebut mensintesis protein sel bakteri

(inangnya) untuk digunakan sebagai kapsid bagi virus-virus baru dan sekaligus melakukan replikasi diri menjadi banyak.

d. Fase perakitan: kapsid-kapsid dirakit menjadi kapsid virus yang utuh, yang berfungsi sebagai selubung virus. Kapsid baru virus terbentuk. Selanjutnya, DNA hasil replikasi masuk ke dalamnya guna membentuk virus-virus baru.

e. Fase litik, fase ini sama dengan daur litik.

Setelah terbentuk bakteri virus baru terjadilah lisis sel. Virus-virus yang, terbentuk berhamburan

keluar sel bakteri guna menyerang bakteri baru. Dalam daur selanjutnya virus dapat mengalami daur litik atau lisogenik, demikian seterusnya.

hubungan antara fase litik dan lisogenik :

Gambar diatas memperlihatkan bahwa virus dalam keadaan lingkungan tertentu pada saat mengalami fase lisogenik dapat berpindah ke fase litik. Hal itu terjadi apabila virus fage menginfeksi bakteri, tetapi sel bakteri tersebut mempunyai daya tahan/daya imun yang kuat, maka virus tersebut tidak dapat bersifat virulen (virus menyebabkan lisis/pecah). Pada saat lingkungannya berubah dan menyebabkan daya tahan sel bakteri berkurang, maka keadaan lisogenik akan dapat berubah menjadi litik/lisis, sehingga profage akan berubah menjadi virulen. Dengan demikian, bakteri akan pecah (lisis) karena terbentuknya virus-virus baru.

E. Peran Bakteriofag 

a. Peran menguntungkan

Adapun peran yang menguntungkan dari bakteriofag , yaitu :

• Untuk membunuh ataupun melemahkan bakteri patogen .
• Untuk pengobatan secara biologis .

b. Peran merugikan

Adapu  peran yang merugikan dari bakteriofag , yaitu :

• penyebab penyakit pada manusia .
• penyebab penyakit pada tumbuhan .
• penyebab penyakit pada hewan .