Ilmuwan Berhasil Menciptakan Bakteri Sintetik

Bakteri sintetis adalah organisme seluler sintetis yang memiliki genom sintetis yang terdiri dari gen-gen esensial minimal yang dikonstruksi menggunakan teknik rekayasa DNA.

Beberapa fakta umum tentang bakteri sintetis tersebut:
  1. Organisme seluler sintetis pertama dibuat pada tahun 2010 oleh kelompok peneliti yang dikepalai oleh Craig Venter.
  2. Bakteri sintetis hanya mempunyai gen sebanyak 901 gen (syn 1.0) dan 473 gen (syn 3.0).
  3. Dikembangkan dari bakteri jenis Mycoplasma.
  4. Diciptakan untuk mengetahui gen-gen esensial minimal untuk membentuk makhluk hidup

Bakteri Sintetik JCVI Syn 3.0

Para ilmuwan yang dipimpin oleh Prof. Craig Venter bisa mengembangkan bakteri sintetis dengan menggunakan metode sintetis genom dan transplantasi genom. Pada tahap sintetis genom, para ilmuwan menyiapkan fragmen-fragmen DNA yang merupakan gen-gen yang dianggap esensial dari bakteri untuk hidup. Bakteri yang digunakan sebagai donor yakni Mycoplasma mycoides. Fragmen-fragmen DNA dari hasil PCR (polymerase chain reaction) disambungkan dengan menggunakan teknik Gibson Assembly.

Teknik Gibson Assembly

Setelah fragmen-fragmen tersambung dan ditambahkan penanda resistensi terhadap tetracyclin menjadi satu sirkular genome, maka genome tersebut diintroduksi ke yeast untuk diperbanyak secara in vivo.

Tahap kedua adalah transplantasi genom. Sesuai namanya, para ilmuwan mentransplantasikan genom yang sudah disintesis dan diisolasi dari yeast (untuk diperbanyak) ke dalam sel resipien Mycoplasma capricolum dengan menggunakan PEG 10% dan kalsium klorida. Setelah genom sintetis masuk ke dalam sel resipien maka sel resipien mempunyai dua genom. 

Selama dalam tahapan proses pembelahan dan proliferasi, secara alami satu sel tidak bisa mempertahankan dua genom, maka sel anak yang dihasilkan dari proses pembelahan hanya membawa satu genom saja. Dengan menggunakan penanda resistensi tetracyclin maka dengan mudah sel anakan yang membawa genom sintetik bisa dipilih. Dengan demikian, bakteri sintetis pun dapat dihasilkan.

Metode Gibson Assembly ini dikembangkan oleh Daniel G. Gibson dengan tujuan awal untuk membuat genome sintetis yang akan digunakan untuk membuat sintetik bakteri. Gibson assembly memanfaatkan aktivitas dari 3 jenis enzim yang berbeda, yaitu:
  1. 5’ exonuclease, yang berfungsi sebagai untuk membentuk overhang pada ujung fragmen DNA yang akan disusun.
  2. Polimerase, yang berfungsi sebagai pengisi celah-celah kosong pada strand DNA yang saling ter-anneal-asi.
  3. DNA ligase, yang berfungsi sebagai untuk mengunci ujung-ujung fragmen DNA yang terhubung dan ter-anneal-asi serta mengisi celah-celah yang ada.

Tiga enzim tersebut memiliki reaksi yang bersifat isotermik,yang artinya ketiganya dapat aktif pada suhu yang sama. Metode penelitian ini telah banyak dipakai oleh para saintis di seluruh dunia dalam bidang rekayasa genetika karena memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan metode konvensional, yakni lebih efisien dan lebih tepat dalam menggabungkan fragmen-fragmen DNA. metode ini bisa diakses di website: nebuilder.neb.com/

Genom Bakteri Sintetik JCVI Syn 1.0

JCVI-syn 1.0 atau nama lengkapnya Mycoplasma mycoides JCVI-syn 1.0 merupakan bakteri sintetik generasi pertama yang “diciptakan” oleh Daniel G. Gibson dibawah arahan Prof. Craig Venter. JCVI-syn 1.0 dibuat dengan menggunakan M. mycoides sebagai donor dan M. capricolum sebagai resipien dan hasil akhirnya berupa M. mycoides JCVI-syn 1.0 yang aktif membelah.

Awalnya, peneliti menggunakan M. genitalium sebagai donor karena spesies ini pada saat itu diketahui sebagai spesies dengan jumlah gen paling sedikit, yaitu kurang lebih 480 gen. Akan tetapi pada tahap selanjutnya, donor diganti dengan M. mycoides karena laju pertumbuhan dari M. genitalium yang relatif sangat lambat dan M. mycoides memiliki pertumbuhan yang relatif lebih cepat.

M. mycoides JCVI-syn 1.0 ini memiliki fenotip yang sedikit berbeda dengan M. mycoides wild type karena genome yang ditransplantasikan ke resipien merupakan genom sintetis yang berbeda dengan genome asal donor. M. mycoides JCVI-syn1.0 hanya meiliki 901 gen sedangkan parentalnya, M. mycoides wild type memiliki 1017 gen.

Setelah JCVI-syn 1.0, peneliti mengembangkan Mycoplasma mycoides JCVI-syn 3.0. Versi ketiga ini merupakan penyempurnaan dari versi pertama dan lompatan dari versi kedua. Versi kedua memiliki siktar setengah gen dari jumlah gen yang dimiliki JVCI-syn 1.0. Berikut beberapa fakta dari JCVI-syn 3.0:
  1. DNAnya tersusun sepanjang 531.560 pasang basa.
  2. JCVI-syn 3.0 memiliki 473 gen.
  3. Gen-gen tersebut meliputi: 41% informasi ekspresi genom, 18% mengkode fungsi sel membrane dan struktur sel, 17% mengkode metabolisme sitosol, 17% mengkode preservasi informasi genom, 17% masih belum teridentifikasi fungsinya


Tahapan Sintetis Bakteri Generasi ketiga

Hasil penelitian yang dilakukan di J. Craig Venter Institute ini menghasilkan fakta bahwa makhluk hidup minimal harus memiliki 473 gen untuk benar-benar memenuhi standar ciri-ciri makhluk hidup. Walaupun begitu 17% dari gen-gen esensial tersebut masih menjadi misteri apa fungsi dan peranannya. 

Siapa tau kalian atau kita bakal menjadi ilmuwan yang bakal menemukan peranan dan fungsi dari 17% dari gen esensial misterius ini. So, belajar yang rajin ya sahabat Generasi Biologi, biar bisa jadi ilmuwan yang berkontribusi untuk menguak rahasia keidupan untuk kehidupan yang lebih baik.


Penulis: Arif Luqman, Ph.D.


Referensi:
Sleator, R.D. 2010. Bioeng Bugs 1, 229-230. 
Sleator, R.D. 2016. Bioengineered 7, 53-56.
Glass, J.I. 2012. Perspect Biol Med 55, 473-489.
Gibson, D.G., et al. 2008.. Proc Natl Acad Sci U S A 105, 20404-20409.
Gibson, D.G., et al. 2010. Science 329, 52-56.

Bagikan Ilmu