Teknik Biologi Molekuler Menginspirasi Revolusi Dalam Diskriminasi Komposisi Komunitas Mikrobial

By Sujaya

JENDELA ………

Kemajuan dramatis di bidang biologi molekuler dipicu dengan penemuan monumental reaksi berantai polimerasi materi genetis secara in vitro, yang populer disebut PCR (polymerase chain reactions). Di dalam reaksi PCR, diperlukan DNA, dNPTs, enzim polimerase, bufer, dan pencerak (primers). Reaksi PCR bekerja pada kondisi terkontrol dengan mentargetkan pada susunan nukleotida tertentu pada gen yang menjadi tempat hibridisasi dan sekaligus awal reaksi pencetakan, sehingga dihasilkan potongan gen dengan panjang tertentu yang secara teoritis bisa dihitung ukuran panjangnya. Pengetahuan para ahli pada bukti ilmiah bahwa organisme secara genetis bisa digolongkan ke dalam kelompok prokaryot (bakteri serta organisme yang tida mempunyai selaput inti) dan eukaryot (fungi dan organisme dengan selaput inti sejati), di mana susunan housekeeping gene seperti rDNA, mengilhami bahwa dari susuanan gen yang ukurannya sangat kecil ini (sekitar 1.500 bp untuk prokaryota dan 1.800 bp untuk eukaryota) memungkinkan pengklasifikasian organisme. Hal ini karena bagian rDNA mempunyai susunan yang bervariasi antar organisme. Teknik PCR yang selalu menyatu dengan elektroforesis inilah yang menjadi tonggak pemikiran Muyzer untuk memisahkan komponen konsorsium mikroorganisme setelah dilakukan amplifikasi rDNA campuran dengan Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) (Gambar 1).

Dengan teknik DGGE, DNA yang diisolasi dari campuran species mikroba yang berbeda di amplifikasi mempergunakan primer universal untuk kelompok organisme yang disisipi dengan susunan GC berulang (sepanjang 40 bp, yang disebut GC-clamp) yang berfungsi sebagai penjapit rantai ganda DNA sehingga tidak terpisah menjadi rantai tunggal pada saat dielektroporesis pada gel yang mengandung zat pendenaturasi. Ketahanan rantai ganda DNA terhadap zat pendenaturasi berbeda-beda tergantung dari susunan nukleotida yang ada sehingga perbedaan susunan nukleotida ini menyebabkan DNA terdenaturasi pada konsentrasi zat pendenaturasi tertentu. Perenggangan rantai ganda DNA menyebabkan pergerakan DNA berhenti dalam matrik gel pada saat dielektroforesis. Dengan demikian susunan DNA yang berbeda, bahkan perbedaan hanya satu pasang basa nukleotida, akan muncul sebagai pita pada posisi yang berbeda di dalam gel akrilamid (Gambar 2).

Teknik ini banyak dipergunakan untuk mempelajari komposisi konsorsium mikroba sehingga dalam analisis species yang ada pada komunitas yang sulit dideskripsikan karena keterbatasan sistem kultivasi (penanaman) mikroba yang sampai saat ini masih menjadi masalah.

Perkembangan mikrobiologi dari awal perkembangan sampai abad 20 lebih banyak meletakkan landasan pada gen dan fungsi gen dalam regulasi jalur metabolik pada kontek sel secara individu. Sehingga fungsi dan peranan yang dipegang oleh masing-masing organisme dapat didekati secara in vitro. Tetapi, akan menemui hambatan apabila yang dipelajari mikroba yang sulit atau bahkan tidak mungkin ditumbuhkan pada cawan petri atau secara ex situ. Hal ini pula yang menjadi ganjalan dalam bidang ini dimana adalah hal yang mustahil dapat menumbuhkan semua jenis mikroba yang ada di alam dalam laboratorium karena adanya faktor penghambat seperti nutrisi, lingkungan, dan adanya interaksi dan komunikasi antar organisme (quorum sensing).

Sehingga paradagima yang terjadi saat ini untuk dapat menjelaskan komposisi organisme dalam suatu konsorsium pada tahap awal pendekatan adalah mengetahui komposisi organisme yang ada, isolasi organisme secara individu sebagai kultur murni, dan terakhir adalah mempelajari fungsi organisme dalam ekosistem tersebut. Untuk kontek pertama dipergunakan pendekatan biologi molekuler tanpa pemupukan (uncultured method) karena dalam analisis hanya diperlukan DNA dalam jumlah yang sangat sedikit, kumudian diikuti amplifikasi (PCR) sehingga memberikan pita yang visible yang dipisahkan dengan DGGE (Gambar 1). Metode ini telah menghasilkan sekumpulan publikasi dari ekosistem tertentu yang sulit dipelajari dengan teknik pemupukan (culture) dimana komponen penyusunnya adalah uncultureable microbes seperti komunitas anaerob pada saluran pencernaan hewan dan manusia (Ilustrasi Gambar 2), dasar laut dimana, tanah, perairan, lingkungan ekosistem yang ekstrim dan sebagainya, yang telah memberikan kontribusi besar dalam deskriminasi biodiversitas mikrobial yang tidak mungkin diakses dengan teknik pemupukan. Dengan demikian, teknik biologi molekuler (PCR-DGGE) merupakan alat yang penting untuk membedakan organisme (atau mikroorganisme) walau hanya menunjukkan perbedaan susunan genetik yang sangat kecil. Hal ini juga merupakan powerfull tool yang memberikan pandangan yang lebih realistik di bidang ilmu dasar dan aplikasi kesmas khususnya dalam studi spesifik yang mentargetkan gen atau mikroba tertentu pada studi epidemiologi dan kelaianan lainnya akibat kelainan gen tertentu pada individu.

Semoga lamunan iseng ini membuka jendela kita sehingga memberikan view yang lebih indah dalam pengembangan kesehatan masyarakat  ke depan.

Sumber relevan :

1. Muyzer, G., et al., Appl. Environ. Microbiol., 59: 695-700 (1993).
2. K. Minamida, N Sujaya : J. Biosci. Bioeng., 98: 244-250 (2004): 99:230-236 (2005); 99: 548-554 (2005).
3. http://www.asm.org

I N. Sujaya
Bag. Kesling, PS IKM, Univ. Udayana
UPT. Lab. Terpadu Biosain & Bioteknologi, Univ. Udayana
inengah_sujaya[at]yahoo.com

Note:
Tulisan ini hanya renungan penulis dalam kedinginan musim gugur di Melbourne.
“Life is too important to be taken seriously……“