Bakteri Mutan

 Bakteri pengindera arsen.


SUMBER bahan beracun pencemar lingkungan bisa berasal dari aktivitas manusia, makhluk hidup lain, atau dari aktivitas alam seperti gas beracun yang disemburkan kawah gunung berapi. Berbagai metode telah dikembangkan untuk mendeteksi bahan beracun, salah satunya bakteri pengindera arsen.

Uji murah untuk mendeteksi sumur-sumur tercemar arsen telah dicoba di Vietnam. Metode ini dilakukan dengan menggunakan bakteri yang gennya telah dimodifikasi. Mutan bakteri yang dipakai bercahaya bila mereka mengindera arsen. Selain itu, bakteri-bakteri ini sangat peka terhadap air terkontaminasi.

Seperti diketahui, daerah-daerah seperti India, Banglades, Vietnam, dan Cile adalah daerah penyimpan arsen alam dalam jumlah besar. Senyawa-senyawa ini menjadi ancaman bagi penduduk setempat karena mencemari air tanah. Keracunan arsen dalam jangka panjang mengakibatkan penyakit kulit dan kanker.

Metode pengujian arsen secara kimiawi saat ini tidak dapat diandalkan, khususnya untuk mendeteksi senyawa ini dalam konsentrasi rendah (namun masih berbahaya). Hasil pengujian ternyata telah salah menandai sumur-sumur tercemar sebagai sumur bebas arsen sampai dengan 44 persen.

Pendekatan lebih baik untuk mengatasi persoalan di atas adalah mengeksploitasi bakteri alam yang peka terhadap arsen. Pendekatan ini memungkinkan pendeteksian arsen dalam jumlah renik dengan lebih akurat dibanding metode lain yang telah ada.

JAN Roelof van der Meer dan timnya dari Lembaga Sains dan Teknologi Lingkungan Federal Swiss membuat bakteri pengindera arsen. Tim riset itu memasukkan gen-gen penyandi protein berwarna ke dalam daerah DNA pada bakteri Escherichia coli yang tahan terhadap arsen. Hasil risetnya diungkap dalam publikasi ilmiah Environmental Science and Technology edisi 17 September 2003.

Ada tiga jenis strain bakteri yang gennya telah dimodifikasi. Tiap-tiap strain bakteri hasil modifikasi memiliki keunikan berbeda-beda dalam mengindera arsen. Strain pertama mampu menghasilkan protein bercahaya seolah mirip kunang-kunang. Strain kedua dapat membuat protein berupa gel. Strain terakhir adalah strain yang mempunyai enzim yang mampu mengubah warna bakteri dari putih menjadi biru.

Sensor bakteri yang dipublikasi terdahulu ternyata hanya mampu mendeteksi satu bentuk senyawa arsen saja, yaitu bentuk senyawa arsenit. Namun, mutan bakteri karya tim Van der Meer selain peka arsenit juga peka arsenat, karena mutan-mutan tersebut mengandung mengandung "gen bercahaya". Bakteri berwarna hijau terang bila berada di lingkungan air yang mengandung arsen (lihat gambar). Oleh karena itu, mikroba ini sangat ideal untuk alat penguji arsen pada air sumur tercemar.

SECARA praktis, bakteri-bakteri dikemas di atas permukaan pita-pita kertas, dan kemudian dikeringkan. Pita-pita kertas pengukur (kertas indikator) ini kemudian dipakai untuk mendeteksi air sumur apakah tercemar arsen atau tidak.

Bila kertas indikator ini dicelupkan pada sampel air sumur dan memberikan warna hijau, hasil ini menggambarkan bahwa air sumur tersebut telah tercemar arsen. Kepekatan warna hijau pada kertas indikator sebanding dengan kepekatan kandungan arsen.

Masalah yang masih perlu diperiksa pada metode di atas adalah apakah bakteri juga peka terhadap bahan-bahan kimia lain yang terdapat di dalam air. Misalnya: tembaga beracun, yang umum ditemukan dekat dengan deposit arsen alam.

Selain itu, masalah nonteknis mendasar yang perlu juga diperhatikan adalah apakah penggunaan bakteri yang telah dimodifikasi gennya di luar laboratorium telah diizinkan oleh perundangan-perundangan.

Namun, keuntungan penggunaan bakteri mutan pengindera senyawa-senyawa beracun adalah bakteri mudah diregenerasi sehingga mengurangi ongkos uji. Sebagai gambaran, satu kali uji arsen menggunakan pita indikator pada uji coba di Vietnam hanya dua sen dollar AS (sekitar Rp 200). Selain itu, bakteri-bakteri yang dipakai tidak melepas racun kimia ke lingkungan.  

Bakteri Magnetic

Bakteri yang unik karena mereka berenang di sepanjang garis-garis medan geomagnetik karena mengandung kristal magnet kecil yang disebut magnetosomes, Bakteri ini pertama kali ditemukan pada tahun 1975
Bakteri magnetotactic memiliki kemampuan untuk mengarahkan dan bermigrasi atau berenang di sepanjang garis-garis medan geomagnetik, perilaku disebut sebagai magnetoaxis.


Di atas adalah gambar rantai magnetosome..

Magnetospirillum menyerap sejumlah besar besi untuk menghasilkan oksida yang disebut magnetite. magnetit ini dibentuk menjadi magnetosomes yang terikat di rantai.

Hal ini menimbulkan dua pertanyaan yang menarik. Pertama, apa genetika di balik itu? Kedua, bagaimana bakteri mencapai hal ini? Dua pertanyaan yang terkait. Para peneliti, di Institut Max Planck, memfokuskan pada identifikasi bagian dari DNA pembawa kode untuk pembentukan magnetosome. Mereka menemukan sebuah fragmen yang berisi sekitar 25-30 gen magnetosome berbeda. Satu gen memiliki produk (MamJ) yang mirip dengan protein yang mengontrol proses kristalisasi dalam tulang, gigi dan kerang remis. Setelah gen ini telah dihapus mereka menemukan sesuatu yang menarik.

Gambar di kiri menunjukkan bakteri normal, yang di sebelah kanan menunjukkan bakteri mutan dengan gen Mamj dinonaktifkan. Perhatikan magnetosomes membentuk rantai lurus dalam posisi normal tetapi mengelompok dalam mutan. Apa yang terjadi di sini? Peneliti kemudian menggunakan teknik tomografi cyroelectron   untuk menguji rantai magnetosome lebih terinci. Ini adalah apa yang mereka lihat:



biru adalah membran sel, merah adalah magnetosomes, hijau adalah struktur filamen yang sebelumnya tidak diketahui (menyerupai sitoskeleton a) dan kuning adalah produk MamJ. Rupanya, produk MamJ berkembang pada magnetosome dan filamen dan ini adalah apa yang memungkinkan mereka untuk membentuk rantai.  . Beberapa organisme, seperti pidgeons salmon dan homing, juga berorientasi diri terhasdap medan magnet. Menariknya, mereka juga memiliki rantai magnetit di beberapa jaringan mereka dan dapat berkembang melalui mekanisme yang sama. 

Bakteri Magnetotactic menampilkan dua perilaku yang berbeda. Pada yang pertama, yang disebut kutub,   bakteri berenang ke utara atau selatan tergantung posisi mereka berada di belahan bumi mana.    Kedua disebut aksial, bakteri berenang bolak-balik. Kebanyakan bakteri magnetotactic  ada di hemishpere utara, saat terkena kadar oksigen yang lebih tinggi mereka berenang ke arah utara   yang mengarahkan mereka ke    arah lingkungan yang lebih anoxic (bekerja dengan cara yang sama untuk yang berada di belahan bumi selatan ). Pada bulan Juli 2004, namun, spesies yang tidak biasa dengan polaritas selatan ditemukan tinggal di sebuah kolam di Massachusetts. Mereka terjadi di koloni campuran (yaitu bakteri polaritas utara dan  selatan)  Para peneliti menemukan hubungan yang signifikan antara potensi oksidasi reduksi ( adalah kemampuan untuk menerima atau menyumbangkan elektron). 

Bakteri magnetik di danau Lonar kuno  terbentuk akibat dampak meteorit, sebuah temuan yang bisa membuka cakrawala kehidupan extra-terrestrial. "Ini sepertinya mengisyaratkan hubungan tertentu antara bakteri dan meteorit, dan itu bisa memiliki implikasi besar pada pencarian kehidupan extra-terrestrial. Kita perlu mencari apakah kehidupan di luar bumi ada dalam bentuk ini, "kata Chavadar

Chavadar mengatakan para ilmuwan telah menemukan bahwa magnet nano-kristal dalam meteorit Mars ALH84001 sama dengan magnetosomes bakteri. 


Properti bakteri ini terdiri atas struktur intraseluler tertentu - magnetosomes - yaitu kristal magnetis kecil yang terdiri dari mineral besi.

Kehadiran magnetosomes dalam bakteri telah dikonfirmasi dengan mengukur kadar besi mereka yang ditemukan jauh lebih besar daripada biakan bukan magnetik.

"  studi akumulasi besi Intraselular di bakteri ini adalah 11,5 kali lebih besar dari bakteri non-magnetik," kata Chavadar.

 

Magnetite (Fe3O4) magnetosomes
 

Strain MV-1

  magnetosomes  memanjang pada galur MV-1.

Ekstraksi Magnetosomes  dari MV-1 sel (magnetosomes sekitar 60x35 nm).

MV-1 magnetosome.
 

Strain MS-1 (Magnetospirillum magnetotacticum)

sel MS-1   dengan magnetosomes (Bar = 1 mikron).
 

  bagian Tipis MS-1. diameter.Magnetsomes sekitar. 45 nm
 
 

 

MS-1 magnetosomes (45 nm) (B. Devouard).
 

MS-1 magnetosomes (45 nm) (B. Devouard).
 
 

Strain MV-4
 

Sel MV-4 dengan magnetosomes dan granula polifosfat dan belerang.
 


Strain MC-1

MC-1 sel. FB = flagellar bundel; M = magnetsosomes (Frankel et al, 1997.)
 
 

Magnetsomes dari beberapa jenis sel

Magnetosomes dalam magnetotacticum Magnetospirillum); b) strain MV-1; c) strain MV-4 (panah menunjukkan kembar), d) strain MC-1 (Devouard et al, 1998)..
 
 

 ) MV-1, b) strain MC-1; bakteri c) Magnetosomes   strain laut berbentuk batang yang tidak teridentifikasi.
 

M. bavaricum

Magnetotactic bakteri dari Chiemsee, Bayern, Jerman (Biomagnetism Group, University of Munich).
  gumpalan gelap butiran belerang.
 
 
 

Magnetik mikro dengan holografi elektron

Garis fluks magnetik yang terkait dengan sel-1 MS, disuperposisikan pada rantai magnetosome (magnetosomes ditampilkan dalam putih) (Dunin-Borkowski et al., 1998)
 

Beberapa   kristal magnetosome ditemukan pada bakteri magnetotactic. Cuboctahedra (kiri bawah) yang ditemukan di kedua magnetit dan magnetosomes sulfida besi. Dua  memanjang (kanan atas dan kiri atas) ditemukan di magnetosomes magnetit.  ,bawah memanjang tepat ditemukan dalam magnetosomes sulfida besi.

 

  kristal ideal  untuk magnetites anorganik  .
 
 

Greigite (Fe3S4) magnetosomes.
 

 

A) A bakteri multiseluler magnetotactic dikenal sebagai MMP atau "murbei" yang umum ditemukan di lingkungan sulfidik laut atau payau. Ini terdiri dari approx. 20 sel yang masing-masing berisi magnetosomes greigite. Sel   menunjukkan magnetosomes di sejumlah sel-sel individual.


B) Sebuah batang magnetotactic tak dikenal mengandung magnetosomes greigite
 
 
 


 

 

batang teridentifikasi mengandung magnetosomes greigite.
 
 
 
 
 

 .
 

Pola difraksi elektron dari magnetosomes greigite tunggal (Posfai et al, 1998.).