ENDOSPORA

Endospora adalah bentuk kehidupan alternatif yang dihasilkan oleh Bacillus, Clostridium, dan beberapa genera bakteri termasuk Desulfotomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Oscillospira, dan Thermoactinomyces. Bacillus adalah aerob obligat yang tinggal di tanah sementara Clostridium spesies yang wajib Anaerob sering ditemukan sebagai flora normal dari saluran usus pada hewan. Endospora dibentuk oleh bakteri, pada kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan, missal kekurangan nutrisi dan air, suhu yang sangat panas atau sangat dinging serta racun. Endospora berupa tubuh berdinding tebal dan sangat resisten (tahan).

Endospora mengandung sedikit sitoplasma, materi genetik, dan ribosom. Dinding endospora yang tebal tersusun atas protein dan menyebabkan endospora tahan terhadap kekeringan, radiasi cahaya, suhu tinggi dan zat kimia. Jika kondisi lingkungan menguntungkan endospora akan tumbuh menjadi sel bakteri baru. Endospora lebih tahan terhadap keadaan lingkungan yang kurang menguntungkan daripada sel vegetatif bakteri. Proses pembentukan spora dinamakan proses sporulasi. setelah kondisi lingkungan membaik, endospora akan pecah menjadi sel vegetatif kembali, dinamakan proses germinasi.

Endospora dapat dibagi menjadi beberapa bagian penting (Gambar 2). Bagian tengah endospores berisi inti dan terdiri dari sitoplasma, DNA, ribosom, enzim dan segala sesuatu yang diperlukan saat bakteri kembali menjadi sel vegetative. Bagian intinya penting untuk tahan panas, dormansi jangka panjang dan untuk perlawanan zat-zat kimia yang beracun. Dipicolinate kalsium merupakan komponen utama dari inti dan berperan dalam perlawanan terhadap panas dan sinar UV. Korteks mengelilingi inti dan terdiri dari dua lapisan, tipis lapisan lebih padat yang mirip dengan struktur dinding sel vegetatif dan yang lebih tebal ,lapisan kurang padat diubah peptidoglikan. Dua modifikasi utama yang muncul. Pertama, ada kurang silang dengan hanya 3% dari asam muramic yang muncul di peptidoglikan dari korteks, dibandingkan dengan 40% muramic asam di dinding sel vegetatif. Kedua, banyak dari asam muramic dimodifikasi untuk struktur muramic-β-lactam. Kedua modifikasi dari korteks tampak penting dalam perkecambahan. Muramic-β-lactam berfungsi sebagai target spesifik enzim litik yang diaktifkan selama perkecambahan dan semakin rendah silang memungkinkan perkembangan lebih mudah. Luar korteks adalah spora mantel protein yang mengandung beberapa lapisan yang kedap bagi kebanyakan bahan kimia. Mantel terdiri dari lebih dari dua lusin jenis protein dan ada beberapa bukti bahwa protein tersebut dihubungkan oleh lintas-jaringan . Ikatan Kovalen ini hubungan antara protein mantel mungkin berkontribusi pada spora perlawanan.

Proses pembentukan endospora disebut sporulasi. Sporulasi biasanya dimulai ketika sel memasuki fase stasioner. Sel berubah baik secara morfologi maupun fisiologi khususnya mempersiapkan diri untuk pembentukan endospora. Beberapa jenis bakteri mampu melakukan autolisis sel vegetatif, sedangkan beberapa jenis bakteri tidak mampu melakukannya, sehingga endospora tetap berada di dalam sel vegetatif. Pembentukan spora bakteri secara alami belum diketahui dengan jelas. Akan tetapi, kita dapat memicu bakteri membentuk spora. Pemanasan pada suhu 60-65°C selama 10 menit atau lebih mampu memicu pembentukan spora. Faktor lain yang mampu memicu pembentukan spora bakteri adalah perlakuan pH rendah, suhu rendah, pemberian agen pereduksi, dana agen-agen kimia lainnya.

Pada tahap pertama (I) bakteri membentuk filamen aksial. Pembentukan filamen aksial tidak berlangsung lama. Tahap kedua (II) adalah pembentukan septum asimetris, menghasilkan sel induk dan calon sel pra-spora. Masing-masing sel menerima DNA anakan. Selanjutnya terjadi fagositosis sel praspora oleh sel induk, sehingga sel praspora menjadi bentukan yang disebut protoplas. Tahap ketiga (III) adalah perkembangan protoplas yang disebut perkembangan spora-awal (forespore). Pada perkembangan spora-awal belum terbentuk peptidoglikan, sehingga bentuk spora-awal tidak beraturan (amorfus). Tahap keempat (IV) adalah pembentukan korteks (peptidoglikan). Spora-awal menyintesis peptidoglikan, sehingga spora-awal mempunyai bentuk pasti. Pembentukan peptidoglikan oleh spora-awal disebut juga pembentukan korteks. Tahap kelima (V) adalah pembentukan pembungkus (coat). Spora-awal menyintesis berlapis-lapis pembungkus spora. Pembungkus spora disintesis baik secara terus-menerus maupun terputus-putus, sehingga tampak seperti penebalan korteks. Material korteks dan pembungkus spora berbeda. Tahap keenam (VI) adalah pematangan spora. Spora bakteri menyintesis asam dipokolinat dan melakukan pengambilan kalsium. Dua komponen ini merupakan karakteristik resistensi dan dormansi endospora. Tahap ketujuh (VII) adalah pelepasan spora. Terjadi lisis sel induk, sehingga spora yang telah matang keluar.

16s rRNA

16s rRNA merupakan salah satu penyusun subunit 30S, yang penting untuk translasi, dan terdiri dari 1542 pasangan basa. 16s rRNA adalah suatu jenis RNA yang dilibatkan dalam produksi protein. Di antara berbagai teknik yang digunakan, RNA ribosomal paling banyak digunakan sebagai penanda molekuler. Pada prokaryota terdapat tiga jenis RNA ribosomal, yaitu 5S, 16S, dan 23S rRNA. Di antara ketiganya, 16S rRNA yang paling sering digunakan. Molekul 5S rRNA memiliki urutan basa terlalu pendek, sehingga tidak ideal dari segi analisis statistika, sementara molekul 23S rRNA memiliki struktur sekunder dan tersier yang cukup panjang sehingga menyulitkan analisis. Sekuens gen 16S rRNA ini dapat digunakan untuk identifikasi bakteri yang mengalami penyimpangan strain fenotip.

Tabel 1. s RNA Ribosom Pada Prokaryotik

Name Size (nucleotides) Location

5S 120 Large subunit of ribosome 16S 1500 Small subunit of ribosome 23S 2900 Large subunit of ribosome

Analisis gen penyandi 16S rRNA telah menjadi prosedur baku untuk menentukan hubungan filogenetik dan menganalisis suatu ekosistem. 16S rRNA dapat digunakan sebagai penanda molekuler karena molekul ini bersifat ubikuitus dengan fungsi yang identik pada seluruh organisme. Molekul ini juga dapat berubah sesuai jarak evolusinya, sehingga dapat digunakan sebagai kronometer evolusi yang baik. Molekul 16S rRNA memiliki beberapa daerah yang memiliki urutan basa yang relatif konservatif dan beberapa daerah urutan basanya variatif.

Perbandingan urutan basa yang konservatif berguna untuk mengkonstruksi pohon filogenetik universal karena mengalami perubahan relatif lambat dan mencerminkan kronologi evolusi bumi. Sebaliknya, urutan basa yang bersifat variatif dapat digunakan untuk melacak keragaman dan menempatkan galur-galur dalam satu spesies. Jika urutan basa 16S rRNA menunjukkan derajat kesamaan yang rendah antara dua taksa, deskripsi suatu takson baru dapat dilakukan tanpa hibridisasi DNA-DNA. Biasanya jika derajat kesamaan urutan basa gen penyandi 16S rRNA kurang dari 97% dapat dianggap sebagai spesies baru. Analisis gen penyandi 16S rRNA praktis untuk definisi spesies, karena molekul ini bersifat ubikuitus, sehingga dapat dirancang suatu primer yang universal untuk seluruh kelompok. Penentuan spesies baru pun dapat dilakukan tanpa mengisolasi mikroorganisme yang bersangkutan.

Data urutan basa gen penyandi 16S rRNA memungkinkan digunakan untuk mengkonstruksi pohon filogenetik yang dapat menunjukkan nenek moyang dan hubungan kekerabatan organisme, tetapi organisme yang sekerabat atau identik berdasarkan parameter ini belum tentu memiliki kesamaan secara fisiologi. Hal ini disebabkan gen penyandi 16S rRNA bukan merupakan suatu gen yang fungsional untuk kelangsungan hidup dan adaptasi prokaryota pada lingkungan tertentu. ESC menggabungkan informasi peranan mikroorganisme dalam lingkungannya dengan informasi genetik, berdasarkan pemikiran bahwa fenotipe merupakan kombinasi dari ekspresi genetik dan pengaruh lingkungan.

Kurang diskriminatifnya gen penyandi 16S rRNA prokaryota dibandingkan dengan gen pengkode protein adalah karena gen fungsional berevolusi lebih cepat dibandingkan dengan gen 16S rRNA, karena berhubungan erat dengan proses adaptasi. Taksa yang berkerabat sangat dekat sering memiliki kesamaan yang ekstrim pada gen penyandi 16S rRNA-nya. Ketidakmampuan analisis berdasarkan gen 16S rRNA untuk membedakan kelompok bakteri berkerabat dekat yang secara ekologi berbeda teramati pada kasus Mycobacterium avium dan M. Intracellulare. Keduanya memiliki sekuens gen 16S rRNA yang 99,8% identik (Boddinghaus et al., 1990), tetapi keduanya dapat dibedakan menjadi kluster yang terpisah berdasarkan sekuens dua gen penyandi protein, yaitu hsp serta protein 32 kDa

Contoh kasus lain adalah pada Bacillus globisporus dan B. psychrophilus yang hampir identik berdasar sekuens 16S rRNA, yakni hanya memiliki perbedaan pada dua basa yang konsisten pada sekuens 16S rRNA, tetapi kedua spesies ini memiliki beberapa perbedaan dalam beberapa karakte fenotipe seperti kondisi optimum untuk pertumbuhan, serta dapat dengan mudah dibedakan dengan reasosiasi DNA-DNA. Keduanya dapat dimasukkan ke dalam klaster yang berbeda berdasarkan urutan basa gen penyandi piruvat kinase dan alanin dehidrogenase. Oleh karena itu, definisi spesies berdasarkan urutan basa gen 16S rRNA tidak cukup untuk menggambarkan keanekaragaman fungsional suatu komunitas prokaryota.

Perbandingan langsung gen 16S rRNA dengan gen fungsional pada kelompok mikroorganisme tidak selalu menunjukkan hasil yang konsisten, misalnya pada kelompok bakteri denitrifikasi. Kemampuan untuk melakukan proses denitrifikasi dimiliki oleh organisme dari 3 domain kehidupan, tetapi pada organisme yang terdapat pada satu klaster 16SrRNA, kemampuan ini tersebar secara sporadic. Gen-gen fungsional yang terkait jalur denitrifikasi (menyandikan nitrit reduktase dan nitrooksida reduktase) menunjukkan keragaman urutan basa yang sangat tinggi, sehingga sulit untuk dijadikan suatu kronometer evolusi.

16s rRNA juga memiliki perlindungan yang berasal dari protein-protein ribosom diantaranya S17, S5, S8, S16 dan S15. Masing-masing protein melindungi daerah-daerah pada 16s rNA,misalnya S16, yang memberikan perlindungan pada nukleotida di daerah domain 5`. S5 berfungsi untuk memproteksi dasar dalam putaran cabang pada persimpangan 3 domains utama.