Sejarah Identifikasi dan Klasifikasi Molekuler Berbasis Sekuensing rDNA

Daftar isi

1 Pendahuluan: Awal Mula Metode Molekular Sebagai Alat Klasifikasi Modern
2 RNA Ribosom (rRNA) Sebagai Tolak Ukur Kekerabatan dan Klasifikasi Makhluk Hidup Modern
- 2.1 Struktur Ribosom dan Komponen Penyusunnya
- 2.2 Klasifikasi dan Identifikasi Organisme Berdasarkan Sekuens rDNA
3 Bagaimana Cara Melakukan dan Prinsip Kerja Sekuensing 16S rRNA?
- 3.1 Prinsip Kerja Identifikasi dengan Sekuensing 16S rRNA
4 Sekuensing Large Subunit rDNA dan Internal Transcribed Spacer Untuk Identifikasi Molekuler Fungi (Cendawan)
5 Sumber Pustaka
- - 5.0.1 Incoming search terms:

Pendahuluan: Awal Mula Metode Molekular Sebagai Alat Klasifikasi Modern

Perkembangan metode Biologi Molekuler sebagai alat identifikasi dan klasifikasi organisme saat ini dimulai dari rasa ingin tahu Carl Woese akan metode klasifikasi makhluk hidup. Karena sistem klasifikasi makhluk hidup yang berlaku saat itu dianggapnya tidak objektif dalam menentukan kelompok organisme.

Misalnya begini,

Suatu saat Anda jalan-jalan ke sawah dan iseng ingin mengklasifikasikan tumbuhan yang Anda temui, misalnya padi, jagung, mangga dan durian,

Anda akan dengan mudah mengelompokkan tanaman padi dan jagung dalam kelompok monokotil (Liliopsida) berdasarkan jumlah kotiledonya yang hanya satu,

dan dapat menyimpulkan bahwa mangga lebih jauh kekerabatannya dibanding kedua anggota monokotil tersebut karena memiliki dua kotiledon. Maka Anda akan mengelompokkan mangga dengan durian pada dikotil (Magnoliopsida).

Benar, Jumlah keping biji akan berguna dalam sistem klasifikasi tumbuhan berbiji, khususnya Angiospermae. Tapi jika Anda menemukan jenis tumbuhan lain, misalnya pakis, maka jumlah keping biji tersebut tidak berlaku lagi dan tidak efektif dalam mengelompokkan tumbuhan.

Karena tumbuhan paku (Pteridophyta) tidak memiliki biji.

Nah, dengan bekal komparasi morfologi, bisakah Anda mengelompokkan dan menentukan kekerabatan antara panda raksasa dan jamur?

Bisakah Anda menentukan kekerabatan Jamur dan Panda berdasarkan fisik mereka?
(Sumber gambar: https://www.sciencenews.org/)

Bacaan lanjutan Wah! Mycobacterium Ternyata Bisa Membuat Cerdas!

Benar, identifikasi dan pengelompokan berdasarkan kenampakan fisik (morfologi) tidak mampu menjawab pertanyaan yang lebih universal, dan cenderung subjektif dalam menentukan kelompok saat Anda mengklasifikasikan organisme, apalagi mencari jejak kekerabatan.

Berdasarkan latar belakang tersebut Woese selanjutnya merumuskan bahwa untuk mengelompokkan dan menentukan kekerabatan suatu metode harus memiliki syarat sebagai berikut:

Sifat atau struktur yang dimiliki oleh seluruh makhluk hidup
Memiliki fungsi yang identik tak peduli apapun organismenya
Dapat dibandingkan secara objektif dan tidak menimbulkan bias
Dapat menelusuri kekerabatan evolusioner, hingga dapat digunakan sebagai kronometer

Lalu, apakah sifat yang dimiliki oleh seluruh makhluk hidup dan telah terjadi dari awal mula kehidupan?

Tentu saja proses biosintesis protein. Karena protein sendiri yang bertanggung jawab dalam seluruh kegiatan fisiologis dan membangun kehidupan itu sendiri. Baik sebagai komponen struktural kehidupan atau menjadi perangkat biokimiawi sebagai katalisator reaksi biologis.

ya, Woese lalu menggunakan perangkat biosintesis protein, ribosom, sebagai faktor penentu kekerabatan dari metode miliknya.

RNA Ribosom (rRNA) Sebagai Tolak Ukur Kekerabatan dan Klasifikasi Makhluk Hidup Modern

Struktur Ribosom dan Komponen Penyusunnya

Ribosom adalah kompleks molekul yang terdiri dari RNA ribosom (rRNA) dan protein. Ribosom umumbya memiliki ukuran 2 MDa hingg 4.5 MDA. Satu unit Ribosom memiliki dua sub-unit berukuran besar dan kecil

Masing-masing sub-unit disusun oleh protein dan rRNA seperti gambar dibawah ini.

Struktur dan komponen penyusun ribosom pada organisme prokariotik dan eukariotik

Diantara komponen-komponen penyusun ribosom tersebut, rRNA-lah yang menarik perhatian Woese, karena memiliki area konservatif, yakni area yang tidak mengalami perubahan banyak selama proses evolusi. Area konservatif bermanfaat menunjukkan kekerabatan dan perjalanan evolusi untuk mengkonstruksi pohon kehidupan.

Selain area konservatif yang bersifat universal, rRNA juga memiliki area yang bervariasi sekuens penyusunnya. Sifat hipervariabel ini mengintrepretasikan perbedaan sifat yang terjadi dalam suatu kelompok untuk menentukan spesies atau galur-galur khusus dalam spesies tersebut.

Kekerabatan yang dikonstruksi berdasarkan metode molekuler inilah yang menyatukan seluruh organisme dalam pohon kehidupan. Pohon kehidupan ini mengelompokkan makhluk hidup menjadi tiga domain yakni:

Bacteria
Archaea
Eucarya

Bacaan lanjutan Ciri-ciri Bakteri dan Prospek Bakteri Ekstremofil Pada Industri

Pengelompokan kekerabatan berdasarkan hubungan evolusioner yang didapat dari analisis molekuler (sekuensing rDNA) ini disebut kekerabatan filogenetik. Sedangkan pohon kehidupan diatas disebut pohon filogenetik.

Klasifikasi dan Identifikasi Organisme Berdasarkan Sekuens rDNA

Pada organisme prokariotik juga mitokondria dan kloroplas, terdapat tiga jenis rRNA yakni 5S, 16S dan 23S. Diantara tiga jenis rRNA tersebut, 16S rRNA-lah yang dinilai memiliki efisiensi terbaik dalam menentukan kekerabatan dengan metode molekuler.

Begini alasannya,

16S rRNA (terdiri dari 1.5 kb, kilo base) memiliki ukuran lebih besar dibanding 5S rRNA (121 kb) hingga banyak informasi yang bisa dikaji dari molekul tersebut, namun lebih kecil dari molekul 23S rRNA hingga analisis dapat dilakukan lebih cepat serta membutuhkan biaya yang lebih kecil.

Pada periode tahun 1970, kelompok peneliti yang dipimpin oleh Woese telah berhasil mensekuensing 600 16S rRNA dari berbagai organisme untuk mengkonstruksi kekerabatan makhluk hidup. Akhirnya kita mengenal pohon kehidupan seperti digambar ini:

Sistem tiga kingdom Woese

Hasil penelitian Woese tersebut banyak memberikan terobosan dan pembenahan konsep baru pada dunia biologi. Terutama pada kelompok Archaea yang pada klasifikasi Whittaker dikelompokkan dalam satu kingdom, yakni Monera, ternyata memiliki kekerabatan lebih dekat dengan Domain Eukarya, termasuk Kita, Manusia.

Jadi, dengan bantuan sistem klasifikasi Woese dengan menggunakan metode sekuensing 16S dan 18S rRNA ini, Anda dapat menjawab pertanyaan diawal artikel ini:

Bisakah Anda menentukan kekerabatan Jamur dan Panda berdasarkan fisik mereka?
(Sumber gambar: https://www.sciencenews.org/)

Ya, Anda tidak bisa menemukan kemiripan sedikitpun dari kedua organisme tersebut, kecuali fakta bahwa keduanya adalah heterotrofik.

Tapi dengan melihat pohon kehidupan dari klasifikasi Woese, Anda dapat mengetahui bahwa panda memiliki kekerabatan yang cukup dekat dengan jamur. Bahkan, bila Anda membaca artikel Kami sebelumnya, Sistematika Zygomycota, Penelitian berbasis molekuler menemukan bahwa Kingdom Animalia (panda) dan Kingdom Fungi (jamur Muskarin) ternyata memiliki satu nenek moyang tunggal.

Bacaan lanjutan Bakteri Ini Dinamai Karakter Penting di Star Wars

Bagaimana Cara Melakukan dan Prinsip Kerja Sekuensing 16S rRNA?

Prinsip Kerja Identifikasi dengan Sekuensing 16S rRNA

Sekuensing Large Subunit rDNA dan Internal Transcribed Spacer Untuk Identifikasi Molekuler Fungi (Cendawan)

Sumber Pustaka

Melnikov, S., Ben-Shem, A., de Loubresse, N. G., Jenner, L., Yusupova, G., & Yusupov, M. (2012). One core, two shells: bacterial and eukaryotic ribosomes. Nature structural & molecular biology, 19(6), 560-567.

Woese, C. R. (1987). Bacterial evolution. Microbiological reviews, 51(2), 221.

Suwanto, A. 1994. Evolusi Mikrob dan Kaitannya Dengan Sistematika Molekuler. Hayati, Vol (2)1. pp:26-31