Deinococcus Radiodurans

Deinococcus radiodurans adalah salah satu bakteri kelompok ekstremofil, yaitu dapat hidup di suasana ekstrem. Karakteristik utama bakteri ini adalah ketahanan terhadap efek mutagenik dan mematikan dari berbagai agen perusak DNA, contohnya paparan radiasi ion (ionizing radiation).

Organisme ini dapat masih dapat hidup dalam paparan radiasi berkali-kali lipat dari jumlah yang umumnya sudah membunuh organisme lain. Kromosom D. radiodurans bahkan dapat terbentuk kembali setelah hancur akibat radiasi. Oleh karena itu, D. radiodurans adalah organisme paling toleran terhadap kerusakan DNA yang pernah diidentifikasi.

Sejarah penemuan dan klasifikasi

D. radiodurans pertama kali dideteksi oleh Anderson et al. pada tahun 1956 di dalam daging kalengan yang disterilisasi dengan radiasi sinar x dan yang tidak diradiasi. Hebatnya, meski telah disterilisasi tetapi tetap terjadi pembusukan pada daging sehingga disimpulkan ada aktivitas mikroorganisme di dalamnya. D. radiodurans sebelumnya dimasukan ke dalam genus Micrococcus. Namun penelitian pertama kali oleh Feltham menunjukkan bahwa bakteri yang disebut M. radiodurans dan kerabatnya itu berbeda dengan spesies Micrococcus yang sudah diketahui. Brooks et al. pada tahun 1980 berhasil menunjukkan adanya perbedaan dengan genus Micrococcus berdasarkan uji terhadap sekuen gen penyandi 16S rRNA spesies tersebut. Selain sekuen gen, bukti diperkuat dengan hasil analisis terhadap homologi DNA, komposisi asam lemak, dan dinding sel beserta komposisinya. Pada tahun 1981, Brooks dan Murray mengajukan penggantian nama spesies yang dimaksud menjadi Deinococcus radiodurans. Berdasarkan etimologinya nama spesies D. radiodurans berasal dari bahasa Latin. Deinos (adj): aneh atau tidak biasa, coccus (n): semacam biji gandum atau buah beri, radioatio (adj): radiasi, dan durans(adj): pertahanan sehingga Deinococcus berarti kokus yang tidak biasa dan radiodurans berarti menahan radiasi. Brooks dalam jurnal pengajuan nama yang dibuatnya menginginkan untuk mempertahankan nama penunjuk spesies radiodurans karena dirasa memiliki asosiasi yang tepat dengan organisme tersebut, yaitu tahan terhadap radiasi tinggi.

Morfologi dan fisiologi

D. Radiodurans berbentuk bulat (kokus) dengan diameter 1.5-3 µm dan tumbuh sebagai sel tunggal atau berbentuk tetrad. Bakteri ini tergolong Gram positif, namun memiliki membran luar seperti bakteri Gram negatif. Hanya saja, membran luar D. radiodurans tidak memiliki lipid A. Bakteri ini tidak membentuk spora dan bersifat non motil. Koloni berwarna merah bila ditumbuhkan di media agar karena memiliki kandungan pigmen karotenoid. Koloni berbentuk cembung dengan permukaan halus. D. radiodurans adalah bakteri aerob dengan suhu optimum pertumbuhan 30 °C. Semua galur bakteri ini dapat tumbuh dengan kadar garam 1% dan kebanyakan galur tumbuh pada kadar garam 5%. Bakteri ini tergolong kemoorganotrof yang artinya menggunakan nutrisi dari senyawa kimia organik. Berdasarkan uji biokimia, D. radiodurans dapat memfermentasi glukosa dan fruktosa sehingga menghasilkan asam, sedangkan gliserol dan manosa dapat digunakan tetapi tidak menghasilkan asam.

Habitat

Habitat utama mikroorganisme ini adalah di tanah. Biasanya D. radiodurans diisolasi secara selektif dari tanah, daging mentah, debu, dan udara yang telah disaring. Teknik yang digunakan adalah dengan mengekspos sampel dengan radiasi UV atau gamma lalu menumbuhkannya pada media yang kaya tripton dan ekstrak khamir.

Ketahanan terhadap radiasi

D. radiodurans masih hidup setelah terkena radiasi sebesar 15.000 Grays (Gy) radiasi (1 Gy=100 rad) bahkan dapat terus tumbuh pada kondisi radiasi 69Gy/jam. Sebagai perbandingan, manusia umumnya sudah tewas bila terekspos radiasi lebih besar dari 10Gy. Organisme ini lebih tahan terhadap radiasi daripada spora bakteri. Organisme ini juga tahan terhadap banyak agen yang dapat menyebabkan mutasi pada DNA, seperti radiasi ion, sinar ultraviolet (UV), hidrogen peroksida, dan banyak lainnya. Satu-satunya senyawa mutagenik yang dapat menyerang D. radiodurans adalah nitrosoguanidin yang dapat menginduksi delesi, yaitu penghilangan suatu fragmen atau nukleotida DNA. Delesi lebih berpengaruh pada bakteri ini dibandingkan mutasi titik, yaitu mutasi hanya pada satu atau beberapa nukleotida DNA. Hal ini karena mekanisme perbaikan terhadap delesi tidak seefisien terhadap mutasi titik.

Perbaikan DNA yang Rusak oleh D. radiodurans

D. radiodurans memiliki mekanisme yang sangat efisien dalam memperbaikin DNA yang rusak. Ada beberapa jenis enzim untuk perbaikan DNA di dalam sel organisme ini. Selain enzim RecA, yang umum ada di organisme untuk perbaikan kerusakan DNA dalam tingkat rendah, D. radiodurans juga memiliki beberapa RecA-independen sistem DNA yang memungkinkan bakteri ini memperbaiki DNA, utas tunggal maupun utas ganda, dengan sistem penghancuran DNA yang rusak disertai penggantian dengan DNA baru. Sel D. radiodurans yang umumnya eksis dalam bentuk tetrad juga dianggap memberikan kontribusi terhadap ketahannya terhadap radiasi dan senyawa mutagenik, karena DNA yang rusak terkumpul rapi membentuk struktur cincin toroidal. Mekanisme perbaikan kemudian difasilitasi oleh nukleoid dari bagian sel yang berdekatan, sehingga tetap memungkinkan rekombinasi homolog. Rekombinasi homolog tersebut menyebabkan sel yang kromosomnya sudah diperbaiki dapat kembali tumbuh dan membelah. Bakteri D. radiodurans digunakan untuk pengolahan limbah nuklir yang mengandung senyawa radioaktif. Galur murni dari bakteri ini diketahui dapat mengurangi uranium dengan adanya asam humat pada kondisi anaerob. Beberapa tahun terakhir D. radiodurans R1 hasil rekayasa genetik telah digunakan untuk melaksanakan aktivitas bioremediasi terhadap limbah radioaktif campuran, terutama untuk detoksifikasi senyawa merkuri dan toluena di dalam limbah.