Mutasi berasal dari kata mutatusi (bahasa latin) yang artinya adalah perubahan. Mutasi didefinisikan sebagai perubahan materi genetic (DNA) yang dapat diwariskan secara genetic pada keturunannya. Agen yang menyebabkan mutasi disebut mutagen. Makhluk hidup yang mengalami mutasi mutan. Perubahan susunan genetik ini menyebabkan terjadinya perubahan gen dan akhirnya menyebakan perubahan alel dan fenotip makhluk hidup. Berdasarkan definisi di atas, tidak setiap perubahan DNA adalah mutasi, syarat mutasi adalah :
· adanya perubahan materi genetic (DNA);
· perubahan tersebut bersifat dapat atau tidak dapat diperbaiki;
· hasil perubahan tersebut diwariskan secara genetic pada keturunannya.
B. Mekanisme Mutasi
Secara ringkas telah disebutkan bahwa mutasi dapat mempengaruhi DNA maupun kromosom. DNA dapat dipengaruhi pada saat sintesis DNA (replikasi). Pada saat tersebut faktor mutagentik mempengaruhi pemasangan basa mukleotida sehingga tidak berpasangan dengan basa nukleotida yang seharusnya (mismatch). Misalnya triplet DNA cetakan adalah TTA. Namun, karena adanya mutagen menyebabkan DNA polymerase memasangkan A dengan C, bukan dengan T.
Kromosom juga dapat dipengaruhi oleh mutagen pada saat pemaketan DNA dalam kromosom (profase), pemisahan kromotid (contoh pada peristiwa gagal berpisah kromosom saat anafase), penarikan kromosom oleh benang spindle, dan sintesis dinding sel (sitokinesis) setelah anafase.
C. Tempat Terjadinya Mutasi
Makhluk hidup, individu, atau sel yang mengalami mutasi disebut makhluk, individu, atau sel mutan. Berdasarkan tempat terjadinya, yaitu sel-sel yang mengalami mutasi, mutasi dibedakan menjadi gametik dan somatik.
1. Mutasi Gametik
Mutasi gametik adalah mutasi yang terjadi pada sel gamet. Karena sel gamet mengadakan pembuahan, gamet mutan yang mengalami pembuahan dapat mewariskan mutasi tersebut kepada keturunannya. Mutasi gametik bersifat diwariskan (heritable) dan merupakan mutasi yang dikekalkan secara genetic. Gen-gen yang mengalami mutasi di dalam gamet dapat berupa mutasi autosomal (jika gen-gennya terdapat pada kromosom autosomal). Mutasi autosomal dapat menghasilkan mutasi dominant atau mutasi resesif, tergantung pada sifat yang dihasilkannya. Adapun mutasi gen-gen gamet yang terdapat pada kromosom kelamin dinamakan mutasi tertaut kelamin.
2. Mutasi Somatik
Mutasi somatic adalah mutasi yang terjadi pada sel-sel soma (sel tubuh, dapat berupa zigot, sel-sel embrio, maupun sel dewasa). Berbeda dengan mutasi gametik, mutasi somatic tidak dapat diwariskan pada keturunannya meskipun ada indikasi kepekaan seseorang mengalami mutasi somatic (terutama pada individu dewasa) juga dipengaruhi secara genetic.
Kejadian mutasi somatic yang terjadi pada janin yang sedang dikandung ibunya dapat mengakibatkan cacat bawaan. Di antara penyebab cacat bawaan ini adalah selama mengandung, si ibu terkena sinar radioaktif atau meminum obat-obatan atau ramuan jamu yang bersifat mutagenik. Misalnya, anak sumbing merupakan hasil mutasi yang disebabkan oleh teramtogen (faktor atau zat yang menyebabkan kelainan embrio, misalnya sinar X dan zat kimiawi tertentu). Semakin awal suatu sel embrio atau janin mengalami mutasi, akibatnya akan lebih meluas, sebaliknya, mutasi pada akhir masa embrional lebih sedikit risiko akibatnya.
Kejadian mutasi somatik pada orang dewasa mengakibatkan kanker. Sel kanker adalah sel yang mengalami mutasi. Misalnya penderita kanker hasil mutasi somatik yang menyebabkan kanker kulit (karsinoma) di sekitar mata. Bentuk mutasi yang utama adalah sel-sel tersebut tidak dapat dikontrol pembelahannya, sehingga terus membelah dan mengganggu fungsi tubuh secara keseluruhan.
D. Tingkat Mutasi
Perubahan materi genetik dapat dikelompokkan ke dalam dua tingkatan, yaitu mutasi gen (DNA) dan mutasi kromosom.
1. Mutasi Gen
Mutasi gen merupakan perubahan yang terjadi pada nukleotida DNA yang membawa "pesan" suatu gen tertentu. Mutasi gen pada dasarnya merupakan mutasi titi. Mutasi titik (point mutation) merupakan perubahan kimiawi pada satu atau beberapa pasangan basa dalam satu gen tunggal.
Jika mutasi titik terjadi pada gamet atau pada sel yang menghasilkan gamet, mutasi ini dapat diteruskan pada keturunan dan generasi penerus. Jika mutasi memiliki efek merugikan pada fenotip manusia atau hewan, mutan (individu yang mengalami mutasi) mengalami suatu penyimpangan genetik atau penyakit keturunan (herediter). Contohnya, penyakit anemia sel sabit merupakan akibat mutasi pada pasangan basa tunggal di dalam gen yang mengkode salah satu polipeptida hemoglobin. Perubahan satu nukleotida dalam rantai cetakan DNA) mengakibatkan produksi protein yang abnormal. Dasar molekuler penyakit anemia sel sabit, Alel yang menyebabkan penyakit anemia sel sabit dibedakan dengan alel normal oleh perubahan pada pasangan basa tunggal (mutasi titi). Alel normal memiliki basa timin, sedangkan alel sel sabit memiliki basa adenin. Hal ini mengubah salah satu kodon RNAd yang ditranskipsi dari gen, menghasilkan asam amino valin pada polipeptida menggantikan asam glutamate yang terdapat pada polipeptida normal. Pada individu-individu yang homozigot untuk alel mutan, perubahan sel darah merah menjadi berbentuk sabit akibat perubahan polipeptida pembentukan hemoglobin darah tersebut.
2. Tipe-tipe Mutasi Titik
Mutasi titik dalam suatu gen dapat dibagi menjadi dua kategori umum, yaitu substitusi pasangan basa dan insersi (penyisipan) atau delesi (penghilangan) pemasangan basa. Mutasi tersebut dapat mempengaruhi protein.
a) Substitusi
Substitusi pasangan basa merupakan penggantlian satu nukleotida dan pasangannya di dalam untai DNA komplementer dengan pasangan nukleotida lain. Substitusi satu purin oleh purin yang lain atau satu pirimidin oleh pirimidin yang lain disebut mutasi titik tipe transisi. Sebaliknya, substitusi suatu purin oleh pirimidin atau substitusi suatu pirimidin oleh purin disebut transversi. Beberapa substitusi menghasilkan mutasi diam (silent mutation) karena perubahan kode genetik mutasi ini tidak mempengaruhi pengkodean protein. Dengan kata lain, perubahan pada pasangan basa dapat mentransformasi satu kodon ke kodon lain yang ditranslasi menjadi asam amino yang sama. Contohnya, jika CCG termutasi menjadi CCA, kodon RNAd yang sebelumnya GGC akan menjadi GGU, dan glisin akan tetap dimasukkan ke lokasi yang terkait pada protein.
Namun demikian, substitusi pasangan basa yang paling menarik adalah substitusi yang menyebabkan perubahan penting di dalam suatu protein. Perubahan satu asam amino di dalam daerah penting suatu protein contohnya tempat aktif suatu enzim akan mengubah aktivitas protein secara signifkan. Kadang-kadang mutasi semacam ini mengarah pada perbaikan protein atau protein memiliki kemampuan baru yang meningkatkan sifat unggul organisme mutan dan keturunannya. Akan tetapi, yang lebih banyak terjadi adalah mutasi yang bersifat mengganggu, menciptakan protein tidak bermanfaat atau protein kurang aktif yang merugikan.
Mutasi substitusi biasanya menghasilkan mutasi salah arti (missense mutation), yaitu kodon yang berubah tetap mengkode asam amino yang berbeda dari normalnya. Akan tetapi, jika mutasi titik mengubah kodon untuk suatu asam amino menjadi kodon stop, translasi akan dihentikan sebelum waktunya, dan polipeptida hasilnya akan lebih pendek dibandingkan polipeptida yang dikode oleh gen normal. Perubahan yang mengubah kodon asam amino menjadi sinyal stop disebut mutasi tanpa arti (nonsense mutation).
b) Delesi dan Insersi Basa Nitrogen
Delesi atau penghapusan atau pengurangan basa nitrogen pada gen. Setelah gen normal mengalami kehilangan basa nitrogen U pada kodon ke 9, maka nukleotida berikutnya bergeser maju, sehingga terbentuk susunan rantai nukleotida berikut.
Insersi (adisi) yaitu penambahan atau penyisipan satu basa nitrogen pada gen. Setelah gen normal mengalami penambahan satu nukleotida U pada kodon ke 4, maka nukleotida di belakangnya akan bergeser sehingga membentuk susunan rantai nukleotida berikut.
Delesi dan insersi dapat berpengaruh terhadap sintesis protein. Mutasi gen karena delesi dan insersi dapat mengakibatkan terjadinya pergeseran "pembacaan" pesan pada kode genetik. Peristiwa mutasi seperti ini juga disebut sebagai mutasi pergeseran kerangka (frameshift mutations). Selain itu, mutasi ini juga dapat menghasilkan protein yang tidak berguna atau rusak.
Sebagai contoh mutasi gen pada manusia yang mengakibatkan kelainan sickle-cell anemia. Penderita kelainan ini gennya mengalami penggantian satu jenis basa nitrogen dan menghasilkan kesalahan dalam susunan rantai polipeptida asam amino pada molekul hemoglobin. Terjadinya sickle-cell anemia dijelaskan dalam uraian berikut.
a. Molekul DNA mengalami mutasi berupa penggantian basa timin dengan adenine pada rantai nukleotida.
b. mRNA menghasilkan triplet kodon GUA
c. asam amino yang dihasilkan berupa valin
d. molekul hemoglobin yang tersusun dari rantai asam amino abnormal dinamakan hemoglobin – S. Hemoglobin ini menyebabkan sel darah berbentuk bulan sabit sehingga tidak mampu mengangkut oksigen secara efisien. Oleh karena sifatnya cepat rusak, mutasi ini mengakibatkan anemia berat.
E. Mutasi Kromosom
Mutasi kromosom adalah mutasi atau perubahan materi genetic yang disebabkan oleh perubahan pada kromosom. Mutasi kromosom dapat disebabkan oleh gangguan fisik dan kimia yang menyebabkan kesalahan di dalam pembelahan sel (meiosis dan mitosis) sehingga merusak susunan kromosom atau mengubah jumlah kromosom.
a) Perubahan Susunan Kromosom
Perubahan susunan kromosom dapat disebabkan oleh delesi (penghilangan), duplikasi (penggandaan), inverse (pembalikan), dan translokasi. Delesi terjadi ketika sebuah fragmen kromosom patah dan hilang pada saat pembelahan sel. Kromosom tempat fragmen tersebut berasal kemudian akan kehilangan gen-gen tertentu. Namun dalam beberapa kasus, fragmen patahan tersebut dapat berikatan dengan kromosom homolog, menghasilkan duplikasi. Fragmen tersebut juga dapat melekat kembali pada kromosom asalnya tetapi arahnya terbalik, menghasilkan inversi. Hasil keempat yang bisa terjadi akibat patahnya kromosom adalah fragmen patahan tersebut bergabung dengan suatu kromosom non homolog, menyebabkan penyusunan ulang yang disebut translokasi. Tipe translokasi yang paling umum adalah translokasi resiprok, yaitu kromosom non-homolog saling bertukar fragmen. Sebaliknya, translokasi non-resiprok terjadi dengan adanya kromosom yang mentransfer fragmen tanpa menerima fragmen lainnya kembali.
Delesi dan duplikasi cenderung terjadi selama meiosis. Kromatid-kromatid homolog kadang-kadang berpisah dan bergabung kembali di tempat-tempat yang "tidak tepat", sehingga salah satu pasangan akan melepaskan gen yang lebih banyak dibandingkan dengan yang didapatkan oleg kromatid tersebut. Hasil dari persilangan yang tidak timbal balik adalah satu kromosom dengan delesi dan satu kromosom dengan duplikasi.
Duplikasi dan translokasi juga cenderung memiliki pengaruh yang membahayakan. Pada translokasi yang timbal balik terjadi pertukaran antara segmen-segmen kromosom non-homolog, sedangkan pada inversi dan translokasi dapat mengubah fenotip karena ekspresi suatu gen dapat dipengaruhi oleh lokasinya di antara gen-gen di dekatnya.
b) Perubahan Jumlah Kromosom
Ada dua konsep tentang jumlah kromosom, yaitu euploid dan aneuploid. Euploid merupakan variasi pada serangkaian kelompok kromosom atau seluruh materi genetik yang berada di dalam suatu sel (genom). Aneuploid merupakan variasi pada sebuah atau sejumlah kecil kromosom.
1) Euploid
Euploid didefinisikan sebagai variasi dalam sejumlah set dasar kromosom yang disebut genom. Set dasar kromosom yang dimaksudkan adalah jumlah kromosom terkecil yang pernah dimiliki oleh suatu jenis organisme pada evolusinya. Beberapa contohnya adalah sebagai berikut. Jumlah set dasar kromosom terkecil atau genom pohon kapas (Gossypium sp.) adalah 13. Pada rumput-rumputan, gandum, jelai dan Avena sp. umumnya memiliki genom 7. Aprikot (Prunus armeniaca) memiliki genom 8.
Label genom secara keseluruhan dinyatakan dengan notasi 'X'. individu yang memiliki notasi 1X, 2X atau 3X, berarti memiliki satu, dua, atau tiga genom. Jumlah seluruh kromosomnya adalah hasil perkalian antara jumlah genom dengan jumlah kromosom pada genom tersebut.
Pengertian euploid cukup sederhana. Individu yang memiliki genom tunggal (1X) disebut monoploid, yang genomnya dua (2X) adalah bentuk diploid, 4X adalah tetraploid, 5X adalah pentaploid, 6X adalah heksaploid dan seterusnya. Tingkatan euploidi yang lebih dari diploid biasanya dikelompokkan dalam poliploid.
Sering terjadi kekeliruan notasi antara jumlah genom (X) dan jumlah kromosom (n). Tanda X dipakai untuk menyatakan jumlah genom. Setiap genom memiliki jumlah kromosom tertentu. Kromosom semua sel somatik adalah 2n, sedangkan gamet-gametnya merupakan kromosom haploid, yaitu n. nilai X dan n dapat sama, tetapi dapat pula berbeda. Nilai X dan n dapat sama, tetapi dapat pula berbeda. Pada individu yang diploid, genomnya akan 2X, dimana X terdiri dari 7 kromosom. Jadi, jumlah kromosomnya adalah 14 atau 7 pasang. Dengan demikian, jumlah kromosom keseluruhannya adalah 2n = 14, maka n = 7. Dalam hal ini 2X = 2n = 14.
Sebaliknya, pada individu yang heksaploid akan memiliki tanda 6X, tetapi tetap memiliki kromosom somatik 2n dan kromosom gamet n. Jadi, pada individu heksaploid berlaku 6X = 2n = 42, n = 21. Kasus yang khusus akan terjadi bila dijumpai sejumlah genotip yang ganjil. Misalnya pada individu triploid (3X) yang X-nya terdiri dari 7 kromosom. Kromosom sel somatiknya 2n = 21, tetapi gametnya (n) akan memiliki jumlah kromosom yang tidak sama ketika terjadi segresi pada saat meiosis. Euploidi juga dibedakan lagi menjadi autopoliloid dan alopoliploid.
2) Autopoliploid
Autopoliploid (auto = sendiri) merupakan kelipatan jumlah kromosom yang berasal dari genom spesies yang sama. Autopolyploid terdiri dari beberapa genom yang identik dengan kromosom-kromosom aslinya. Misalnya pada autotriplod, kromosomnya terdiri dari 3 genom (3X). setiap genom memiliki sejumlah set kromosom yang sama.
Pada meiosis abnormal, pemisahan kromosom berlangsung secara tidak wajar sehingga menghasilkan jumlah kromosom seperti semula (2n). Jika gamet 2n ini berkombinasi dengan gamet lain hasil dari meiosis normal, akan dihasilkan zigot yang memiliki satu set kromosom ekstra, atau zigot ini dikatakan memiliki tripel set kromosom. Namun, suatu individu yang jumlah kromosomnya telah melewati jumlah tertentu umumnya sukar untuk hidup normal. Daya tahan setiap jenis organisme terhadao autopolyploid ini cukup bervariasi. Ada jenis yang toleran untuk autooktaploid, sementara jenis lain dengan autotetraploid sudah tidak mampu hidup normal.
Selain secara alami, poliploid dapat dilakukan secara buatan, yaitu melalui induksi zat-zat kimia atau dengan perbedaan perlakuan terhadap panas dan dingin menggunakan suhu tertentu. Zat kimia yang umum dipakai dalam hal ini adalah kolkisin. Kolkisin dapat mengaktifkan jaringan meristem untuk memutuskan benang-benang spindle dan membantu terjadinya pembelahan sel. Tanpa benang spindle, kromatid-kromatid tidak dapat dipisahkan. Oleh karena itu, jumlah kromosomnya meningkat (poliploid), misalnya dua kali lipat kromosom normal. Jika zat kimia tersebut diperpanjang penggunaannya, akan terjadi perbanyakan jumlah kromosom.
Jika sel diploid mengalami autopolyploid, sel tersebut akan membentuk tetraploid. Sel ini kemudian mengalami pembelahan meisois membentuk gamet yang diploid. Jika gamet-gamet tersebut mengalami fertilisasi, terbentuklah anakan tetraploid yang fertile. Akan tetapi, fertilisasi antara tanaman mutan tetraploid dengan tanaman diploid akan membentuk zigot triploid yang steril.
3) Alopoliploid
Alopoliploid (allo = berbeda) merupakan kelipatan jumlah kromosom yang berasal dari genom spesies yang berbeda. Terbentuknya spesies alopoliploid berasal dari penyilangan antara dua spesies. Meskipun hasil penyilangan steril, tetapi individu tersebut dapat lebih kuat (vigor) dibanding induknya dan dapat mengalami perbanyakan secara tidak kawin.
Tanaman alopoliploid memiliki genom yang berbeda, baik pada tingkat marga, jenis dan anak jenis. Gandum yang digunakan dalam industri roti saat ini adalah gandum yang aloheksaploid (6X) yang memiliki formula genom AABBDD. Bentuk diploidnya adalah 2n = 42 dan haploidnya n = 21. Jenis gandum ini merupakan hasil penyilangan nenek moyang alotetraploid (4X) AABB dengan rumput diploid liar DD. Jenis tetraploid merupakan hasil penyilangan antara dua jenis diploid (2X) yang berturut-turut memiliki genom AA dan BB. Termasuk dalam kelompok yang tetraploid ini adalah gandum durum yang dipakai sebagai bahan baku produksi makroni dan spageti. Menurut hasil penelitian sitologi, nenek moyang yang menurunkan genom A dan D diduga merupakan bentuk primitif gandum (Triticum monococcum) dan rumput liar (Triticum tauschii) yang dulunya dikenal dengan Aegilops squarrosa. Asal-usul genom B masih belum diketahui.
F. Kelainan-Kelainan Pada Manusia Yang Disebabkan Oleh Perubahan Kromosom
Perubahan jumlah dan susunan kromosom berkaitan dengan sejumlah kelainan serius pada manusia. Ketika gagal berpisah terjadi dalam meiosis, akibatnya adalah aneuploid yaitu terdapatnya kromosom dalam jumlah yang abnormal di dalam gamet yang diproduksi dan kemudian di dalam zigot. Meskipun frekuensi zigot enouploid cukup tinggi pada manusia, sebagian besar perubahan kromosomal tersebut dapat membahayakan perkembangan sehingga embrio-embrionya secara spontan (alamiah) digugurkan jauh sebelum kelahiran. Akan tetapi, beberapa tipe aneuploid nampaknya tidak terlalu mengganggu keseimbangan genetik. Individu-individu dengan keadaan aneuploid tersebut dapat sejumlah gejala suatu sindrom yang karakteristiknya tergantung dari tipe aneuploid.
Salah satu keadaan aneuploid adalah sindrom Down. Sindrom Down biasanya disebabkan oleh kelebihan kromosom 21, sehingga setiap sel tubuh memiliki total 47 kromosom. Dari sudut pandang kromosom, sel-sel tersebut dinamakan trisomi untuk kromosom 21. Meskipun kromosom 21 merupakan kromosom manusia yang paling kecil, trisominya mengubah fenotip individu tersebut. Sindrom Down meliputi penampakan yang khas, tubuh pendek, cacat jantung, kerentanan, terhadap infeksi saluran pernapasan, dan lemah mental. Lebih jauh lagi, individu yang menderita sindrom Down memiliki kecenderungan untuk menderita penyakit leukemia dan alzheimer (mungkin bukan suatu kebetulan bahwa gen-gen tertentu yang berhubungan dengan kedua penyakit tersebut terletak pada kromosom 21). Meskipun orang-orang yang menderita sindrom Down rata-rata memiliki harapan hidup jauh lebih pendek dibandingkan orang normal, beberapa diantaranya dapat hidup sampai 50 tahun atau lebih. Sebagian besar penderita sindrom Down terhambat perkembangan seksualnya dan mandul. Jadi, sebagian besar kasus sindrom Down adalah akibat terjadinya gagal berpisah pada waktu pembentukan gamet pada salah satu orangtuanya.
Frekuensi sindrom Down berkorelasi dengan umur si ibu. Sindrom Down terjadi pada 0,04% anak yang dilahirkan oleh wanita yang berumur dibawah 30 tahun. Risiko tersebut bertambah menjadi 1,25% terhadap anak yang dilahirkan oleh ibu yang berumur sedikit di atas 30 tahun, bahkan lebih tinggi lagi terhadap ibu yang berumur lebih tua. Korelasi sindrom Down dengan umur ibu belum dapat dijelaskan. Tidak ada kelainan kromoso lain yang diketahui mengikuti pola kemunculan sindrom Down yang meningkat seiring dengan umur ibu.
Tambahan kromosom X pada anak laki-laki menghasilkan XXY yang muncul kira-kira sekali dalam 2000 kelahiran hidup. Orang-orang dengan kelainan ini disebut sindrom Klinefelter. Penderita memiliki organ kelamin jantan tetapi ukuran testisnya sangat kecil dan laki-laki tersebut steril. Sindrom tersebut meliputi pembesaran dada dan karakteristik-karakteristik tubuh wanita lainnya. Individu yang terkena biasanya memiliki kecerdasan normal. Laki-laki dengan ekstra kromosom Y (XYY) tidak memiliki sindrom yang terdefinisi dengan jelas, meskipun mereka cenderung lebih tinggi dibandingkan kebanyakan orang. Perempuan dengan trisomi X (XXX), yang terjadi sekali dalam kira-kira 1000 kelahiran hidup, tampak sehat dan tidak dapat dibedakan dari perempuan dengan kromosom XX kecuali dari kariotipenya. Monosomi X, disebut sindrom Turner, terjadi sekitar satu kali setiap 5000 kelahiran dan merupakan satu-satunya monosomi yang dapat hidup pada manusia. Meskipun individu-individu XO ini secara fenotip adalah perempuan, namun organ kelamin mereka tidak menjadi matang pada saat remaja, dan ciri-ciri seks sekunder gagal berkembang. Individu-individu semacam ini steril dan memiliki tubuh pendek. Sebagian besar memiliki kecerdasan normal.
Sekalipun jumlah kromosom normal, perubahan structural kromosom dapat menyebabkan kelainan atau penyakit pada manusia. Banyak delesi kromosom manusia menyebabkan masalah yang serius pada keadaan fisik dan mental. Salah satu sindrom semacam ini dikenal sebagai Cri du chat ("tangisan kucing"). Anak yang dilahirkan dengan delesi pada kromosom nomor 5 memiliki mental terbelakang, memiliki kepala kecil dengan penampakan wajah yang tidak biasa, dan memiliki tangisan suaranya seperti suara kucing yang menderita. Penderita penyakit ini biasanya meninggal ketika masih bayi atau anak-anak.
Satu tipe perubahan lain pada struktur kromosom yang berhubungan dengan kelainan pada manusia adalah translokasi kromosom, penempelan fragmen dari satu kromosom ke kromosom lain yang tidak homolog. Translokasi kromosom telah ditemukan terdapat pada penyakit kanker tertentu. Salah satu contohnya adalah Chronic Myelogenous Leukemia (CML). CML atau Leukemia adalah kanker yang menyerang sel-sel yang menghasilkan sel-sel darah putih, dan di dalam sel-sel kanker penderita CML telah terjadi translokasi timbal balik. Sebagian dari kromosom nomor 22 telah bertukar tempat dengan sebuah fragmen kecil dari ujung kromosom nomor 9.
Perubahan lain adalah Sindrom Jacob ditemukan oleh P.A. Jacobs tahun 1965. ciri-ciri dari sindrom Jacob sebagai berikut :
1. Kariotipe: 47, XYY (kelebihan kromosom seks Y) diderita oleh pria.
2. Sindrom ini terjadi karena sel telur (X) dibuahi oleh sperma Y (akibat gagal berpisah)
3. Berperawakan tinggi
4. Bersifat antisosial, agresif
5. Suka melawan hokum.
Berikutnya adalah Sindrom Down, ditemukan oleh J.L Down tahun 1866. ciri-ciri dari sindrom Down sebagai berikut:
1. Kariotipe: 47 XX atau 47 XY
2. Mongolisme, bertelapak tebal seperti telapak kera.
3. Mata sipit miring ke samping
4. Bibir tebal, lidah menjulur, air liur selalu menetes, gigi kecil-kecil dan jarang.
5. IQ rendah (+ 40).
Ciri-ciri dari Sindrom Edwards sebagai berikut:
1. Kariotipe: 45 A + 18 + XX
2. Sindrom ini terjadi akibat gagal berpisah pada autosom nomor 18 ketika pembentukan sel telur.
3. Tulang tengkorak lonjong.
4. Dada pendek dan lebar.
5. Kedudukan telinga rendah dan tidak wajar.
6. Mulut kecil
7. Mental terbelakang
Sedangkan ciri-ciri dari Sindrom Metafemale sebagai berikut:
1. Kariotipe: 44 A + XXX
2. Sindrom ini terjadi sel telur yang mengadung kromosom XX (akibat gagal berpisah) dibuahi oleh sperma X..
3. Payudara tidak berkembang.
4. Menstruasi tidak teratur, steril.
5. Mengalami gangguan mental..
6. Pada umumnya tidak berusia panjang.
G. Macam Mutasi Berdasarkan Penyebabnya
Mutasi dapat disebabkan oleh banyak hal. Bahan atau zat penyebab mutasi disebut mutagen. Berdasarkan cara terjadinya, mutasi dibedakan menjadi dua yaitu mutasi alami atau spontan dan mutasi induksi.
1. Mutasi Alami
Mutasi alami atau spontan merupakan mutasi yang terjadi secara spontan di alam tanpa campur tangan manusia. Mutasi ini disebabkan oleh radiasi sinar kosmis, radiasi radioaktif alam, sinar ultraviolet, dan kesalahan genetik. Mutasi ini mengakibatkan kelainan atau penyakit terhadap individu penderitanya. Selain itu, mutasi ini juga mengakibatkan timbulnya variasi dalam populasi. Mutasi hasil mutasi spontan ini biasanya bersifat resesif, steril, dan letal. Jika mutan dapat bertahan hidup dan menghasilkan keturunan, berarti mutan tersebut mampu beradaptasi dengan lingkungan.
2. Mutasi Induksi
Mutasi induksi adalah mutasi yang secara sengaja dibuat oleh manusia. Mutasi ini juga disebut mutasi buatan. Mutasi jenis ini sengaja dilakukan menggunakan mutagen fisis atau fisikawi dan khemis atau kimiawi. Mutagen khemis seperti kolkisin, asam nitrat, gas metan, dan senyawa alkyl. Adapun mutagen fisis dapat berupa radiasi ultra violet, sinar X, radiasi gamma, radiasi beta, radiasi neutron, dan radiasi electron. Radiasi dapat merusak materi genetik dengan dua cara sebagai berikut:
a. Radiasi pengionisasi (sinar X) menghasilkan gugus kimia yang reaktif yang disebut radikal bebas. Radikal bebas ini dapat mengubah basa-basa nitrogen di dalam DNA menjadi tidak dapat dikenali oleh DNA polymerase. Radikal bebas tersebut dapat juga memutus ikatan antara gula dan fosfat yang menyebabkan abnormalitas kromosom.
b. Radiasi ultraviolet diserap oleh basa timin pada DNA. Penyerapan ini menyebabkan timin membentuk ikatan kovalen dengan nukleotida didekatnya, sehingga kondisi ini akan menghalangi kelancaran replikasi DNA.
H. Dampak Mutasi
Mutasi dapat memberikan dampak, baik menguntungkan ataupun merugikan. Dampak mutasi yang menguntungkan di antaranya poliploid pada tanaman. Poliploid pada tanaman dapat menghasilkan buah yang besar, tidak berbiji, dan produktivitasnya tinggi. Sementara itu, poliploid pada hewan bersifat letal dan membahayakan individu. Akan tetapi, mutasi pada hewan ini dapat dimanfaatkan dalam penelitian-penelitian tentang kanker. Penelitian ini untuk mengetahui penyebab dari suatu penyakit dan cara pengobatannya. Pada poliploid mutagen yang sering digunakan yaitu kolkisin, digitosin, dan sinar radioaktif. Mutasi secara genetis merupakan salah satu penyebab terjadinya peningkatan variasi (keanekaragaman) suatu organisme. Apabila mutasi pada suatu organisme terus berlangsung, mutasi tersebut akan menambah variasi pada organisme tersebut. Sementara itu, mutasi yang merugikan dapat menimbulkan kelainan, penyakit, dan kemandulan. Mutasi yang merugikan ini dapat diwariskan, tetapi ada pula yang tidak diwariskan. Mutasi tersebut tidak diwariskan kepada keturunannya jika mutasi terjadi pada suatu individu atau karena individu yang mengalami mutasi tersebut mandul atau mati.
I. Sumber Mutasi
Mutasi dapat disebabkan oleh mutagen yang berasal dari alam maupun buatan. Bahan-bahan penyebab mutasi dinamakan mutagen. Mutagen yang secara alami terdapat di alam menyebabkan mutasi alami, sedangkan mutagen yang sengaja diberikan menyebabkan mutasi buatan.
Mutagen dapat berupa faktor kimia. Beberapa macam zat kimia yang mempengaruhi susunan DNA disebut zat-zat mutagenik. Zat tersebut misalnya asam nitrat dan turunannya yang dapat mengubah sitosin di dalam DNA menjadi urasil dengan mekanisme deaminasi gugus amina (-NH2) pada sitosin menjadi gugus keton
(- C - ). Akibatnya, basa C masih berpasangan dengan basa G, namun saat terjadi deaminasi basa C menjadi U maka DNA polinerase akan mengiversi basa A.
Mutagen lainnya dapat berupa faktor fisika. Macam faktor fisika mutagenic adalah sinar-sinar gelombang pendek, seperti radiasi sinar ultraviolet, radiasi sinar radioaktif, dan sinar roentgen. Radiasi dapat merusak materi genetik dengan dua cara. Pertama, radiasi pengionisasi (sinar X) menghasilkan gugus kimia yang reaktif yang disebut radikal bebas. Radikal bebas tersebut dapat juga memutus ikatan antara gula dan fosfat yang menyebabkan abnormalitas kromosom. Kedua, radiasi ultraviolet dari matahari (atau lampu penggelap kulit) diserap oleh basa timin pada DNA. Penyerapan ini menyebabkan timin membentuk ikatan kovalen dengan nukleotida di dekatnya. Keadaan ini akan menghalangi kelancaran replikasi DNA. Kanker kulit merupakan salah satu akibat mutasi oleh radiasi ultraviolet.
J. Pengaruh Mutasi
Mutasi pada dasarnya mengubah susunan gen atau kromosom. Perubahan ini akan mengakibatkan perubahan produk gen dan akhirnya perubahan fenotip. Perubahan tersebut dapat menguntungkan maupun merugikan. Mutasi yang menguntungkan antara lain muncul varietas baru yang lebih unggul, baik hewan maupun tumbuhan. Sebagai contoh, padi hasil radiasi lebih tahan terhadap hama, lebih cepat masa panennya, lebih banyak menghasilkan bulir padi, dan sebagainya.
Mutasi juga menimbulkan kerugian. Salah satunya adalah munculnya kelainan-kelainan genetik seperti yang telah kita bahas sebelumnya.
K. Mutasi Sebagai Salah Satu Bahan Baku Evolusi
Secara genetic mutasi merupakan salah satu penyebab peningkatan variasi (keanekaragaman) suatu organisme. Apabila mutasi terus terjadi, semua organisme akan bertambah variasinya. Hal ini memang dibuktikan bahwa organisme yang lebih rendah tingkatannya pada umumnya juga memiliki tingkat variasi dalam populasi yang lebih tinggi. Keadaan ini erat hubungannya dengan kecepatan pergantian generasi, mobilitas suatu organisme, besar populasi suatu organisme, tingkat tropiknya, dan banyak aspek lainnya. Apabila mutasi tidak terjadi, evolusi tidak akan terjadi karena tidak ada variasi.
L. Bakteri Resisten Terhadap Antibiotik Akibat Mutasi
Antibiotik adalah senyawa yang dihasilkan suatu mikroorganisme yang dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Antibiotik terdiri dari jenis yang bermacam-macam. Mekanisme kerja antibiotic dalam membunuh bakteri adalah berikatan dengan situs target tertentu yang spesifik, di dalam sel bakteri sehingga menghambat metabolisme sel bakteri tersebut. Antibiotik sangat berguna sebagai obat karena dapat membunuh bakteri yang menginfeksi tubuh kita tanpa membahayakan sel-sel tubuh kita. Saat ini antibiotic telah diproduksi dalam skala besar dan secara komersial. Hampir semua orang pernah meminum antibiotik saat sakit. Lalu apa itu resistensi antibiotik?
Resistensi antibiotik adalah kemampuan mikroorganisme untuk mengatasi pengaruh antibiotik. Dengan kata lain, mikroorganisme yang resisten terhadap antibiotik, misalnya bakteri, akan kebal dan tidak mati walau diberi antibiotik. Bakteri dapat menjadi resisten terhadap antibiotik karena mutasi.
Mutasi pada bakteri dapat terjadi secara spontan. Artinya, mutasi tersebut memang terjadi secara alami sebagai salah satu mekanisme adaptasi bakteri terhadap lingkungannya sehingga dapat bertahan hidup. Mutasi akan menghasilkan variasi dalam satu spesies bakteri. Variasi bakteri dalam satu spesies antibiotik melalui mekanisme berikut;
· Mutasi yang menyebabkan perubahan situs target antibiotik. Misalnya, pada bakteri yang mengalami mutasi titik pada gen yang mengekspresikan protein pengikat antibiotik Penicillin. Mutasi tersebut akan menyebabkan perubahan pada protein pengikat Penicillin yang merupakan situs target Penicillin sehingga senyawa Penicillin tidak dapat berikatan dengan protein tersebut. akibatnya, Penicillin tidak dapat bekerja untuk membunuh sel bakteri tersebut.
· Mutasi yang menyebabkan perubahan jalur metabolisme bakteri. Misalnya, pada bakteri yang resisten terhadap antibiotik Sulfonamide menghambat senyawa PABA (asam para amino benzoate) yang memicu sintesis asam nukleat dan asam folat yang merupakan senyawa penting bagi sel bakteri. Bakteri yang resisten terhadap Sulfonamide memiliki kemampuan merubah jalur metabolismenya sehingga tetap dapat mensistesis asam nukleat dan asam folat tanpa membutuhkan senyawa PABA. Akibatnya, Sulfonamide tidak berpengaruh bagi sel bakteri tersebut.
Saat ini telah semakin banyak ditemukan spesies bakteri pathogen yang sebelumnya dapat diatasi dengan antibiotik menjadi strain yang resisten terhadap antibiotik. Hal tersebut dipengaruhi beberapa faktor, yaitu penggunaan antibiotik yang berlebihan, tidak sesuai dengan dosis yang diperlukan, digunakan untuk penyakit yang sebenarnya tidak memerlukan antibiotik, dan penggunaan antibiotik dalam makanan hewan ternak. Populasi bakteri yang menginfeksi tubuh manusia memiliki variasi. Artinya, memang ada beberapa individu sel bakteri yang telah mengalami mutasi secara spontan sehingga memiliki kemampuan resistensi terhadap antibiotik. Saat tubuh manusia yang terinfeksi tersebut diberi antibiotik, senyawa tersebut akan membunuh populasi bakteri yang tidak resisten, sementara individu bakteri yang mampu bertahan hidup tersebut kemudian akan mampu bereproduksi, sehingga menghasilkan keturunan-keturunan yang memiliki sifat sama seperti induknya, yaitu resistensi terhadap antibiotik. Akibatnya akan terbentuk populasi bakteri yang semuanya resisten terhadap antibiotik. Saat populasi bakteri strain yang resisten terhadap antibiotik tersebut menginfeksi manusia lain, antibiotik tidak akan mempan lagi mengobati infeksi tersebut. Bayangkan apa yang akan terjadi jika semua jenis bakteri yang dapat menimbulkan penyakit bagi manusia membentuk populasi strain yang resisten terhadap antibiotik.
Berdasarkan akibat yang ditimbulkan terdapat mutasi yang merugikan dan mutasi yang menguntungkan.
1. Mutasi Merugikan
Umumnya mutasi berakibat merugikan. Misalnya mutasi dapat menimbulkan penyakit cystic fibrosis dan penyakit anemia bulan sabit. Penyakit anemia bulan sabit disebabkan oleh mutasi pada satu jenis basa nitrogen yang terdapat pada DNA. Adapun cystic fibrosis terjadi akibat mutasi berupa pengurangan sebuah triplet kodon (tiga nukleotida). Akibat pengurangan kododn tersebut terjadi kesalahan dalam penerjemahan asam amino penyusun protein. Oleh karena itu, fungsi biologi tubuh menjadi berubah dan tidak normal. Contoh lain kerugian yang disebabkan oleh mutasi adalah kelainan berupa albino. Albino terjadi karena mutasi pada gen penghasil enzim yang berkaitan dengan produksi melanin kulit. Hal tersebut dapat terjadi pada hewan maupun manusia. Hewan-hewan albino jarang ditemukan di alam bebas karena mereka akan mudah terlihat sehingga mudah diserang dan tidak tahan terhadap sinar ultraviolet.
2. Mutasi Menguntungkan
Keuntungan yang diperoleh akibat mutasi secara alami jarang ditemui. Namun, keuntungan yang diperoleh akibat mutasi buatan banyak dijumpai. Misalnya mutasi yang dilakukan pada rekayasa genetika menghasilkan biji kedelai berukuran besar dan mengandung banyak protein. Kapas transgenic hasil rekayasa genetik juga terjadi akibat mutasi buatan. Tanaman kapas hasil mutasi tersebut bersifat tahan terhadap hama. Anda masih dapat menjumpai banyak produk hasil mutasi buatan seperti buah semangka tanpa biji, telur omega tiga, dan tomat transgenik.
Adapun contoh keuntungan akibat mutasi alami, misalnya berupa keturunan/toleransi terhadap kolesterol tinggi pada manusia di daerah Limone, Italia. Sekita 40 orang penduduk memiliki keistimewaan, yaitu memiliki jumlah kolesterol dalam darah yang cukup tinggi tetapi tidak berakibat jelek terhadap arteri jantung. Seperti anda ketahui, apabila jumlah kolestreol dalam darah terlalu tingggi pada orang normal, asam amoni yang dibutuhkan manusia untuk menghasilkan protein dalam hubungan dengan pemecahan kolesterol berjumlah lebih dari satu. Namun, penduduk di Limone ini hanya membutuhkan satu asam amino untuk menghasilkan protein tersebut. hal ini sepuluh kali lebih efektif dalam 'membersihkan' kolesterol darah. Berapa pun banyaknya makanan berkolesterol yang disantap, akan selalu dikeluarkan oleh tubuh, (tidak tersimpan dalam jaringan lemak seperti pada organisme dalam keadaan normal). Umumnya, penduduk di Limone hidup berumur panjang dan menunjukkan ketahanan terhadap penyakit jantung.
Berdasarkan pengaruh mutasi terhadap jenis protein yang dihasilkan, mutasi gen dibedakan menjadi tiga macam, yaitu missense mutation, nonsense mutation, dan silent mutation.
a. Missense Mutation (Mutasi Salah Arti)
Sebuah basa nitrogen yang menggantikan basa nitrogen lain dapat menghasilkan kododn yg mengkode asam amino berbeda dengan asam amino asalnya. Timin menggantikan letak sitosin. Oleh karena itu, asam amino yang dihasilkan adalah lisin. Padahal pada keadaan normal (tanpa mutasi) asam amino yang dihasilkan adalah glutamine. Hal ini dapat mempengaruhi metabolisme tubuh.
b. Nonsense Mutation (Mutasi Tanpa Arti)
Suatu protein dapat berasal dari beberapa asam amino. Asam amino tersebut merupakan hasil terjemahan kodon-kodon. Apabila pada mutasi gen diperoleh kodon stop sebelum proses pembentukan protein selesai maka sintesis protein itu dengan segera akan terhenti. Dan protein tidak akan terbentuk.
c. Silent Mutation (Mutasi Diam)
Mutasi gen yang terjadi tanpa menimbulkan efek apapun. Artinya pembentukan asam amino dan perangkaian polipeptida dalam membentuk protein berjalan lancer. Sebab mutasi yang terjadi pada silent mutation tidak menghasilkan perubahan jenis asam amino yang dihasilkan. Misalnya apabila pada keadaan normal terdapat kodon GTT penghasil glutamine maka pada saat terjadi mutasi gen dengan C menggantikan T, kdodon GTC tetap menghasilkan glutamine. (Ingat kembali bab Substansi Genetik). Oleh karena GTT dan GTC menghasilkan glutamine maka proses pembentukan protein berlangsung biasa.
M. Faktor Penyebab Mutasi
Berdasarkan faktor penyebabnya, mutasi dapat dibedakan menjadi mutasi alami dan mutasi buatan
1. Mutasi Alami
Mutasi alami disebut juga mutasi spontan adalah mutasi yang terjadi secara alami, biasanya berlangsung sangat lambat dan jarang terjadi. Mutasi alami dapat disebabkan oleh sinar kosmis dari luar angkasa atau sinar radioaktif dari alam.
Kemungkinan terjadinya mutasi alam adalah satu diantara 2.000-1.000.000.000 kejadian. Umumnya bersifat letal dan merugikan. Akan tetapi, jika organisme yang mengalami mutasi (mutan) itu dapat bertahan hidup dan menyesuaikan diri dengan lingkungannya, mutan akan menjadi spesies baru dan akan mewariskan hasil mutasi itu kepada keturunannya.
Jika mutan keturunannya terus menerus mempunyai peluang bermutasi, tidak tertutup kemungkinan akan terjadi perubahan fenotipe pada generasi mendatang. Dengan demikian, jika dibandingkan dengan nenek moyangnya, generasi kesekian itu telah berbeda sama sekali. Timbulnya spesies baru yang dapat beradaptasi dengan lingkungan merupakan salah satu mekanisme proses evolusi.
Karena mutasi alami terlalu jarang terjadi dan jika terjadi biasanya sampai ke beberapa generasi, hal itu membuat manusia sulit untuk dapat melakukan pengamatan. Kemudia, orang mulai memikirkan kemungkinan mutasi yang dapat diamati, yaitu dengan mutasi buatan.
2. Mutasi Buatan
Mutasi buatan adalah mutasi yang sengaja dibuat oleh manusia dengan perlakuan-perlakuan tertentu demi kepentingan manusia. Mutasi buatan disebut juga mutasi induksi.
Dalam melakukan mutasi buatan, manusia menggunakan mutagen yang terdiri atas mutagen kimia, mutagen fisika, dan mutagen biologi.
a. Mutagen Kimia
Mutagen kimia menyebabkan mutasi dengan cara mengubah susunan kimia kromosom. Contoh mutagen kimia, antara lain gas mustard atau belerang mustard (ditemukan oleh C. Averbach dan kawan-kawan), gas metana, asam nitrat, kolkisin, digitonin, hidroksil amin, etil-metan sulfat, etiletan sulfonat (EES), 5-bromo urasil, dan 2-amino purin. Salah satu contoh upaya mutasi buatan menggunakan mutagen kimia adalah pemberian zat kimia kolkisin pada tanaman sehingga tanaman memiliki lebih dari dua perangkat kromosom (poliploidi). Tanaman poliploidi umumnya tampak lebih kuat, berukuiran lebih besar, mengandung vitamin dan protein yang lebih tinggi, serta masa vegetatifnya lebih lama dibandingkan tanaman diploid.
Berdasarkan cara kerjanya, mutagen kimia dibedakan menjadi bahan-bahan yang fungsinya analog dengan basa nukleotida, bahan-bahan interkalasi, dan bahan-bahan alkilasi.
1) Bahan-Bahan Yang Fungsinya Analog Dengan Basa Nukleotida
Bahan-bahan yang fungsinya sama (analog) dengan basa nukleotida adalah substansi yang dapat menggantikan basa normal selama replikasi DNA karena substansi tersebut dapat diikat atom H pada basa-basa pita cetakan, misalnya 5-bromourasil (5-BU). Substansi tersebut analog dengan basa timin yang dapat berpasangan dengan adenine dan analog juga dengan basa sitosin yang dapat berpasangan dengan guanine. Apabila 5-BU tergabung dalam molekul DNA pada basa T atau C, akan menyebabkan transisi dari AT menjadi GC. Selain 5-BU, ada juga bahan kimia yang lain, yaitu 2-aminopurin (2-AP).
2) Bahan-Bahan Interkalasi
Bahan-Bahan Interkalasi adalah molekul 9-aminoakridin dan etidium bromide yang dapat mengganggu replikasi DNA dengan cara menambahkan satu atau dua pasang basa pada rangkaian DNA.
3) Bahan-Bahan Alkilasi
Bahan-Bahan Alkilasi adalah senyawa yang mempunyai daya reaksi tinggi dan dapat menyebabkan mutasi. Mutasi terjadiu karena bahan-bahan alkilasi maupun memindahkan gugus alkyl (CH3-, CH3CH2 -, dst) pada suatu basa dan mengubah kekhususan pasangan basa, misalnya O2 alkiltim dapat berpasangan dengan guanine sehingga menyebabkan transisi dari AT menjadi GC dan GC menjadi AT. Selain itu, bahan-bahan alkilasi juga menyebabkan kerusakan pita DNA dan depurinasi (pelepasan purin).
b. Mutagen Fisika
Mutasi yang disebabkan oleh Mutagen Fisika, diantaranya adalah putusnya ikatan gen-gen dan berubahnya susunan kimia gen-gen. yang termasuk mutagen fisika, antara lain sinar α, sinar b, sinar g, sinar ultraviolet, sinar X, sinar kosmis dari angkasa luar, dan bahan-bahan radioaktif.
Sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 254 nm dapat diserap dengan kuat oleh DNA dan menyebabkan distribusi electron pada basa nitrogen menjadi tidak teratur serta berada pada tingkat energi yang tinggi. Keadaan ini menyebabkan electron pada basa nitrogen tersebut sangat reaktif dan sering menyebabkan terjadinya pirimidin dimmer, yaitu saling berkaitan basa pirimidin yang berdekatan pada satu pita DNA sehingga mencegah terjadinya replikasi normal.
Sel-sel kulit yang terpapar oleh sinar ultraviolet dengan intensitas yang tinggi dapat mengalami mutasi yang berakibat pada kanker kulit. Radiasi sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk menghasilkan mikroorganisme mutan penghasil antibiotika yang lebih bermanfaat.
Sinar X ialah sinar berenergi tinggi yang dapat menembus ke dalam sel-sel tubuh. Sinar X memiliki dampak, antara lain jika energinya yang tinggi mengenai DNA, dapat menyebabkan kerusakan pada rantai punggung gula fosfat. Selain itu, sinar X menghasilkan radikal bebas yang mempunyai daya reaksi tinggi sehingga merusak system perbaikan DNA.
c. Mutagen Biologi
Mutagen biologi umumnya berupa virus dan bakteri. Biasanya yang digunakan sebagai mutagen adalah asam nukleat (DNA/RNA) bakteri dan virus. Contohnya, penyisipan DNA bakteri pengikat nitrogen bebas pada jenis tanaman tertentu (misalnya padi). Penyisipan tersebut menyebabkan tanaman itu mampu mengikat nitrogen bebas sendiri sehingga tidak perlu lagi diberi pupuk nitrogen.
MUTASI
A. Pengertian Mutasi
Mutasi berasal dari kata mutatusi (bahasa latin) yang artinya adalah perubahan. Mutasi didefinisikan sebagai perubahan materi genetic (DNA) yang dapat diwariskan secara genetic pada keturunannya. Agen yang menyebabkan mutasi disebut mutagen. Makhluk hidup yang mengalami mutasi mutan. Perubahan susunan genetik ini menyebabkan terjadinya perubahan gen dan akhirnya menyebakan perubahan alel dan fenotip makhluk hidup. Berdasarkan definisi di atas, tidak setiap perubahan DNA adalah mutasi, syarat mutasi adalah :
· adanya perubahan materi genetic (DNA);
· perubahan tersebut bersifat dapat atau tidak dapat diperbaiki;
· hasil perubahan tersebut diwariskan secara genetic pada keturunannya.
B. Mekanisme Mutasi
Secara ringkas telah disebutkan bahwa mutasi dapat mempengaruhi DNA maupun kromosom. DNA dapat dipengaruhi pada saat sintesis DNA (replikasi). Pada saat tersebut faktor mutagentik mempengaruhi pemasangan basa mukleotida sehingga tidak berpasangan dengan basa nukleotida yang seharusnya (mismatch). Misalnya triplet DNA cetakan adalah TTA. Namun, karena adanya mutagen menyebabkan DNA polymerase memasangkan A dengan C, bukan dengan T.
Kromosom juga dapat dipengaruhi oleh mutagen pada saat pemaketan DNA dalam kromosom (profase), pemisahan kromotid (contoh pada peristiwa gagal berpisah kromosom saat anafase), penarikan kromosom oleh benang spindle, dan sintesis dinding sel (sitokinesis) setelah anafase.
C. Tempat Terjadinya Mutasi
Makhluk hidup, individu, atau sel yang mengalami mutasi disebut makhluk, individu, atau sel mutan. Berdasarkan tempat terjadinya, yaitu sel-sel yang mengalami mutasi, mutasi dibedakan menjadi gametik dan somatik.
1. Mutasi Gametik
Mutasi gametik adalah mutasi yang terjadi pada sel gamet. Karena sel gamet mengadakan pembuahan, gamet mutan yang mengalami pembuahan dapat mewariskan mutasi tersebut kepada keturunannya. Mutasi gametik bersifat diwariskan (heritable) dan merupakan mutasi yang dikekalkan secara genetic. Gen-gen yang mengalami mutasi di dalam gamet dapat berupa mutasi autosomal (jika gen-gennya terdapat pada kromosom autosomal). Mutasi autosomal dapat menghasilkan mutasi dominant atau mutasi resesif, tergantung pada sifat yang dihasilkannya. Adapun mutasi gen-gen gamet yang terdapat pada kromosom kelamin dinamakan mutasi tertaut kelamin.
2. Mutasi Somatik
Mutasi somatic adalah mutasi yang terjadi pada sel-sel soma (sel tubuh, dapat berupa zigot, sel-sel embrio, maupun sel dewasa). Berbeda dengan mutasi gametik, mutasi somatic tidak dapat diwariskan pada keturunannya meskipun ada indikasi kepekaan seseorang mengalami mutasi somatic (terutama pada individu dewasa) juga dipengaruhi secara genetic.
Kejadian mutasi somatic yang terjadi pada janin yang sedang dikandung ibunya dapat mengakibatkan cacat bawaan. Di antara penyebab cacat bawaan ini adalah selama mengandung, si ibu terkena sinar radioaktif atau meminum obat-obatan atau ramuan jamu yang bersifat mutagenik. Misalnya, anak sumbing merupakan hasil mutasi yang disebabkan oleh teramtogen (faktor atau zat yang menyebabkan kelainan embrio, misalnya sinar X dan zat kimiawi tertentu). Semakin awal suatu sel embrio atau janin mengalami mutasi, akibatnya akan lebih meluas, sebaliknya, mutasi pada akhir masa embrional lebih sedikit risiko akibatnya.
Kejadian mutasi somatik pada orang dewasa mengakibatkan kanker. Sel kanker adalah sel yang mengalami mutasi. Misalnya penderita kanker hasil mutasi somatik yang menyebabkan kanker kulit (karsinoma) di sekitar mata. Bentuk mutasi yang utama adalah sel-sel tersebut tidak dapat dikontrol pembelahannya, sehingga terus membelah dan mengganggu fungsi tubuh secara keseluruhan.
D. Tingkat Mutasi
Perubahan materi genetik dapat dikelompokkan ke dalam dua tingkatan, yaitu mutasi gen (DNA) dan mutasi kromosom.
1. Mutasi Gen
Mutasi gen merupakan perubahan yang terjadi pada nukleotida DNA yang membawa "pesan" suatu gen tertentu. Mutasi gen pada dasarnya merupakan mutasi titi. Mutasi titik (point mutation) merupakan perubahan kimiawi pada satu atau beberapa pasangan basa dalam satu gen tunggal.
Jika mutasi titik terjadi pada gamet atau pada sel yang menghasilkan gamet, mutasi ini dapat diteruskan pada keturunan dan generasi penerus. Jika mutasi memiliki efek merugikan pada fenotip manusia atau hewan, mutan (individu yang mengalami mutasi) mengalami suatu penyimpangan genetik atau penyakit keturunan (herediter). Contohnya, penyakit anemia sel sabit merupakan akibat mutasi pada pasangan basa tunggal di dalam gen yang mengkode salah satu polipeptida hemoglobin. Perubahan satu nukleotida dalam rantai cetakan DNA) mengakibatkan produksi protein yang abnormal. Dasar molekuler penyakit anemia sel sabit, Alel yang menyebabkan penyakit anemia sel sabit dibedakan dengan alel normal oleh perubahan pada pasangan basa tunggal (mutasi titi). Alel normal memiliki basa timin, sedangkan alel sel sabit memiliki basa adenin. Hal ini mengubah salah satu kodon RNAd yang ditranskipsi dari gen, menghasilkan asam amino valin pada polipeptida menggantikan asam glutamate yang terdapat pada polipeptida normal. Pada individu-individu yang homozigot untuk alel mutan, perubahan sel darah merah menjadi berbentuk sabit akibat perubahan polipeptida pembentukan hemoglobin darah tersebut.
2. Tipe-tipe Mutasi Titik
Mutasi titik dalam suatu gen dapat dibagi menjadi dua kategori umum, yaitu substitusi pasangan basa dan insersi (penyisipan) atau delesi (penghilangan) pemasangan basa. Mutasi tersebut dapat mempengaruhi protein.
a) Substitusi
Substitusi pasangan basa merupakan penggantlian satu nukleotida dan pasangannya di dalam untai DNA komplementer dengan pasangan nukleotida lain. Substitusi satu purin oleh purin yang lain atau satu pirimidin oleh pirimidin yang lain disebut mutasi titik tipe transisi. Sebaliknya, substitusi suatu purin oleh pirimidin atau substitusi suatu pirimidin oleh purin disebut transversi. Beberapa substitusi menghasilkan mutasi diam (silent mutation) karena perubahan kode genetik mutasi ini tidak mempengaruhi pengkodean protein. Dengan kata lain, perubahan pada pasangan basa dapat mentransformasi satu kodon ke kodon lain yang ditranslasi menjadi asam amino yang sama. Contohnya, jika CCG termutasi menjadi CCA, kodon RNAd yang sebelumnya GGC akan menjadi GGU, dan glisin akan tetap dimasukkan ke lokasi yang terkait pada protein.
Namun demikian, substitusi pasangan basa yang paling menarik adalah substitusi yang menyebabkan perubahan penting di dalam suatu protein. Perubahan satu asam amino di dalam daerah penting suatu protein contohnya tempat aktif suatu enzim akan mengubah aktivitas protein secara signifkan. Kadang-kadang mutasi semacam ini mengarah pada perbaikan protein atau protein memiliki kemampuan baru yang meningkatkan sifat unggul organisme mutan dan keturunannya. Akan tetapi, yang lebih banyak terjadi adalah mutasi yang bersifat mengganggu, menciptakan protein tidak bermanfaat atau protein kurang aktif yang merugikan.
Mutasi substitusi biasanya menghasilkan mutasi salah arti (missense mutation), yaitu kodon yang berubah tetap mengkode asam amino yang berbeda dari normalnya. Akan tetapi, jika mutasi titik mengubah kodon untuk suatu asam amino menjadi kodon stop, translasi akan dihentikan sebelum waktunya, dan polipeptida hasilnya akan lebih pendek dibandingkan polipeptida yang dikode oleh gen normal. Perubahan yang mengubah kodon asam amino menjadi sinyal stop disebut mutasi tanpa arti (nonsense mutation).
b) Delesi dan Insersi Basa Nitrogen
Delesi atau penghapusan atau pengurangan basa nitrogen pada gen. Setelah gen normal mengalami kehilangan basa nitrogen U pada kodon ke 9, maka nukleotida berikutnya bergeser maju, sehingga terbentuk susunan rantai nukleotida berikut.
Insersi (adisi) yaitu penambahan atau penyisipan satu basa nitrogen pada gen. Setelah gen normal mengalami penambahan satu nukleotida U pada kodon ke 4, maka nukleotida di belakangnya akan bergeser sehingga membentuk susunan rantai nukleotida berikut.
Delesi dan insersi dapat berpengaruh terhadap sintesis protein. Mutasi gen karena delesi dan insersi dapat mengakibatkan terjadinya pergeseran "pembacaan" pesan pada kode genetik. Peristiwa mutasi seperti ini juga disebut sebagai mutasi pergeseran kerangka (frameshift mutations). Selain itu, mutasi ini juga dapat menghasilkan protein yang tidak berguna atau rusak.
Sebagai contoh mutasi gen pada manusia yang mengakibatkan kelainan sickle-cell anemia. Penderita kelainan ini gennya mengalami penggantian satu jenis basa nitrogen dan menghasilkan kesalahan dalam susunan rantai polipeptida asam amino pada molekul hemoglobin. Terjadinya sickle-cell anemia dijelaskan dalam uraian berikut.
a. Molekul DNA mengalami mutasi berupa penggantian basa timin dengan adenine pada rantai nukleotida.
b. mRNA menghasilkan triplet kodon GUA
c. asam amino yang dihasilkan berupa valin
d. molekul hemoglobin yang tersusun dari rantai asam amino abnormal dinamakan hemoglobin – S. Hemoglobin ini menyebabkan sel darah berbentuk bulan sabit sehingga tidak mampu mengangkut oksigen secara efisien. Oleh karena sifatnya cepat rusak, mutasi ini mengakibatkan anemia berat.
E. Mutasi Kromosom
Mutasi kromosom adalah mutasi atau perubahan materi genetic yang disebabkan oleh perubahan pada kromosom. Mutasi kromosom dapat disebabkan oleh gangguan fisik dan kimia yang menyebabkan kesalahan di dalam pembelahan sel (meiosis dan mitosis) sehingga merusak susunan kromosom atau mengubah jumlah kromosom.
a) Perubahan Susunan Kromosom
Perubahan susunan kromosom dapat disebabkan oleh delesi (penghilangan), duplikasi (penggandaan), inverse (pembalikan), dan translokasi. Delesi terjadi ketika sebuah fragmen kromosom patah dan hilang pada saat pembelahan sel. Kromosom tempat fragmen tersebut berasal kemudian akan kehilangan gen-gen tertentu. Namun dalam beberapa kasus, fragmen patahan tersebut dapat berikatan dengan kromosom homolog, menghasilkan duplikasi. Fragmen tersebut juga dapat melekat kembali pada kromosom asalnya tetapi arahnya terbalik, menghasilkan inversi. Hasil keempat yang bisa terjadi akibat patahnya kromosom adalah fragmen patahan tersebut bergabung dengan suatu kromosom non homolog, menyebabkan penyusunan ulang yang disebut translokasi. Tipe translokasi yang paling umum adalah translokasi resiprok, yaitu kromosom non-homolog saling bertukar fragmen. Sebaliknya, translokasi non-resiprok terjadi dengan adanya kromosom yang mentransfer fragmen tanpa menerima fragmen lainnya kembali.
Delesi dan duplikasi cenderung terjadi selama meiosis. Kromatid-kromatid homolog kadang-kadang berpisah dan bergabung kembali di tempat-tempat yang "tidak tepat", sehingga salah satu pasangan akan melepaskan gen yang lebih banyak dibandingkan dengan yang didapatkan oleg kromatid tersebut. Hasil dari persilangan yang tidak timbal balik adalah satu kromosom dengan delesi dan satu kromosom dengan duplikasi.
Duplikasi dan translokasi juga cenderung memiliki pengaruh yang membahayakan. Pada translokasi yang timbal balik terjadi pertukaran antara segmen-segmen kromosom non-homolog, sedangkan pada inversi dan translokasi dapat mengubah fenotip karena ekspresi suatu gen dapat dipengaruhi oleh lokasinya di antara gen-gen di dekatnya.
b) Perubahan Jumlah Kromosom
Ada dua konsep tentang jumlah kromosom, yaitu euploid dan aneuploid. Euploid merupakan variasi pada serangkaian kelompok kromosom atau seluruh materi genetik yang berada di dalam suatu sel (genom). Aneuploid merupakan variasi pada sebuah atau sejumlah kecil kromosom.
1) Euploid
Euploid didefinisikan sebagai variasi dalam sejumlah set dasar kromosom yang disebut genom. Set dasar kromosom yang dimaksudkan adalah jumlah kromosom terkecil yang pernah dimiliki oleh suatu jenis organisme pada evolusinya. Beberapa contohnya adalah sebagai berikut. Jumlah set dasar kromosom terkecil atau genom pohon kapas (Gossypium sp.) adalah 13. Pada rumput-rumputan, gandum, jelai dan Avena sp. umumnya memiliki genom 7. Aprikot (Prunus armeniaca) memiliki genom 8.
Label genom secara keseluruhan dinyatakan dengan notasi 'X'. individu yang memiliki notasi 1X, 2X atau 3X, berarti memiliki satu, dua, atau tiga genom. Jumlah seluruh kromosomnya adalah hasil perkalian antara jumlah genom dengan jumlah kromosom pada genom tersebut.
Pengertian euploid cukup sederhana. Individu yang memiliki genom tunggal (1X) disebut monoploid, yang genomnya dua (2X) adalah bentuk diploid, 4X adalah tetraploid, 5X adalah pentaploid, 6X adalah heksaploid dan seterusnya. Tingkatan euploidi yang lebih dari diploid biasanya dikelompokkan dalam poliploid.
Sering terjadi kekeliruan notasi antara jumlah genom (X) dan jumlah kromosom (n). Tanda X dipakai untuk menyatakan jumlah genom. Setiap genom memiliki jumlah kromosom tertentu. Kromosom semua sel somatik adalah 2n, sedangkan gamet-gametnya merupakan kromosom haploid, yaitu n. nilai X dan n dapat sama, tetapi dapat pula berbeda. Nilai X dan n dapat sama, tetapi dapat pula berbeda. Pada individu yang diploid, genomnya akan 2X, dimana X terdiri dari 7 kromosom. Jadi, jumlah kromosomnya adalah 14 atau 7 pasang. Dengan demikian, jumlah kromosom keseluruhannya adalah 2n = 14, maka n = 7. Dalam hal ini 2X = 2n = 14.
Sebaliknya, pada individu yang heksaploid akan memiliki tanda 6X, tetapi tetap memiliki kromosom somatik 2n dan kromosom gamet n. Jadi, pada individu heksaploid berlaku 6X = 2n = 42, n = 21. Kasus yang khusus akan terjadi bila dijumpai sejumlah genotip yang ganjil. Misalnya pada individu triploid (3X) yang X-nya terdiri dari 7 kromosom. Kromosom sel somatiknya 2n = 21, tetapi gametnya (n) akan memiliki jumlah kromosom yang tidak sama ketika terjadi segresi pada saat meiosis. Euploidi juga dibedakan lagi menjadi autopoliloid dan alopoliploid.
2) Autopoliploid
Autopoliploid (auto = sendiri) merupakan kelipatan jumlah kromosom yang berasal dari genom spesies yang sama. Autopolyploid terdiri dari beberapa genom yang identik dengan kromosom-kromosom aslinya. Misalnya pada autotriplod, kromosomnya terdiri dari 3 genom (3X). setiap genom memiliki sejumlah set kromosom yang sama.
Pada meiosis abnormal, pemisahan kromosom berlangsung secara tidak wajar sehingga menghasilkan jumlah kromosom seperti semula (2n). Jika gamet 2n ini berkombinasi dengan gamet lain hasil dari meiosis normal, akan dihasilkan zigot yang memiliki satu set kromosom ekstra, atau zigot ini dikatakan memiliki tripel set kromosom. Namun, suatu individu yang jumlah kromosomnya telah melewati jumlah tertentu umumnya sukar untuk hidup normal. Daya tahan setiap jenis organisme terhadao autopolyploid ini cukup bervariasi. Ada jenis yang toleran untuk autooktaploid, sementara jenis lain dengan autotetraploid sudah tidak mampu hidup normal.
Selain secara alami, poliploid dapat dilakukan secara buatan, yaitu melalui induksi zat-zat kimia atau dengan perbedaan perlakuan terhadap panas dan dingin menggunakan suhu tertentu. Zat kimia yang umum dipakai dalam hal ini adalah kolkisin. Kolkisin dapat mengaktifkan jaringan meristem untuk memutuskan benang-benang spindle dan membantu terjadinya pembelahan sel. Tanpa benang spindle, kromatid-kromatid tidak dapat dipisahkan. Oleh karena itu, jumlah kromosomnya meningkat (poliploid), misalnya dua kali lipat kromosom normal. Jika zat kimia tersebut diperpanjang penggunaannya, akan terjadi perbanyakan jumlah kromosom.
Jika sel diploid mengalami autopolyploid, sel tersebut akan membentuk tetraploid. Sel ini kemudian mengalami pembelahan meisois membentuk gamet yang diploid. Jika gamet-gamet tersebut mengalami fertilisasi, terbentuklah anakan tetraploid yang fertile. Akan tetapi, fertilisasi antara tanaman mutan tetraploid dengan tanaman diploid akan membentuk zigot triploid yang steril.
3) Alopoliploid
Alopoliploid (allo = berbeda) merupakan kelipatan jumlah kromosom yang berasal dari genom spesies yang berbeda. Terbentuknya spesies alopoliploid berasal dari penyilangan antara dua spesies. Meskipun hasil penyilangan steril, tetapi individu tersebut dapat lebih kuat (vigor) dibanding induknya dan dapat mengalami perbanyakan secara tidak kawin.
Tanaman alopoliploid memiliki genom yang berbeda, baik pada tingkat marga, jenis dan anak jenis. Gandum yang digunakan dalam industri roti saat ini adalah gandum yang aloheksaploid (6X) yang memiliki formula genom AABBDD. Bentuk diploidnya adalah 2n = 42 dan haploidnya n = 21. Jenis gandum ini merupakan hasil penyilangan nenek moyang alotetraploid (4X) AABB dengan rumput diploid liar DD. Jenis tetraploid merupakan hasil penyilangan antara dua jenis diploid (2X) yang berturut-turut memiliki genom AA dan BB. Termasuk dalam kelompok yang tetraploid ini adalah gandum durum yang dipakai sebagai bahan baku produksi makroni dan spageti. Menurut hasil penelitian sitologi, nenek moyang yang menurunkan genom A dan D diduga merupakan bentuk primitif gandum (Triticum monococcum) dan rumput liar (Triticum tauschii) yang dulunya dikenal dengan Aegilops squarrosa. Asal-usul genom B masih belum diketahui.
F. Kelainan-Kelainan Pada Manusia Yang Disebabkan Oleh Perubahan Kromosom
Perubahan jumlah dan susunan kromosom berkaitan dengan sejumlah kelainan serius pada manusia. Ketika gagal berpisah terjadi dalam meiosis, akibatnya adalah aneuploid yaitu terdapatnya kromosom dalam jumlah yang abnormal di dalam gamet yang diproduksi dan kemudian di dalam zigot. Meskipun frekuensi zigot enouploid cukup tinggi pada manusia, sebagian besar perubahan kromosomal tersebut dapat membahayakan perkembangan sehingga embrio-embrionya secara spontan (alamiah) digugurkan jauh sebelum kelahiran. Akan tetapi, beberapa tipe aneuploid nampaknya tidak terlalu mengganggu keseimbangan genetik. Individu-individu dengan keadaan aneuploid tersebut dapat sejumlah gejala suatu sindrom yang karakteristiknya tergantung dari tipe aneuploid.
Salah satu keadaan aneuploid adalah sindrom Down. Sindrom Down biasanya disebabkan oleh kelebihan kromosom 21, sehingga setiap sel tubuh memiliki total 47 kromosom. Dari sudut pandang kromosom, sel-sel tersebut dinamakan trisomi untuk kromosom 21. Meskipun kromosom 21 merupakan kromosom manusia yang paling kecil, trisominya mengubah fenotip individu tersebut. Sindrom Down meliputi penampakan yang khas, tubuh pendek, cacat jantung, kerentanan, terhadap infeksi saluran pernapasan, dan lemah mental. Lebih jauh lagi, individu yang menderita sindrom Down memiliki kecenderungan untuk menderita penyakit leukemia dan alzheimer (mungkin bukan suatu kebetulan bahwa gen-gen tertentu yang berhubungan dengan kedua penyakit tersebut terletak pada kromosom 21). Meskipun orang-orang yang menderita sindrom Down rata-rata memiliki harapan hidup jauh lebih pendek dibandingkan orang normal, beberapa diantaranya dapat hidup sampai 50 tahun atau lebih. Sebagian besar penderita sindrom Down terhambat perkembangan seksualnya dan mandul. Jadi, sebagian besar kasus sindrom Down adalah akibat terjadinya gagal berpisah pada waktu pembentukan gamet pada salah satu orangtuanya.
Frekuensi sindrom Down berkorelasi dengan umur si ibu. Sindrom Down terjadi pada 0,04% anak yang dilahirkan oleh wanita yang berumur dibawah 30 tahun. Risiko tersebut bertambah menjadi 1,25% terhadap anak yang dilahirkan oleh ibu yang berumur sedikit di atas 30 tahun, bahkan lebih tinggi lagi terhadap ibu yang berumur lebih tua. Korelasi sindrom Down dengan umur ibu belum dapat dijelaskan. Tidak ada kelainan kromoso lain yang diketahui mengikuti pola kemunculan sindrom Down yang meningkat seiring dengan umur ibu.
Tambahan kromosom X pada anak laki-laki menghasilkan XXY yang muncul kira-kira sekali dalam 2000 kelahiran hidup. Orang-orang dengan kelainan ini disebut sindrom Klinefelter. Penderita memiliki organ kelamin jantan tetapi ukuran testisnya sangat kecil dan laki-laki tersebut steril. Sindrom tersebut meliputi pembesaran dada dan karakteristik-karakteristik tubuh wanita lainnya. Individu yang terkena biasanya memiliki kecerdasan normal. Laki-laki dengan ekstra kromosom Y (XYY) tidak memiliki sindrom yang terdefinisi dengan jelas, meskipun mereka cenderung lebih tinggi dibandingkan kebanyakan orang. Perempuan dengan trisomi X (XXX), yang terjadi sekali dalam kira-kira 1000 kelahiran hidup, tampak sehat dan tidak dapat dibedakan dari perempuan dengan kromosom XX kecuali dari kariotipenya. Monosomi X, disebut sindrom Turner, terjadi sekitar satu kali setiap 5000 kelahiran dan merupakan satu-satunya monosomi yang dapat hidup pada manusia. Meskipun individu-individu XO ini secara fenotip adalah perempuan, namun organ kelamin mereka tidak menjadi matang pada saat remaja, dan ciri-ciri seks sekunder gagal berkembang. Individu-individu semacam ini steril dan memiliki tubuh pendek. Sebagian besar memiliki kecerdasan normal.
Sekalipun jumlah kromosom normal, perubahan structural kromosom dapat menyebabkan kelainan atau penyakit pada manusia. Banyak delesi kromosom manusia menyebabkan masalah yang serius pada keadaan fisik dan mental. Salah satu sindrom semacam ini dikenal sebagai Cri du chat ("tangisan kucing"). Anak yang dilahirkan dengan delesi pada kromosom nomor 5 memiliki mental terbelakang, memiliki kepala kecil dengan penampakan wajah yang tidak biasa, dan memiliki tangisan suaranya seperti suara kucing yang menderita. Penderita penyakit ini biasanya meninggal ketika masih bayi atau anak-anak.
Satu tipe perubahan lain pada struktur kromosom yang berhubungan dengan kelainan pada manusia adalah translokasi kromosom, penempelan fragmen dari satu kromosom ke kromosom lain yang tidak homolog. Translokasi kromosom telah ditemukan terdapat pada penyakit kanker tertentu. Salah satu contohnya adalah Chronic Myelogenous Leukemia (CML). CML atau Leukemia adalah kanker yang menyerang sel-sel yang menghasilkan sel-sel darah putih, dan di dalam sel-sel kanker penderita CML telah terjadi translokasi timbal balik. Sebagian dari kromosom nomor 22 telah bertukar tempat dengan sebuah fragmen kecil dari ujung kromosom nomor 9.
Perubahan lain adalah Sindrom Jacob ditemukan oleh P.A. Jacobs tahun 1965. ciri-ciri dari sindrom Jacob sebagai berikut :
1. Kariotipe: 47, XYY (kelebihan kromosom seks Y) diderita oleh pria.
2. Sindrom ini terjadi karena sel telur (X) dibuahi oleh sperma Y (akibat gagal berpisah)
3. Berperawakan tinggi
4. Bersifat antisosial, agresif
5. Suka melawan hokum.
Berikutnya adalah Sindrom Down, ditemukan oleh J.L Down tahun 1866. ciri-ciri dari sindrom Down sebagai berikut:
1. Kariotipe: 47 XX atau 47 XY
2. Mongolisme, bertelapak tebal seperti telapak kera.
3. Mata sipit miring ke samping
4. Bibir tebal, lidah menjulur, air liur selalu menetes, gigi kecil-kecil dan jarang.
5. IQ rendah (+ 40).
Ciri-ciri dari Sindrom Edwards sebagai berikut:
1. Kariotipe: 45 A + 18 + XX
2. Sindrom ini terjadi akibat gagal berpisah pada autosom nomor 18 ketika pembentukan sel telur.
3. Tulang tengkorak lonjong.
4. Dada pendek dan lebar.
5. Kedudukan telinga rendah dan tidak wajar.
6. Mulut kecil
7. Mental terbelakang
Sedangkan ciri-ciri dari Sindrom Metafemale sebagai berikut:
1. Kariotipe: 44 A + XXX
2. Sindrom ini terjadi sel telur yang mengadung kromosom XX (akibat gagal berpisah) dibuahi oleh sperma X..
3. Payudara tidak berkembang.
4. Menstruasi tidak teratur, steril.
5. Mengalami gangguan mental..
6. Pada umumnya tidak berusia panjang.
G. Macam Mutasi Berdasarkan Penyebabnya
Mutasi dapat disebabkan oleh banyak hal. Bahan atau zat penyebab mutasi disebut mutagen. Berdasarkan cara terjadinya, mutasi dibedakan menjadi dua yaitu mutasi alami atau spontan dan mutasi induksi.
1. Mutasi Alami
Mutasi alami atau spontan merupakan mutasi yang terjadi secara spontan di alam tanpa campur tangan manusia. Mutasi ini disebabkan oleh radiasi sinar kosmis, radiasi radioaktif alam, sinar ultraviolet, dan kesalahan genetik. Mutasi ini mengakibatkan kelainan atau penyakit terhadap individu penderitanya. Selain itu, mutasi ini juga mengakibatkan timbulnya variasi dalam populasi. Mutasi hasil mutasi spontan ini biasanya bersifat resesif, steril, dan letal. Jika mutan dapat bertahan hidup dan menghasilkan keturunan, berarti mutan tersebut mampu beradaptasi dengan lingkungan.
2. Mutasi Induksi
Mutasi induksi adalah mutasi yang secara sengaja dibuat oleh manusia. Mutasi ini juga disebut mutasi buatan. Mutasi jenis ini sengaja dilakukan menggunakan mutagen fisis atau fisikawi dan khemis atau kimiawi. Mutagen khemis seperti kolkisin, asam nitrat, gas metan, dan senyawa alkyl. Adapun mutagen fisis dapat berupa radiasi ultra violet, sinar X, radiasi gamma, radiasi beta, radiasi neutron, dan radiasi electron. Radiasi dapat merusak materi genetik dengan dua cara sebagai berikut:
a. Radiasi pengionisasi (sinar X) menghasilkan gugus kimia yang reaktif yang disebut radikal bebas. Radikal bebas ini dapat mengubah basa-basa nitrogen di dalam DNA menjadi tidak dapat dikenali oleh DNA polymerase. Radikal bebas tersebut dapat juga memutus ikatan antara gula dan fosfat yang menyebabkan abnormalitas kromosom.
b. Radiasi ultraviolet diserap oleh basa timin pada DNA. Penyerapan ini menyebabkan timin membentuk ikatan kovalen dengan nukleotida didekatnya, sehingga kondisi ini akan menghalangi kelancaran replikasi DNA.
H. Dampak Mutasi
Mutasi dapat memberikan dampak, baik menguntungkan ataupun merugikan. Dampak mutasi yang menguntungkan di antaranya poliploid pada tanaman. Poliploid pada tanaman dapat menghasilkan buah yang besar, tidak berbiji, dan produktivitasnya tinggi. Sementara itu, poliploid pada hewan bersifat letal dan membahayakan individu. Akan tetapi, mutasi pada hewan ini dapat dimanfaatkan dalam penelitian-penelitian tentang kanker. Penelitian ini untuk mengetahui penyebab dari suatu penyakit dan cara pengobatannya. Pada poliploid mutagen yang sering digunakan yaitu kolkisin, digitosin, dan sinar radioaktif. Mutasi secara genetis merupakan salah satu penyebab terjadinya peningkatan variasi (keanekaragaman) suatu organisme. Apabila mutasi pada suatu organisme terus berlangsung, mutasi tersebut akan menambah variasi pada organisme tersebut. Sementara itu, mutasi yang merugikan dapat menimbulkan kelainan, penyakit, dan kemandulan. Mutasi yang merugikan ini dapat diwariskan, tetapi ada pula yang tidak diwariskan. Mutasi tersebut tidak diwariskan kepada keturunannya jika mutasi terjadi pada suatu individu atau karena individu yang mengalami mutasi tersebut mandul atau mati.
I. Sumber Mutasi
Mutasi dapat disebabkan oleh mutagen yang berasal dari alam maupun buatan. Bahan-bahan penyebab mutasi dinamakan mutagen. Mutagen yang secara alami terdapat di alam menyebabkan mutasi alami, sedangkan mutagen yang sengaja diberikan menyebabkan mutasi buatan.
Mutagen dapat berupa faktor kimia. Beberapa macam zat kimia yang mempengaruhi susunan DNA disebut zat-zat mutagenik. Zat tersebut misalnya asam nitrat dan turunannya yang dapat mengubah sitosin di dalam DNA menjadi urasil dengan mekanisme deaminasi gugus amina (-NH2) pada sitosin menjadi gugus keton
(- C - ). Akibatnya, basa C masih berpasangan dengan basa G, namun saat terjadi deaminasi basa C menjadi U maka DNA polinerase akan mengiversi basa A.
Mutagen lainnya dapat berupa faktor fisika. Macam faktor fisika mutagenic adalah sinar-sinar gelombang pendek, seperti radiasi sinar ultraviolet, radiasi sinar radioaktif, dan sinar roentgen. Radiasi dapat merusak materi genetik dengan dua cara. Pertama, radiasi pengionisasi (sinar X) menghasilkan gugus kimia yang reaktif yang disebut radikal bebas. Radikal bebas tersebut dapat juga memutus ikatan antara gula dan fosfat yang menyebabkan abnormalitas kromosom. Kedua, radiasi ultraviolet dari matahari (atau lampu penggelap kulit) diserap oleh basa timin pada DNA. Penyerapan ini menyebabkan timin membentuk ikatan kovalen dengan nukleotida di dekatnya. Keadaan ini akan menghalangi kelancaran replikasi DNA. Kanker kulit merupakan salah satu akibat mutasi oleh radiasi ultraviolet.
J. Pengaruh Mutasi
Mutasi pada dasarnya mengubah susunan gen atau kromosom. Perubahan ini akan mengakibatkan perubahan produk gen dan akhirnya perubahan fenotip. Perubahan tersebut dapat menguntungkan maupun merugikan. Mutasi yang menguntungkan antara lain muncul varietas baru yang lebih unggul, baik hewan maupun tumbuhan. Sebagai contoh, padi hasil radiasi lebih tahan terhadap hama, lebih cepat masa panennya, lebih banyak menghasilkan bulir padi, dan sebagainya.
Mutasi juga menimbulkan kerugian. Salah satunya adalah munculnya kelainan-kelainan genetik seperti yang telah kita bahas sebelumnya.
K. Mutasi Sebagai Salah Satu Bahan Baku Evolusi
Secara genetic mutasi merupakan salah satu penyebab peningkatan variasi (keanekaragaman) suatu organisme. Apabila mutasi terus terjadi, semua organisme akan bertambah variasinya. Hal ini memang dibuktikan bahwa organisme yang lebih rendah tingkatannya pada umumnya juga memiliki tingkat variasi dalam populasi yang lebih tinggi. Keadaan ini erat hubungannya dengan kecepatan pergantian generasi, mobilitas suatu organisme, besar populasi suatu organisme, tingkat tropiknya, dan banyak aspek lainnya. Apabila mutasi tidak terjadi, evolusi tidak akan terjadi karena tidak ada variasi.
L. Bakteri Resisten Terhadap Antibiotik Akibat Mutasi
Antibiotik adalah senyawa yang dihasilkan suatu mikroorganisme yang dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Antibiotik terdiri dari jenis yang bermacam-macam. Mekanisme kerja antibiotic dalam membunuh bakteri adalah berikatan dengan situs target tertentu yang spesifik, di dalam sel bakteri sehingga menghambat metabolisme sel bakteri tersebut. Antibiotik sangat berguna sebagai obat karena dapat membunuh bakteri yang menginfeksi tubuh kita tanpa membahayakan sel-sel tubuh kita. Saat ini antibiotic telah diproduksi dalam skala besar dan secara komersial. Hampir semua orang pernah meminum antibiotik saat sakit. Lalu apa itu resistensi antibiotik?
Resistensi antibiotik adalah kemampuan mikroorganisme untuk mengatasi pengaruh antibiotik. Dengan kata lain, mikroorganisme yang resisten terhadap antibiotik, misalnya bakteri, akan kebal dan tidak mati walau diberi antibiotik. Bakteri dapat menjadi resisten terhadap antibiotik karena mutasi.
Mutasi pada bakteri dapat terjadi secara spontan. Artinya, mutasi tersebut memang terjadi secara alami sebagai salah satu mekanisme adaptasi bakteri terhadap lingkungannya sehingga dapat bertahan hidup. Mutasi akan menghasilkan variasi dalam satu spesies bakteri. Variasi bakteri dalam satu spesies antibiotik melalui mekanisme berikut;
· Mutasi yang menyebabkan perubahan situs target antibiotik. Misalnya, pada bakteri yang mengalami mutasi titik pada gen yang mengekspresikan protein pengikat antibiotik Penicillin. Mutasi tersebut akan menyebabkan perubahan pada protein pengikat Penicillin yang merupakan situs target Penicillin sehingga senyawa Penicillin tidak dapat berikatan dengan protein tersebut. akibatnya, Penicillin tidak dapat bekerja untuk membunuh sel bakteri tersebut.
· Mutasi yang menyebabkan perubahan jalur metabolisme bakteri. Misalnya, pada bakteri yang resisten terhadap antibiotik Sulfonamide menghambat senyawa PABA (asam para amino benzoate) yang memicu sintesis asam nukleat dan asam folat yang merupakan senyawa penting bagi sel bakteri. Bakteri yang resisten terhadap Sulfonamide memiliki kemampuan merubah jalur metabolismenya sehingga tetap dapat mensistesis asam nukleat dan asam folat tanpa membutuhkan senyawa PABA. Akibatnya, Sulfonamide tidak berpengaruh bagi sel bakteri tersebut.
Saat ini telah semakin banyak ditemukan spesies bakteri pathogen yang sebelumnya dapat diatasi dengan antibiotik menjadi strain yang resisten terhadap antibiotik. Hal tersebut dipengaruhi beberapa faktor, yaitu penggunaan antibiotik yang berlebihan, tidak sesuai dengan dosis yang diperlukan, digunakan untuk penyakit yang sebenarnya tidak memerlukan antibiotik, dan penggunaan antibiotik dalam makanan hewan ternak. Populasi bakteri yang menginfeksi tubuh manusia memiliki variasi. Artinya, memang ada beberapa individu sel bakteri yang telah mengalami mutasi secara spontan sehingga memiliki kemampuan resistensi terhadap antibiotik. Saat tubuh manusia yang terinfeksi tersebut diberi antibiotik, senyawa tersebut akan membunuh populasi bakteri yang tidak resisten, sementara individu bakteri yang mampu bertahan hidup tersebut kemudian akan mampu bereproduksi, sehingga menghasilkan keturunan-keturunan yang memiliki sifat sama seperti induknya, yaitu resistensi terhadap antibiotik. Akibatnya akan terbentuk populasi bakteri yang semuanya resisten terhadap antibiotik. Saat populasi bakteri strain yang resisten terhadap antibiotik tersebut menginfeksi manusia lain, antibiotik tidak akan mempan lagi mengobati infeksi tersebut. Bayangkan apa yang akan terjadi jika semua jenis bakteri yang dapat menimbulkan penyakit bagi manusia membentuk populasi strain yang resisten terhadap antibiotik.
Berdasarkan akibat yang ditimbulkan terdapat mutasi yang merugikan dan mutasi yang menguntungkan.
1. Mutasi Merugikan
Umumnya mutasi berakibat merugikan. Misalnya mutasi dapat menimbulkan penyakit cystic fibrosis dan penyakit anemia bulan sabit. Penyakit anemia bulan sabit disebabkan oleh mutasi pada satu jenis basa nitrogen yang terdapat pada DNA. Adapun cystic fibrosis terjadi akibat mutasi berupa pengurangan sebuah triplet kodon (tiga nukleotida). Akibat pengurangan kododn tersebut terjadi kesalahan dalam penerjemahan asam amino penyusun protein. Oleh karena itu, fungsi biologi tubuh menjadi berubah dan tidak normal. Contoh lain kerugian yang disebabkan oleh mutasi adalah kelainan berupa albino. Albino terjadi karena mutasi pada gen penghasil enzim yang berkaitan dengan produksi melanin kulit. Hal tersebut dapat terjadi pada hewan maupun manusia. Hewan-hewan albino jarang ditemukan di alam bebas karena mereka akan mudah terlihat sehingga mudah diserang dan tidak tahan terhadap sinar ultraviolet.
2. Mutasi Menguntungkan
Keuntungan yang diperoleh akibat mutasi secara alami jarang ditemui. Namun, keuntungan yang diperoleh akibat mutasi buatan banyak dijumpai. Misalnya mutasi yang dilakukan pada rekayasa genetika menghasilkan biji kedelai berukuran besar dan mengandung banyak protein. Kapas transgenic hasil rekayasa genetik juga terjadi akibat mutasi buatan. Tanaman kapas hasil mutasi tersebut bersifat tahan terhadap hama. Anda masih dapat menjumpai banyak produk hasil mutasi buatan seperti buah semangka tanpa biji, telur omega tiga, dan tomat transgenik.
Adapun contoh keuntungan akibat mutasi alami, misalnya berupa keturunan/toleransi terhadap kolesterol tinggi pada manusia di daerah Limone, Italia. Sekita 40 orang penduduk memiliki keistimewaan, yaitu memiliki jumlah kolesterol dalam darah yang cukup tinggi tetapi tidak berakibat jelek terhadap arteri jantung. Seperti anda ketahui, apabila jumlah kolestreol dalam darah terlalu tingggi pada orang normal, asam amoni yang dibutuhkan manusia untuk menghasilkan protein dalam hubungan dengan pemecahan kolesterol berjumlah lebih dari satu. Namun, penduduk di Limone ini hanya membutuhkan satu asam amino untuk menghasilkan protein tersebut. hal ini sepuluh kali lebih efektif dalam 'membersihkan' kolesterol darah. Berapa pun banyaknya makanan berkolesterol yang disantap, akan selalu dikeluarkan oleh tubuh, (tidak tersimpan dalam jaringan lemak seperti pada organisme dalam keadaan normal). Umumnya, penduduk di Limone hidup berumur panjang dan menunjukkan ketahanan terhadap penyakit jantung.
Berdasarkan pengaruh mutasi terhadap jenis protein yang dihasilkan, mutasi gen dibedakan menjadi tiga macam, yaitu missense mutation, nonsense mutation, dan silent mutation.
a. Missense Mutation (Mutasi Salah Arti)
Sebuah basa nitrogen yang menggantikan basa nitrogen lain dapat menghasilkan kododn yg mengkode asam amino berbeda dengan asam amino asalnya. Timin menggantikan letak sitosin. Oleh karena itu, asam amino yang dihasilkan adalah lisin. Padahal pada keadaan normal (tanpa mutasi) asam amino yang dihasilkan adalah glutamine. Hal ini dapat mempengaruhi metabolisme tubuh.
b. Nonsense Mutation (Mutasi Tanpa Arti)
Suatu protein dapat berasal dari beberapa asam amino. Asam amino tersebut merupakan hasil terjemahan kodon-kodon. Apabila pada mutasi gen diperoleh kodon stop sebelum proses pembentukan protein selesai maka sintesis protein itu dengan segera akan terhenti. Dan protein tidak akan terbentuk.
c. Silent Mutation (Mutasi Diam)
Mutasi gen yang terjadi tanpa menimbulkan efek apapun. Artinya pembentukan asam amino dan perangkaian polipeptida dalam membentuk protein berjalan lancer. Sebab mutasi yang terjadi pada silent mutation tidak menghasilkan perubahan jenis asam amino yang dihasilkan. Misalnya apabila pada keadaan normal terdapat kodon GTT penghasil glutamine maka pada saat terjadi mutasi gen dengan C menggantikan T, kdodon GTC tetap menghasilkan glutamine. (Ingat kembali bab Substansi Genetik). Oleh karena GTT dan GTC menghasilkan glutamine maka proses pembentukan protein berlangsung biasa.
M. Faktor Penyebab Mutasi
Berdasarkan faktor penyebabnya, mutasi dapat dibedakan menjadi mutasi alami dan mutasi buatan
1. Mutasi Alami
Mutasi alami disebut juga mutasi spontan adalah mutasi yang terjadi secara alami, biasanya berlangsung sangat lambat dan jarang terjadi. Mutasi alami dapat disebabkan oleh sinar kosmis dari luar angkasa atau sinar radioaktif dari alam.
Kemungkinan terjadinya mutasi alam adalah satu diantara 2.000-1.000.000.000 kejadian. Umumnya bersifat letal dan merugikan. Akan tetapi, jika organisme yang mengalami mutasi (mutan) itu dapat bertahan hidup dan menyesuaikan diri dengan lingkungannya, mutan akan menjadi spesies baru dan akan mewariskan hasil mutasi itu kepada keturunannya.
Jika mutan keturunannya terus menerus mempunyai peluang bermutasi, tidak tertutup kemungkinan akan terjadi perubahan fenotipe pada generasi mendatang. Dengan demikian, jika dibandingkan dengan nenek moyangnya, generasi kesekian itu telah berbeda sama sekali. Timbulnya spesies baru yang dapat beradaptasi dengan lingkungan merupakan salah satu mekanisme proses evolusi.
Karena mutasi alami terlalu jarang terjadi dan jika terjadi biasanya sampai ke beberapa generasi, hal itu membuat manusia sulit untuk dapat melakukan pengamatan. Kemudia, orang mulai memikirkan kemungkinan mutasi yang dapat diamati, yaitu dengan mutasi buatan.
2. Mutasi Buatan
Mutasi buatan adalah mutasi yang sengaja dibuat oleh manusia dengan perlakuan-perlakuan tertentu demi kepentingan manusia. Mutasi buatan disebut juga mutasi induksi.
Dalam melakukan mutasi buatan, manusia menggunakan mutagen yang terdiri atas mutagen kimia, mutagen fisika, dan mutagen biologi.
a. Mutagen Kimia
Mutagen kimia menyebabkan mutasi dengan cara mengubah susunan kimia kromosom. Contoh mutagen kimia, antara lain gas mustard atau belerang mustard (ditemukan oleh C. Averbach dan kawan-kawan), gas metana, asam nitrat, kolkisin, digitonin, hidroksil amin, etil-metan sulfat, etiletan sulfonat (EES), 5-bromo urasil, dan 2-amino purin. Salah satu contoh upaya mutasi buatan menggunakan mutagen kimia adalah pemberian zat kimia kolkisin pada tanaman sehingga tanaman memiliki lebih dari dua perangkat kromosom (poliploidi). Tanaman poliploidi umumnya tampak lebih kuat, berukuiran lebih besar, mengandung vitamin dan protein yang lebih tinggi, serta masa vegetatifnya lebih lama dibandingkan tanaman diploid.
Berdasarkan cara kerjanya, mutagen kimia dibedakan menjadi bahan-bahan yang fungsinya analog dengan basa nukleotida, bahan-bahan interkalasi, dan bahan-bahan alkilasi.
1) Bahan-Bahan Yang Fungsinya Analog Dengan Basa Nukleotida
Bahan-bahan yang fungsinya sama (analog) dengan basa nukleotida adalah substansi yang dapat menggantikan basa normal selama replikasi DNA karena substansi tersebut dapat diikat atom H pada basa-basa pita cetakan, misalnya 5-bromourasil (5-BU). Substansi tersebut analog dengan basa timin yang dapat berpasangan dengan adenine dan analog juga dengan basa sitosin yang dapat berpasangan dengan guanine. Apabila 5-BU tergabung dalam molekul DNA pada basa T atau C, akan menyebabkan transisi dari AT menjadi GC. Selain 5-BU, ada juga bahan kimia yang lain, yaitu 2-aminopurin (2-AP).
2) Bahan-Bahan Interkalasi
Bahan-Bahan Interkalasi adalah molekul 9-aminoakridin dan etidium bromide yang dapat mengganggu replikasi DNA dengan cara menambahkan satu atau dua pasang basa pada rangkaian DNA.
3) Bahan-Bahan Alkilasi
Bahan-Bahan Alkilasi adalah senyawa yang mempunyai daya reaksi tinggi dan dapat menyebabkan mutasi. Mutasi terjadiu karena bahan-bahan alkilasi maupun memindahkan gugus alkyl (CH3-, CH3CH2 -, dst) pada suatu basa dan mengubah kekhususan pasangan basa, misalnya O2 alkiltim dapat berpasangan dengan guanine sehingga menyebabkan transisi dari AT menjadi GC dan GC menjadi AT. Selain itu, bahan-bahan alkilasi juga menyebabkan kerusakan pita DNA dan depurinasi (pelepasan purin).
b. Mutagen Fisika
Mutasi yang disebabkan oleh Mutagen Fisika, diantaranya adalah putusnya ikatan gen-gen dan berubahnya susunan kimia gen-gen. yang termasuk mutagen fisika, antara lain sinar α, sinar b, sinar g, sinar ultraviolet, sinar X, sinar kosmis dari angkasa luar, dan bahan-bahan radioaktif.
Sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 254 nm dapat diserap dengan kuat oleh DNA dan menyebabkan distribusi electron pada basa nitrogen menjadi tidak teratur serta berada pada tingkat energi yang tinggi. Keadaan ini menyebabkan electron pada basa nitrogen tersebut sangat reaktif dan sering menyebabkan terjadinya pirimidin dimmer, yaitu saling berkaitan basa pirimidin yang berdekatan pada satu pita DNA sehingga mencegah terjadinya replikasi normal.
Sel-sel kulit yang terpapar oleh sinar ultraviolet dengan intensitas yang tinggi dapat mengalami mutasi yang berakibat pada kanker kulit. Radiasi sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk menghasilkan mikroorganisme mutan penghasil antibiotika yang lebih bermanfaat.
Sinar X ialah sinar berenergi tinggi yang dapat menembus ke dalam sel-sel tubuh. Sinar X memiliki dampak, antara lain jika energinya yang tinggi mengenai DNA, dapat menyebabkan kerusakan pada rantai punggung gula fosfat. Selain itu, sinar X menghasilkan radikal bebas yang mempunyai daya reaksi tinggi sehingga merusak system perbaikan DNA.
c. Mutagen Biologi
Mutagen biologi umumnya berupa virus dan bakteri. Biasanya yang digunakan sebagai mutagen adalah asam nukleat (DNA/RNA) bakteri dan virus. Contohnya, penyisipan DNA bakteri pengikat nitrogen bebas pada jenis tanaman tertentu (misalnya padi). Penyisipan tersebut menyebabkan tanaman itu mampu mengikat nitrogen bebas sendiri sehingga tidak perlu lagi diberi pupuk nitrogen.
Trima kasih, sangat membantu.
BalasHapus