NAMA: MEGAWATI

NIM: 120342422462

OFFERING: H-Z

RESUME EVLUSI MOLEKULER

Pengertian dan Ruang Lingkup Evolusi Molekuler

Evolusi molekuler meliputi dua area pembahasan, yaitu: (1) evolusi

molekuler dan (2) rekontruksi sejarah evolusi gen dan organisme. Area pertama,

evolusi makromolekuler menunjukan pembentukan gen dan pola perubahan yang

tampak pada materi genetik (misalnya urutan DNA) dan produkinya (missal

protein) selama waktu evolusi dan terhadap mekanisme yang bertanggung jawab

untuk sejumlah perubahan tersebut. Area kedua dikenal sebagai “molekuler

phylogeny” menjelaskan sejarah evolusi organisme dan makromolekul seperti

adanya keterlibatan data-data molekuler. Walaupun kenyataannya kedua disiplin

ilmu di atas saling berkait erat. Kemajuan di satu area akan memfasilitasi

perkembangan studi di area lain. Contoh, pengetahuan tentang filogeni adalah

sangat esensial untuk determinasi jenis perubahan pada karakter molekuler.

Sebaliknya, pengetahuan terhadap pola dan rata-rata perubahan melokul adalah

sangat krusial dalam usaha untuk rekontruksi sejarah evolusi kelompok

organisme. Evolusi molekuler (molecular evolution) pada dasarnya menjelaskan

dinamika daripada perubahan evolusi pada tingkat molekuler, disamping itu untuk

mendukung pemahaman tentang proses evolusi dan efek berbagai macam

mekanisme molekuler, termasuk di dalamnya adalah evolusi genom, gen, dan

produk.

Secara lebih sederhana menyatakan bahwa evolusi molekuler mengkaji

dan memandang evolusi dari rekaman sejarah dalam urutan DNA dan protein.

Berdasarkan beberapa rujukan dan pendapat ahli di atas dapat disimpulkan

pengertian dan lingkup dari evolusi molekuler adalah suatu pendekatan

pengkajian masalah evolusi yang berpijak pada populasi genetika dan biologi

molekuler dengan area atau lingkup pengkajian pada perubahan materi genetik

(urutan DNA atau RNA) dan produknya (protein atau molekul RNA) serta rata-

1

rata dan pola perubahannya serta mengkaji pula sejarah evolusi organisme dan

makromolekul yang didukung data-data molekuler (filogeni molekuler).

Molekul DNA mengandung informasi mengenai sejarah kehidupan. Molekul

DNA pada setiap makhluk hidup sekarang berasal dari nenek moyangnya sampai

kepada organisme pertama. Setiap molekul DNA merupakan hasil akhir dari

sebuah proses sejarah panjang yang diakibatkan oleh mutasi, rekombinasi, seleksi

dan genetic drift. Urutan nukleotida DNA disalin dari generasi ke generasi dengan

mengalami alternasi (dimutasi), cut and pasted (direkombinasi), terjaga (diseleksi)

dan tersebar acak (subjected to drift). Seorang peneliti awal bidang evolusi

molekuler, Emile Zuckerland menyebut bahwa ‘DNA merupakan dokumen

sejarah evolusi’.

Selain DNA, ruang lingkup bahasan evolusi molekuler adalah mengenai

molekul protein. Genetika juga dapat menyelidiki evolusi pada level molekuler

dengan mempelajari urutan nukleotida pada DNA atau asam amino pada protein.

Penggunaan DNA dan protein sebagai kajian untuk mempelajari evolusi

berdasarkan pada: pertama, DNA dan protein mengikuti peraturan sederhana dari

hereditas. Kedua, data urutan molekuler mudah diperoleh dan dapat diterima

secara analitis dalam konteks teori genetik evolusi. Ketiga, data urutan molekuler

bisa diteliti untuk menyelidiki hubungan evolusi antar organisme yang ciri

fenotipnya mirip (Snustad,et al. 2012).

A. Prinsip Evolusi Molekuler

Evolusi molekuler memiliki 3 prinsip dasar yaitu sebagai berikut.

1. Mutasi

Mutasi bersifat permanen dan dapat mengantar perubahan material genetik

(biasanya DNA atau RNA) sebuah sel. Mutasi dapat disebabkan oleh kesalahan

penggadaan pada material genetik, pada saat pembelahan sel dan dapat

disebabkan juga oleh efek radiasi, bahan kimia, virus atau dapat juga secara bebas

selama meiosis dan Hypermutation. Mutasi alami tidak mempengaruhi perubahan

kelangsungan hidup pada sebuah organisme pada habitatnya dan terakumulasi dari

waktu ke waktu.

2. Penyebab perubahan pada frekuensi alel

2

Ada beberapa proses yang dapat menyebabkan perubahan pada frekuensi alel,

yaitu sebagai berikut.

a. Penyimpangna genetik, merupakan akumulasi perubahn secara acak pada

kelompok gen.

b. Aliran genetik, merupakan sesuatu yang membuat populasi lebuh dekat

secara genetik pada saat membangun kelompok gen yang besar.

c. Seleksi, pada kenyataannya seleksi alami terbentuk oleh angka kematian dan

angka kelahiran yang berbeda.

3. Mempelajari filogeni pada tingkat molekuler

Sistematika molekuler merupakan bidang penting dari sistematik dan genetika

molekuler, yaitu suatu proses menggunakan data molekuler dari organisme

biologis (DNA, RNA. Atau keduanya untuk menyelesaikan masalah dalam

sistematik)

B. Hubungan Antara Evolusi Molekuler Dan Filogenik

Hubungan evolusi antar organisme dapat digambarkan pada diagram yang

disebut dengan pohon filogenetik. Pohon filogenetik ini menunjukkan hubungan

antar organisme, atau hubungan ke atas pada satu waktu untuk mengindikasi

bagaimana setiap organisme berkembang. Cabang garis-garis pohon filogenetik

menunjukkan hubungan organisme yang dipelajari. Setiap dua garis cabang

merepresentasikan nenek moyang dari organisme di bawahnya. Pada analisis

molekuler hubungan evolusi, organisme direpresentasikan dengan sekuens DNA

ataupun protein. Beberapa analisis berdasarkan gen tunggal atau produk gen. Data

kombinasi analisis lain didapat dengan mengurutkan gen berbeda atau produk

gen. Konstruksi dari pohon filogenetik selalu berdasarkan pada analisis sekuens

homolog baik dari DNA maupun protein.

Banyak metode yang sekarang bisa digunakan untuk membangun pohon

filogenetik dari data sekuens DNA maupun protein. Metode yang digunakan

umumnya memiliki kekhususan masing-masing.

1. Meluruskan rangkaian untuk menyediakan perbandingan diantara keduanya,

2. Memastikan jumlah perbedaan maupun persamaan antara dua sekuens,

3. Mengelompokkan sekuens dengan persamaan dasar, dan

4. Menempatkan sekuens pada ujung pohon filogenetik.

3

Salah satu contoh pohon filogenetik adalah antara hubungan antara

manusia dengan primata lain seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Pohon filogenetik dari primata berdasarkan 896 panjang

urutan basa DNA mitokondrial

Pohon filogenetik pada gambar menunjukkan perbandingan sekuens DNA

mitokondria pada manusia, simpanse, gorila, orangutan dan siamang. DNA

mitokondrial dari masing-masing primata ini berbentuk molekuler sirkuler yang

berisi 16.600 pasang pasa dan 896 diantaranya merupakan salinan dari sekuens

primata lain. Masing-masing gambar (A, B dan C) menunjukkan tiga

kemungkinan pembuatan pohon filogenetik.

Gambar 2. Pohon Filogenetik Yang Menunjukkan Hubungan Evolusioner

Diantara Empat Macam Spesies Modern

Pohon filogenetik molekuler dapat menjelaskan mengenai hubungan evolusi

antara sekuens DNA ataupun protein. Jika kita dapat menghubungkan poin-poin

4

ranting dari pohon untuk tiap waktu yang spesifik untuk sejarah evolusi, maka

kita dapat menentukan tingkat evolusi molekuler yang terjadi.

C. Kekerabatan Organisme dengan Melihat Pohon Filogeni berdasarkan

Sequens DNA mitokondria

       Pada umumnya material DNA yang digunakan dalam analisa genetik berasal

dari DNA inti, tetapi sumber DNA untuk organisme eukariot dapat pula diperoleh

dari organel-organel sitoplasmik. Salah satu organel yang dapat menjadi sumber

bahan genetik adalah mitokondria (Duryadi 1994). Ukuran genome mitokondria

hewan relatif kecil dibandingkan dengan mitokondria dan khloroplast tanaman

yaitu berukuran kurang dari 40 Kb. 

Analisis DNA mitokondria telah digunakan secara luas dalam mempelajari

evolusi, struktur populasi, aliran gen, hibridisasi, biogeografi dan filogeni suatu

spesies hewan (Moritz et al. 1987). Di samping itu, hal yang mendukung

penggunaan mtDNA sebagai penanda genetik salah satunya adalah karena

mtDNA terdapat dalam copy yang tinggi, sehingga memudahkan dalam

pengisolasian dan purifikasi untuk berbagai keperluan analisa genomnya. Selain

itu, laju evolusinya tinggi (yaitu 10x lebih cepat dibandingkan pada DNA inti),

diturunkan secara maternal (maternal inheritance) dan mempunyai jumlah copy

tinggi. Basa-basa dari gen mitokondria ini dapat di buat copynya dalam jumlah

besar dengan mengamplifikasinya melalui Polymerase Chain Reaction (PCR).

Satu kekurangan bila kita memakai DNA mitokondria adalah bahwa semua

mitokondria merupakan hasil turunan dari ibu. Walaupun sperma juga

mengandung mitokondria, itu tidak dilepaskan saat fertilisasi sel telur dan tidak

diwariskan ke keturunannya. Di sisi lain, analisis mitokondria memberikan hasil

yang jelas mengenai silsilah dari wanita tersebut, sebagaimana komplikasi akibat

rekombinasi dapat diabaikan. Lebih jauh lagi, sel eukaryotik mengandug hanya

satu nukleus tapi memiliki banyak mitokondria sehingga bisa didapatkan ribuan

DNA mitokondria. Hal ini membuat ekstraksi dan sekuensing DNA mitokondria

menjadi lebih mudah dari segi teknikal.

Sekitar 99% dari material genetik organisme eukariot terdapat dalam inti

dan sisanya 1% terdapat di dalam mitokondria. Mitokondria adalah organel di

sitoplasma tempat berlangsungnya respirasi. DNA mitokondria mengandung

5

sejumlah gen penting untuk respirasi dan fungsi lainnya. Secara fisik mtDNA ini

terpisah dari DNA lainnya, sehingga relatif lebih mudah untuk mengisolasinya

(berukuran relatif kecil yaitu hanya 16.000-20.000 pasang basa) dibandingkan jika

harus mengisolasi milyaran nukleotida dari genom inti.

   DNA mitokondria berbentuk sirkuler berutas ganda. Setiap mtDNA memberi

kode untuk terbentuknya 2 RNA ribosom, 22 RNA transfer dan 13 polipeptida

(beberapa belum diketahui fungsinya). Posisi pada mtDNA telah terpetakan, yang

terdiri dari daerah 12SrRNA, 16SrRNA, ND1, ND2, CO I, CO II, ATP, CO III,

ND3, ND4, ND5, ND6, Cyt b dan D-loop (displacement loop) yang terkait dalam

proses replikasi (Brown et al. 1979). Adapun genom mitokondria mamalia dapat

dilihat pada gambar 4 berikut ini.

Gambar 5. Genom Mitokondria Mamalia

     Posisi yang berbeda dari masing-masing gen-gen mitokondria tersebut ternyata

memiliki laju evolusi dengan kecepatan yang berbeda pula, yaitu ada yang bersifat

relatif konserve (laju perubahannya kecil) seperti 16S rRNA dan 12S rRNA,

lajunya sedang (cytokrom b) dan lajunya cepat (CO I & D-Loop).

        Daerah D-loop atau dikenal juga dengan nama ”daerah kontrol” (control

region) yaitu tempat yang mengatur replikasi dan transkripsi mtDNA yaitu awal

dari replikasi rantai berat (Ho) (Foran et al. 1988). Daerah ini telah dibuktikan

merupakan bagian yang paling bervariasi pada genom mitokondria. Laju mutasi

pada daerah ini diperkirakan lima kali lebih cepat dibandingkan dengan bagian

6

lain pada genom mitokondria ((Douzery & Randi 1997). Mamalia mempunyai D-

Loop terletak antara tRNAPRO dan tRNA Phe (Foran et al. 1988). Daerah ini

terdiri dari 3 bagian yaitu : a) bagian kanan D-Loop (region I) yang mengandung

Promotor Rantai Berat (HSP) dan Promotor Rantai Ringan. Pada bagian ini juga

terdapat daerah Sekuen Conserve Bloks (CSB 1-3) serta repeat tandem; b) bagian

tengah yang merupakan Daerah Central Conserve (CCR) berfungsi pada

pengaturan dari replikasi (Saccone et al. 1991). Diluar CCR masih pada bagian

tengah ini terdapat tiga Conserve Sekuen Bloks (CSB 1-3) pada ujung tiga dari

rantai ringan yang berlokasi antara promotor rantai ringan (L- Strand) dan rantai

berat (H-strand). CSB ini diasosiasikan sebagai inisiasi dari replikasi rantai berat.;

c) bagian kiri D-Loop yang terdiri dari daerah termination associated sequence

(TAS) dan bagian lain berupa beberapa dari daerah repeat tendem yang terletak

dekat dengan tRnaPro (Saconne et al. 1991). Panjang fragment sekuensi yang

terkecil berukuran 20 bp (Cunningham & Meghen 2001).

       Analisis pada daerah CR (D-loop) digunakan untuk melihat keragaman antar

subspecies ataupun antar populasi (Brown 1985). Daerah yang mengandung D-

Loop ini diketahui amat cepat berkembang dari bagian mtDNA lainnya. Hal ini

karena terjadinya akumulasi subtitusi basa, proses insersi dan delesi yang lajunya

amat cepat bila dibandingkan dengan DNA inti (Foran et al. 1988). Pada manusia

diketahui laju subtitusi daerah tersebut kira-kira 2,8 – 5 kali lebih tinggi dari pada

laju daerah genom Mt lainnya (Taylor et al. 2001). D-loop cocok digunakan untuk

mendeteksi perbedaan sekuen nukleotida pada hewan vertebrata (Aquadro &

Greenberg 1982). Analisis mtDNA pada D-loop juga telah digunakan untuk

menduga keragaman genetik dan struktur populasi pada hewan avertebrata

(Brown et al.1988). 

       Cytochrome c oxidase (CO I) merupakan enzim mitokondria, terdiri atas

Cytochrome c oxsidase I, II dan III (Michel et al. 1998). CO I dapat digunakan

sebagai DNA barcoding (Moritz & Cicero 2004) telah digunakan diantaranya

pada jenis burung di Amerika utara dan jenis burung yang telah di barcoding

tersebut dilaporkan berjumlah (260- 667 spesies). CO I merupakan gen kandidat

sebagai DNA barcoding karena memiliki konsentrasi sekuens asam amino yang

tinggi dan besar kemampuan pada primer yang digunakan. Menurut (Hebert et al.

7

(2003) CO I merupakan resolasi dalam mengetahui keanekaragaman pada semua

jenis hewan. Hal ini menunjukkan bahwa gen CO I cukup variable diantara

spesies yang dapat digunakan sebagai marker dalam menentukan filogeni dan

studi populasi. Selain itu gen CO I mutasinya lebih besar di bandingkan dengan

12S dan 16S (Hebert et al. 2003).

D. Teori Asal Kehidupan Oleh Oparin

Radiasi ultraviolet matahari dan pelepasan listrik (lightning-discharge)

menyebabkan gas dalam atmosfer purba bereaksi, sehingga terbentuklah senyawa

organik sederhana. Senyawa ini larut dalam laut purba dan terus bereaksi,

membentuk apa yang dikenal dengan “sup purba”. Sup ini mengandung asam

amino, gula, dan basa asam nukleat serta molekul-molekul lain yang tersintesis

secara acak. Reaksi lanjutan membentuk polimer, yang akan berasosiasi

membentuk globulus. Dari globulus inilah sel primitif akan terbentuk. Teori asal

kehidupan diatas diusulkan oleh ahli biokimia dari Rusia bernama Alexander

Oparin pada tahun 1920an. Charles Darwin sendiri pernah mengusulkan bahwa

kehidupan mungkin berasal dari genangan air hangat yang terdiri dari ammonia

dan unsur kimia penting lainya. Akan tetapi Oparinlah yang menjelaskan langkah

yang diperlukan dan poin terpenting dalam proses tersebut, yaitu bahwa

kehidupan berevolusi sebelum terdapat oksigen di udara. Karena Oksigen bersifat

sangat reaktif, ia akan bereaksi dengan molekul prekusor yang terbentuk di

atmosfer, dan mengoksidasi molekul-molekul tersebut kembali menjadi CO2 dan

H2O.

E. Asal Mula Dari Makromalekul Informational (Pembawa Informasi)

Informasi biologis disalurkan melalui polimerisasi template specific

(cetakan spesifik) dari nukleotida. Gabungan dari polifosfat, purin, dan pirimidin

akan menghasilkan rantai asam nukleat acak jika ribose dan deoksiribosa

diikutkan dalam reaksi. Satu permasalahan yang belum dapat dipecahkan adalah

bahwa kehidupan menggunakan asam nukleat ikatan 3‟,5‟ sedangkan sintesis

purba menghasilkan molekul RNA dengan ikatan yang bervariasi, yang

kebanyakan adalah 2‟,5‟. Sebaliknya deoksiribosa tidak memiliki 2‟-OH

sehingga tidak dapat meberi ikatan 2‟,5‟. Walaupun begitu, RNA dianggap

menyediakan molekul informational pertama, sedangkan DNA akan terbentuk

8

setelahnya, yang dirancang untuk menyimpan informasi dalam bentuk yang lebih

akurat dan stabil.

F. Ribosom dan ‘Dunia RNA’

Melihat kasus ayam, telur lebih dulu protein atau asam nukleat, Karena

molekul RNA acak dapat menyusun dan berduplikasi sendiri dibawah kondisi

purba, maka diduga bahwa asam amino terbentuk terlebih dahulu. Walaupun

kebanyakan enzim modern adalah protein, contoh-contoh RNA yang bertindak

sebagai enzim dan mengkatalis rekasi tanpa protein telah ditemukan. Kondisi ini

menunjukan bahwa asam nukleat primitif bereplikasi sendiri, baru nantinya

ditambahkan protein.

G. Sel Pertama

Membentuk molekul biologis primitif merupakan langkah pertama.

Kemungkinan, protein dan molekul lipid terkumpul disekitar RNA (atau DNA)

primitif, sehingga membentuk gumpalan mikroskopik ber-membran. Pada

akhirnya proto-sel diatas akan belajar menggunakan RNA untuk mengkode

sekuen protein. Lipid akan membentuk membran dibagian luar untuk menjaga

agar komponen lainya tetap ditempat. Awalnya protein dan RNA saling berbagi

fungsi enzimatis. Namun kemudian RNA akan kehilangan sebagian besar fungsi

enzimatisnya ketika digantikan protein yang lebih cocok. Diduga bahwa RNA

merupakan molekul pertama yang digunakan untuk menyimpan informasi, dan

akan digantikan oleh DNA dikemudian hari. Karena DNA lebih stabil

dibandingkan RNA, maka ia dapat menyampaikan informasi dengan lebih akurat.

H. Kebiasaan Molekular (Molecular Clocks) Untuk Melacak Evolusi

Protein yang berevolusi secara cepat, lambat laun akan memiliki sekuen

yang sangat berbeda antar organisme dari asal yang sama, sehingga tidak dapat

dikenali lagi. Sebaliknya, protein yang berevolusi sangat lamban akan

menunjukan perbedaan yang kecil diantara dua orgnasime. Maka dari itu, kita

perlu menggunakan sekuen yang lambat berubahnya, untuk menunjukan

hubungan evolutioner yang jauh serta sekuen yang berevolusi secara cepat pada

organisme yang berkerabat dekat.

Kebanyakan protein manusia memiliki sekuen yang identik dengan

simpanse, yang berkerabat dekat dengan manusia. Walaupun kita menelusuri

9

evolusi cepat pada ebrinopeptida, manusa dan simpanse akan berada pada cabang

yang sama dalam silisilah evolusi. Jadi bagaimana membedakan manusia dengan

simpanse. Mutasi yang tidak mepengaruhi sekeuen protein lebih cepat

menuumpuk selama evolusi, karena mereka tidak memiliki efek merugikan. Jadi

jika kita melihat sekuen DNA (bukan sekuen protein) dari beberapa organisme,

akan terlihat banyak perbedaan lain. Perbedaan ini cenderung ditemukan pada

sekuen non koding dan pada posisi kodon ketiga. Dengan mengubah basa ketiga

pada sebagian besar kodon tidak akan mengubah asam amino yang dikodenya.

Intron adalah sekuen non koding yang akan dikeluarkan dari transkrip

primer sehingga tidak akan muncul pada mRNA. Sekuen introm tidak

merepresentasikan protein akhir yang akan dibentuk. Disamping batas intron dan

situs pengenal daerah splicing, sekuen intron pada suatu DNA bebas bermutasi.

Sekuen non koding lain terdapata diantara gen, dan jika tidak terlibat dalam proses

regulasi, maka mereka bebas untuk bermutasi.

Data awal mengenai sitokrom c, hemoglobin, dll diperoleh melalui

sekuensing langsung protein. Karena DNA sequencing lebih mudah dilakukan dan

lebih akurat, protein sekuen yang ditemukan baru-baru ini dideduksi

menggunakan sekuen DNA. Maka dari itu terdapat banyak sekali informasi DNA

menganai hewan yang berkerabat dekat. Dengan menggunakan data ini, maka

kekerabatan evolutioner antar hewan, seperti manusia dengan simpansee, dapat

diperjelas..

I. RNA Ribosomal – Agen Evolusi yang Lamban

Salah satu kendala besar adalah bagaimana menyusun silsilah evolusi yang

mengandung seluruh organsime, serta menunjukan hubungan antara setiap

kelompok besar organisme. Untuk mencapai tujuan ini, pertama-tama kita

membutuhkan molekul yang dapat ditemukan pada setiap organisme. Kedua,

molekul tersebut harus berevolusi dengan sangat lamban, sehingga tetap dapat

dikenali pada setiap kelompok besar bentuk kehidupan.

Walaupun histon berevolusi dengan sangat lamban, namun ia hanya

dimilki oleh sel eukariot sel bakteri tidak memilikinya, Maka dari itu digunakan

RNA ribosomal. Dalam kejadian sebenarnya, DNA dari gen yang mengkode RNA

suatu sub unit kecil ribosom (16S atau 18S rRNA) disusun (sequenced), dan

10

kemudian sekuen rRNA di deduksi. Semua orgnisme hidup harus membuat

protein dan semuanya memiliki ribosom. Terlebih lagi, karena sintesis protein

begitu penting, komponen ribosomal sangatlah dijaga dan ber-evolusi dengan

lambat. Pengecualian dalam hal ini adalah virus, yang tidak memiliki ribosom.

(Apakah virus dapat disebut „hidup‟ atau tidak banyak dipertanyakan, dan juga

silsilah evolusi (asal) dari virus masih kontoversial.

Penggunaan kekerabatan berdasarkan RNA ribosom memungkinkan

pembuatan silsilah evolusi yang mencakup seluruh kelompok besar makhluk

hidup. Organsime tingkat tinggi terdiri atas 3 kelompok besar: hewan, tanaman,

dan fungi. Analisis RNA mengindikasikan bahwa fungi purba tidak pernah

berfotosintesis, dimana perkembangan mereka bercabang dengan tanaman

sebelum terdapatnya kloroplas. Walaupun biasanya dipelajari dalam bidang

botani, fungi sebenarnya lebih mirip hewan daripada tanaman. Banyak jenis

organisme sel tunggal bercabang dari bagian eukariot pada bagian bawah silsilah,

dan tidak termasuk dalam 3 kingdom tadi.

Kebanyakan sel eukariot mengandung mitokondria, dan sebagai tambahan,

sel tumbuhan memiliki kloroplast. Organel tersebut berasal dari bacteria simbiot

dengan yang mengandung ribosom. Sekuen RNA mitokondria dan kloroplast

menunjukan hubungan organel-organel tersebut dengan bacteria. Hubungan antara

eukariot terbentuk dari penggunaan RNA dari ribosom yang ditemukan pada

sitoplasma sel eukariot. Ribosom tersebut memiliki rRNA yang dikode oleh gen

dalam inti sel.

Pada silsilah berdasarkan rRNA yang mencantumkan prokariot dan

eukariot, dapat dilihat bahwa kehidupan di bumi terdiri atas tiga garis keturunan.

Tiga kelompok kehidupan ini adalah eubacteria (bacteria sejati, yang mengandung

organel), archaea atau archaebacteria (bacteria purba) dan eukariot. Perbedaan

antara dua prokariot dengan tipe gen yang berbeda sama bedanya dengan

perbedaan antara prokariot dan eukariot. Sekuencing dari organell rRNA

mengindikasikan bahwa mitokondria dan kloroplast berasa dari garis keturunan

eubacteria.

Salah satu yang aneh dalam pengelempokan makhluk hidup menggunakan

rRNA adalah bahwa mahluk hidup itu sendiri tidak diperlukan. Sampel DNA

11

yang mengandung gen 16S rRNA sudah cukup. Walaupun mikroorganisme pada

laut maupun tanah dipernah berhasil dikultur dengan sukses, DNA dapat

diekstraksi langsung dari tanah maupun laut. Menggunakan PCR, pengandaan

DNA dari satu sel dapat menghasilkan 16S rRNA yang cukup untuk memperoleh

suatu sekuen. Beberapa kelompok bakteria telah banyak ditemukan menggunakan

metode diatas, walaupun tidak ter-kultur dengan sukses.

J. Evolusi Instan RNA Ribosom

Bayangkan sebuah molekul esensial yang berkembang secara perlahan,

seperti histon atau RNA ribosom. Ada kemungkinan kombinasi tertentu dari dua

mutasi terjadi pada molekul fungsional, namun hal itu sendiri akan menjadi tidak

berpengaruh. Sebagai contoh, sebuah mutasi dari G ke C dapat berakibat fatal

pada rRNA 16S. Namun, dengan mengganti GC menjadi pasangan basa CG hal

tersebut dapat diatasi. Selama evolusi normal, pergantian ini hampir tidak

mungkin terjadi karena mutasi tunggal sekalipun merupakan mutasi yang letal dan

kemungkinan terjadinya mutasi beruntun hanya pada dua jenis basa sangat kecil.

Akibatnya, pasangan CG pada mutasi ini akan menjadi sangat langka di dalam

rRNA 16S pada makhluk hidup yang masih ada. Untuk menganalisis seluruh

hubungan struktur dan fungsi molekul seperti rRNA, beberapa mutasi buatan

harus dipaparkan secara berturut-turut.

Hal ini dapat dilakukan dengan prosedur yang dikenal dengan nama

“evolusi instan” yang dikembangkan di dalam laboratorium Dr. Philip R.

Cunningham di Wayne State University. Pada pendekatan ini, rRNA 16S

dimutasikan dan mutasi yang mencegah sintesis protein diisolasi. Kemudian,

mutasi supresor yang mengembalikan sintesis protein diseleksi. Pilihan lain,

beberapa mutasi acak dapat dipaparkan secara beruntun pada suatu daerah kecil

rRNA yang diduga memiliki peran penting dalam sintesis protein. Pada kedua

cara tersebut, kebanyakan mutasi yang terjadi bersifat letal pada keadaan normal

untuk menghindari matinya bakteri maka dilakukan manipulasi agar mutan dari

rRNA 16S tidak mempengaruhi sintesis protein sel normal.

12

Teknologi berikut dikembangakan untuk mencegah bentukan rRNA yang

termutasi mempengaruhi fungsi normal dari bakteri.

a. Salinan gen rRNA 16S dimasukkan ke dalam plasmid dan dimutasikan. Karena

salinan genom rRNA 16S masih berfungsi, sebagian besar ribosom sel akan masih

tetap normal. Hanya sebagian kecil ribosom yang akan memiliki mutan rRNA

16S.

b. Sekuen anti-Shine-Dalgarno pada plasmid rRNA 16S diubah sehingga tidak

dapat mengenali mRNA sel normal, sehingga mutasi letal pada salinan rRNA 16S

tidak akan mempengaruhi sintesis protein normal.

c. Gen reporter didesain dengan sekuen Shine-Dalgarno yang telah diubah

menjadi cocok dengan plasmid atau mutan rRNA 16S. Sehingga hanya translasi

mRNA dari gen reporter yang merespon mutasi dalam salinan rRNA 16S yang

berasal dari plasmid. Gen reporter yang digunakan ada dua, chlorampenicol acetyl

transferase (CAT), yang membuat bakteri menjadi kebal terhadap chlorampenicol,

dan green fluorescent protein (GFP), yang menyebabkan bakteria menjadi

berwarna hijau saat menampakkan fluorescent. Mutan rRNA 16S secara

fungsional terisolasi dari bagian sel yang lain dan dapat dianalisis dengan

memonitor ekspresi dua protein CAT dan GFP. Mutasi letal pada rRNA 16S

hanya mencegah CAT dan GFP tanpa mempengaruhi sintesis protein normal dari

bakteri.

13