Back to IF3211 Komputasi Domain Spesifik
Keanekaragaman Prokariotik: Bakteri dan Archaea
Questions/Cues
- Mengapa sistem tiga domain menggantikan klasifikasi lima kingdom?
- Perbedaan struktural utama bakteri dan archaea?
- Contoh adaptasi metabolisme bakteri di lingkungan ekstrem?
- Bagaimana archaea berkerabat lebih dekat dengan eukariota?
- Aplikasi praktis pengetahuan tentang prokariota?
Reference Points
- Biological Diversity [part 1] (Halaman 14-15, 18-28)
- Campbell Biology in Focus (Halaman 19-25, 26-27)
Sistem Tiga Domain Kehidupan
Klasifikasi kehidupan telah berevolusi dari sistem dua kingdom (tumbuhan/hewan) menjadi lima kingdom (termasuk Monera, Protista), hingga sistem tiga domain modern berdasarkan analisis genetik. Domain Bacteria dan Archaea merupakan prokariota, sementara Eukarya mencakup semua organisme eukariotik. Perubahan ini didorong oleh temuan bahwa archaea secara genetik lebih dekat ke eukariota daripada bakteri, meskipun secara morfologi mirip bakteri.
Contoh: Analisis gen RNA ribosom menunjukkan perbedaan signifikan pada sekuens archaea yang tidak ditemukan pada bakteri tetapi mirip eukariota. Sistem ini mengakui bahwa perbedaan molekuler lebih fundamental daripada ciri morfologi.
Karakteristik Bakteri
Bakteri merupakan prokariota dengan dinding sel mengandung peptidoglikan dan membran sel berbasis ester lipid. Mereka menunjukkan keanekaragaman metabolisme tertinggi di antara semua organisme:
- Fotoautotrof: Cyanobacteria menghasilkan oksigen melalui fotosintesis
- Kemoautotrof: Bakteri sulfur mengoksidasi H₂S di sumber air panas
- Heterotrof: Escherichia coli mengurai materi organik Contoh ekologis: Bakteri termofilik seperti Thermus aquaticus hidup di sumber air panas (70°C+) dan menghasilkan enzim Taq polymerase untuk PCR.
Ciri Khas Archaea
Archaea memiliki dinding sel tanpa peptidoglikan dan membran sel dengan ikatan eter lipid yang bercabang. Mereka mendominasi lingkungan ekstrem:
- Termofil Ekstrem: Pyrolobus fumarii tumbuh optimal pada 113°C
- Halofil: Halobacterium hidup di danau garam (konsentrasi NaCl 30%)
- Metanogen: Archaea anaerobik penghasil metana di rawa-rawa Contoh adaptasi: Protein archaea termofilik memiliki ikatan ionik tambahan untuk menjaga stabilitas struktural pada suhu tinggi.
Signifikansi Ekologis dan Biomedis
Prokariota memainkan peran krusial dalam:
- Siklus Biogeokimia: Bakteri pengikat nitrogen (Rhizobium) menyuburkan tanah
- Bioremediasi: Deinococcus radiodurans mendegradasi limbah radioaktif
- Industri Makanan: Bakteri asam laktat untuk fermentasi yoghurt Contoh aplikasi: Insulin manusia diproduksi massal menggunakan bakteri rekombinan yang menyisipkan gen insulin manusia.
Sistem tiga domain (Bacteria, Archaea, Eukarya) merefleksikan hubungan evolusioner berdasarkan perbedaan genetik fundamental, menggantikan klasifikasi lima kingdom yang kurang akurat. Bakteri dan archaea, meskipun sama-sama prokariotik, berbeda secara struktur dinding sel, komposisi membran, dan jalur metabolik. Bakteri menunjukkan keanekaragaman metabolisme tertinggi dengan aplikasi industri luas, sementara archaea mendominasi lingkungan ekstrem dan berkerabat lebih dekat dengan eukariota secara genetik. Pemahaman tentang prokariota penting untuk bioremediasi, bioteknologi, dan pemahaman evolusi kehidupan awal.
Informasi Tambahan
Analisis Filogenetik Molekuler
Pohon filogenetik prokariota dibangun menggunakan marker genetik universal seperti gen 16S rRNA. Tingkat kesamaan sekuens 16S rRNA:
- Bakteri berbeda >3% dengan archaea
- Archaea berbagi 40-50% gen dengan eukariota (vs <30% dengan bakteri)
Teknik whole-genome sequencing mengungkap transfer gen horizontal antar prokariota yang memperumit rekonstruksi filogeni.
Mekanisme Adaptasi Ekstrem
Mekanisme ketahanan termofil archaea:
- Protein dengan ikatan ion tambahan
- Lipid membran tipe diether atau tetraether yang stabil
- DNA superkoil yang dilindungi protein pengikat
Strategi halofil:
- Akumulasi KCl internal setara konsentrasi eksternal
- Protein “asam” dengan permukaan bermuatan negatif
Aplikasi Bioteknologi Mutakhir
CRISPR-Cas9: Sistem imun bakteri (Streptococcus) yang diadaptasi untuk edisi gen Sintesis Biohidrogen: Archaea termofilik (Pyrococcus) memproduksi H₂ dari limbah organik Biomining: Bakteri kemolitotrof (Acidithiobacillus) mengekstrak logam dari bijih
Proyek Eksperimen Mandiri
- Uji Resistensi Antibiotik: Kultur bakteri tanah pada media dengan antibiotik berbeda, amati pola resistensi
- Isolasi Bakteri Halofil: Inokulasi air garam pada media nutrien berkadar garam tinggi (15-25%)
- Analisis Metagenomik: Ekstraksi DNA dari sampel lingkungan dan identifikasi prokariota via database 16S rRNA
Bacaan Lanjutan
- Buku:
- Madigan, M.T., Brock Biology of Microorganisms (Edisi ke-15)
- Willey, J.M., Prescott’s Microbiology (Edisi ke-11)
- Jurnal:
- Nature Reviews Microbiology (Review tentang archaea ekstremofil)
- Annual Review of Microbiology (Mekanisme adaptasi prokariota)
- Database Online:
- NCBI Taxonomy Browser: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy
- Bergey’s Manual of Systematics: https://www.bergeys.org