MUTASI

PENGERTIAN MUTASI

Materi genetik DNA dan RNA dapat saja mengalami perubahan karena suatu sebab. Berbagai keadaan atau factor dalam lingkungan , memang dapat menimbulkan perubahan pada DNA maupun RNA. Mutasi diartikan sebagai proses yang dapat menyebabkan suatu perubahan pada gen. Perubahan materi genetik inilah yang disebut mutasi dan hasil perubahan itu dapat (tidak selalu) diwariskan serta yang dapat (tidak selalu) dideteksi.

Mutasi itu pada dasarnya merupakan peristiwa yang lumrah terjadi, karena materi genetik itu tersusun dari esenyawa kimia  (polinukleotida). Perubahan materi genetik DNA dan RNA itu dapat berupa perubahan atau pengurangan unit penyusun, perubahan susunan, perubahan jumlah, dan sebagainya. Perubahan itu dapat berlangsung setiap kali setiap ada perubahan yang memungkinkan terjadi.

SEBAB-SEBAB MUTASI

Secara umum penyebab mutasi (spontan maupun terinduksi) adalah keadaan atau faktor-faktor lingkungan, disamping keadaan atau faktor internal materi genetik. Mutasi spontan adalah mutasi yang terjadi tanpa sebab-sebab yang jelas. Sedangkan mutasi terinduksi adalah mutasi yang terjadi karena pemaparan makhluk hidup pada penyebab mutasi semacam radiasi pengion, radio ultra violet, dan berbagai senyawa kimia.

KEADAAN ATAU FAKTOR INTERNAL MATERI GENETIK SEBAGAI SEBAB MUTASI

Keadaan atau faktor internal materi genetik yang dapat menjadi sebab terjadinya mutasi spontan adalah kesalahan pada replikasi DNA. Misalnya yang terkait dengan peristiwa tautorisme (akibat dari perubahan posisi sesuatu proton yang mengubah suatu sifat kimia molekul). Pada basa purin dan pirimidin, perubahan tautomerik mengubah sifat perikatan hidrogennya. Efek perikatan antara basa-basa prin dan pirimidin dengan pasangan tautomerik tampak pada saat replikasi DNA. Dengan demikian, sewaktu pasangan tidak lazim memisah pada replikasi berikutnya, masing-masing akan berpasangan dengan basa komplementernya dan terjadilah mutasi.

Keadaan atau faktor internal materi genetik lain yang dapat  pula menjadi sebab terjadinya mutasi spontan adalah “penggelembungan” unting di saat replikasi, perubahan kimia tertentu secara spontan, transposisi elemen transposable, dan efek non mutator. Hal ini dapat terjadi pada unting lama maka akan terjadi delesi pada unting baru, sebaliknya jika penggelembungan terjadi pada unting baru, maka akan terjadi adisi/penambahan pada unting baru tersebut.

Banyak peristiwa kimia pada DNA yang dapat menjadi sebab terjadinya mutasi spontan, yaitu depurinasi dan deaminasi basa-basa tertentu. Pada depurinasi, suatu purin tersingkir dari DNA karena terputusnya ikatan kimia antara purin dan gula deoksiribose. Sedangkan, pada deaminasi gugus amino tersingkir dari basa.

Dalam hubungannya dengan depurinasi, jika kehilangan purin itu tidak diperbaiki maka di saat replikasi tidak terbentuk pasangan basa komplementer yang lazim. Yang terjadi adalah secara acak basa apapun dapat diadakan dan pada proses replikasi berikut keadaan tersebut dapat menimbulkan mutasi, jika basa baru yang diadakan secara acak tadi tidak sama dengan basa yang mula-mula. Pada saat ini sudah silaporkan ribuan basa purin tersingkir melalui proses depurinasi selamam suatau waktu generasi tertentu dari suatu sel mamaliaa pada kondisi kultur jaringan.

Perpindahan atau transposisi elemen transposabel terbukti dapat berakibat terjadinya mutasi gen dan mutasi kromosom atau aberasi kromosom. Mutasi gen akibat transposisi tersebut, terjadi karena insersi ke dalam gen. Transposisi tersebut juga dapat mempengaruhi ekspresi gen dengan cara insersi ke dalam urut-urutan pengatur gen.

Bukti paling baik tentang peran serta transposisi elemen transposable sebagai salah satu sebab terjadinya mutasi terlihat pada Drosophila yang terbukti timbul karena insersi elemen transposable, sekalipun secara eksperimental keberhasilan perlakuan dengan elemen transposable masih jarang. Contoh-contoh alela tautan pada genom Drosophila karena insersi elemen transposable antara lain w^sp, w^u, w^bf, w^hd. Keempat alella mutan yang baru disebutkan ini merupakan alela ganda yang terletak pada lokus white pada kromosom.

Pada makhluk hidup juga dikenal adanya gen yang ekspresinya mempengaruhi frekuensi mutasi gen-gen lain. Frekuensi mutasi gen-gen lain itu biasanya meningkat. Gen-gen yang mempunyai pengaruh semacam itu disebut gen mutator.

KEADAAN ATAU FAKTOR DALAM LINGKUNGAN SEBAGAI SEBAB MUTASI

Penyebab mutasi berupa keadaan atau faktor dalam lingkungan dapat dipilah menjadi yang bersifat fisik, kimiawi maupun biologis.

Lingkungan Bersifat Fisik

Penyebab mutasi yang bersifat fisik adalah radiasi dan suhu. Radiasi sebagai penyebab mutasi dibedakan menjadi radiasi pengion (energi tinggi) dan radiasi bukan pengion (energi rendah). Saat ini radiasi pengion diinduksi oleh sinar X, proton dan neuron dihasilkan mesin, maupun oleh sinar alfa, beta, gamma yang dibebaskan isotop radioaktif dari elemen  seperti P32, S35, Cobalt 90 dan sebagainya. Contoh radiasi bukan pengion misalnya radiasi sinar ultraviolet (UV). Radiasi pengion mampu menembus jaringan/tubuh makhluk hidup karena berenergi tinggi. Selama penembusan ini, sinar bertenaga tinggi ini berbenturan dengan atom-atom sehingga terjadi pembebasan elektron dan terbentuklah ion-ion positif. Ion-ion ini berbenturan dengan ion lain dan terjadi pembebasan elektron dan terbentuk ion positif lebih lanjut. Melalui cara ini terbentuklah suatu sumbu ion sepanjang jalur terobosan sinar bertenaga tinggi tersebut.

            Pada tumbuhan dan hewan tingkat tinggi sinar UV dapat menembus lapisan sel-sel permukaan karen aberenergi rendah dan tidak menimbulkan ionisasi. Sinar UV membebaskan energinya pada atom yang dijumpai, meningktkan elektron-elektron pada orbit luar ke tingkat yang lebih tinggi. Atom-atom yang memiliki elektron-elektron sedemikian dinyatakan tereksitasi. Molekul yang terionisasi atau tereksitasi secara kimiawi lebih reaktif daripada molekul yang memiliki atom-atom stabil. Reaktivitas yang meningkat dari atom-atom pada DNA merupakan dasar efek mutagenik radiasi sinar UV maupun sinar pengion. Radiasi pengion mampu menyebabkan mutasi gen dan pemutusan kromosom yang berakibat delesi, duplikasi, inversi, translokasi serta fragmentasi kromosom umumnya.

Sinar X dan sebagian besar radiasi pengion lain dinyatakan dalam satuan unit roetgen (unit r), yang diukur dalam hubungan dengan jumlah ionisasi per unit volume pada suatu perangkat kondisi standar. 1 unit r adalah suatu jumlah radiasi pengion yang menghasilkan satu muatan elektrostatik pada suatu volume 1 cm3. Dosis penyinaran unit r tidak mencakup suatu skala waktu. Dosis yang sama diperoleh melalui suatu intensitas penyinaran yang rendah selama suatu periode waktu panjang, atau melalui suatu intensitas penyinaran tinggi selama suatu periode waktu singkat.

            Hubungan linier antara frekuensi mutasi dan dosis radiasi penting dalam hubungannya dengan permasalahan “apakah ada suatu tingkat penyinaran yang aman” sekalipun sebenarnya tidak ada yang aman. Pada sperma Drosophila, penyinaran dengan dosis sangat rendah dalam jangka waktu lama terbukti efektif menginduksi mutasi seperti halnya yang diinduksi total dosis penyinaran yang sama itu diberikan pada intensitas tinggi dalam jangka waktu singkat. Pada mencit, penyinaran kronik menginduksi mutasi yang lebih sedikit dibanding dengan yang diinduksi oleh dosis yang sama pada penyinaran akut. Jika mencit diperlakukan dengan dosis penyinaran yang terputus, maka frekuensi mutasi sedikit lebih rendah daripada penyinaran dengan total dosis sama yang diperlakukan tidak terputus-putus. Perbedaan frekuensi mutasi ini mungkin ada hubungannya dengan penggantian DNA yang rusak.

            Selain berkenaan dengan radiasi pengion, perubahan tekanan oksigen dan suhu juga dapat mengubah mutasi secara signifikan. Tekanan oksigen yang rendah dapat menurunkan mutasi. Oksigen juga dapat memperbesar efek penyinaran, tetapi hanya selama penyinaran. Oksigen memperlihatkan efek yang lebih rendah pada kondisi penyinaran tinggi dibanding pada kondisi penyinaran moderat.

            Sinar UV dapat menggiatkan atom-atom yang dijumpai, meskipun telah diketahui bahwa sinar UV tidak menginduksi ionisasi. Dalam hubungan dengan molekul DNA, senyawa yang paling digiatkan yaitu purin dan pirimidin karena senyawa tersebut menyerap cahaya pada panjang gelombang 254-260 nm yang merupakan rentang panjang gelombang sinar UV. Hasil penelitian in vitro juga membuktikan bahwa pirimidin terutama  timin, sangat kuat menyerap sinar UV pada panjang gelombang 254 nm, sehingga menjadi sangat reaktif. Hasil dari penyinaran pirimidin yaitu hidrat pirimidin dan dimer pirimidin. Efek utama radiasi UV adalah dimerisasi timin. Dimer dapat menimbulkan mutasi tidak langsung dengan dua cara; (1) dimer timin mengganggu helix ganda DNA serta menghambat replikasi DNA secara akurat, (2) kesalahan yang terjadi selama proses sel untuk memperbaiki DNA yang rusak.

            Suhu sebagai penyebab mutasi sudah dilaporkan, misalnya pada beberapa jenis ikan yang menginduksi terjadinya poliploidi. Selain faktor radiasi dan suhu, ternyata perlakuan dengan tekanan hidrostatik juga dilaporkan dapat menginduksi terjadinya mutasi. Yang terjadi akibat tekanan hidrostatik ini adalah penghambatan polar body karena rusaknya spindel meiosis. Pembuatan ikan triploid dengan perlakuan tekanan hidrostatik juga sudah dilakukan, misalnya pada Brachydano rerio serta pada Salmo gairdneri.

Penyebab Mutasi Dalam Lingkungan Yang Bersifat Kimiawi

            Penyebab mutasi dalam lingkungan ini juga dapat disebut sebagai mutagen kimiawi. Mutagen-mutagen tersebut dapat dipilah menjadi tiga kelompok yaitu analog basa, agen pengubah basa, dan agen penyela.

1.      Analog Basa

Senyawa yang termasuk golongan ini adalah yang memiliki struktur molekul sangat mirip dengan yang dimiliki basa yang lazimnya terdapat pada DNA. Contohnya yaitu 5-bromourasil (disingkat 5 BU) dan 2-aminopurin (disingkat 2-AP). 5 BU adalah analog timin. Posisi karbon ke-5 ditempati oleh gugus brom, padahal posisi itu sebelumnya ditempati oleh gugus metil. Keberadaan gugus brom ini mengubah distribusi mutan serta maningkatkan peluang perubahan tautometrik. Pada bentuk keto (yang lebih stabil) 5 BU berpasangan dengan adenin; sebaliknya pada bentuk enol (yang lebih jarang), 5-BU berpasangan dengan Guanin.

            5-BU menginduksi mutasi melalui peralihan antara kedua bentukan 5-BU; jika sesaat setelah analog basa itu diinkorporasikan dalam bentuk keto (bentuk normal), maka analog basa itu berpasangan dengan adenin. Selanjutnya jika bentuk keto 5 BU beralih ke bentuk enol selama replikasi, maka analog basa itu akan berpasangan dengan guanin; dan pada proses replikasi berikut dari pasangan G-5 BU akan muncul pasangan G-C dan bukan A-T. Dalam hal ini telah terjadi mutasi transisi A-T menjadi G-C.

            Sebagai mutagen kerja analog basa 2-aminopurine (2 AP) adalah 5 BU. 2 AP juga memiliki 2 bentuk yaitu bentuk amino  (normal, berperan sebagai adenin) dan bentuk imino (jarang, berperan sebagai guanin dan berpasangan dengan sitosin). Seperti 5 BU,  2 AP juga menginduksi mutasi transisi, yaitu AC menjadi G C atau G C menjadi A T, tergantung bentuknya. 2 AP dapat mengubah kembali mutan yang diinduksi oleh 5 BU, demikian pula sebaliknya.

            Saat ini dikenal pula AZT (azidothymidine), semacam racun yang diberikan kepada penderita AIDS untuk melawan HIV. AZT berperan sebagai suatu analog timidin. AZT merupakan suatu substrat untuk enzim reversetranscriptase di saat bersintesis cDNA dari RNA (virus). Di lain pihak ternyata AZT bukan merupakan substrat yang baik untuk enzim DNA polimerase seluler. Itulah sebabnya, AZT berperan sebagai suatu racun selektif dengan cara menghambat pembentukan cDNA virus; dan dengan demikian menghalangi sintesis virus yang baru.

2.      Agen pengubah Basa

Senyawa-senyawa yang tergolong agen pengubah basa adalah mutagen yang secara langsung mengubah struktur maupun sifat kimia basa. Yang termasuk kelompok ini adalah agen deaminasi, agen hidroksilasi, serta agen alkilasi.

Sebagai agen hidroksilasi, mutagen hydroxylamine NH₂OH bereaksi khusus dengan sitosin, mengubahnya dengan menambahkan gugus hidroksil, sehingga terbentuk hydroxylaminnocytocine yang hanya berpasangan dengan adenine dan sebagai akibatnya terjadi mutasi transisi CG menjadi TA. Mutasi yang disebabkan oleh mutagen hydroxylamine NH₂OH berikutnya tidak dapat memulihkan  mutan yang sudah terbentuk akibat pengaruh mutagen itu sebelumnya, mutan tersebut dapat pulih karena pengaruh mutasi yang diinduksi oleh mutagen lain sperti 5 BU, 2 AP, maupun asam nitrit.

3.      Agen Interkalasi

Mutagen kimia berupa agen interkalasi bekerja dengan cara melakukan insersi antara basa-basa berdekatan dengan pada satu atau duan unting DNA. Contoh agen iterkalasi adalah proflavin, jika agen interkalaasi melakukukan insersi antara pasangan basa yang berdekatan pada DNA templat maka suatu basa tambahan dapat diinsrsikan pada unting DNA baru berpasangan dengan agen onterkalasi.

Setelah satu atau lebih dari satu kali berlangsungnya replikasi yang diikuti oleh hilangnya agen interkalasi, akibat yang muncul adalah terjadinya suatu mutasi rangka karena insersi suatu pasangan basa. Jika yang terjadi adalah insersi agen interkalasi ke dalam unting baru maka sewaktu unting ganda DNA tersebut beriplikasi sesudah hilangnya agen interkalasi, akibat yang muncul adalah terjadinya suatu mutasi rangka karena delesi satu pasang basa. Setelah terjadinya mutasi rangka, maka akan timbul akibat yaitu bahwa semua asam amino yang dikode sesudah titik mutasi dapat dikatakan menyimpang sehingga protein yang dihasilkan bersifat nonfumgsional. Dampak mutasi yang timbul karena mutasi rangka yang diinduksi oleh agen interkalasi dapat pulih kembali melalui perlakuan dengan agen-agen interkalasi.

Penyebab mutasi dalam lingkungan yang bersifat biologis

            Mutagen biologis yang sudah dilaporkan oleh fag. Efek mutagenic yang ditimbulkan fag terutama berkaitan dengan integrasi DNA fag, pemutudsan dan delesi DNA inang. Berkitan dengan profag Mu dinyatakan bahwa, karena suatu gen bakteri yang diinterupsi oleh DNA Mu biasanya tidak aktif, terjadilah mutasi inang bakteri yang diinsersi. Di lain pihak yang berkaitan dengan fag λ, menyatakan bahwa sekitar 1% lisogen yang tidak normal menghasilkan fenotip mutan, sepanjang fag tersebut masih ada. Dalam hubungan dengan pemutusdan  DNA dan delesi, dikatakan bahwa mutagenesis fag dapat terjadi karena kerusakan DNA akibat pemutusan dan delesi.