Isolasi dan Karakterisasi Gen merB pada Bakteri Pseudomonas sp. Sebagai Gen ResistensiMerkuriOrganik
Authors
-
Billy J. Kepel
Postgraduate School of Medical Sciences, Faculty of MedicineUnhas, Makassar
Keywords:
merB, Pseudomonas sp., Merkuri OrganikAbstract
Patogenesis penyakit dimana merkuri sebagai agen penyebab akan melewati komponen lingkungan sebagai media transmisi sebelum sampai pada manusia. Terdapat beberapalokasi pertambangan emas rakyat di Sulawesi Utarayang menggunakanmerkuri. Tujuan penelitian ini untuk mengidentifikasi jenis bakteri yanghidup pada sedimentanahtercemar merkuri, mengisolasi dan mengidentifikasi karakter gen merB pada bakteritersebut. Dilakukan uji resistensi pada fenil merkuri, identifikasi Gram dan 16S rRNA, amplifikasi dan sekuensing gen merB, pensejajaran dan pembuatan pohonfilogenetik gen merB pada isolat bakteri resisten fenil merkuri. Terdapat 2 isolat bakteri Pseudomonas sp. yang resisten terhadap fenil merkuri. Gen merB pada bakteri ini mempunyai homologi sebesar 98-100% dibandingkan dengan gen merB pada bakteri yang terdapat pada GenBank. Sisi aktif enzim organomerkuri liase (MerB) yang dikode oleh gen merB pada posisi Cys-96, Cys-159 dan Asp-99 tetap dipertahankan oleh gen merB kedua isolat bakteri hasil penelitian. Terdapat 3 tempat perbedaan nukleotida merB antara keduaisolat hasil penelitian dengan P. aeruginosa galur ARY1. Terjadi mutasi substitusi transisi pada merB posisi Val-124 (GTC?GTT) dan Val-136 (GTT?GTC) maupun Glu-132 (GAG) ?Gly-132 (GGG) dimana isolat 2B.2 dan 4B.2 Pseudomonas sp. sama dengan Klebsiella sp. ND3 tapi berbeda dengan P. aeruginosa galur ARY1 walaupun genus yang sama. Walaupun asam amino glutamat diganti oleh glisin yang berbeda sifatpolaritas tapi tidak berpengaruh pada aktifitas bioremediasi karena tempat tersebut bukan merupakan sisi aktif. Gen merB terdapat pada isolat bakteri lokal, Pseudomonas sp., di Sulawesi Utara. Penelitian ini perlu dilanjutkan untuk menghasilkan kloning enzim MerB(organomerkuri liase) dalam mengatasi masalah pencemaran merkuri. Patogenesis penyakit dimana merkuri sebagai agen penyebab akan melewati komponen lingkungan sebagai media transmisi sebelum sampai pada manusia. Terdapat beberapalokasi pertambangan emas rakyat di Sulawesi Utarayangmenggunakanmerkuri. Tujuan penelitian ini untuk mengidentifikasi jenisbakteri yanghidup pada sedimentanahtercemar merkuri, mengisolasi danmengidentifikasi karakter gen merB pada bakteritersebut.Dilakukan uji resistensi pada fenil merkuri, identifikasi Gram dan 16S rRNA,amplifikasi dan sekuensing gen merB, pensejajaran dan pembuatan pohonfilogenetik gen merB pada isolat bakteri resisten fenil merkuri.Terdapat 2 isolat bakteri Pseudomonas sp. yang resisten terhadap fenil merkuri.Gen merB pada bakteri ini mempunyai homologi sebesar 98-100% dibandingkandengan gen merB pada bakteri yang terdapat pada GenBank. Sisi aktif enzimorganomerkuri liase (MerB) yang dikode oleh gen merB pada posisi Cys-96,Cys-159 dan Asp-99 tetap dipertahankan oleh gen merB kedua isolat bakterihasil penelitian. Terdapat 3 tempat perbedaan nukleotida merB antara keduaisolat hasil penelitian dengan P. aeruginosa galur ARY1.Terjadi mutasi substitusi transisi pada merB posisi Val-124 (GTC?GTT)danVal-136 (GTT?GTC) maupun Glu-132 (GAG) ?Gly-132 (GGG) dimanaisolat 2B.2 dan 4B.2 Pseudomonas sp. sama dengan Klebsiella sp. ND3 tapiberbeda dengan P. aeruginosa galur ARY1 walaupun genus yang sama.Walaupun asam amino glutamat diganti oleh glisin yang berbeda sifatpolaritastapi tidak berpengaruh pada aktifitas bioremediasi karena tempat tersebut bukanmerupakan sisi aktif.Gen merB terdapat pada isolat bakteri lokal, Pseudomonas sp., di SulawesiUtara. Penelitian ini perlu dilanjutkan untuk menghasilkan kloning enzimMerB(organomerkuri liase) dalam mengatasi masalah pencemaran merkuri.References
Achmadi UF 2005. Manajemen penyakit berbasis wilayah. Jakarta: Penerbit Buku Kompas.
Appleton JD, Williams TM, Breward N, Apostol A, Miguel J, Miranda C 1999. Mercury contamination associated with artisanal gold mining on the island of Mindanao, the Philippines. Sci Total Environ. 228:
-109.
Appleton JD, Weeks TJM, Calvez JPS, Beinhoff C 2006. Impacts of mercury contaminated mining waste on soil quality, crops, bivalves, and fish in the Naboc River area, Mindanao, Philippines. Sci Total
Environ. 354: 198–211.
Barkay T, Miller SM, Summers AO 2003. Bacterial mercury resistance from atoms to ecosystems. FEMS MicrobiolRev.27: 355-384.
Barkay T, Wagner-Dobler I 2005. Microbial Transformations of Mercury: Potentials, Challenges, and Achievements in Controlling Mercury Toxicity in the Environment. Adv ApplMicrobiol.57
Benison GC, Di Lello P, Shokes JE, Cosper NJ, Scott RA, Legault P, Omichinski JG2004. A stable mercurycontaining complex of the organomercurial lyase MerB: catalysis, product release, and direct transfer to MerA.Biochemistry.43(26): 8333-45.
Bruce KD 1997. Analysis ofmerGene Subclasses within Bacterial Communities in Soils and Sediments Resolved by Fluorescent-PCR–Restriction Fragment Length Polymorphism Profiling. Appl Environ
Microbiol.63(12): 4914-4919.
Clark DL, Weiss AA, Silver S 1977. Mercury and Organomercurial Resistances Determined by Plasmids in Pseudomonas.J Bacteriol.132(1):186-196.
Cursino L, Oberda SM, Cecilio R, Moreira RM, Chartone-Souza E, Nascimento AMA 1999. Mercury concentration in the sediment at different gold prospecting sites along the Carmo stream, Minas Gerais, Brazil, and frequency of resistant bacteria in the respective aquatic communities. Hydribiol.394:512.
Dávila JS, Custodio JH 2009. Mercury reduction by bacteriaisolated frominformalminingzones. Advanced Materials ResearchVols, 71-73:637-640.
Dempata NA, Mala KJ, Tuange VC, Kingfree T, Kepel BJ 2010. Identifikasi bakteri resisten merkuri di Desa Talawaan, Kabupaten Minahasa Utara. Laporan Penelitian: Fakultas Kesehatan Masyarakat,
Universitas Sam Ratulangi.
Gupta A, Phung LT, Chakravarty L, Silver S 1999. Mercury Resistance in Bacillus cereus RC607: Transcriptional Organization and Two New Open
Reading Frames. J Bacteriol.181(22): 7080–7086.
Konopka A, Zakharova T, Bischoff M, Oliver L, Nakatsu C, Turco RF1999. Microbial biomass and activity in lead-contaminated soil. App Environ Microbiol.65(5): 2256-2259.
Lafrance-VanasseJ, Lefebvre M, Di LelloP, SyguschJ, Omichinski JG 2009. Crystal structures of the organomercurial lyase MerB in its free and mercurybound forms: insights into the mechanism of methylmercurydegradation. J Biol Chem. 284(2): 938-944.
Liebert CA, Wireman J, Smith T, Summers AO 1997. Phylogeny of Mercury Resistance (mer) Operons of Gram-Negative Bacteria Isolated from the Fecal Flora of Primates. Appl Environment Microbiol.
(3): 1066–1076.
Limbong D 2010. Analisis ancaman pencemaran merkuri oleh pertambangan emas skala kecil di Tatelu. Diakses dari : http://rmportal.net/library/content/tools/environ mental-policy-and-institutional-strengthening-epiqiqc/epiq-environmental-policy-and-institutionalstrengthening-cd-vol-1/epiq-cd-1-technical-areapolicy-assessment-analysis-and-evaluationstrategic-planning/analisis-ancaman-pencemaranmerkuri-oleh-pertambangan-emas-skala-kecil-ditatelu(last modified Dec 19, 2011 02:16 AM)
Maloy SR, Cronan Jr JE, Freifelder D 1994. Microbial genetics, 2nd Ed. Boston : Jones and Barlett Publishers.
Miller SM1999. Bacterial detoxification of Hg(II) and organomercurials. Essay Biochemistry. 34: 17-30.
Mindlin VSZ, Bass IA, Bogdanova ES, Gorlenko ZhM, Kalyaeva ES, Petrova MA, Nikiforov VG 2002. Horizontal Transfer of Mercury Resistance Genes in Environmental Bacterial PopulationsMol Biol. 36 (2), 160–170. (Publikasi diterjemahkan dari Molekulyarnaya Biologiya. 36(2), 2002: 216–227).
Nelson DL, Cox MM 2002. Lehninger Principles of Biochemistry, 4th ed. W.H. Freeman Publisher.
Nofiani R, Gusrizal 2004. Bakteri resistensi merkuri spectrum sempit dari daerahbekas penambangan emas tanpa izin (PETI) Mandor, Kalimantan Barat. J Natur Indonesia.6(2): 67-74).
Pahan K, Ghosh DK, Chaudhuri J, Gachhui R, Ray S, Mandal A 1995. Mercury detoxifying enzymes within endospores of a broad-spectrum mercury resistant Bacillus pasteurii strain DR. J Bioscience. 20(1): 83-88. 2
Parks JM, Guo H, Momany C, Liang L, Miller SM, Summers AO, Smith JC 2009. Mechanism of Hg-C protonolysis in the organomercurial lyase MerB. J Am Chem Soc.131:13278–13285.
Priyadarshini S 2011. Isolation, identification and biochemical analysis of mercury resistant bacteria (MRB) from the effluent water of Rourkela Steel Plant, Orrisa. Dissertation: Department of Life Science national Institute od Technology, Rourkela, Orissa.
Rojas LA, Yanez C, Gonzalez M, Lobos S, Smalla K, Seeger K 2011. Characterization of the Metabolically Modified Heavy Metal-Resistant Cupriavidus metallidurans Strain MSR33 Generated for Mercury Bioremediation. PLoS ONE, www.plosone.org, 6(3):e17555.
Schaefer JK, Yagi J, Reinfelder JR, Cardona T, Ellickson K, Tel-Or S, Barkay T 2004. Role of the Bacterial Organomercury Lyase (MerB) in Controlling Methylmercury Accumulation in MercuryContaminated
Natural Waters. Environ. Sci. Technol. 38(16): 4304–4311.
Silbergeld EK, Nash D, Trevant C, Strickland GTh, de Souza JM, da Silva RSU 2002.Mercury exposure and malaria prevalence among gold miners in Pará, Brazil. Revista da Sociedade Brasileira de Medicina
Tropical. 35(5): 421-429.
Silver S, Phung LT 2005. A bacterial view of the periodic table: genes and proteins for toxic inorganic ions. J Ind Microbiol Biotechnol.32(11-12): 587-605.
Summers AO 2005. Metal resistence loci of bacterial plasmids: a tribute to Stuart B. Levy, in Frontier in Antimicrobial Resistence (White DG, AlekshunMN, McDermott PF [eds]). Washington DC: American
Society for Microbiology.
Toha AHA 2009. Ensiklopedia Biokimia dan Biologi Molekuler. Jakarta : EGC.
von Canstein H, Kelly S, Li Y, Wagner-Döbler I 2002. Species Diversity Improves the Efficiency of Mercury-Reducing Biofilms under Changing
Environmental Conditions. Appl Environment Microbiol.68(6): 2829-2837.
Walsh CT, Distefano MD, Moore MJ, Shewchuk LM, Verdine GL 1998. Molecular basis of bacterial resistance to organomercurial and inorganic
mercuric salts.FASEB Journal, 2(2): 124-130.
Wang Y, Moore M, LevinsonHS, Silver S, Walsh C, Mahler I 1989. Nucleotide sequence of a chromosomal mercury resistance determinant from a Bacillus sp. With broad-spectrum mercury resistance. J Bacteriol.171: 83-92.
