Pyrococus furiosus Dalam Bioteknologi (Artikel Mikrobiologi)

Pyrococus furiosus Dalam Bioteknolgi

Pyrococus adalah sebuah genus dari bakteri Archaea yang hidup pada suhu yang tinggi dan yang terpenting mekanisme dari thermoadaption ini adalah biosintetis dari protein spesifik dan enzim yang tahan panas serta aktif pada temperature yang tinggi. Pyrococcus furiosus memiliki kemampuan pada suhu pertumbuhan yang optimal, sekitar 100 °C. Studi mikroskopis elektron awal diidentifikasi hingga 50 pelengkap permukaan sel yang berasal dari satu kutub dari coccus, yang telah disebut flagella. Kami telah menganalisis organel motilitasini dan menemukan mereka untuk menjadi terdiriatas ( > 95 % ) dari glikoprotein yang homolog dengan flagellins dari archaea lainnya . Menggunakan berbagai teknik mikroskopis elektron , kami menemukan bahwa flagela ini ke dalam struktur kabel - seperti, membentuk koneksi sel - sel antara ca. 5 % dari semua sel selama fase pertumbuhan stasioner. Sel P. furiosus bisa mematuhi melalui flagela untuk dilapisi karbon yang digunakan untuk analisis elektron mikroskopis, untuk butiran pasir yang dikumpulkan dari habitat aslinya (Porto di Levante , Vulcano, Italia) , dan berbagai permukaan lain. P. furiosus tumbuh pada permukaan dalam struktur biofilm seperti , membentuk mikrokoloni dengan sel interkoneksi oleh flagella dan berpegang pada dukungan solid. Oleh karena itu, kami menyimpulkan bahwa P. furiosus mungkin menggunakan flagela untuk berenang tetapi bahwa pelengkap permukaan sel juga memungkinkan archaeon ini untuk membentuk koneksi sel - sel kabel -suka dan untuk mematuhi permukaan padat (Fiala, G., and K. O. Stetter, 1986).

Pyrococcus furiosus adalah Archaea dengan potensi untuk melayani sebagai model organisme untuk hyperthermophiles. Keuntungan utamanya adalah pertumbuhan yang cepat pada 100°C (Waktu penggandaan, 37 menit), hasil tinggi cell ( 3 × 108 sel / ml ) , urutan genom dikenal dan karakterisasi yang baik sehubungan dengan fisiologi dan biologi molekular termasuk transkripsi (Robb, dkk, 2001).

P. furiosus telah memberikan kontribusi besar terhadap bioteknologi, dan berpotensi akan memiliki banyak kontribusi yang lebih berguna di masa depan juga. Karena properti termostabil dari P. furiosus, enzim polimerase yang dikenal sebagai PFU, secara luas digunakan untuk Polymerase Chain Reaction . Selain ini, mutan di P. furiosus polimerase mengurangi buktinya membaca kemampuan dan menyebabkan lebih banyak kesalahan selama proses replikasi, ini sangat membantu ketika para ilmuwan mencoba untuk mempelajari pengaruh mutasi pada fungsi gen, teknik yang dikenal sebagai mutagenesis. Kontribusi lain yang penting oleh P. furiosus adalah kemampuan enzim amilolitik nya. Sejak P. furiosus mampu menggunakan alpha dan beta karbohidrat linkage, isolasi enzim ini cukup membantu untuk proses industri. 

Peranan bakteri Pyrococus furiosus dalam bioteknologi :

Pada aplikasi industri contohnya enzim yang digunakan pada industri adalah DNA polymerase lebih tepatnya industry Bioteknologi yang menggunakan beberapa enzim untuk sequencing DNA dan reaksi berantai polymerase. Disamping aktifitas dan termostabilitas tinggi enzim ini sangat menarik karena memiliki tingkat eror yang sangat rendah dan aktifitas spesifik 10x lipat lebih kuat dibandingkan dengan aktivitas spesifik enzim Taq polimerase (diisolasi dari bakteri Thermus aquaticus). 

Pada bioteknologi Enzim polimerase DNA berfungsi sebagai katalisis untuk reaksi polimerisasi DNA. Pada proses PCR enzim ini diperlukan untuk tahap ekstensi DNA. Enzim polimerase DNA yang digunakan untuk proses PCR diisolasi dari bakteri termofilik atau hipertermofilik oleh karena itu enzim ini bersifat termostabil. 

Prinsip Umum dan Pelaksanaan Polymerase Chain Reaction (PCR) dengan menggunakan teknik PCR, panjang fragmen DNA yang dapat diamplifikasi mencapai 35 kilo basa. Amplifikasi fragmen DNA pendek (kurang dari tiga kilo basa) relatif lebih mudah dilakukan. Untuk mengamplifikasi fragmen DNA panjang (lebih besar dari tiga kilo basa) memerlukan beberapa kondisi khusus, di antaranya adalah diperlukan DNA polimerase dengan aktivitas yang kuat dan juga buffer PCR dengan pH dan kapasitas tinggi (High-salt buffer).

Enzim Pfu DNA polimerase mampu memperpanjang rantai DNA dalam suatusiklus. Sumber utama enzim ini adalah bakteri Pyrococcus furiosus. Keunggulan utamanya dibandingkan dengan enzim DNA polimerase lainnya ialah waktu paruhnya yang sangat lama dan adanya mekanisme perbaikan rantai DNA yang salah (proofreading). Selain itu, enzim ini bersifat termostabil atau bersifat tahan suhu tinggi. Mekanisme proofreading-nya adalah 3'-5' eksonuklease. Melalui mekanisme proofreading, suatu kesalahan penambahan basa DNA saat amplifikasi dapat diperbaiki. Aktivitas proofreading ini memiliki keakuratan yang sangat tinggi sehingga enzim ini sering kali digunakan dalam reaksi pemanjangan primer, kloning dan amplifikasi rantai DNA ujung tumpul (blunt end) (Angers M, Cloutier JF, Castonguay A, Drouin R, 2001).

Referensi :

Angers M, Cloutier JF, Castonguay A, Drouin R.Optimal conditions to use Pfuexo(-) DNA polymerase for highly efficient ligation-mediated polymerase chain reaction protocols. Nucleic Acids Res 29. 2001.

Fiala, G., and K. O. Stetter. Pyrococcus furiosus sp. nov.represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing optimally at 100°C. Arch. Microbiol. 1986.

Robb, F. T., D. L. Maeder, J. R. Brown, J. DiRuggiero, M. D. Stump, R. K. Yeh, R. B. Weiss, and D. M. Dunn. Genomic sequence of hyperthermophile, Pyrococcusfuriosus: implications for physiology and enzymology. Methods Enzymol. 2001.

Benjamin D. Biles et al. 2001. “Low-fidelity Pyrococcus furiosus DNA polymerase mutants useful in error-prone PCR.” Retrieved June 05, 2007. From the PubMed Central Web Site, http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=15601989.Diakses pada tanggal 26 Desember 2013 pukul 21.15 WIB.