Genetika bakteri mencakup studi tentang gen, genom, dan pewarisan pada bakteri. Bakteri memiliki plastisitas genetik yang luar biasa, memungkinkan mereka beradaptasi dengan cepat terhadap perubahan lingkungan melalui mutasi dan mekanisme transfer gen horizontal.

Organisasi Genom Bakteri

Kromosom bakteri adalah molekul DNA untai ganda sirkular tunggal yang biasanya berukuran 0,5–10 Mb, terorganisir di wilayah nukleoid tanpa membran nukleus — E. coli memiliki genom ~4,6 Mb yang mengkode ~4.300 gen. Plasmid adalah molekul DNA ekstrakromosomal kecil dan sirkular yang bereplikasi secara independen, membawa gen aksesori untuk resistensi antibiotik, faktor virulensi, dan kemampuan metabolik. Transposon adalah elemen genetik bergerak yang dapat berpindah di dalam atau antar molekul DNA, sering membawa gen resistensi antibiotik.

Mutasi pada Bakteri

Mutasi titik adalah substitusi basa tunggal (transisi atau transversi) yang dapat mengubah asam amino (missense), menciptakan kodon stop (nonsense), atau tidak memiliki efek (diam). Mutasi pergeseran kerangka adalah insersi atau delesi basa yang menggeser kerangka baca, biasanya menghasilkan protein yang tidak fungsional. Laju mutasi pada bakteri sekitar 10⁻⁶ hingga 10⁻⁹ per pasangan basa per generasi tetapi dapat meningkat di bawah stres melalui respons SOS. Tes Ames menggunakan mutan Salmonella typhimurium untuk mendeteksi mutagen kimia.

Transfer Gen Horizontal

Transformasi melibatkan penyerapan DNA bebas dari lingkungan oleh sel bakteri yang kompeten; kompetensi alami terjadi pada Bacillus subtilis, Streptococcus pneumoniae, dan Neisseria gonorrhoeae. Konjugasi adalah transfer DNA langsung sel-ke-sel melalui pilus konjugatif, dikodekan oleh plasmid F (fertilitas) pada E. coli, dan dapat mentransfer plasmid serta gen kromosom antar spesies yang berbeda. Transduksi adalah transfer DNA bakteri oleh bakteriofag — transduksi generalisasi mentransfer fragmen kromosom apa pun, sementara transduksi khusus mentransfer gen spesifik yang berdekatan dengan situs integrasi fag.

Regulasi Gen

Operon lac pada E. coli adalah model klasik regulasi gen yang dapat diinduksi, dikendalikan oleh represor lac dan protein aktivator katabolit (CAP). Operon trp adalah sistem yang dapat direpresi yang diatur oleh kadar triptofan melalui atenuasi dan represor trp. Quorum sensing memungkinkan bakteri mengatur ekspresi gen sebagai respons terhadap kepadatan populasi menggunakan molekul autoinduser seperti N-asil homoserin lakton.

Aplikasi

Rekayasa genetika menggunakan plasmid bakteri dan enzim restriksi untuk mengkloning gen dan memproduksi protein rekombinan seperti insulin, hormon pertumbuhan, dan vaksin. Pelacakan gen resistensi antibiotik diterapkan di lingkungan klinis dan lingkungan. CRISPR-Cas9, yang berasal dari imunitas adaptif bakteri, telah menjadi alat revolusioner untuk pengeditan genom.