Genom adalah kumpulan dari semua material genetik dalam suatu sel atau makhluk hidup. Genom dapat diibaratkan sebagai buku kumpulan resep untuk membuat segala sesuatu yang ada pada makhluk hidup. Genom ditulis dalam bahasa universal yang terdiri dari empat huruf ACTG yang mewakili empat macam basa nitrogen penyusun DNA, yakni adenina (A), sitosina (C), timina (T), dan guanina (G). Ukuran genom biasanya dinyatakan dalam kilobasa (kb), megabasa (Mb), dan gigabasa (Gb), yang menyatakan ada berapa banyak huruf ACGT di dalamnya.
Apakah besarnya genom berkaitan dengan ukuran suatu organisme? Belum tentu. Genom manusia sebesar 3,2 Gbp(giga pasang basa) yang mengode sekitar 21.000 resep protein (gen) tampak kecil dibandingkan dengan genom gandum (16,8 Gbp). Namun, pada umumnya, bakteria mikroskopis memiliki genom yang lebih kecil dibandingkan dengan organisme eukariot. Lantas, berapa ukuran genom terkecil yang memungkinkan sel untuk hidup? Pertanyaan ini tidak bisa dengan lugas dijawab.
Hingga tahun 2006, rekor genom terkecil dipegang oleh Mycoplasma genitalium, bakteri parasit yang hanya dapat tinggal dalam tubuh inangnya (580 Kbp, 470 gen pengkode protein) dan berbagai strain Buchnera aphidicola, bakteri simbion obligat dalam tubuh serangga (616–642 kb, 507–574 gen pengode protein [CDS]). Oleh karenanya, ukuran genom yang dapat mengode sekitar 500 gen dianggap sebagai batas terkecil dari suatu genom yang dapat menopang kehidupan suatu sel.
Seiring dengan perkembangan teknologi pembacaan DNA yang memudahkan berbagai jenis genom untuk dibaca dan diketahui ukuran dan isinya, standar minimal 500 gen kembali dipertanyakan, karena telah ditemukan organisme dengan genom yang mengode kurang dari standar tersebut. Kebanyakan mereka hidup sebagai simbion obligat dalam tubuh serangga pada jaringan khusus yang disebut bacteriomes. Hubungan simbiosis ini terjadi karena serangga inang tidak mendapatkan beberapa jenis asam amino esensial (EAA) dari makanannya yang berupa getah tumbuhan, sedangkan bakteri simbion dapat memproduksi EAA dengan imbalan terlindungi dari dunia luar dan mendapatkan asupan makanan yang teratur dari inang. Kebanyakan dari bakteri simbion ini berasal dari filum Proteobacteria dan ordo Bacteroidetes.
Contoh bakteri dengan genom yang mengode kurang dari 500 gen
“Candidatus Sulcia muelleri” (S. muelleri) adalah simbion obligat yang hidup dalam tubuh berbagai serangga pemakan getah dari subordo Auchenorrhyncha. S. muelleri telah mengalami co-diversification bersama inangnya sejak lebih dari 270 juta tahun yang lalu. S. muelleri biasanya tidak sendirian sebagai simbion dalam tubuh serangga inangnya; ada bakteri simbion lain yang hidup bersamanya. S. muelleri dan simbion pasangannya dapat memproduksi EAA yang dibutuhkan oleh si inang serangga. Genom S. muelleri berada dalam kisaran 190–248 kb, gen yang terkode di dalamnya pun biasanya sinkron, saling melengkapi dengan bakteri simbion pasangannya.
“Candidatus Hodgkinia cicadicola” (Alphaproteobacteria), “Candidatus Zinderia insecticola” (Betaproteonacteria) dan “Candidatus Nasuia deltocephalinicola” adalah contoh pasangan simbiosis S. muelleri. “Ca. Hodgkinia cicadicola” hidup pada tubuh tonggeret (cicadas, Cicadidae), genomnya hanya sebesar 143 kb. Pada serangga spittlebug, partner simbiosis S. muelleri adalah “Ca. Zinderia insecticola” yang memiliki genom berukuran sekitar 208 kb. Pasangan simbion S. muelleri lainnya dengan genom terkecil adalah “Ca. Nasuia deltocephalinicola” (112 kb), yang tinggal pada inang serangga wereng (leafhopper) dari famili Deltocephalinae.
Sampai seberapa kecil?
Genom dengan ukuran kecil yang ekstrem ditemukan pada serangga yang telah sangat Iama bersimbiosis (ancient symbiont, sekitar lebih dari 200 juta tahun) dengan bakteri endosimbionnya. Pada hubungan seperti ini, inang serangga biasanya sudah dapat mengontrol dan menyokong kehidupan bakteri simbionnya yang sudah kehilangan banyak gen tersebut. Mereka dipertahankan sebagai simbion hanya karena kemampuan metabolismenya untuk menghasilkan asam amino esensial yang tidak bisa diproduksi oleh inang serangganya.
Bahan bacaan:
- Moran, N. A. & Bennett, G. M. (2014). The tiniest tiny genomes. Annu Rev Microbiol. 68:195–215.
- Campbell, M. A., Van Leuven, J. T., Meister, R. C., Carey, K. M., Simon, C., & McCutcheon, J. P. (2015). Genome expansion via lineage splitting and genome reduction in the cicada endosymbiont Hodgkinia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(33), 10192–10199.
- Kobiałka, M., Michalik, A., Szwedo, J., & Szklarzewicz, T. (2018). Diversity of symbiotic microbiota in Deltocephalinae leafhoppers (Insecta, Hemiptera, Cicadellidae). Arthropod Structure & Development, 47(3), 268–278.
- http://book.bionumbers.org/how-big-are-genomes/
- https://www.wikiwand.com/en/Marbled_lungfish
- https://bugguide.net/node/view/505862
- https://www.britishbugs.org.uk/homoptera/Cicadellidae/Euscelis_incisus.html
- https://www.britishbugs.org.uk/homoptera/Cicadellidae/Turrutus_socialis.html
- https://bugguide.net/node/view/1522965/bgimage
Penulis:
Ajeng K. Pramono, alumnus Tokyo Institute of Technology, Jepang.
Kontak: ajengpramono(at)gmail(dot)com
