Diagnostik Mikrobiologi Molekuler.

DIAGNOSTIK
MIKROBIOLOGI MOLEKULER

Sunaryati Sudigdoadi
Departemen Mikrobiologi
Fakultas Kedokteran Universitas Padjadjaran

2015

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Allah Subhanahuwa ta’ala atas segala rahmat
dan hidayahNya, penulis dapat menyelesaikan menyusun buku ini.
Buku ini merupakan tugas khusus sebagai salah satu pemenuhan mata kuliah pada
Program Pendidikan Doktor, Program Pascasarjana Universitas Padjadjaran Bandung.
Salah satu bidang ilmu terkait dengan Mikrobiologi saat ini yang berkembang secara
pesat adalah tentang Biologi Molekuler sehingga berbagai teori molekuler dan berbagai
metode molekuler dalam bidang Mikrobiologi banyak dikembangkan. Untuk itu disusunlah
buku Diagnostik Mikrobiologi Molekuler ini yang mencakup teori-teori dasar Mikrobiologi
Molekuler serta berbagai perkembangan metode diagnostik secara molekuler untuk dapat
menentukan mikroba terkait dengan etiologi infeksi.

Dengan kerendahan hati penulis sampaikan bahwa penyusunan buku ini terlaksana,
sumbangan pikiran, saran, dorongan, dan bantuan lain dari berbagai pihak, serta secara
khusus dorongan dari suami Prof. Dr. Sudigdoadi, dr., SpKK(K). Tak lupa penulis juga
mengucapkan terima kasih tak terhingga kepada Prof. Dr. H. Imam Supardi, dr., Sp.MK.
(alm) selaku Promotor pada Program Doktor saat itu yang banyak memberikan dorongan
kepada penulis. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima
kasih yang tak terhingga saran-saran yang sangat berharga tersebut.
Akhirul kata penulis mengharapkan buku ini dapat bermanfaat untuk pembaca
dikalangan peserta didik mulai dari jenjang pendidikan Strata 1, Strata 2 ataupun peserta
pendidikan program Doktor.

i

DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR

i

DAFTAR ISI


iii

I. PENDAHULUAN

1

II. MAKROMOLEKUL DAN GENETIKA MIKROBA

4

2.1. Struktur Kimia Asam Nukleat

4

2.2. Struktur Kimia Protein

6

2.3. Struktur DNA


9

2.3.1. Struktur Primer Polinukleotida DNA

9

2.3.2. Struktur Sekunder Polinukleotida DNA

11

2.3.3. Denaturasi dan Renaturasi

14

2.4.Struktur dan Fungsi RNA

19

2.4.1. mRNA (messenger RNA)


22

2.4.2. tRNA (transfer RNA)

23

2.4.3. rRNA (ribosomal RNA)

26

2.5. Sintesis dan Replikasi DNA

26

2.5.1. Replikasi bersifat semikonservatif

27

2.5.2. Templat dan Primer


31

2.5.3. Inisiasi dari sintesis DNA

32

2.5.4. Leading/Lagging strands

35

2.5.5. Proofreading

38

2.6. Transkripsi

39

2.6.1. Enzim RNA Polimerase


41

2.6.2. Faktor Sigma

42

2.6.3. Sintesis RNA sel prokariot

47

ii

III. REKAYASA GENETIK DAN BIOKTEKNOLOGI

54

3.1. Sistem Kloning Gen

55


3.2. DNA Sintetik

57

IV. PRINSIP- PRINSIP DIAGNOSTIK MIKROBIOLOGI MOLEKULER

59

4.1. Pelacak (probe) asam nukleat untuk deteksi dan identifikasi penyebab infeksi

59

4.1.1. Bentuk-bentuk Hibridisasi

63

4.1.1.1. Hibridisasi Fase Cairan

63


4.1.1.2. Hibridisasi Fase Padat

65

4.1.2. Indikasi Penggunaan Pelacak di Laboratorium

67

4.1.2.1. Pelacak untuk Enterik Patogen

68

4.1.2.2. Penyakit-penyakit yang ditularkan melalui makanan

71

4.1.2.3. Patogen-patogen pada Saluran Pernafasan

71


4.1.2.4. Patogen-patogen yang ditularkan melalui kontak seksual

74

4.1.2.5. Patogen-patogen lain pada Traktus Urogenital

79

4.1.2.6. Diagnosis Sepsis Bakterial

80

4.1.2.7. Pelacak-pelacak untuk Patogen lain yang ditularkan melalui Darah

82

4.1.2.8. Penyaring Darah dan Produk Darah sebelum Transfusi

83


4.1.2.9. Pelacak-pelacak untuk Gen-gen Resistensi Antimikroba

83

4.1.3. Hibridisasi in situ

86

4.1.3.1. Persiapan Jaringan untuk Hibridisasi

86

4.1.3.2. Sistem-sistem Deteksi

89

4.1.3.3. Interpretasi

93


4.1.3.4. Otomatisasi

93

4.1.3.5. Aplikasi

94

4.1.3.6. Pemakaian pada Masa yang akan datang

96

4.2. Teknik-teknik amplifikasi asam nukleat in vitro

97

4.2.1. Pengaturan Tahap untuk Teknik Amplifikasi

100

4.2.2. Sensitivitas Klinik dan Sensitivitas Analitik

101

4.2.3. Metode-metode Amplifikasi Target

104

4.2.4. Polymerase Chain Reaction

104
iii

4.2.5. Modifikasi PCR

111

4.2.5.1. Multiplex PCR

111

4.2.5.2. Point Mutation Detection

112

4.2.5.3. Nested Amplification

114

4.2.5.4. Deteksi target-target RNA

119

4.2.5.5. PCR Kuantitatif

121

4.2.6. Sistem Amplifikasi Berdasarkan Transkripsi : TAS dan 3SR

121

4.2.7. Strand Displacement Amplification (SDA)

128

4.2.8. Aplikasi Khusus dari Amplifikasi Target

133

4.3. Amplifikasi Molekul Pelacak

135

4.3.1. Amplifikasi Q Replikase dari Molekul Pelacak RNA

136

4.3.2. Amplifikasi yang tergantung DNA Ligase

140

4.3.3. Teknik amplifikasi signal

144

4.3.4. Masalah-masalah penting pada sistem Amplifikasi

145

DAFTAR PUSTAKA

147

RIWAYAT HIDUP

149

iv

DIAGNOSTIK MIKROBIOLOGI MOLEKULER

I.

PENDAHULUAN
Sepanjang perkembangan ilmu pengetahuan para ilmuan selalu berusaha untuk

mengatasi kesulitan-kesulitan atau masalah-masalah yang telah dihadapi oleh ilmuan
sebelumnya. Sejak ditetapkannya postulat Koch maka berarti bahwa suatu agent penyebab
suatu penyakit infeksi harus dapat diisolasi pada suatu biakan murni, harus dapat
diidentifikasi, menimbulkan suatu penyakit yang sama pada hewan percobaan, dan dapat
diisolasi kembali pada suatu biakan murni.
Selanjutnya perkembangan didalam menentukan penyebab penyakit infeksi diawali
dengan mengambil bahan pemeriksaan klinik melalui prosedur-prosedur pewarnaan, isolasi
dengan menggunakan medium pembenihan, melakukan reaksi-reaksi biokimiawi untuk
menentukan produk-produk metabolisme, dan tes-tes serologik atau imunodiagnostik untuk
mendeteksi antigen mikroba atau antibodi terhadap antigen mikroba. Pemeriksaanpemeriksaan tersebut dilakukan di bidang Mikrobiologi Kedokteran untuk tujuan diagnostik
labolatorik atau tujuan-tujuan penelitian.
Dengan menggunakan dogma biakan murni dapat diisolasi dan diidentifikasi
penyebab suatu penyakit infeksi yaitu bakteri, jamur atau virus. Namun dengan teknik-teknik
yang telah ada, diketahui bahwa beberapa organisme sangat sulit atau mungkin tidak
mungkin dibiakan, sehingga harus dicari metode lain untuk dapat menetukan penyebab
infeksi tersebut. Selain itu pada beberapa keadaan metode-metode untuk identifikasi sangat
terbatas dalam hal sensitivitas atau spesifitas atau keduanya. Untuk menambah sensitivitas,
mempercepat waktu pemeriksaan dan menentukan mikroorganisme yang sukar dibiak telah
dikembangkan suatu immunoassay yang biasa dilakukan oleh laboratorium-laboratorium
yang besar maupun yang kecil untuk mendapatkan hasil diagnosis yang cepat.
Kemajuan di bidang biologi molekuler dan bidang pengembangan dari bioteknologi
saat ini merupakan langkah baru untuk menetukan penyebab infeksi sehingga dapat
digunakan sebagai alat bantu pembantu diagnosis, karena metode-metode biologi molekuler
lebih sensitif, lebih spesifik, dan lebih cepat. Prinsip-prinsip dasar di bidang biologi
molekuler seperti genetika molekul, faga bakteri, dan enzim-enzim bakteri melahirkan
bioteknologi modern pada akhir tahun 1970.
Analisis asam nukleat mendapat perhatian dalam beberapa tahun terakhir ini dan saat
ini telah banyak dilakukan sebagai dasar yang rutin di dalam pemeriksaan laboratorium
klinik. Keuntungan dari pelacak asam-asam nukleat adalah untuk identifikasi organisme
1