Mutasi: Perubahan dalam Cetak Biru Gen

Pengertian Mutasi

Mutasi adalah perubahan permanen pada materi genetik suatu organisme, yaitu DNA atau RNA, yang dapat memengaruhi struktur dan fungsi sel. Mutasi bisa terjadi secara spontan atau dipicu faktor eksternal yang disebut mutagen. Perubahan ini diwariskan kepada keturunan bila terjadi pada sel germinal, tetapi hanya memengaruhi individu itu sendiri bila terjadi pada sel somatik.

Jenis Mutasi

• Mutasi gen: perubahan pada satu atau beberapa basa DNA, meliputi substitusi, insersi, dan delesi.
• Mutasi kromosom: perubahan struktur atau jumlah kromosom, meliputi translokasi, inversi, delesi, dan duplikasi.
• Berdasarkan efeknya pada protein: mutasi silent tidak mengubah asam amino, missense mengubah satu asam amino, sedangkan nonsense menghasilkan sinyal penghentian dini.

Peristiwa Mutasi

• Seth Wright (1791): peternak domba di Massachusetts yang menemukan domba jantan berekor panjang menggantung, lalu mengembangbiakkannya sehingga sifat tersebut diwariskan.
• Hugo de Vries: ahli botani Belanda yang memperkenalkan konsep mutasi sebagai perubahan genetik besar yang muncul tiba-tiba, berdasarkan pengamatan pada tanaman Evening Primrose (Oenothera lamarckiana).
• Herman J. Muller (1927): membuktikan bahwa sinar X bersifat mutagenik dan meningkatkan laju mutasi pada lalat buah (Drosophila melanogaster), serta mutasinya dapat diwariskan.
• Thomas Hunt Morgan: mengembangkan teori kromosom sebagai dasar pewarisan sifat serta menemukan tautan gen dan pindah silang melalui penelitian pada lalat buah.

Mutasi Tingkat Gen

Mutasi Akibat Perubahan Jumlah Basa Nitrogen

Perubahan jumlah basa terjadi karena penambahan atau penghilangan nukleotida yang dapat mengganggu kerangka pembacaan kode genetik. Dari urutan awal TAA – ACC – GCC, duplikasi segmen ACC menghasilkan TAA – ACC – ACC – GCC; adisi basa G di awal menghasilkan G – TAA – ACC – GCC; insersi basa T di tengah menghasilkan TAA – T – ACC – GCC; dan delesi basa A menghasilkan TAA – CC – GCC.

Mutasi Akibat Perubahan Jenis Basa Nitrogen

Substitusi transisi terjadi ketika purin digantikan purin lain (A ↔ G) atau pirimidin digantikan pirimidin lain (T ↔ C), dan lebih sering terjadi karena strukturnya mirip. Substitusi transversi terjadi ketika purin digantikan pirimidin atau sebaliknya, misalnya A → T atau G → C, dan lebih jarang terjadi.

Mutasi Akibat Perubahan Letak Basa Nitrogen

Transposisi terjadi ketika segmen DNA yang disebut transposon berpindah lokasi dalam genom. Dari urutan awal CAT – GTT – ACC, perpindahan segmen GTT ke awal menghasilkan GTT – CAT – ACC. Perpindahan ini dapat mengganggu fungsi gen atau menciptakan kombinasi gen baru.

Mutasi Tingkat Kromosom (Aberasi Kromosom)

Perubahan Struktur Kromosom

• Delesi: hilangnya segmen kromosom beserta gen di dalamnya, misalnya sindrom Cri-du-chat akibat delesi sebagian kromosom 5.
• Duplikasi: penggandaan segmen kromosom yang dapat menyebabkan ekspresi gen berlebihan.
• Inversi: segmen kromosom terputar dan terpasang terbalik sehingga dapat mengganggu ekspresi gen dan pindah silang.
• Translokasi: perpindahan segmen ke kromosom non-homolog, misalnya kromosom Philadelphia pada leukemia mielogen kronis. Translokasi resiprok bersifat seimbang, translokasi non-resiprok menimbulkan ketidakseimbangan genetik, sedangkan translokasi Robertson menggabungkan dua kromosom akrosentrik dan dapat menyebabkan sindrom Down.
• Katenasi: dua kromosom bergabung membentuk satu kromosom baru.

Perubahan Jumlah Kromosom

Euploid adalah perubahan pada satu set lengkap kromosom. Monoploid (1n) memiliki satu set kromosom seperti lebah jantan, diploid (2n) merupakan kondisi normal sebagian besar organisme termasuk manusia, triploid (3n) seperti pisang komersial umumnya steril, dan tetraploid (4n) seperti kentang dan gandum menghasilkan ukuran yang lebih besar. Autopoliploid berasal dari duplikasi set kromosom spesies yang sama, sedangkan alopoliploid berasal dari hibridisasi dua spesies berbeda seperti gandum modern. Pada manusia dan hewan, euploidi dapat terjadi melalui digini (dua set kromosom dari ibu) maupun diandri (dua set kromosom dari ayah).

Aneuploid adalah penambahan atau pengurangan satu hingga beberapa kromosom individual, yang umumnya disebabkan anafase lag atau nondisjunction. Bentuknya meliputi nulisomi (2n − 2), monosomi (2n − 1), trisomi (2n + 1), dan tetrasomi (2n + 2).

Penyebab Mutasi

Mutagen Kimia

Mutagen kimia berinteraksi langsung dengan DNA dan menyebabkan substitusi, delesi, insersi, atau mutasi frameshift. Contohnya pestisida seperti DDT, asam nitrit dan asam nitrat yang mendeaminasi basa, agen alkilase seperti mustard nitrogen, benzopyrene dalam asap rokok, digitonin, akridin yang memicu mutasi frameshift, serta 5-bromourasil sebagai basa analog.

Mutagen Fisika

Mutagen fisika merusak ikatan kimia DNA. Suhu tinggi dapat mendenaturasi DNA, sinar berenergi tinggi seperti neutron dan proton bersifat pengion, sinar X dan sinar gamma menyebabkan patahan ganda untai DNA yang sulit diperbaiki, sedangkan sinar ultraviolet membentuk dimer timin yang menghalangi replikasi normal dan meningkatkan risiko kanker kulit.

Mutagen Biologi

Bakteri seperti Helicobacter pylori memicu peradangan kronis dan kerusakan oksidatif DNA yang meningkatkan risiko kanker lambung. Virus seperti HPV, hepatitis B, dan hepatitis C menyisipkan materi genetiknya ke dalam genom inang sehingga mengganggu regulasi gen dan berpotensi memicu kanker.

Mutagen Berdasarkan Sumbernya

Mutagen alami sudah ada di lingkungan tanpa campur tangan manusia, seperti radiasi kosmik, sinar ultraviolet matahari, senyawa kimia alami, dan virus. Mutagen buatan berasal dari aktivitas manusia, seperti bahan kimia industri, pestisida, radiasi sinar X untuk diagnosis medis, serta benzopyrene dalam asap rokok dan polusi udara.

Klasifikasi Mutasi

• Berdasarkan sumber asal: mutasi alami terjadi spontan akibat kesalahan replikasi, sedangkan mutasi buatan dipicu mutagen dari aktivitas manusia.
• Berdasarkan sifat genetik: mutasi dominan terekspresi meski hanya satu alel bermutasi seperti penyakit Huntington, sedangkan mutasi resesif baru terekspresi bila kedua alel bermutasi seperti fibrosis sistik.
• Berdasarkan arah mutasi: mutasi maju mengubah gen normal menjadi gen mutan, sedangkan mutasi balik mengembalikan gen mutan ke bentuk normal.
• Berdasarkan jumlah faktor yang bermutasi: mutasi tunggal (monogenik) melibatkan satu gen seperti anemia sel sabit, sedangkan mutasi ganda (poligenik) melibatkan banyak gen seperti sebagian kanker dan diabetes tipe 2.
• Berdasarkan dampak: mutasi menguntungkan memberi keunggulan seperti resistensi antibiotik pada bakteri, mutasi merugikan menyebabkan penyakit, dan mutasi netral tidak berpengaruh langsung seperti mutasi silent.

Kelainan pada Manusia Akibat Mutasi

• Sindrom Klinefelter (47,XXY): laki-laki dengan kromosom X ekstra; ciri utamanya kemandulan, testis kecil, ginekomastia, dan tubuh tinggi kurus.
• Sindrom Turner (45,X): perempuan dengan hanya satu kromosom X; ciri utamanya kemandulan, tinggi badan rendah, dan leher berselaput.
• Sindrom Triple X (47,XXX): umumnya tanpa gejala berat, sebagian mengalami keterlambatan bicara atau kesulitan belajar.
• Sindrom Jacob (47,XYY): laki-laki dengan kromosom Y tambahan, umumnya bertubuh lebih tinggi dan sebagian mengalami kesulitan belajar.
• Hermafroditisme: individu memiliki jaringan atau alat kelamin dari kedua jenis kelamin.
• Sindrom Patau (trisomi 13): kelainan berat dengan bibir sumbing, polidaktili, dan cacat jantung; sebagian besar penderita meninggal pada tahun pertama.
• Sindrom Edward (trisomi 18): kelainan jantung dan ginjal serta keterlambatan pertumbuhan yang umumnya fatal pada bulan-bulan pertama.
• Sindrom Down (trisomi 21): kelainan kromosom paling umum dengan ciri wajah khas, keterbelakangan mental ringan hingga sedang, dan risiko penyakit jantung bawaan.
• Sindrom Wolf-Hirschhorn: delesi pada lengan pendek kromosom 4 yang menyebabkan pertumbuhan sangat lambat dan cacat jantung bawaan.