Proses Replikasi / perbanyakan virus bakteriofag

Virus tidak mempunyai enzim dan organela untuk sintesis protein seperti ribosom, sehingga tidak bisa melakukan replikasi / perbanyakan sendiri dan harus dilakukan dalam sel inang. Virus mempunyai host / inang yang spesifik. Ada Virus yang mempunyai spectrum / range inang yang luas dan ada yang mempunyai spectrum / range inang yang kecil / sedikit, tergantung sistem recognisi / pengenalan inang oleh virus. Sebagai contoh, virus West Nile dan equine encephalitis mempunyai spectrum inang yang luas yaitu nyamuk, burung, kuda dan manusia. Sedangkan virus Measles hanya dapat menginfeksi manusia. Bahkan beberapa virus hanya mampu mengenali / menginfeksi sel tertentu, HIV misalnya, yang hanya dapat menginfeksi sel imun. Virus mengenali inang / hostnya dengan prinsip “lock-and-key” antara protein permukaan virus dengan reseptor spesifik pada membran sel.

Virus menginfeksi suatu sel dimulai ketika virus berikatan dengan sel inang dan kemudian memasukkan materi genetik ke dalam sel tersebut. Mekanisme masuknya materi genetik ke dalam sel inang tergantung dari tipe virus yang menginfeksi. Bacteriophage menginjeksikan materi genetik menggunakan ekornya sedangkan beberapa virus lain memasukkan materi genetiknya memanfaatkan mekanisme endocytosis yang dilakukan membran sel inang.

Setelah materi genetik masuk ke dalam sel inang, protein yang dikodekan oleh materi genetik virus akan membajak metabolisme sel inang, memerintahkan sel untuk memperbanyak materi genetik dan merakit protein-protein penyusun struktur virus menggunakan nukleotida, enzim, ribosom, tRNA, asam amino dan komponen lain yang dimiliki oleh sel inang. Materi genetik dan capsomere yang terbentuk kemudian dirakit menjadi partikel virus. Untuk merakit partikel virus TMV dari materi genetik dan capsomernya ilmuwan dapat melakukannya hanya dengan mencampurkan materi genetik dan capsomer virus tersebut.

replikasi virus, replikasi virus secara litik dan lisogenik

Gambar 1. Siklus hidup virus; virus hanya bisa melakukan replikasi di dalam sel inang, ketika telah masuk dalam sel inang, DNA virus mulai membajak aktivitas sel untuk menproduksi dan merakit bagian bagian virus hingga terbentuk virus baru.

Virus yang paling mudah dipelajari oleh para ilmuwan adalah bakteriofag (bacteriophage). Para ilmuwan menemukan dua mekanisme Replikasi / perbanyakan virus yaitu dengan mekanisme litik (lytic cycle) dan lisogenik (lysogenic cycle).

1. Replikasi / perbanyakan virus dengan mekanisme litik (lytic cycle)

Replikasi virus dengan mekanisme litik (lytic cycle) adalah proses replikasi virus yang menyebabkan sel inang mengalami mati saat akhir siklus karena mengalami lisis sel sehinga partikel-partikel virus yang baru saja dirakit keluar dari sel. Siklus litik dimulai ketika (1) ekor virus bakteriofag T4 menempel pada protein spesifik di membran sel E. coli. (2) kemudian ekor virus bakteriofag T4 berkontraksi dan menyuntikkan materi genetiknya ke dalam sel inang (E. coli). (3) virus akan membajak metabolisme sel inang, memerintahkan sel untuk memperbanyak materi genetik dan merakit protein-protein penyusun struktur virus menggunakan nukleotida, enzim, ribosom, tRNA, asam amino dan komponen lain yang dimiliki oleh sel inang, (4) materi genetik bakteriofag T4 dan capsomere akan merakit diri menjadi partikel virus, terbentuk ratusan hingga ribuan partikel virus dari satu sel yang terinfeksi (5) Setelah partikel virus baru terbentuk, virus akan memproduksi enzim yang menyebabkan sel mengalami lisis dan virus baru akan keluar dari sel untuk menginfeksi sel lain yang masih sehat. Ilustrasi selengkapnya dapat dilihat pada gambar berikut

Gambar 2. perbanyakan / replikasi virus bakteriofag secara litik; setelah partikel virus baru terbentuk, sel akan mengalami lisis dan virus akan keluar dari sel.

Selama beberapa jam, virus bakteriofag T4 dapat menginfeksi dan menghancurkan populasi bakteri karena bakteri yang telah terinfeksi dan lisis akan mati. Namun kenapa bakteri di bumi ini tidak punah E. coli karena virus bakteriofag T4?

Ada beberapa alasan bakteri E. coli tidak pernah punah meskipun serangan virus bakteriofag T4 dengan mekanisme replikasi secara litik dapat membinasakan sekumpulan (populasi) bakteri. Pertama, bakteri E. coli mengalami mutasi sehingga protein membran bakteri mutan tidak dikenali oleh bakteriofag. Kedua, DNA virus yang dimasukkan ke dalam sel bakteri inang akan dikenali sebagai benda asing, kemudian dipotong-potong oleh enzim restriksi (enzim restriksi). Ketika enzim restriksi ada dalam sel bakteri, DNA virus mengalami metilasi sehingga tidak terpotong-potong oleh enzim restriksi. Ketiga, dalam melakukan proses replikasi, bakteriofag T4 tidak selalu melalui mekanisme litik (lytic cycle) tetapi juga melalui mekanisme lisogenik (lysogenic cycle) yang akan dibahas pada pembahasan selanjutnya.

2. Replikasi / perbanyakan virus dengan mekanisme lisogenik

Lisogenik adalah proses perbanyakan atau replikasi virus tanpa membunuh sel inang yang diinfeksi (tidak terjadi lisis sel). Bakteriofag yang dalam proses replikasinya hanya melalui mekanisme litik (lytic cycle) disebut dengan virulent phage. Sedangkan Bakteriofag yang dalam proses replikasinya melalui mekanisme litik (lytic cycle) dan lisogenik disebut dengan temperate phage. Temperate phage sering kali disebut dengan lambda (ƛ).

Bakteriofag lambda (ƛ) terjadi ketika virus tersebut menempel dan berikatan dengan protein spesifik membran E. coli kemudian menyuntikkan materi genetiknya masuk ke dalam sel inang. Sebelum masuk dalam sel inang, materi genetik Bakteriofag lambda (ƛ) adalah DNA yang berbentuk linear namun setelah masuk ke dalam sel, DNA tersebut berubah menjadi sirkuler. Setelah ada dalam sel inang, DNA virus dapat melakukan replikasi secara litik atau lisogenik.

Ketika melakukan replikasi secara litik, DNA virus segera membajak aktivitas sel inang untuk memproduksi dan merakit partikel virus baru kemudian melisiskan sel inang seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Ketika melakukan replikasi secara lisogenik, DNA bakteriofag lambda (ƛ) menyatu dengan genom bakteri. DNA bakteriofag lambda (ƛ) yang menyatu dengan genom bakteri desebut dengan profag (prophage). DNA bakteriofag lambda (ƛ) ikut diperbanyak atau direplikasi ketika sel melakukan perbanyakan diri sehingga replikasi / perbanyakan virus dengan mekanisme lisogenik memungkinkan bakteriofag lambda (ƛ) dapat bereplikasi tanpa membunuh sel inang.