Virus Tanaman Berperan Sebagai Pelindung Tanaman Ketika Kekeringan

Bagikan Artikel ini di:

Bagi sebagian orang, virus identik dengan penyakit. Virus hampir selalu dianggap merugikan. Tetapi, sebenarnya virus tidak selalu menyebabkan penyakit dan merugikan. Misalnya pada tanaman, keberadaan virus tanaman dapat  melindungi mereka dari kerasnya ancaman lingkungan. Dengan virus tersebut, bahkan dapat menguntungkan pertumbuhan tanaman.  Hal ini seperti yang dilaporkan dalam jurnal Plant, Cell & Environment pada tanggal 18 Juli 2017[1].

Bagaimana fenomena ini bisa berlangsung? Mari kita tinjau setahap demi setahap.

Berkenalan Kembali dengan Virus

Virus merupakan sebuah partikel penginfeksi berukuran sangat kecil yang hanya mampu bereproduksi dengan menginfeksi sebuah sel inang. Virus membajak sel inang dan menggunakan apa yang ada (sumber daya) didalam sel inang untuk membuat lebih banyak virus. Mereka pada dasarnya memprogram ulang sel tersebut untuk menjadi pabrik virus. Karena mereka tidak mampu bereproduksi sendiri tanpa inang, virus tidak dianggap hidup. Mereka juga tidak memiliki sel, berukuran jauh lebih kecil daripada sel-sel makhluk hidup, dan pada dasarnya virus hanyalah sebuah kemasan dari asam nukleat dan protein[2].

Gambar 1. Struktur virus, terdiri dari asam nukleat dan kapsid. Sebagian virus memiliki sampul (envelope)[2]

Virus yang Menguntungkan Inang

Virus menggunakan sumber daya inang untuk mendukung reproduksi dan penyebaran mereka. Oleh karena itu, infeksi virus dipercaya secara umum dapat membahayakan inangnya. Meskipun demikian, cara pandang seperti ini belum mewakili gambaran secara lengkap dari hubungan virus-inang. Beberapa virus fungi (jamur), bakteri, dan hewan bermanfaat bagi kelangsungan hidup dan reproduksi inang mereka. Satu virus dalam fungi endofit (hidup dalam jaringan tumbuhan), misalnya, diperlukan untuk menoleransi suhu tinggi dari tumbuhan inang, mengindikasikan sebuah hubungan tiga arah (virus, fungi, tumbuhan) yang saling menguntungkan[3]. Sejumlah bakteriofage (virus yang menginfeksi bakteri) diperlukan untuk virulensi (sifat penyebab penyakit) pada inang bakteri mereka[4]. Beberapa ascovirus dari tawon dapat bersifat saling menguntungkan dengan inangnya, tergantung strain (populasi dari satu garis keturunan) spesifik dari virus dan tawonnya[5]. Retrovirus endogen (dalam gen) manusia melindungi jaringan manusia dari infeksi oleh retrovirus eksogen (luar gen) Spleen necrosis virus dan bisa jadi juga melindungi fetus (janin) yang sedang berkembang[6].

Gambar 2. Mikrograf elektron dari bakteriofage (atas) yang sedang menginfeksi bakteri inangnya (sel bawah)[7].

Persahabatan Virus dan Tanaman

Pada tanaman, mayoritas virus ditemukan dan dipelajari sebagai parasit patogen yang menyebabkan penyakit pada tanaman budidaya pertanian[8]. Meskipun demikian, sebagian besar virus tanaman mungkin tidak berbahaya sama sekali. Sebagian besar virus yang menyerang tanaman pertanian memiliki kerabat dekat di tanaman liar, yang tampaknya tidak menderita infeksi.  Dikutip dari TheScientist[9], Marilyn Roossinck, ekologist virus di Penn State University, berkomentar, “seringkali virus tidak menyebabkan gejala apa pun di tanaman liar. Dan sekarang kami menemukan bahwa beberapa dari mereka benar-benar bermanfaat” – setidaknya dalam kondisi tertentu.

Sebagai contoh, grup riset Roossinck telah menemukan bahwa Brome mosaic virus  dan Cucumber mosaic virus membantu beberapa tanaman menghadapi ancaman kekeringan. Kemungkinan ini terjadi sebagai akibat dari perubahan metabolisme sel tanaman yang disebabkan oleh infeksi virus[10]. Dalam laporan di jurnal Plant, Cell & Environment pada tanggal 18 Juli 2017[1], para peneliti di Centro de Investigaciones Biológicas di Madrid, Spanyol, menemukan bahwa infeksi simultan (sekaligus), dengan dua virus yang berbeda, meningkatkan kadar asam salisilat, hormon tanaman yang terkait dengan stres dan toleransi kekeringan.

Gambar 3. Tanaman yang terinfeksi Potato virus X, dengan gejala daun memiliki gurat kuning. Sumber gambar[11].

“Jika kondisi normal, maka virus tersebut mungkin berbahaya,” Roossinck menjelaskan. “Tapi ketika mengalami kekeringan, maka virus tersebut jadi menguntungkan.” Mekanisme persis bagaimana virus menjadikan inang mereka lebih tahan terhadap kekeringan masih belum dipahami dengan baik. Walaupun begitu, mungkin saja suatu hari mekanisme molekuler yang mendukung infeksi virus seperti itu dapat dimanfaatkan dalam pengaturan pertanian, untuk membantu tanaman menghadapi kondisi kering, tambah Roossinck [9].

Selain infeksi virus seperti yang disebutkan, tanaman juga membawa berbagai virus tetap, yang bersemayam secara permanen di dalam organisme sehat dan ditularkan dari satu generasi ke generasi berikutnya melalui biji. “Di tumbuhan liar, kami menemukan sekitar 60 persen dari virus masuk ke dalam kategori permanen ini,” kata Roossinck. Banyak dari virus ini juga dapat menguntungkan inang mereka. Sebagai contoh, White clover cryptic virus menghambat pembentukan nodul (bintil) pengikat nitrogen pada legum (kelompok tanaman yang dapat memiliki nodul pengikat nitrogen), seperti teratai, ketika jumlah nitrogen tinggi. Pengaturan ini membantu tanaman tersebut menggunakan sumber daya secara lebih efisien[9].

Perlu Riset Lebih Lanjut

Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami berbagai macam virus pada tumbuhan liar dan bagaimana mereka hidup berdampingan dan bahkan menguntungkan bagi mitra tumbuhan mereka, kata Roossinck [9].

Siapkah kita di Indonesia terlibat dalam proses kerja panjang ini?

Referensi :

  1. Aguilar, E., et al. 2017. Virulence determines beneficial trade-offs in the  response  of virus-infected  plants  to drought  via  induction  of  salicylic  acid. Plant, Cell and Environment. DOI: 10.1111/pce.13028
  2. Khan Academy. 2018. Intro to viruses. Khanacademy.org.
  3. Márquez, L.M., et al. 2007. A virus in a fungus in a plant – three way symbiosis required for thermal tolerance. Science 315: 513–515.
  4. Tinsley, C.R., et al. 2006. Bacteriophages and pathogenicity: more than just providing a toxin? Microbes and Infection 8: 1365–1371.
  5. Stasiak, K.,et al. 2005. Characteristics of pathogenic and mutualistic relationships of ascoviruses in field populations of parasitoid wasps. Journal of Insect Physiology 51: 103–115.
  6. Ryan, F.P. 2004. Human endogenous retroviruses in health and disease: a symbiotic perspective. Journal of the Royal Society of Medicine 97: 560–565.
  7. Sci-News. 2014. CrAssphage: Previously Unknown Ancient Gut Virus Lives in Half World’s Population. Sci-news.com.
  8. Zaitlin, M, Palukaitis, P. 2000. Advances in understanding plant viruses and virus diseases. In: Webster, R. K., et al., eds. Annual Review of Phytopathology. Palo Alto, CA, USA: Annual Reviews, 117–143.
  9. Asher, C. 2018. Researchers Learn from Plant Viruses to Protect Crops. TheScientist.
  10. Xu, P., et al. 2008. Virus infection improves drought tolerance. New Phytologist 180, 911–921.
  11. Discoverlife.org. http://www.discoverlife.org
Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Virus Berkomunikasi Saat Melakukan Invasi

Bagikan Artikel ini di:

virus

Resistensi antimikrobial (Antimicrobial Resistence/ AMR) akan menjadi ancaman bagi pengobatan di tingkat infeksi yang lebih tinggi. Resistensi dapat terjadi oleh bakteri, parasit, virus dan jamur, dimana resistensi menyebabkan berkurangnya efek kemanjuran dari pemberian obat antibakterial, antiparasit, antivirus dan antijamur. Akibatnya pengobatan bagi pasien menjadi sulit, lebih mahal, dan bahkan mustahil untuk disembuhkan. Dampaknya tentu dapat memperpanjang penderitaan pasien yang terserang sakit dan dapat meningkatkan angka kematian.

Penelitian untuk mempelajari resistensi antimikrobial telah menarik  banyak perhatian ilmuan di dunia untuk meneliti berbagai senyawa bioaktif yang berpotensi untuk dijadikan obat alternatif hingga meneliti lebih dalam bagaimana suatu mikroba dapat menginfeksi sebuah sel hidup.

Temuan baru yang potensial kadang didapat secara tidak sengaja. Salah satunya adalah penelitian di bidang Biochemistry and Molecular Genetics Weizmann Institute of Science di Israel yang secara tidak sengaja mengungkap mekanisme komunikasi antarvirus dalam pengambilan-keputusan. Seperti yang disampaikan oleh salah satu peneliti, Rotem Sorek, yang kami kutip dari We Forum. Bermula dari pengamatan yang dilakukan bersama rekannya saat meneliti mekanisme “bacterial chatter” pada Bacillus substilis yang lebih dulu diketahui melakukan komunikasi antar bakteri, fenomena ini dikenal dengan “quorum sensing”.  

Penemuan “mekanisme komunikasi antar virus” berawal ketika para peneliti ingin menguji hipotesis bahwa bakteri dapat memproduksi suatu molekul untuk berkomunikasi dalam mekanisme pertahanan terhadap serangan infeksi bacteriophage (virus yang menginfeksi bakteri), selanjutnya akan disebut dengan istilah virus. Di sisi lain, seperti yang kita ketahui, virus merupakan partikel yang mengandung bahan genetik DNA atau RNA yang dilindungi oleh kapsid (sejenis protein). Virus dapat bertindak seperti organisme ketika dia menemukan kondisi ideal untuk menginfeksi suatu sel inang hidup dengan menyisipkan materi genetiknya yang menyebabkan sel inang rusak (terjadi saat fase Lisis, yaitu fase saat virus terurai/ pecah sehingga dapat melakukan replikasi), atau virus dapat bertindak seperti parasit mati yang hanya menyisipkan materi genetik ke sel inang dan secara diam-diam menggandakan materi genetik virus setiap kali sel inang melakukan pembelahan diri (fase Lisogenik atau fase tenang virus).

tabel

Gambar 1. Sinyal Peptida Pada B. substilis (ditandai warna hijau) Dan Sinyal Peptida Pada Virus phi3T Protein AimP Diprediksi Menggunakan SignalP4.1 web server36 [2]

Pada penelitian yang dilakukan oleh Sorek dan timnya terhadap Bacillus substilis strain 168, yang awalnya dipelajari untuk pengamatan “bacterial chatter”, sengaja diinfeksi pada fase mid-log oleh empat virus berbeda: phi29, phi105, rho14 dan phi3T. Virus tersebut adalah jenis yang materi genetiknya mampu menyisip secara acak kedalam materi genetik sel inangnya (Bacteriophage Mu/ Temperate virus). Hipotesis yang diajukan dalam penelitian adalah, bahwa saat virus menyerang B. substilis, maka bakteri gram-positif tersebut akan memberikan suatu peringatan kepada sel bakteri lainnya ketika virus memulai fase lisis. Ketika virus phi3T ditambahkan kedalam medium yang dipenuhi oleh B. substilis, bakteri mati dalam jumlah besar akibat lisis oleh virus seperti yang diduga para peneliti. Selanjutnya, untuk mengetahui sinyal kimiawi yang terjadi selama “penyerangan”, tim peneliti menyaring campuran medium untuk memisahkan bakteri dengan virus tadi, dan menyisakan kandungan proteinnya saja. Kandungan protein ini selanjutnya diuji lagi dengan menambahkan campuran protein tadi kedalam medium segar berisi B. substilis. Ternyata hasilnya mengejutkan. Ketika virus phi3T dimasukkan kedalam medium, virus tidak langsung merusak sel bakteri, virus hanya menyisipkan materi genetiknya kedalam bakteri tanpa menghancurkannya (melakukan fase lisogenik). Hal tersebut menandakan suatu mekanisme lain yang diduga terjadi pada virus, alih-alih mekanisme pada bakteri yang tengah diamati, virus ternyata juga meninggalkan jejak sinyal kimiawi untuk melakukan mekanisme komunikasi.

diagram-lisis-lisogenik

Gambar 2. Diagram Metode Komunikasi Pengambilan-keputusan Lisis-Lisogenik [2] Diagram Metode Komunikasi Pengambilan-keputusan Lisis-Lisogenik: A. Dinamika arbitrium selama bakteri diinfeksi oleh virus; B. Interaksi awal virus dalam populasi bakteri, gen virus aimR dan aimP dengan cepat muncul yang menandakan infeksi terjadi. AimR, sebagai dimer (senyawa kimia yang terdiri dari 2 molekul), mengaktifkan kemunculan aimX. AimX merupakan inhibitor lisogenik, kemungkinan juga sebagai pengatur non-koding RNA, yang mengarahkan virus memasuki siklus lisis. Pada saat bersamaan, AimP muncul, diproduksi dan diproses untuk menghasilkan Mature peptide; C. Pada tahap ini, virus menginfeksi bakteri, reseptor AimR akan mengikat molekul arbitrium dan tidak dapat mengaktifkan AimX, sehingga lisis dapat berlangsung, dapat menuju pada kecenderungan lisogenik.

Hasil studi menyimpulkan bahwa virus melakukan komunikasi dalam menentukan strategi untuk memilih mode lisis atau lisogeniknya, yang kemudian para ilmuan memberikan istilah Arbitrium (berasal dari Bahasa Latin yang berarti “Keputusan”). Berdasarkan penelitian ini, Arbitrium melibatkan 3 (tiga) materi genetik pada virus sebagai suatu Bahasa yang digunakan untuk sesamanya, yaitu; aimP yang menghasilkan peptida; aimR yang merupakan reseptor peptida intraselular dan aimX regulator negatif untuk lisogenik. Mekanisme Arbitrium ini juga memungkinkan keturunan dari virus yang pernah menginfeksi suatu sel untuk “berkomunikasi” dengan virus pendahulunya.

Temuan tentang Arbitrium ini setidaknya diharapkan dapat membuka peluang baru dari jalan panjang untuk mengetahui mekanisme komunikasi mikroba lainnya, terutama yang berkaitan dengan virus yang menginfeksi sel eukariotik penjangkit wabah pada manusia. Dan semoga menjadi salah satu kunci untuk memutus rantai resistensi mikrobial terhadap antimikroba, khususnya pada virus. Wallahu’alam bishowab.

Baca juga: Mengenal komunikasi pada bakteri

Sumber:

[1] Biologi Molekuler. Erlangga. Yuwono, Triwibowo. Hal. 92 & 252

[2] Erez, Zohar et al. Communication between viruses guides lysis-lysogeny decisions”. Nature 541, 2017, 488 -493

[3] Genetika “Belajar Genetika Dengan Mudah Dan Komprehensif. Deepublish. Dr. Elya Nusantari, M.Pd. Hal. 54

[4] Rathi, Akshat. Viruses are talking to each other, and it could be the key to treating them. (diakses pada 13/ 02/ 2017)

[5] WHO, Antimicrobial Resistance: Global Report on Surveillance, 2014 (diakses pada 17/ 02/ 2017)

[6] WHO, Priority Research Topic (diakses pada 17/ 02/ 2017)

 

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di: