TAKSONOMI NUMERIK – FENETIK MIKROORGANISME

Pengantar

Pengenalan penggunaan komputer di bidang mikrobiologi membawa dampak yang besar dalam taksonomi mikrobia terutama dalam perkembangan taksonomi numerik. Taksonomi numerik merupakan metode yang digunakan dalam proses klasifikasi dan identifikasi mikrobia dengan membandingkan strain-strain mikrobia berdasarkan sejumlah besar karakter berbeda. Semakin dekat hubungan suatu mikrobia, karakter-karakter yang dimilikinya juga akan sama (Heritageet al., 1996).

Karakter-karakter yang biasa digunakan adalah karakter biokimia seperti kemampuan menghasilkan asam dari karbohidrat dan reduksi nitrat, karakter kultural seperti morfologi koloni dan pigmentasi, karakter morfologi seperti bentuk sel, reaksi pewarnaan dan motilitas, karakter nutrisi seperti sumber karbon, dan karakter fisiologi seperti temperatur pertumbuhan (Lengeleret al., 1999).

Aplikasi taksonomi numerik dalam konstruksi klasifikasi biologis memungkinkan terwujudnya sirkumskripsi takson berdasarkan prinsip yang mantap dan bukan sekedar klasifikasi yang bersifat subyektif (Sembiring, 2002).  Urutan tahapan teknik klasifikasi numerik meliputi empat tahap yaitu:

  1. Strain mikrobia (t) yang akan diklasifikasikan dikoleksi lalu ditentukan karakter fenotipiknya dalam jumlah besar (n) yang mencakup sifat biokimiawi, morfologis, nutritional, dan fisiologis.  Data yang diperoleh disusun dalam suatu matriks n x t.
  2. Strain mikrobia diklasifikasikan berdasarkan nilai similaritas atau disimilaritas yang dihitung dari data matriks n x t.
  3. Strain yang mirip akan dimasukkan ke dalam sutu kelompok dengan menggunakan algoritma pengklasteran (clustring algoritm).
  4. Kelompok yang dibentuk secara numerik kemudian dipelajari dan karakter yang bersifat membedakan (separating character) dipilih diantara data dalam matriks untuk selanjutnya digunakan dalam identifikasi.

Taksonomi numerik juga dikenal sebagai taksonomi Adansonian yang didasarkan atas lima prinsip utama yaitu:

  1. Taksonomi yang ideal adalah taksonomi yang mengandung informasi terbesar yaitu yang didasarkan atas sebanyak-banyaknya karakter.
  2. Masing-masing karakter diberi nilai yang setara dalam mengkonstruksi takson yang bersifat alami.
  3. Tingkat kedekatan antara dua strain (OTU: operational taxonomical unit) merukapan fungsi proporsi similaritas sifat yang dimiliki bersama.
  4. Taksa yang berbeda dibentuk berdasarkan atas sifat yang dimiliki.
  5. Similaritas tidak bersifat filogenetis melainkan bersifat fenetis.

Taksonomi numerik membandingkan kemiripan sifat antara spesies tanpa memperhatikan hubungan kekerabatan secara evolusionernya sehingga kadang disebut juga dengan sistem fenetik.  Derajat kemiripan antara mikrobia yang diuji dapat disajikan dalam matriks similaritas yang akan digunakan dalam mengkonstruksi dendrogram. Berdasarkan konsep takso spesies, jika indeks similaritas yang dimiliki antar mikrobia ≥ 70% maka mikrobia tersebut dapat dikatakan merupakan spesies yang sama (Priest and Austin, 1993). Taksonomi numerik didasarkan atas analisis kuantitatif dan lebih bersifat objektif. Penggunaan taksonomi numerik sering dilakukan dalam klasifikasi dan identifikasi mikrobia khususnya bakteri, tetapi masih jarang dilakukan untuk klasifikasi dan identifikasi dari kelompok fungi dan protozoa (Sembiring, 2004).

Baca Juga : Isolasi Bakteri Penambat Nitrogen Azospirillum sp

Bahan Dan Cara Kerja

Bahan dan alat

Bahan dan alat yang digunakan dalam praktikum ini antara lain publikasi (jurnal) ilmiah tentang klasifikasi numerik-fenetik, dan komputer yang memiliki program Excell, PFE, MVSP, Paintshop Pro, dan Words.

Prosedur kerja

1. Koleksi data

Data karakter yang digunakan dalam praktikum ini mengacu pada suatu publikasi ilmiah yang dapat diunduh(download)dari Google (search: numerical taxonomy). Cari jurnal ilmiah yang membahastentang klasifikasi numerik (fenetik) suatu strain bakteri atau archae yang dikarakterisasi minimal 8 isolat (OTU) dan unit karakter fenotipik yang diamati (sifat morfologis, kultural, fisiologis, biokimia, nutrisi) sejumlah minimal 20 karakter (n = 20).

2. Penghitungan nilai similaritas

Untuk mengetahui tingkat kemiripan antar strain mikrobia yang diamati, masing-masing strain dibandingkan dengan strain yang lain dengan menggunakan dua cara yaitu Simple Matching Coeficient (SSM) dan Jaccard Coeficient (SJ) dengan rumus :

                 ( a + d )                                             a

SSM = ———————-  x 100%   SJ = ——————  x 100%

             ( a + b + c + d )                              ( a + b + c )

Keterangan :

a : jumlah karakter yang (+) untuk kedua strain

b : jumlah karakter yang (+) untuk strain pertama dan (-) bagi strain kedua

c : jumlah karakter yang (-) untuk strain pertama dan (+) bagi strain kedua

d : jumlah karakter yang (-) untuk kedua strain.

3. Konstruksi dendrogram dengan analisis komputer

Pengklasifikasian strain (OTU) berdasarkan nilai indeks similaritas (SSM atau SJ) dilakukan dari matriks n x t yang selanjutnya dianalisis secara kuantitatif dengan program komputer MVSV Plus (Multivariate Statistical Package) Version 3.1.  Algoritma pengklasteran (clustering) yang digunakan adalah UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Aritmatic Averages).

3.1. Pemasukan data dari matriks n x t ke dalam komputer (data entry)

Data karakter fenotipik yang telah diberi skor (+) atau (-) dimasukkan ke dalam komputer dengan menggunakan program Excell.  Data selanjutnya dicopykan ke dalam program PFE (Programmer File Editor), setelah itu data (+) dikonversikan menjadi 1 dan data (-) dikonversikan menjadi 0.  Data tersebut kemudian diolah dalam program MVSV untuk mengkonstruksikan dendrogram yang mencerminkan klasifikasi OTU berdasarkan nilai indeks similaritas (SSM) dan (SJ) dengan algoritma UPGMA.

3.2. Presentasi hasil klasifikasi

Dendogram yang dihasilkan oleh analisis klaster (cluster) dalam program MVSP selanjutnya dikonversikan dari format file.plg menjadi format file.hgl, hal ini agar dapat dibuka dengan program PAINTSHOP PRO untuk pengeditan dendogram.  Dendogram yang telah diedit selanjutnya di insert ke dalam file dokumen dalam program WORDS (file teks).

3.3. Penentuan struktur taksonomis (deteksi phena)

Penentuan struktur taksonomis yang digambarkan oleh dendogram mengacu pada aturan standar yaitu bahwa pendefinisian fena dengan tingkat similaritas > 70%.

Prosedur Operasi Program Komputer

1. Pemasukkan data unit karakter ke dalam matriks n x t

  • Buka program Excell
  • Buka file baru (click new)
  • Label OTU diketikkan pada kolom (sejumlah strain uji n)
  • Label unit karakter diketikkan pada baris (row) sebanyak karakter uji (t)
  • Masing-masing nilai (+) atau (-) dimasukkan pada cell yang sesuai
  • Matriks n x t selesai disusun, selanjutnya dicopykan ke PFE dengan cara meng highlight seluruh matriks dan kemudian click copy
  • Program Excell diminimize.

2. Preparasi data dalam matriks n x t  dengan program PFE

  • Program PFE dibuka
  • File baru dibuka dan click new
  • Click paste  untuk mengkopikan file data yang dari Excell
  • Pada baris pertama ketik: *L t n Nama Data yang dianalisis
  • Data + dan – berturut-turut dikonversikan menjadi 1 dan 0 dengan Replace All  dari menu Edit
  • Selanjutnya data dirapikan supaya lurus dalam baris dan kolom dengan jarak satu spasi
  • Save file dalam format *.mvs dalam direktori MVSP, kemudian PFE diminimize.

3. Analisis data dengan program MVSP untuk mengkonstruksi matriks similaritas dan dendrogram

  • Program MVSP dibuka
  • Select Cluster Analysis, Ketik ? (Enter)
  • Select file name pattern: *.mvd (Enter)
  • Select M (Clustring method: Default UPGMA)
  • Select R (Run Analysis)
  • Enter output file name: *.OT2 (matrix similarity dan clustring steps) (Enter)
  • Enter tree description file name: *.plg (Enter)
  • (Cluster Analysis) !
  • Finish ! Press any key
  • Quit MVSP
  • Mengubah format file dari *plg menjadi *hgl, dengan cara Ketik: hp file.plg  file.hgl

4. Melihat dan mengedit dendrogram dengan program Paintshop Pro atau Words

  • Program Paintshop Pro dibuka
  • Open file: cari file.hgl dalam direktori MVSP
  • Normal view, Adjust canvas size (Untuk mengatur Canvas size dapat juga dilakukan dengan Add border  dengan cara mengubah nilai ke empat border (top, botton, left and right).
  • Draw ruler on the basis of value in the file *.OT2(dibuka dengan WORDS) dicari dalam direktori MVSP
  • Edit label
  • Printout atau insert ke dalam WORDS (document file).

REFERENSI

Heritage J, Evans E.G.V, dan Killington R.A. 1996. Introductory Microbiology. Cambridge University Press.

Lengeler J.W, G. Drews, and H.G. Schlegel. 1999. Biology of the Prokaryotes. Blackwell Science. New York.

Priest F dan Austin B. 1993. Modern bacterial Taxonomy: second edition. Chapman & Hall. United Kingdom.

Sembiring, L. 2004. Peranan Biosistematika Dalam Menunjang Pemanfaatan Keanekaragaman Hayati. Seminar Nasional  Biologi ITS, Surabaya.

Sembiring, L. 2002. Petunjuk Praktikum Sistematika Mikrobia (BIO668). Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Biologi UGM.

Category: Ilmiah Tag:

About tohir

Ingin Belajar Sampai Dunia Alien, Bahwa berhenti belajar adalah kemunduran pemikiran. Tertarik pada hal baru yang mengundang penasaran.

Berkomentarlah dengan bijak,,No Spam !