Jurnal Peranan Bakteri Actinomycetes Dalam Industri Antibiotik

Peranan Bakteri Actinomycetes dalam Industri Antibiotik Role of Bacteria Actinomycetes in Industrial Antibiotics Moch. Agus Krisno Budiyanto, Farhan Muhtadi Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318 psw 120, email: [email protected] Abstract Antibiotics are chemical compounds produced by microorganisms, and can inhibit or kill other microorganisms. Antibiotics are secondary metabolic products. Economically produced more than 100,000 tons of antibiotics per year, with sales nearing $ 5 billion. Actinomycetes are bacteria that are common ground. This bacterium has branched mycelia resembling fungus / mushroom berfilamentus. Approximately 70% of antibiotics produced by actinomycetes, 20% is produced by fungi and 10% is produced by bacteria. Streptomyces is the largest antibiotic-producing species Total types of active compounds produced by the bacteria is by 3,800 or 17% of total active compounds have been discovered. Actinomycetes produce more than 10,000 active compounds, produced by Streptomyces 7600 and 2500 produced by rare actinomycetes. One of the applications of biotechnology bacterium Streptomyces griseus actinomycets is capable of producing antibiotic tububerkulosis streptomicin the first human drug and Streptomyces ambofaciens which pruduce spiramicin antibiotic that can inhibit bacterial protein synthesis in Staphylococcus, Streptococcus, and Bordetella pertussis Keywords: Antibiotics, Actinomycetes, Industry, Streptomyces, Microbes Abstrak Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Secara ekonomi dihasilkan lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, dengan nilai penjualan hampir mendekati $ 5 milyar. Actinomycetes adalah bakteri yang banyak ditemukan ditanah. Bakteri ini mempunyai miselia bercabang yang menyerupai bentuk cendawan/jamur berfilamentus. Kurang lebih 70% antibiotik dihasilkan oleh actinomycetes, 20% dihasilkan oleh fungi dan 10% dihasilkan oleh bakteri. Streptomyces merupakan penghasil antibiotik yang paling besar jenisnya Total jenis senyawa aktif yang dihasilkan oleh kelompok bakteri adalah sebanyak 3.800 atau 17% dari total senyawa aktif yang telah ditemukan. Actinomycetes menghasilkan lebih dari 10.000 senyawa aktif, 7.600 dihasilkan oleh Streptomyces dan 2.500 dihasilkan oleh actinomycetes langka. Salah satu pengaplikasian dari bioteknologi bakteri actinomycets yaitu Streptomyces griseus mampu menghasilkan antibiotic streptomicin yang menjadi obat tububerkulosis pertama pada manusia dan Streptomyces ambofaciens yang menghasilkan antibiotic spiramicin yang dapat menghambat sintesa protein bakteri pada Staphylococcus, Streptococcus dan Bordetella pertussis Kata Kunci: Antibiotika, Actinomycetes, Industri, Streptomyces, Mikroba Pendahuluan

Jurnal Online Biosains Volume 1 Tahun 2012 Hal 71-85

Bioteknologi merupakan suatu kajian yang berhubungan dengan penggunaan organisme hidup atau produknya dalam proses industri berskalabesar. Bioteknologi mikroorganisme adalah aspek bioteknologi industri yang berhubungan dengan proses yang melibatkan mikroorganisme. Bioteknologi mikroorganisme kadang kadang disebut mikrobiologi industri, suatu bidang yang lama dan sudah diperbaharui pada beberapa tahun terakhir ini karena penambahan teknik rekayasa genetika. Mikrobiologi industri awalnya dimulai dengan proses fermentasi alkohol, seperti pada pembuatan “beer” dan “wine” (minuman dibuat dari buah anggur). Proses mikrobial dikembangkan untuk produksi bahan farmasi seperti antibiotika, produksi makanan tambahan seperti asam amino, serta produksi enzim, dan produksi industri kimia seperti butanol dan asam sitrat (Kurniawan, 2003) Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi penggunaan obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri (Goodfellow, 1983). Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis secara kimia dapat mampu bersaing dengan fermentasi mikroorganisme lain yang mampu diproduksi lebih banyak dari berbagai industri mikroorganisme (Madigan, 2003).


Actinomycetes adalah bakteri yang banyak ditemukan ditanah. Bakteri ini mempunyai miselia bercabang yang menyerupai bentuk cendawan/jamur berfilamentus. Bakteri actinomycetes dikelompokkan ke dalam bakteri gram positif, dan dibandingkan dengan kelompok bakteri lain mempunyai perbedaan yang istimewa yaitu mengalami pembelahan morfologis yang kompleks dan menghasilkan produk senyawa bioaktif. Menurut Holt et al (1994) dan Madigan et al (2003) Actinomycetales dan genusnya dapat dibedakan menjadi dua kelompok berdasarkan ciri morfologi dan kandungan kimiawi dalam dinding sel yaitu Streptomyces dan Non-Streptomyces (jenis jarang)

http://health.detik.com/antibiotik Gambar 1 Contoh Produk Atibiotik Aktinomycetes merupakan suatu mikroba penghasil senyawa aktif terbanyak dibandingkan dengan bakteri ataupun kapang, baik itu senyawa aktif sebagai antimikroba, antikanker, antivirus, maupun antikolesterol. Eksplorasi senyawa aktif dari yang berasal dari mikroba, selama ini diambil dari sampel tanah (teristorial) atau dari tumbuhan. Namun demikian eksplorasi senyawa aktif dari biota laut seperti hewan, tumbuhan, dan mikroba laut belum banyak dilakukan. Aktinomycetes tersebar di lingkungan yang berbeda-beda. Pada daerah kondisi panas, misalnya di daerah yang bersuhu lebih dari 60 °C maka kemungkinan dapat ditemukannya actinomycetes thermofil menjadi lebih

besar. Di daerah yang berkadar garam tinggi, akan banyak diperoleh jenis actinomycetes yang tahan terhadap kadar garam tinggi. Menurut Lam (2006) peluang untuk mendapatkan senyawa aktif baru actinomycetes laut masih sangat besar. Seperti halnya pada populasi actinomycetes tanah, kondisi ekosistem laut juga berpengaruh terhadap jenis populasi actinomycetes laut. Biodiversitas ekosistem laut sangat besar, seperti diketahui tingkat kedalaman laut, kadar garam, dan pertemuan arus laut berpengaruh terhadap populasi biota laut. Iklim suatu wilayah juga berpengaruh terhadap populasi mikroba. Sebagai contoh actinomycetes yang hidup di daerah subtropik menunjukkan jumlah populasi actinomycetes yang berbeda dengan daerah tropis. Populasi mikroba pada daerah tropis biasanya lebih tinggi dibandingkan dengan daerah subtropis. Diversitas actinomycetes berkaitan erat dengan jenis metabolit sekunder yang dihasilkan, demikian juga habitat mikroba berpengaruh terhadap jenis metabolit sekunder yang dihasilkan. Dalam spesies yang sama, metabolit sekunder yang dihasilkan bisa saja berbeda-beda. Ekskresi metabolit sekunder oleh mikroba merupakan fungsi dari lingkungan mikroba itu berada, dan bukan merupakan fungsi dari biomassa sel mikroba. Semakin besar keragaman ekologi dalam habitat tertentu maka tingkat keragaman metabolit sekunder semakin tinggi. Sejarah dan Perkembangan Antibiotik Sejarah perkembangan penemuan antibiotik berawal dari penemuan oleh Fleming yang terus berkembang sampai sekarang. Sekarang ini telah ditemukan lebih dari 10.000 senyawa bahan alam yang dihasilkan dari mikroba. Tahun 1940 sampai dengan awal tahun 1950 merupakan tahun keemasan yaitu banyak ditemukan senyawa alam antibiotik yang berasal dari mikroba. Hampir semua antibakteri penting seperti tetrasiklin,


sefalosporin, amiloglikosid, dan makrolida telah ditemukan pada tahun-tahun tersebut. Menurut Berdy (2005) pada tahun 1940 sekitar 10-20 antibiotik telah ditemukan, pada tahun 1950-an telah ditemukan 300-400 antibiotik, sekitar tahun 1960 ditemukan 800-1000 antibiotik, tahun 1970 telah ditemukan 2500, tahun 1980 telah ditemukan 5000, tahun 1990 telah ditemukan sekitar 10.000, dan tahun 2000 telah ditemukan sekitar 20.000 antibiotik. Antibiotik merupakan substansi yang dihasilkan oleh mikroba, dalam konsentrasi rendah mampu menghambat pertumbuhan atau membunuh mikroba lain. Setiap antibiotik mempunyai aktivitas penghambatan pertumbuhan hanya terhadap mikroba patogen spesifik, yang disebut spektrum penghambat. Mikroba penghasil antibiotik meliputi golongan bakteri, actinomycetes, fungi, dan beberapa mikroba lainnya. Kurang lebih 70% antibiotik dihasilkan oleh actinomycetes, 20% dihasilkan oleh fungi dan 10% dihasilkan oleh bakteri. Streptomyces merupakan penghasil antibiotik yang paling besar jenisnya (Berdy 2005). Antibiotik dan produk alami (natural product) yang sejenis merupakan metabolit sekunder yang dihasilkan oleh hampir semua tipe makhluk hidup, seperti mikroba prokariotik, eukariotik, beberapa tumbuhan dan hewan. Kemampuan menghasilkan metabolit sekunder sangat bervariasi pada setiap spesies. Total jenis senyawa aktif yang dihasilkan oleh kelompok bakteri adalah sebanyak 3.800 atau 17% dari total senyawa aktif yang telah ditemukan. Actinomycetes menghasilkan lebih dari 10.000 senyawa aktif, 7.600 dihasilkan oleh Streptomyces dan 2.500 dihasilkan oleh actinomycetes langka (Berdy 2005). Pada siklus hidupnya yang normal, mikroba akan tumbuh dalam medium yang sesuai dan menghasilkan jumlah sel maksimum. Setelah itu pertumbuhannya

berhenti dan memasuki fase stasioner, dan selanjutnya masuk pada fase kematian terjadi kematian sel vegetatif (lisis) atau pembentukan spora. Pada fase stasioner sel-sel berhenti membelah dan metabolit sekunder mulai diproduksi. Metabolit sekunder sering diproduksi dalam jumlah besar dan kebanyakan disekresikan ke dalam medium biakan. Sebagian besar antibotik merupakan metabolit sekunder, akan tetapi ada antibiotik merupakan metabolit primer, yaitu 14 antibiotik yang terbentuk selama fase pertumbuhan eksponensial, misalnya antibiotik polipeptida nisin.

Bakteri actinomycetes memiliki morfologi yang sangat bervariasi, dari bentuk sel bulat/coccus (Micrococcus) dan rod-coccus cycle (Arthrobacter), bentuk hifa berfragmen (Nocardia, Rothia), sampai dengan jenis dengan miselium bercabang-cabang yang berbeda-beda (Micromonospora dan Streptomyces). Salah satu contoh yaitu Actinobacteria, Actinoplanetes, Nocardioforms, dan Streptomyces memiliki filogenik yang berbeda dan heterogen. Actinomycetes ada yang bersifat saprofit namun ada yang bersifat parasit atau bersimbiosis mutualisme dengan tumbuhan dan hewan (Goodfellow 1983).

Morfologi Bakteri Actinomycetes Pada awalnya actinomycetes digolongkan dalam kelompok fungi, sebab penampakan morfologi dan perkembangannya yang mirip dengan fungi yang dilihat dari miseliumnya, sehingga actinomycetes juga disebut ray fungi. Namun demikian dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, morfologi actinomycetes lebih dekat dengan bakteri. Dilihat dari ukuran sel, spora serta miselianya actinomycetes dikategorikan sebagai bakteri yang memiliki nukleod yang sama dengan bakteri. Chitin dan selulosa sebagai penyusun dinding sel fungi tidak terdapat pada actinomycetes. Penyusun dinding sel actinomycetes adalah polimer gula, gula amino, dan beberapa asam amino seperti halnya bakteri gram positif. Sensitifitas terhadap beberapa antibiotik menempatkan actinomycetes termasuk dalam golongan bakteri gram positif. Actinomycetes biasanya dipandang sebagai kelompok bakteri Gram-positif yang memiliki kandungan Guanin (G) dan Citosin (C) yang tinggi di dalam DNAnya (>55%) dengan kemampuan membentuk cabang-cabang hifa pada tahap-tahap pengembangannya (Locci et al. 1983).


(Sumber: http//reefkeeping.com) Gambar 2 Morfologi Actinomycetes Actinomycetes pada khususnya Streptomyces dikarakterisasi dengan pertumbuhan koloni yang spesifik. Koloni actinomycetes bukan akumulasi dari kumpulan sel-sel tunggal dan seragam seperti halnya bakteri, melainkan bentuk masa filamen bercabang (Locci et al. 1983). Koloni yang tumbuh pada medium padat tersusun secara vegetatif dan dengan miselia berantena atau bersungut. Pada 8 koloni yang belum tumbuh miselianya, permukaan koloni terlihat mengkilap. Pada genus Streptomyces, miselium tumbuh secara luas menempel pada medium padat dan keseluruhan unit mudah diambil dengan kawat Ose (Cross 1982). Dilain pihak koloni yang dibentuk oleh Nocardia cenderung mudah terpisah setiap hifanya dan cenderung mudah pecah seperti tepung. Apabila miselium berkembang, permukaannya cenderung seperti tepung dan halus. Struktur, bentuk,

ukuran dan warna dari koloni sangat bervariasi dan dapat berubah sesuai dengan kondisi kulturnya. Kebanyakan Streptomyces mengeluarkan bau yang khas seperti tanah. Asam asetat, acetaldehida, etanol, isobutanol, dan isobutil asetat sekarang ini sudah diidentifikasi sebagai aroma senyawa utama yang dihasilkan oleh Streptomyces. Bahkan hidrogen sulfida dipercaya berperan dalam pembentukan aroma tanah yang dikeluarkannya (Goodfellow 1983).

biru, dan hijau, sehingga sering disebut sebagai ”colour wheel” (Locci et al.1983)

Miselium vegetatif actinomycetes berbentuk hifa non-septat yang panjang. Beberapa hifa membentang dan panjangnya lebih dari 600 μm, bercabang, melengkung/meliuk-liuk, dan cabangnya berbentuk monopodial. Miselium vegetatif memiliki karakteristik berwarna, seperti kuning, oranye, merah, hijau, coklat, atau hitam. Apabila terlarut dalam air, pigmen akan dikeluarkan dalam medium.

http://www.microbiologyprocedure.com/

Beberapa jenis actinomycetes memiliki miselium aerial. Miselium aerial merupakan bentuk dan struktur dari miselium vegetatif. Miselium aerial muncul dari substrat miselium dan menutupi seluruh koloni, sehingga terlihat seperti kapas atau tepung. Miselium aerial ada yang bersifat steril dan ada yang fertil. Hifa steril umumnya tipis dan menunjukkan tidak adanya pertambahan diameter. Hifa sporogenous awalnya tipis tetapi pada tahap akhir perkembangannya menjadi lebih tebal. Fertil aerial micellium mengandung sporosphores yang berbentuk panjang, lurus atau bengkok. Hifa pendek memberikan permukaan koloni yang mirip tepung, sementara hifa panjang menunjukkan permukaan menyerupai kapas. Karakteristik aerial micellium lain dari Streptomyces adalah pigmentasi yang dapat memiliki warna dari putih atau abuabu sampai ke kuning, oranye, lavender, Jurnal Online Biosains Volume 1 Tahun 2012 Hal 71-85

Gambar 3 Morfologi aerial micellium Streptomyces Spora tumbuh berawal dari ujung hifa sporogenous dan terbentuk oleh proses fragmentasi atau segmentasi. Pada proses fragmentasi sitoplasma pecah dan membentuk bagian-bagian kecil yang seragam, yang pada akhirnya lepas dan memisah dari dinding sel. Hal ini sangat relevan dengan ayat Al-Quran surat Al-Furqan bahwa Allah semua yang ada di alam semesta ini adalah milik Allah semata dan Allah telah menciptakan Makhluk-Nya dengan menetapkan ukurannya masing-masing dengan serapi-rapinya.

Artinya: yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya(Q.S Al-Furqon ayat 2). Strain Mikroorgansime Untuk Industri 1. Asal Strain Industri

Sumber utama semua strain mikroorganisme industri adalah lingkungan alaminya. Tetapi setelah beberapa tahun, sebagai proses mikrobiologi berskala-besar maka strain dapat menjadi sempurna, sejumlah strain industri disimpan pada koleksi biakan. 2. Perbaikan Strain Untuk Industri Seperti kita ketahui, bahwa sumber asal mikroorganisme industri adalah lingkungan alaminya, tetapi isolat asal tersebut akan dimodifikasi secara besar besaran di laboratorium. Sebagai akibat modifikasi tersebut, dapat diharapkan penambahan perbaikan dalam menghasilkan suatu produk. Peningkatan perbaikan yang paling dramatik, contohnya terjadi pada penisilin, antibiotik yang dihasilkan oleh fungi Penicillium chrysogenum. Pertamakali dihasilkan pada skala besar, penisilin diperoleh sebanyak 1-10 mg/ml. Setelah beberapa tahun, sebagai hasil perbaikan strain dengan merubah kondisi pertumbuhan dan medium, hasilnya meningkat menjadi 50.000 mg/ml. Yang menarik ialah, peningkatan hasil sampai 50.000 kali-lipat diperoleh melalui mutasi dan seleksi; tidak melibatkan manipulasi rekayasa genetika. Selanjutnya diperkenalkan teknik genetika baru, walaupun lebih sederhana, hasilnya meningkat. 3. Syarat-syarat Industri

Mikrooorganisme

Suatu mikroorganisme dianggap layak digunakan dalam industri, bukan saja mampu menghasilkan substansi yang menarik, tetapi harus lebih dari itu. Mikroorganisme harus tersedia sebagai biakan murni, sifat genetiknya harus stabil, dan tumbuh dalam biakan berskala-besar. Bikan juga harus dapat dipelihara dalam periode waktu yang sangat panjang di laboratorium dan dalam ‘plant’ industri. Biakan tersebut lebih disukai jika dapat menghasilkan spora dan bentuk sel reproduktif lain sehingga mikroba mudah Jurnal Online Biosains Volume 1 Tahun 2012 Hal 71-85

diinokulasikan ke dalam fermentor besar. Karakteristik penting yang harus dimiliki mikroorganisme industri yaitu harus tumbuh cepat dan menghasilkan produk yang diharapkan dalam waktu yang relatif singkat, karena alasan sebagai berikut: 1. Alat-alat yang digunakan pada industri berskala besar termasuk mahal, hal tersebut tidak menjadi masalah (secara ekonomi) jika produk dapat dihasilkan dengan cepat; 2. Jika mikroorganisme tumbuh dengan cepat, kontaminasi fermentor akan berkurang; 3. Jika mikroorganisme tumbuh dengan cepat, akan lebih mudah mengendalikan berbagai faktor lingkungan dalam fermentor. Sifat penting lain yang harus dimiliki mikroorganisme industri adalah: a) Tidak berbahaya bagi manusia, dan secara ekonomik penting bagi hewan dan tumbuhan. b)Harus non-patogen dan bebas toksin, atau jika menghasilkan toksin, harus cepat di-inaktifkan. Karena, ukuran populasi besar dalam fermentor industri, sebenarnya tidak memungkinkan menghindari kontaminasi dari lingkungan luar fermentor, suatu patogen yang ada akan mampu mendatangkan masalah. c) Mudah dipindahkan dari medium biakan. Di laboratorium, sel mikroorganisme pertamakali dipindahkan dengan sentrifugasi, tetapi sentrifugasi bersifat sulit dan mahal untuk industri skala-besar. d) Mikroorganisme lebih disukai jika berukuran besar, karena sel lebih mudah dipindahkan dari biakan dengan penyaringan (dengan bahan penyaring yang relatif murah). Sehingga, fungi, ragi, dan bakteri berfilamen, lebih disukai. Bakteri unisel, berukuran kecil sehingga

sulit dipisahkan dari biakan cair. e) Terakhir, mikroorganisme industri harus dapat direkayasa secara genetik. Dalam bioteknologi mikroorganisme tradisional peningkatan hasil diperoleh melalui mutasi dan seleksi. Mutasi akan lebih efektif untuk mikroorganisme dalam bentuk vegetatif dan haploid, dan bersel satu. Pada organisme diploid dan bersel banyak mutasi salah satu genom tidak akan menghasilkan mutan yang mudah diisolasi. Untuk fungi berfilamen, lebih disukai yang menghasilkan spora, karena filamen tersebut tidak mampu mempermudah rekayasa genetika. Organisme juga diharapkan dapat direkombinasi secara genetik, juga dengan proses seksual dan beberapa jenis proses paraseksual. Rekombinasi genetik juga dapat memungkinkan ada penggabungan genom tunggal sifat genetik dari beberapa organisme. Teknik yang sering juga digunakan untuk menciptakan hibrid, bahkan tanpa melalui siklus seksual adalah fusi/penggabungan protoplasma, menyertai regenasi sel vegetatif dan seleksi progeni hibrid. Bagaimanapun, beberapa strain industri sudah diperbaiki secara genetik tanpa menggunakan rekombinasi genetika.

“Dia ciptakan untuk kamu di bumi ini dengan berlain-lainan macamnya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda (kekuasaan Allah) bagi kaum yang mengambil pelajaran.” (QS. An-Nahl: 13)” Pembuatan Antibiotik


Antibiotik adalah produk metabolisme yang dihasilkan oleh mikroorganisme tertentu yang mempunyai sifat dapat menghambat pertumbuhan atau merusak mikroorganisme lain. Antibiotik pertama yang digunakan untuk mengobati penyakit pada manusia adalah tirotrisin. Antibiotik ini diisolasi dari bakteri Bacillus brevis (suatu bakteri tanah) oleh Rene Dubois. Penelitian tentang antibiotik pertama kali dilakukan oleh A. Gratia dan S. Dath pada tahun 1924. Dari hasil penelitian ini dihasilkan actinomisetin dari Actinomycetes. Pada tahun 1928 Alexander flemming menemukan antibiotik penisilin dari jamur Penicillium notatum. Antibiotik ini mampu menghambat pertumbuhan bakteri Staphylococcus aureus Antibiotik digunakan untuk melawan berbagai infeksi mikroorganisme patogen. Mikroorganisme patogen adalah mikroorganisme yang menyebabkan penyakit. Antibiotik dibuat dengan cara tertentu. Tahap-tahap pembuatan antibiotik adalah sebagai berikut. Mikroorganisme 1. penghasil antibiotik dikembangbiakkan 2. Mikroorganisme dipindahkan ke dalam bejana fermentasi yang berisi media cair. Pada bejana fermentasi ini mikroorganisme dipacu untuk berkembang biak dengan cepat. Dari3. cairan biakan mikroorganisme tersebut, antibiotik diekstraksi dan dimurnikan, kemudian dilakukan pengujian pertama kali dengan cara diuji di dalam laboratorium menggunakan cawan petri, apakah antibiotik tersebut dapat mematikan kuman atau tidak. Kedua, antibiotik diujikan pada hewan percobaan. Ketiga, apabila hasil pengujian pada hewan percobaan ternyata aman, maka

antibiotik ini dapat diujikan pada sekelompok orang dengan pengawasan ketat dari para ahli. Rekayasa Genetika dan Fermentasi Mutan Streptomyces griseus Rekayasa genetika secara umum adalah memanipulasi (mengubah susunan) gen untuk mendapatkan galur baru. Memanipulasi ini termasuk mutasi dan seleksi mutan dengan mengganti gennya. Termasuk juga memindahkan material genetik ke organisme lain di laboratorium (Madigan, 2003). Prosedur pertukaran material genetik ini harus dalam kondisi terkontrol. Pemanipulasian materi genetik ini berkembang karena para ahli telah menemukan urutan basa nukleotida atau DNA (Deoxy Ribose Nucleic Acid) Rekayasa Genetika pada mikroba bertujuan untuk meningkatkan efektivitas kerja mikroba tersebut (misalnya mikroba untuk fermentasi, pengikat nitrogen udara, meningkatkan kesuburan tanah, mempercepat proses kompos dan pembuatan makanan ternak, mikroba prebiotik untuk makanan olahan), dan untuk menghasilkan bahan obat-obatan, tanaman transgenic tahan hama dan kosmetika, serta Pembuatan insulin manusia dari bakteri ( Sel pancreas yang mempu mensekresi Insulin digunting , potongan DNA itu disisipkan ke dalam Plasmid bakteri ) DNA rekombinan yang terbentuk menyatu dengan Plasmid diinjeksikan lagi ke vektor, jika hidup segera di kembangbiaakan (Berdy, 2005). Prosedur rekayasa genetika dengan menggunakan mikroorganisme adalah sebagai berikut. 1.Pemurnian DNA/Isolasi gen dengan menghancurkan atau melisiskan semua sel yang mengandung gen yang ditargetkan, kemudian dipisahkan dengan sentrifuge pada kecepatan


tinggi dan ditambahkan bahan kimia sehingga didapatkan DNA murni. Ada tiga macam sumber DNA yang dapat diisolasi, yaitu sebagai berikut. 2. DNA dapat berasal dari total genom organisme yang diinginkan 3. DNA yang dibuat dari mRNA yang diisolasi dari jaringan tertentu. DNA ini dapat dibuat dari mRNA dengan menggunakan enzim reserve transcriptase. 4.DNA dibuat secara in vitro dari nukleotida dan enzim polimerase DNA. Pemecahan 1. DNA: molekul DNA yang besar dipecah dengan menggunakan gelombang ultrasonic, maka akan dijumpai fragmen random. Dengan menggunakan enzim khusus bagi fragmen DNA seperti endonuklease restriksi akan diperoleh DNA intermolekuler dan intramolekuler atau hanya akan didapatkan urutan fragmen DNA dengan urutan tertentu. Supaya lebih stabil dikaitkan dengan enzim yang disebut T-4 DNA ligase. Contoh endonuklease restriksi adalah Hind II, Bam H1 dan Eco RI. Pemindahan 2. gen/transfer DNA pada sel vector yang sesuai:transfer DNA ke bakteri yang hidup (cloning vector : plasmid, bakteriofage atau kosmid) dapat dengan cara, DNA asing dipaksakan berintegrasi dengan kromosom menjadi genom. Atau dengan cara gen asing dapat dikembangkan menjadi suatu

bagian yang outonom molekul DNA yang sedang berkembang. Molekul DNA disebut sebagai vector. Penyambungan ini menggunakan enzim ligase. 3. Memasukkan DNA rekombinan/ kimera DNA ke dalam sel inang. Sel inang yang dipakai harus seaman mungkin dan tidak bersifat patologis. Cara memasukkan DNA rekombinan kedalam sel inang dapat dilakukan dengan cara transformasi, transfeksi, DNA packaging dan micro injection. Identifikasi/penapisan 4. dan seleksi DNA yang baru diperoleh dari cirri klon rekombinan. Untuk menyeleksi DNA baru hasil rekombinan agar sesuai dengan yang diinginkan dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu cara genetic, hibridasi asam nukleat dan immunokimia. Actinomycetes aerobik memiliki arti penting di kalangan para ahli bakteriologi, bioteknologi, genetika dan ekologi (Pirouz, 2005), karena kemampuannya menghasilkan molekul bioaktif. Salah satu genus Actinomycetes yang terkenal karena potensinya memproduksi senyawa aktif adalah genus Streptomyces. Sebagai contoh molekul bioaktif yang sangat penting dalam menunjang dunia medis atau dunia pertanian ialah golongan antibiotika tetrasiklin yang dihasilkan oleh S. aureofaciens dan pravastatin penurun kholesterol yang dihasilkan oleh S. carbophylus. Streptomyces griseus ATCC 10137 secara alami dapat memproduksi antibiotika golongan aminoglikosida (AAG) berinti streptidin streptomisin (Vakulenko, 2003) yang memiliki daya hambat terhadap bakteri Gram positif dan Jurnal Online Biosains Volume 1 Tahun 2012 Hal 71-85

Gram negatif. Berdasarkan konsep mutasi, mikroba dapat mengalami mutasi karena pengaruh bermacam-macam mutagen, antara lain senyawa kimia dan pengaruh fisika, misalnya radiasi sinar Ultra Violet. Mutasi dapat pula terjadi secara alami, karena penyimpanan mikroba yang terlalu lama (Isnaeni, 1998). Manifestasi akibat mutasi bermacam-macam, dapat terjadi perubahan secara morfologis maupun fisiologis Beberapa mutasinton telah dicoba ditambahkan ke dalam media fermentasi Streptomyces sp. untuk mutasi biosintesis antibiotika (Claridge, 1979). Produksi biomassa Streptomyces griseus Kultur pada media persediaan Potato Dextrose Agar dipindahkan ke dalam 10 mL media pertumbuhan ISP-4 cair, dikocok 180 putaran per menit (PPM) selama 24 jam pada suhu 28ºC. Sebanyak 5 mL suspensi dipindahkan ke dalam 50mL media pertumbuhan ISP-4 cair, dikocok 180 PPM pada suhu 28º C dan pH awal 7,3. Pengambilan sampel untuk membuat kurva pertumbuhan dilakukan setiap tiga jam, disentrifugasi, supernatan dibuang, sel dicuci dengan air suling, dikeringkan pada suhu 105ºC sampai diperoleh berat konstan. Kecepatan pertumbuhan dinyatakan sebagai berat kering sel per satuan waktu (hari). Produksi AAG dari mutan Streptomyces griseus Kultur pada media persediaan PDA dipindahkan ke dalam 25 mL media pertumbuhan cair, dikocok 180 PPM selama 24 jam pada suhu 28ºC. Sebanyak 20 mL suspensi dipindahkan ke dalam 200 mL media pertumbuhan Sg2, diinkubasi pada rotary shaker dengan kecepatan pengocokan 180 PPM pada suhu 28ºC sampai awal fase stasioner, disentrifugasi 6000 PPM selama 10 menit, supernatan dibuang, sel dicuci dua kali masingmasing dengan 2,5 mL NaCl 0,9%, disentrifugasi 6000 PPM selama 10 menit. Supernatan dibuang, sel dimasukkan

dalam media SgP1 sebanyak 10% (b/ v), diinkubasi pada rotary shaker dengan kecepatan pengocokan 180 PPM pada suhu 28ºC selama empat hari. Pemisahan dan karakterisasi antibiotika Streptomyces griseus Pemisahan antibiotika dari kaldu fermentasi dilakukan dengan penyerapan menggunakan arang aktif, diikuti dengan kromatografi kolom penukar kation Amberlite CG-50 (NH4+) menurut Isnaeni (1998), merupakan modifikasi metode isolasi yang telah dilakukan oleh Okachi and Nara (1977). Penapisan AAG mutan Streptomyces griseus Penapisan AAG ditujukan untuk mengetahui adanya inti streptidin dan 2-DOS dalam antibiotika mutan Streptomyces griseus . Eluat kromatografi kolom filtrat hasil fermentasi ditotolkan pada kertas kromatografi, dikeringkan dan disemprot dengan pereaksi warna Sakaguchi dan Na-nitroprusid untuk identifikasi gugus guanidin dalam inti streptidin. Warna ungu kemerahan akan tampak setelah kertas dikeringkan. Sebagai penampak noda untuk 2-DOS digunakan ninhidrin. Warna biru keunguan akan tampak setelah kertas dipanaskan pada suhu 110ºC selama 10 menit (Isnaeni, 1998). Dalam Al-Quran dijelaskan bahwa Ilmu Allah sangatlah luas dan manusia ciptaannya tidak ada apa-apanya dibandingkan dengan kekuasaan ilmu Allah maka hendaklah kita berfikir dan beriman kepada Allah

Artinya: Jurnal Online Biosains Volume 1 Tahun 2012 Hal 71-85

Sebagaimana kami telah mengutus kepadamu Rasul diantara kamu yang membacakan ayat-ayat kami kepada kamu dan mensucikan kamu dan mengajarkan kepadamu al-kitab dan hikmah serta mengajarkan kepada kamu apa-apa yang belum kamu ketahui (Q.s Al-Baqoroh ayat 151). Optimasi Proses Fermentasi Fermentasi adalah Segala macam proses metabolism (enzim, jasad renik scroksidasi, reduksi, hidrolisa atau reaksi kimia lainnya) yang melakukan perubahan kimia pada suatu substrat organik dengan menghasilkan Produk Akhir. Fermentasi juga merupakan Aplikasi metabolisme mikrobia untuk mengubah bahan (Industri) bahan baku produk yang bernilai lebih tinggi Misalnya: Etanol, Asetat, Antibiotik, Enzim, Vitamin, Protein sel tunggal dan sebagainya.

Gambar 4. Perbedaan Fermentasi Klasik dan Modern Komponen fermentasi (Medium, Nutrien, Fermentor) Jenis medium fermentasi dibagi 3 : •Fermentasi Medium Padat : Medium tidak larut, tapi cukup lembab untuk keperluan mikrobia (KA 12 –60 %) • Fermentasi Medium Semi Padat: Medium tidak larut, kelembaban cukup (KA = 65 –80 %) • Fermentasi Medium Cair: Medium cair- substrat larut dan atau tak larut (KA > 80 %)

Nutrien/substrat merupakan senyawa yang terdapat di lingkungan pertumbuhan yang digunakan untu kproses katabolisme & anabolisme. Nutrien utama yang digunakan untuk pertumbuhan mikrobia adalah karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur dan fosfor. Fermentor sering juga disebut bioreaktor merupakan tangki atauw adah dimana di dalamnya seluruh sel (mikrobia) mengubah bahan dasar menjadi produk biokimia dengan atau tanpa produk sampingan

(sumber:google.com/image) Gambar 5. Fermentor Syarat fermentor • Tangki dapat dioperasikan secara aseptik, agitasi dan aerasi • Energi pengoperasian serendah mungkin • Temperatur harus terkontrol • Kontrol pH • Tempat pengambilan sampel • Penguapan berlebihan dihindari Tangki didesain untuk • meminimalkan tenaga kerja pemanenan, pembersihan dan perawatan •Peralatan general: permukaan bagian dalam halus, dihindari banyak sambungan, murah. Konstruksi Fermentor


• Bahan fermentor dibuat tahan karat untuk mencegah kontaminasi logam/ion selama proses • Bahan fermentor harus tidak beracun & tidak mudah terlarut, sehigga tidak menghambat pertumbuhan mikrobia • Bahan fermentor harus kuat untuk sterilisasi berulang kali pada tekanan uap tinggi • Sistem stirer dari fermenter & lubang pemasukannya cukup, sehingga tidak mengalami stress mekanik akibat terlampau rapat • Pemeriksaan secara visual dari medium & kultur harus tersedia, dibuat dari bahan transparan Tahapan Proses Fermentasi • Formulasi medium yang akan digunakan utk menumbuhkan mikroorganisme,baik pada Enrichment (pengkayaan) maupun pada Proses Produksi • Sterilisasi Medium, Fermentor dan Perlengkapannya • Produksi kultur murni/campuran yang cukup untuk menginokulasi pada tahap produksi • Optimasi produksi pada tahap Fermentasi produk dengan kondisi Optimum • Ekstraksi (Pemanenan hasil) dan Purifikasi/pemurnian produk effluen (limbah •Pembuangan medium) yg dihasilkan selama produksi Pemilihan Substrat Fermentasi • Perlu substrat murah, mudah tersedia & efisien penggunaannya Peluang penelitian untuk • menemukan substrat baru yang lebih efisien • Apakah substrat baru lebih baik Apakah ada/tidak ada residu yang menimbulkan limbah • Apakah substrat baru tersebut diterima konsumen

• Apakah harga lebih murah/ lebih efisien Substrat yang murah tidak selamanya baik •Bila produk fermentasi bisa dihasilkan dengan cara sintesis atau cara lain maka pemilihan substrat merupakan hal utama(bersaing) • Produk yang hanya dihasilkan secara fermentasi seperti asam sitrat & antibiotik Suatu antibiotika yang dihasilkan secara komersial, pada awalnya harus berhasil diproduksi pada fermentor industri berskala-besar. Salah satu gugustugas penting adalah pengembangan efisiensi metode pemurnian. Metode elaborasi (yang terperinci) sangat penting dalam ekstraksi dan pemunian antibiotika, karena jumlah antibiotika yang terdapat dalam cairan fermentasi hanya sedikit (Gambar 3). Jika antibiotika larut dalam pelarut organik yang tidak dapat bercampur dengan air, maka pemurniannya relatif lebih mudah, karena memungkinkan untuk mengekstraksi antibiotika ke dalam suatu pelarut bervolume kecil, sehingga lebih mudah mengumpulkan antibiotika tersebut. Jika antibiotika tidak larut dalam pelarut, selanjutnya harus dipindahkan dari cairan fermentasi melalui adsorpsi, pertukaran ion, atau presipitasi secara kimia. Pada semua kasus, tujuannya untuk memperoleh produk kristalin yang sangat murni, meskipun sejumlah antibiotika tidak mudah terkristalisasi dan sulit dimurnikan.


Gambar 6 Seluruh proses ekstraksi dan pemurnian antibiotic (Sumber:Brock & Madigan,1991) Masalah yang berhubungan adalah, kultur sering menghasilkan produk akhir lain, termasuk antibiotika lain, dalam hal ini penting mengakhiri proses dengan suatu produk yang hanya terdiri dari antibiotik tunggal. Pemurnian secara kimia mungkin dibutuhkan untuk hal mengembangkan metode dalam rangka menghilangkan produk sampingan yang tidak diharapkan, tetapi dalam beberapa kasus hal tersebut penting untuk ahli mikrobiologi untuk menemukan strain yang tidak menghasilkan senyawa kimia dan tidak diharapkan. Bakteri Actinomycetes sebagai Penghasil Antibiotik Terbanyak dalam Industri Antibiotik Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi penggunaan obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri. Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak

memungkinkan sintesis secara kimia dapat bersaing lebih dengan fermentasi mikroorganisme. Mikroba penghasil antibiotik meliputi golongan bakteri, aktinomycetes, fungi, dan beberapa mikroba lainnya. Kurang lebih 70% antibiotik dihasilkan oleh aktinomycetes, 20% dihasilkan oleh fungi dan 10% dihasilkan oleh bakteri. Streptomyces merupakan penghasil antibiotik yang paling besar jenisnya Distribusi senyawa aktif yang telah diketemukan sampai saat ini disajikan pada Tabel 1.

http://id.wikipedia.org/wiki/Streptomyces Gambar 4 Streptomyces sp Selain menghasilkan streptomisin dan S.fradiae bakteri ini juga menghasilkan enzim proteoliti yang dimana enzim ini dapat digunakan untuk penyamak kulit, penyamakan merupakan proses untuk mengubah kulit hewan(sapi, kambing) menjadi kulit yang lembut sehingga dapat di gunakan untuk membuat sepatu dan tas sehingga antibiotic ini dapat dimanfaatkan oleh manusia.

Tabel 1 Distribusi senyawa aktif dan tidak aktif yang telah diketahui Sumber Jenis Senyawa Total antibiotik aktif senyawa lainnya aktif Bakteri 2900 900 3800 Actinomycetes 8700 1400 10100

Penggun aan pada manusia 10-12 100-120

Fungi

4900

3700

8600

30-35

Total

16500

6000

22500

140-160

(Berdy, 2005) Pada tahun 1944 Waksman mengisolasi antibiotik baru dari Streptomyces griseus. Streptomyces griseus merupakan bakteri yang dapat menghasilkan streptomisin dan S.fradiae menghasilkan antibiotic neomisin. Obat ini mempunyai efek anti tuberkulosis pada binatang percobaan dan kemudian digunakan sebagai Obat Anti Tuberkulosis yang pertama pada manusia.


Senyawa tidak aktif 3000-5000 500010000 200015000 2000025000

Penggunaan antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi berfilamen dan oleh bakteri kelompok actinomycetes. Daftar sebagian besar antibiotika yang dihasilkan melalui fermentasi industri berskala-besar, dapat dilihat pada Tabel 2. Seringkali, sejumlah senyawa kimia berhubungan dengan keberadaan antibiotika, sehingga dikenal famili antibiotik. Antibiotika dapat dikelompokkan berdasarkan struktur kimianya. Sebagian besar antibiotika digunakan secara medis untuk mengobati penyakit bakteri, meskipun sebagian diketahui efektif menyerang penyakit fungi. Secara ekonomi dihasilkan lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, dengan nilai penjualan hampir mendekati $ 5 milyar.

Antibiotik dan produk alami (natural product) yang sejenis merupakan metabolit sekunder yang dihasilkan oleh hampir semua tipe makhluk hidup, seperti mikroba prokariotik, eukariotik, beberapa tumbuhan dan hewan. Kemampuan menghasilkan metabolit sekunder sangat bervariasi pada setiap spesies. Total jenis senyawa aktif yang dihasilkan oleh kelompok bakteri adalah sebanyak sebanyak 3.800 atau 17% dari total senyawa aktif yang telah ditemukan dalam penelitian tentang antibiotik. Actinomycetes menghasilkan lebih dari 10.000 senyawa aktif, 7.600 dihasilkan oleh Streptomyces dan 2.500 dihasilkan oleh actinomycetes langka (Berdy 2005).

Salah

satu

contoh

antibiotika

Sumber: (health.detik.com)

kk)Madigan,1991)

Tabel 2 Beberapa antibiotika yang dihasilkan secara komersial (Sumber:Brock & Madigan,1991) Antibiotika Mikrorganisme penghasil Tipe mikroorganisme Basitrasin Sefalosporin Kloramfenikol Sikloheksimid Sikloserin Erytromisin Griseofulvin Kanamisin Linkomisin Neomisin Nistatin Penisilin Polimiksin B Streptomisin Tetrasiklin

Bacillus subtilis Cephalosporium sp. Sintesis senyawa kimia (dulu oleh Streptomyces venezuelae) Streptomyces griseus Streptomyces orchidaceus Streptomyces erythreus Penicillium griseofulvin Streptomyces kanamyceticus Streptomyces lincolnensis Streptomyces fradiae Streptomyces noursei Penicillium chrysogenum Bacillus polymyxa Streptomyces griseus Streptomyces rimosus

(Sumber: Brock & Madigan, 1991). Dari data tersebut bakteri Actinomycetes sangatlah berperan dalam industri antibiotika sehingga penelitian baru tentang bakteri ini mulai banyak dikembangkan dan dijadikan bahan utama antibiotika.


Bakteri pembentuk-spora Fungi Actinomycete Actinomycete Actinomycete Fungi Actinomycete Actinomycete Actinomycete Actinomycete Fungi Bakteri pembentuk-spora Actinomycete Actinomycete Actinomycete

)d)

dari jenis Streptomyces yaitu spiramisin. Spiramisin adalah antibiotik makrolida yang dihasilkan oleh Streptomyces ambofaciens yang bekerja dengan cara menghambat sintesa protein bakteri. Spiramisin efektif terhadap kuman stafilokokus, streptokokus, pneumokokus dan Bordetella pertussis (health.detik.com) Allah memerintahkan kita untuk berfikir tentang penciptaan Allah yang sungguh luar biasa. Allah menciptakan makhluknya bermacam-macam, berjenisjenis, dan apapun yang dikehendaki Allah pasti akan jadi. Dari berbagai penciptaan inilah manusia diperintahkan untuk berfikir tentang tanda-tanda kekuasaan Allah, karena Allah menciptakan makhlukNya tanpa sia-sia melainkan berguna bagi semua makhluk-Nya.

“(yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka.” (QS. Al-‘Imran: 191)

bergram prositif dan diketahui banyak mengandung zat bioaktif. Dari berbagai mikroorganisme yang ada di bumi ini, bakteri dari Actinomycetes yang paling dominan dalam pembuatan atau produksi dalam dunia industri antibiotika. Total jenis senyawa aktif yang dihasilkan oleh kelompok bakteri adalah sebanyak 3.800 atau 17% dari total senyawa aktif yang telah ditemukan. Actinomycetes menghasilkan lebih dari 10.000 senyawa aktif, 7.600 dihasilkan oleh Streptomyces dan 2.500 dihasilkan oleh actinomycetes langka. Daftar Pustaka Berdy

J .2005. bioactive microbial metabolites. J. Antibiotechnol. (Tokyo), 58: 1-26. Cross, T. .1988. Actinomycetes: A Continuing Sources of New Metabolites. Invitation ONR Lecture . Postgraduate School of Studies in Biological Science, University of Bradford, Bradford DB7 IDP, Great Britain Goodfellow, M. & Williams, S.T. 1983. Ecology of actinomycetes. 37:189216. Holt. G., Kreig, N.R., Sneath, P.H.A., Stanley, J.T. & Williams, S.T. 1994. Bergeys Manual Determinative Bacteriology. Baltimore: Williamn and Wilkins Baltimore.

Kesimpulan Berdasarkan pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Actinomycetes yang banyak ditemukan ini mempunyai miselia menyerupai bentuk berfilamentus, bakteri

adalah bakteri ditanah. Bakteri bercabang yang cendawan/jamur ini termasuk


Kurniawan H. 2003. Penampisan Streptomyces spp. penghasil senyawa penghambat pertumbuhan Phakopsora pachyrizi secara in vitro dan in planta [skripsi].

Bogor : Institut Pertanian Bogor. Lam KS .2006. Discovery of novel metabolites from marine actinomycetes. Curr. Opin. Microbiol. 9: 245-251. Locci. R., & G.P. Sharples. 1983. Morphology of Actinomycetes In Goodfellow M., Mordarski, M. & Williams, S.T. (Eds.) The Biology of the Actinomycetes. Academic Press, London, pp. 7164 Madigan. Michael T et al. 2003. Biology of Microorganism. 10th ed. New York; Southern Illinois University Carbondale http://biologyzone/mikrobiologi-industri Diakses Tanggal 17 Desember 2012 http://id.wikipedia.org/wiki/Streptomyces Diakses Tanggal 17 Desember 2012 http://health.detik.com/antibiotik Diakses Tanggal 17 Desember 2012 http:// health.detik.com/spiramycin Diakses Tanggal 17 Desember 2012 http://www.microbiologyprocedure.com/ Diakses Tanggal 21 Desember 2012


Jurnal Peranan Bakteri Actinomycetes Dalam Industri Antibiotik

Recommend Documents