Templat tugas akhir S1

3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji keragaman bakteri endofit yang
terdapat pada tanaman kunyit putih dan mengetahui kemampuannya dalam
menghasilkan senyawa bioaktif yang dapat dimanfaatkan sebagai kandidat obat.
Manfaat Penelitian
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini yaitu tersedianya isolat bakteri
endofit penghasil senyawa bioaktif yang dapat dijadikan sebagai kandidat obat
yang akan memberikan kontribusi bagi pengembangan penelitian dalam bidang
kesehatan.
Hipotesis Penelitian
Terdapat banyak spesies bakteri endofit yang berbeda yang berasosiasi
dengan tanaman kunyit putih dan bakteri endofit dari tanaman kunyit putih diduga
berpotensi sebagai penghasil senyawa bioaktif kandidat obat.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dalam penelitian ini meliputi isolasi bakteri endofit, seleksi
berdasarkan karakteristik morfologi, identifikasi berdasarkan sekuen 16S rDNA,
serta analisis kemampuannya dalam menghasilkan senyawa bioaktif yang
berpotensi sebagai kandidat obat melalui uji pendahuluan uji toksisitas
menggunakan embrio ikan zebra. Karakteristik morfologi yang diamati antara lain
warna, tepian, permukaan dan penentuan sifat Gram menggunakan uji KOH,
sedangkan analisis 16S rDNA meliputi ekstraksi DNA, amplifikasi dan konstruksi
pohon filogenetik.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Bakteri Endofit
Bakteri endofit dikategorikan sebagai mikrob yang banyak manfaatnya
terutama dalam bidang pertanian dan kesehatan. Bakteri endofit mempunyai arti
ekonomi yang sangat berharga dalam bidang kesehatan dikarenakan beberapa
spesies endofit memiliki kemampuan dalam menghasilkan senyawa bioaktif.
Beberapa penelitian dalam bidang kesehatan menunjukkan bahwa bakteri endofit
mampu menghasilkan berbagai jenis senyawa bioaktif seperti antikanker,
antioksidan, antibiotik, dan anti inflamasi (Strobel dan Daisy 2003; Ryan et al.
2007; Pimentel et al. 2011). Bakteri endofit penghasil senyawa fitokimia biasanya
berhubungan dengan karakteristik fitokimia dari tanaman inangnya (Tan dan Zou
2001). Hal ini kemungkinan diakibatkan oleh adanya transfer genetik antara
tanaman dan endofit dan diperkirakan bahwa efek menguntungkan atau
merugikan merupakan kombinasi dari aktivitas mikrob dengan tanaman. Bakteri
4
endofit penghasil senyawa bioaktif yang bermanfaat dalam bidang kesehatan
sangat beragam. Keragaman bakteri tersebut sebagian besar diisolasi dari tanaman
obat, walaupun beberapa diisolasi dari tanaman non-obat. Senyawa bioaktif yang
dihasilkan diantaranya bermanfaat sebagai antimikrob, antidiabetes, dan antitumor
(Tabel 1).
Ratusan spesies bakteri endofit dapat diisolasi dari satu jenis tanaman, dan
sedikitnya satu spesies tersebut menunjukkan karakteristik dari tanaman inangnya
(Tan dan Zou 2001). Tanaman obat dengan sejarah etnobotani tinggi memiliki
peluang ditemukannya spesies mikrob endofit yang membawa karakteristik
tanaman inangnya. Penggunaan mikrob endofit spesifik dari bagian tanaman
tertentu diperkirakan mampu mengurangi pemakaian bagian tanaman dalam
jumlah yang sangat banyak. Hal ini lebih efisien dan diharapkan mampu
menghasilkan sejumlah senyawa bioaktif yang sama dengan tanaman inangnya
tanpa harus mengekstrak dari tanamannya.
Tabel 1 Beberapa bakteri endofit yang bermanfaat dalam bidang kesehatan
Bakteri
Tanaman
Pseudomonas
syringe
Streptomyces spp.
strain NRRL 30562
Streptomyces
spp.
strain NRRL 30566
Kennedia
nigriscans
Grevillea
pteridifolia
Streptomyces ssp.
Monstera sp.
Pseudomonas
viridiflava
Pseudomassaria sp.
Rumput
Mikrob endofit
Paenibacillus
polymyxa
Paenibacillus
polymyxa
Bacillus pumilus
Bacillus sp.
Serratia marcescens
Bacillus subtilis
Aktinomisetes
Bacillus
amyloliquefaciens
Senyawa yang
dihasilkan
Antifungi
pseudomycin
Munumbicin
Harrison et al. 1991
Castillo et al. 2002
Antibiotik
Castillo et al. 2003
kakadumycin A dan
echinomycin
Antibiotik
Ezra et al. 2004
coronamycin
Ecomycin
Radji 2005
Tanaman hutan Antidiabetes
lindung
C. zedoaria
Senyawa
Antimikrob
Stemona
Antioksidan
japonica
Canola
Antifungi fusaricidin
A-D
Cassava
Antifungi
pumilacidin
Platycodon
Antimikrob
grandiflorum
Rhyncholacis
Antifungi oocydin
penicillata
Mulbery
Antimikrob
Curcuma
aeruginosa
Ophiopogon
japonicas
Referensi
Radji 2005
Srikandace et al.
2007
Fengxia et al. 2007
Ryan et al. 2007
Melo et al. 2009
Jalgaonwala
dan
Mahajan 2011
Jalgaonwala
dan
Mahajan 2011
Qiong-Ying et al.
2012
mampu menghambat Pujiyanto et al. 2012
α-glukosidase
Antitumor
Chen et al. 2013
5
Keragaman Mikroba Endofit pada Famili Zingiberaceae
Famili Zingiberaceae merupakan kelompok penting dari tanaman obat dan
aromatik yang disebabkan oleh kandungan minyak atsiri dan oleoresin. Beberapa
genus yang penting dari famili ini adalah Curcuma, Kaempferia, Hedychium,
Amomum, Zingiber, Alpinia, Elettaria, Costus dan masing-masing memiliki
senyawa aktif yang bervariasi yang dapat dimanfaatkan dalam bidang kesehatan.
Manfaat yang beragam ini diduga karena adanya interaksi antara tanaman dan
endofit yang dikontrol oleh gen dari kedua organisme dan diatur oleh lingkungan.
Banyak mikrob endofit yang berhasil diisolasi dari famili Zingiberaceae dan
mampu menghasilkan senyawa aktif yang dapat dimanfaatkan dalam bidang
kesehatan. Mikrob endofit yang berhasil diisolasi antara lain Streptomyces
aureofaciens dari CMUAc130 dari Zingiber officinale (Taechowisan dan
Lumyong 2003). Streptomyces sp. Tc052 dari Alpinia galanga (Taechowisan et
al. 2008), Pyricularia kookicola, Pyricularia longispora dan Pyricularia
variabilis dari Alpinia malaccensis dan Amomum siamense (Bussaban et al.
2001), Colletotrichum "gloeosporioides" (Penz.) Penz. & Sacc. in Penz.,
Glomerella spp., Phomopsis spp., Gaeumannomyces amomi, Leiosphaerella
amomi, dan Pyricularia telah diisolasi dari Amomum siamense (Lumyong et al.
2003). Cylindrocephalum sp. dari Alpinia calcarata (haw.) Roscoe (Sunitha et al.
2012).
Kunyit Putih (C. zedoaria)
Tanaman Kunyit Putih
Kunyit putih secara ilmiah memiliki nama latin C. zedoaria dan nama
daerah antara lain kunyit putih, kunir putih, temu bayangan, temu poh (Jawa),
temu pao (Madura), temu mangga, temu putih (Melayu), koneng joho, koneng
lalap, koneng pare (Sunda). Secara ilmiah kunyit putih diklasifikasikan sebagai
berikut:
kingdom
divisi
subdivisi
kelas
ordo
famili
genus
species
: Plantae
: Angiosperma
: Monocots
: Commelinids
: Zingiberales
: Zingiberacea
: Curcuma
: C. zedoaria
Gambar 1 Tanaman kunyit putih
Tanaman kunyit putih sering dianggap sebagai kunyit mangga, akan tetapi
yang dipercaya mampu membunuh sel-sel kanker adalah kunyit putih. Tanaman
kunyit putih secara tradisional sering digunakan sebagai bumbu masak dan
tanaman obat di banyak negara, terutama di negara-negara bagian Asia Tenggara
(Maua et al. 2003; Wilson et al. 2005). Tanaman ini dapat ditemukan tumbuh liar
pada kondisi iklim di daerah tropik seperti Asia Tenggara. Asal usul kunyit putih
6
tidak diketahui dengan pasti, tetapi diduga dari India bagian barat laut, dan di
Indonesia banyak ditemukan di daerah Jawa Barat, Jawa Tengah, Sumatera,
Ambon, hingga Irian. Kunyit putih ini lebih menyukai daerah-daerah dengan
curah hujan musiman 900-1250 mm dengan musim kering yang pasti, dan
ditemukan pada tempat-tempat basah yang rindang dengan ketinggian mencapai
1000 m dpl, dapat tumbuh pada semua macam tipe tanah, tetapi lebih menyukai
tanah berpasir dengan drainase yang bagus. Tanaman tahunan ini tingginya dapat
mencapai 2 m dengan batang semu yang dibentuk dari pelepah-pelepah daun yang
tumbuh dari rimpang. Daun tunggal, bertangkai panjang, helaian daun berbentuk
runcing dengan tepian rata, pertulangan menyirip, warna hijau dengan sisik kirikanan, ibu tulang daun terdapat semacam pita memanjang berwarna merah gelap
atau lembayaung, panjang 25-70 cm, lebar 8-15 cm (Gambar 1) (Joy et al. 1998;
Dalimartha 2003).
Rimpang utama berdaging berbentuk membulat telur lebar dengan cabangcabang rimpang berbentuk memanjang, berukuran lebih kecil, dan tumbuh ke arah
samping. Bagian rimpang keluar akar-akar yang kaku dan pada ujungnya terdapat
kantong air. Rimpang berwarna kuning pucat sampai putih dengan hati yang
berwarna kuning muda. Buah berbentuk bundar, berserat, segitiga, serta kulit
lunak dan tipis. Biji berbentuk lonjong, berselaput, dengan ujung bewarna putih
(Joy et al. 1998; Dalimartha 2003).
Khasiat Kunyit Putih
Tanaman kunyit putih memiliki banyak manfaat di masyarakat. Seluruh
bagian tanaman dapat dimanfaatkan mulai dari daun, bunga, rimpang muda, dan
rimpang tua, akan tetapi bagian tanaman yang paling banyak dimanfaatkan adalah
rimpang tua. Daun kunyit putih dimanfaatkan dalam pembuatan minyak wangi di
India dan Indonesia.
Rimpang kunyit putih dalam pengobatan tradisional lebih cocok untuk
mengobati penyakit yang terkait dengan kanker. Beberapa penyakit yang bisa
diobati dengan tanaman ini adalah kanker mulut rahim, kista rahim, nyeri haid,
tumor rahim, perangsang, pembersih, obat luka bernanah, obat kulit, obat sakit
perut, melancarkan peredaran darah, masalah pernafasan, salesma, dan terutama
digunakan setelah melahirkan (Dalimartha 2003; Chen et al. 2008). Pemanfaatan
kunyit putih secara tradisional untuk pengobatan kanker dilakukan dengan
meminum air perasan atau rebusan rimpang kunyit putih yang direbus dengan
beberapa tanaman obat lain seperti daun dewa, herba baru cina segar, rumput
mutiara segar, sambiloto kering dan biji jali (Dalimartha 2003).
Senyawa Kimia Rimpang Kunyit Putih
Rimpang kunyit putih mengandung minyak atsiri dengan komposisi αpinene, d-camphene, cineole, d-camphor, sesquiterpen, dan sesquiterpene alkohol.
Kelompok sesquiterpen yang berhasil diisolasi adalah curzerenone (zedoarin),
epicurzerenon, isofuranogermerene, curcumadiol, curcumol, curcumenol,
isocurcumenol, procurcumenol, dehydrocurdion, germacrone-4,5-epoxid,
germacrone, germacrone furanodienon, curcumenon, pyrocurcuzerenon,
curcumin, epicurcumenol, isofuranodienon, furanodien, zederon, dan curdion (Joy
et al. 1998; Dalimartha 2003). Flavonoid, sulfur, gum, resin, tepung, dan sedikit
lemak juga ditemukan pada rimpang kunyit putih (Dalimartha 2003). Kelompok
7
sesquiterpen pada kunyit putih yang berkhasiat sebagai antikanker adalah
curcumol, curdion (Dalimartha 2003), dan isocurcumenol (Lakshmi et al. 2011).
Beberapa penelitian menyatakan bahwa rimpang kunyit putih memiliki efek
farmakologis diantaranya memiliki aktivitas analgesik pada tikus albino (Ali et al.
2004), antikanker (Muthu-Kumar et al. 2012), aktivitas insektisida (Hewage et al.
1997), antibakteri (Banisalam et al. 2011), antifungi (Shinobu-Mesquita et al.
2011), antioksidan (Dhal et al. 2012; Muthu-Kumar et al. 2012), antitirosin
(Narayanaswamy et al. 2011), antihiperglikemi (Rahmatullah et al. 2012),
antiinflamasi (Kaushik dan Jalalpure 2011), dan antihiperlipidemi (Srividya et al.
2012). Beberapa senyawa bioaktif yang telah diisolasi dari C. zedoaria seperti
kurkumin mampu menunjukkan aktivitas penghambatan terhadap sel kanker
ovarium (Ovcar-3).
Bioassay Senyawa Aktif
Banyak sistem bioassay yang telah diketahui dan digunakan untuk mengkaji
penemuan kandidat obat baru. Berdasarkan mekanisme patologi, dapat dilakukan
secara in vitro dan in vivo. Embrio ikan zebra (Danio rerio) merupakan salah satu
model yang secara in vivo dapat digunakan untuk skrining awal toksisitas dari
suatu senyawa. Embrio ikan zebra tidak hanya digunakan sebagai model
pengembangan, tetapi juga sebagai alat untuk mempelajari berbagai penyakit
manusia termasuk kanker (Truong et al. 2013). Assay menggunakan embrio ikan
zebra memiliki beberapa kelebihan yaitu pembuahan terjadi secara eksternal,
mudah dirawat, telur yang transparan sehingga perkembangan embrionya mudah
diamati, permeabel terhadap molekul yang kecil, pematangan embrio yang cepat,
homologi dengan perkembangan mamalia, dan urutan genom yang hampir
lengkap (Seabra dan Bhogal 2010) (Gambar 2).
Ikan zebra adalah vertebrata yang memiliki kekerabatan lebih dekat dengan
manusia daripada yang umum digunakan di laboratorium. Ikan zebra populer di
sebagian besar laboratorium biologi sebagai organisme model yang potensial
untuk uji toksisitas, teratogenisitas, embriotoksisitas yang dapat dilakukan secara
cepat dan efisien. Ikan ini dapat dijadikan model dengan mengkombinasikan
assay biokimia, seluler, dan molekuler melalui pengamatan struktur dan fungsifungsi tertentu dalam suatu individu (de Esch et al. 2012). Ikan zebra muncul
sebagai model yang ideal untuk skrining senyawa kandidat obat dengan toksisitas
rendah (Scholz 2013). Hasil uji toksisitas pada embrio ikan zebra telah terbukti
memiliki korelasi positif dengan hasil uji toksisitas pada mamalia (Ma et al.
2007). Pengujian senyawa antikanker (Jianhong et al. 2013) dan hiperglikemia
(Eunji et al. 2012) telah dilakukan secara in vivo pada embrio ikan zebra.
A
B
Gambar 2 Tahap perkembangan ikan zebra (A) embrio dan (B) dewasa