cara kerja bakteri entomopatogen

Oleh: Irda Safni
Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen
1). Penetrasi
 Pada serangga sehat, bakteri biasanya berada
pada belakang saluran pencernaan (posterior gut)
 Bakteri tidak bisa berpenetrasi langsung ke dalam
kutikula serangga, tetapi hanya menginvasi
hemocoel setelah menghadapi penghalang epitel
usus.
Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen
1). Penetrasi
 Cara pertama bakteri menginfeksi serangga
adalah menuju ke haemolymph.
 Ada 3 mekanisme penetrasi bakteri ke dalam
tubuh serangga, yaitu invasi ke dalam tubuh melalui:
1. Vektor nematoda
2. Luka
3. Makanan terinfeksi yang dimakan serangga.
Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen
 Jalur masuk utama bakteri 
rongga mulut serangga
atau melalui trakea
atau telur nematoda
Gambar 1. Rangkuman cara masuk bakteri ke dalam usus serangga
Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen
Contoh infeksi melalui vektor nematoda:
• Bakteri Photorhabdus luminescence &
Xenorhabdus nematophila yang menginfeksi
serangga dengan mengkolonisasi usus nematoda
dengan proses simbiosis.
• Nematoda kemudian menginfeksi serangga dan
melepas bakteri ke dalam tubuh serangga.
• Kemudian bakteri membunuh serangga, dan
memberi makan nematoda.
Replikasi Bakteri
Gambar 2. Replikasi bakteri intraseluler di dalam tubuh parasit
dengan menggunakan mikroskop fluorescence
2). Persisten & Kolonisasi Bakteri Di Dalam Tubuh
Serangga
Ada 3 mekanisme, yaitu:
1. Sekresi enzim yang menetralkan produksi usus
serangga
2. Pembentukan biofilm
3. Memodifikasi usus inang
3). Menghindari Pertahanan Diri Inang (Serangga)
Cara bakteri menghindari diri dari sistem kekebalan
(immune system) serangga inangnya adalah:
1. Menghindari bisa terdeteksi oleh sistem kekebalan
2. Menekan respon kekebalan
3). Menghindari Pertahanan Diri Inang (Serangga)
Mekanisme yang digunakan serangga untuk
mencegah infeksi adalah menghasilkan reactive
oxygen species (ROS’s) dan anti-microbe peptide
(AMP’s).
Bakteri menghasilkan protein yang melindunginya
dari pengaruh bahan yang di-degradasi di dalam
usus serangga.
4). Toksin dan Kematian Serangga Inang
Serangga inang dapat mati disebabkan
perkembang-biakan bakteri di dalam tubuh
serangga atau toksin/enzim yang disekresikan
bakteri, yang dapat merusak tubuh serangga
dengan menginvasi hemocoel  menyebabkan
septicemia (keracunan pada darah).
Contoh pengaruh toksin: Cry toxin oleh bakteri
Bacillus thuringinesis.
Contoh degradasi enzim: enzim protease, lipase,
dan haemolysin (metalloprotease) yang dihasilkan
oleh bakteri Serratia marcescens.
Tabel 1. Contoh Toksin yang dikeluarkan Bakteri
Toxin
Organism identified in
Other producer organisms
Insecticidal toxin complexes
(Tc-toxin)
Photorhabdus spp.
Xenorhabdus spp.
Serratia entomophila
Yersinia spp.
Pseudomonas spp.
Fibrobacter succinogenes
Paenibacillus nematophila
Cyt & Cry toxin
Bacillus thuringiensis
Dickeya dadantii
Binary toxin (BinAB)
Bacillus sphaericus
Makes caterpillar floppy
(Mcf)
Photorhabdus spp.
Binary toxins (PirAB)
Photorhabdus spp.
Bt Toxin
 Bakteri Bt menghasilkan kristal paraspora
endotoksin yang disintesa sewaktu proses sporulasi
 Bt toksin disebut dengan “Cry Protein” atau
“Insecticidal Cry Protein (ICPs)”.
 Kristal adalah kumpulan dari satu jenis protein
yang dapat dipisahkan dengan perlakuan basa
sedang untuk menghasilkan 130 kDa.
Bt Toxin
Kristal paraspora Bacillus thuringiensis
Struktur endotoksin Bacillus thuringiensis
Bt Toxin
 Dari berbagai strain bakteri Bt, > 100 kristal protein
gen telah berhasil di-sequence.
 Bt toxin ini bersifat sangat spesifik terhadap
serangga target. Mis. Jenis ‘kurstaki’ efektif untuk ulat;
jenis ‘israelensis’ efektif untuk nyamuk dan lalat.
 Karena kespesifikannya yang tinggi menyebabkan
perkembangan penggunan Bt toxin sebagai bioinsektisida untuk mengendalikan serangga hama
Lepidoptera, Coleoptera dan Diptera.
Table 1. Some properties of the insecticidal toxins
from various strains of B. thuringiensis
Strain/subsp.
Protein size
Target Insects
Cry #
berliner
130-140 kDa
Lepidoptera
CryI
kurstaki KTP, HD1
130-140 kDa
Lepidoptera
CryI
entomocidus 6.01
130-140 kDa
Lepidoptera
CryI
aizawai 7.29
130-140 kDa
Lepidoptera
CryI
aizawai IC 1
135 kDa
Lepidoptera, Diptera
CryII
kurstaki HD-1
71 kDa
Lepidoptera, Diptera
CryII
tenebrionis (sd)
66-73 kDa
Coleoptera
CryIII
morrisoni PG14
125-145 kDa
Diptera
CryIV
israelensis
68 kDa
Diptera
CryIV
Cara Kerja Bt Toxin
BT SPORES
Normal gut bacteria
BT crystalline Toxin 200px.
Cara
CaraKerja
KerjaBt
BtToxin
Toxin
 Kristal paraspora bukan bahan aktif insektisida,
tapi suatu protoksin, yang merupakan prekursor
toksin yang aktif.
 Bt hanya efektif jika dimakan oleh serangga
spesifik, yaitu:
- Memiliki usus dengan pH basa (7.5-8).
- Memiliki struktur membran usus yang spesifik yang
diperlukan untuk mengikat toksin.
- Memiliki enzim protease di dalam usus.
Cara Kerja Bt Toxin
 Serangga target , harus pada masa
perkembangan yang tepat dan bakteri yang
dimakan harus dalam jumlah yang cukup.
 Ketika Bt ditelan oleh serangga target, spora
bakteri memakan tumbuhan alami yang ada di
dalam usus  mengeluarkan kristal protein toksin
 merusak dinding usus  sehingga menyebabkan
kondisi usus yang bocor.
Cara Kerja Bt Toxin
 Toksin aktif mengikat mengikat reseptor protein
pada membran sel epitel usus serangga.
 Kemudian toksin membentuk suatu jalur ion
antara sitoplasma sel dengan lingkungan luar, yang
menyebabkan kehilangan ATP sel dan serangga
mati.
 Serangga yang terinfeksi berhenti makan, dan
akhirnya mati karena kombinasi efek kelaparan,
kerusakan jaringan, dan infeksi usus bagian dalam
oleh patogen lain, seperti bakteri dan jamur.
 Kematian dapat terjadi dalam waktu beberapa
jam atau beberapa minggu.
Cara Kerja Bt Toxin
Figure 1. The toxin is inserted in gut epithelial cell
membranes of the insect and forms an
ion channel between the cell cytoplasm
and the external environment, leading to
loss of cellular ATP and insect death.
Cara Kerja Bt Toxin
Fig. 2. Histopatologi usus tengah ulat yang terinfeksi
B. thuringiensis subsp. israelensis
Strategi untuk meningkatkan keefektifan insektisida Bt
1. Modifikasi genetika plasmid Bt
2. Modifikasi genetika tanaman untuk menghasilkan Bt
Modifikasi Genetika Plasmid Bt
 Bergantung pada transfer plasmid pada proses
konjugasi.
 Strain Bt yang menunjukkan aktifitas rendah
terhadap spektrum serangga yang luas.
 Strain Bt yang yang berpotensi tinggi tetapi
aktifitasnya berspektrum sempit, dipilih sebagai
“donor”.
 Setelah proses konjugasi, potensi strain bakteri
terhadap serangga dengan spektrum luas akan
meningkat.
Modifikasi Genetika Tanaman untuk Menghasilkan Bt
 Tanaman dimodifikasi genetika dengan gen Bt toxin,
sehingga dapat menghasilkan Bt toxin di dalam
jaringannya.
 Serangga kemudian mati setelah memakan jaringan
tanaman tersebut.
 Aplikasi ini dikenal dengan nama: tanaman
transgenik Bt yang tahan terhadap serangga
 Tanaman transgenik Bt telah diaplikasikan pada
tanaman jagung, kapas, kacang kedelai, kentang,
tomat, dan tembakau.
Bt corn, for example, was produced by incorporating genetic material
from a bacterium (Bacillus Thuringiensis) into the genetic material of
corn.
Cara Kerja Tanaman yang dimodifikasi
genetika dengan Bt
Jaringan tanaman menghasilkan Cry proteins/ICPs dalam
bentuk yang mudah larut
ICPs yang aktif menyebrangi membran peritrophik dan
menempel pada reseptor spesifik sel epitelium usus serangga
Bt membentuk spora
Sel mengalami lysis
Usus tengah serangga menjadi bocor
Serangga mati
Terima Kasih