Kemampuan penghambatan Streptomyces spp

ABSTRACT
JUNDATUL ULYA. Capability of Streptomyces spp. in Inhibiting Soil Borne
Microbial Pathogen at Various Growth Conditions: Media, Incubation Times, pH,
and Temperature. Under Direction of YULIN LESTARI and RASTI
SARASWATI
Streptomyces spp. have the potency to be used as an agent of biological
control through their capability to produce various anti microbial compounds. The
production of anti microbial compounds is influenced by nutrition, culture media,
incubation times, pH and temperature. This research aimed to study the capability
of Streptomyces spp. in inhibiting soil borne microbial pathogen at several media,
incubation times, pH, and temperature. There were two tested media i.e: ISP4 and
modified molasses-soy bean meal media; 5, 10, and 15 days of incubation times,
three level of pH (5, 7, 9); and five level of temperature (room temperature (24 –
26 0C), 30 0C, 40 0C, and 50 0C). The result showed that three local isolates of
Streptomyces namely LSW05, LBR02 and PS4-16 grew better and produce more
anti microbial activity when they grown using modified molasses-soy bean meal
media compared with that using ISP4. The highest anti microbial activity was
obtained at 15 days incubation at room temperature. The three selected
Streptomyces isolates was able to produce anti microbial activity under pH 5 – 9,
and room temperature to 40 0C in inhibiting soil borne microbial pathogen
(Bacillus subtilis, B. cereus, Xanthomonas axonopodis, X. oryzae, and Ralstonia
solanacearum). LSW05 had an optimum inhibition at pH 7 and room temperature
meanwhile, LBR02 inhibited soil borne microbial pathogen at pH 7 – 9 and room
temperature to 40 0C temperature. PS4-16 isolate had the highest inhibition
activity at pH 5 – 9 and room temperature to 40 0C. All isolates tested showed anti
fungal inhibition at room temperature and pH 5 – 9 against soil borne fungal
pathogen (Fusarium oxysporum, Sclerotium rolfsii, and Rhizoctonia solani). The
results indicate that three local isolates of Streptomyces spp. tested have capability
to be developed as biocontrol agent for soil borne microbial pathogen, and its
production can be stimulated by giving environmental growth conditions i.e:
modified molasses-soybean meal media, pH 5 – 9, and room temperature to
40 0C.
Key words: Streptomyces spp., anti microbial compounds, soil borne microbial
pathogen, external growth factor.
RINGKASAN
JUNDATUL ULYA. Kemampuan Penghambatan Streptomyces spp. terhadap
Mikroba Patogen Tular Tanah pada Beberapa Kondisi Pertumbuhan: Jenis Media,
Waktu Produksi, pH, dan Suhu. Dibimbing oleh YULIN LESTARI dan RASTI
SARASWATI.
Pemanfaatan agen biokontrol sebagai alternatif pengendalian terhadap
mikroba patogen semakin berkembang. Hal ini dipicu oleh semakin banyaknya
pencemaran yang disebabkan oleh pestisida yang terakumulasi di tanah. Agen
biokontrol terhadap penyakit tumbuhan mampu menurunkan populasi patogen
penyebab penyakit atau semua aktivitas yang dihasilkannya dalam menyerang
tanaman. Namun dengan semakin banyaknya penyebab penyakit yang belum
diketahui musuh alaminya, maka sekarang ini pemanfaatan mikroba sebagai agen
biokontrol banyak diteliti. Mikroba tersebut dapat menghasilkan berbagai
senyawa anti mikroba yang dapat dikembangkan untuk subtitusi senyawa kimia
sintetik. Selain itu penggunaan senyawa anti mikroba yang dihasilkan oleh
mikroba untuk mengontrol penyakit tanaman dapat diaplikasikan dalam
konsentrasi yang rendah, mudah diuraikan oleh mikroba tanah, sehingga tidak
terjadi akumulasi residu, serta tidak mengganggu keseimbangan lingkungan.
Salah satu bakteri yang memiliki potensi untuk dikembangkan adalah
Streptomyces spp. Kemampuan Streptomyces spp. dalam menghasilkan berbagai
senyawa metabolik sekunder seperti antibiotik: neomisin, kloramfenikol,
streptomisin, nistatin, amfoterisin, dan natamisin yang dapat menghambat
pertumbuhan bakteri maupun fungi dengan spektrum penghambatan yang luas
merupakan dasar pengembangan Streptomyces spp. sebagai agen biokontrol.
Produksi senyawa anti mikroba yang dihasilkan dapat dipengaruhi berbagai faktor
pertumbuhan baik internal maupun eksternal. Faktor-faktor inilah yang
menjadikan upaya penelitian terus dilakukan, terutama rekayasa faktor eksternal
seperti jenis media, waktu produksi, pH, dan suhu sehingga menghasilkan
senyawa anti mikroba yang optimum menghambat berbagai mikroba patogen.
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji daya hambat senyawa anti mikroba
Streptomyces spp. terhadap mikroba patogen tular tanah pada beberapa kondisi
media, waktu produksi, pH, dan suhu.
Metode yang dilakukan untuk mengetahui kemampuan Streptomyces spp.
dalam menghambat mikroba patogen tular tanah dengan memproduksi senyawa
anti mikroba yang dioptimasi dengan berbagai faktor eksternal seperti media,
waktu produksi, pH, dan suhu. Empat Streptomyces lokal LSW05, LBR02,
SSW02 dan PS4-16 digunakan dalam penelitian ini. Media optimasi dilakukan
dengan menggunakan dua media uji yaitu ISP4 (Internasional Streptomyces
Project) dan media modifikasi molase-kedelai. Pengaruh waktu produksi
dilakukan dengan menginkubasi biakan pada tiga waktu berbeda yaitu selama 5
hari, 10 hari, dan 15 hari. Pengaruh pH dilakukan dengan menumbuhkan
Streptomyces spp. pada media terpilih dengan pH 5, 7, dan 9 untuk mengetahui
ketahanan senyawa anti mikroba pada media masam, netral dan basa. Optimasi
selanjutnya yaitu dengan menguji kemampuan senyawa anti mikroba yang
dihasilkan pada berbagai suhu yaitu suhu ruang (24 – 26 0C), suhu 30 0C, suhu
40 0C, dan suhu 50 0C. Filtat kultur yang dihasilkan pada perlakuan tersebut
selanjutnya diujikan terhadap bakteri target seperti: Ralstonia solanacearum,
Xanthomonas axonopodis, X. oryzae, Bacillus subtilis dan B. cereus, serta
cendawan target seperti: Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, dan Sclerotium
rolfsii. Kemampuan isolat dalam menggunakan subtrat media juga diamati dengan
metode DNS Miller (1959) yang diukur dengan spektrofotometer pada panjang
gelombang 550 nm. Pertumbuhan diukur berdasarkan berat kering sel.
Streptomyces spp. yang diuji mempunyai pertumbuhan yang berbeda. Isolat
LSW05, LBR02, dan SSW02 mampu tumbuh pada media Yeast Malt Agar,
sedangkan PS4-16 tumbuh baik pada media Oatmeal Agar. Perbedaan
pertumbuhan tersebut menunjukkan bahwa kemampuan isolat dalam
memanfaatkan sumber karbon berbeda. Media modifikasi molase-kedelai mampu
meningkatkan pertumbuhan dan aktivitas penghambatan Streptomyces spp.
terhadap mikroba patogen tular tanah. Penghambatan tertinggi terlihat pada waktu
produksi 15 hari. Hal ini kemungkinan terjadi karena pada hari ke-15 kondisi
pertumbuhan yang terbatas sehingga isolat mengeluarkan senyawa anti mikroba
untuk mempertahankan diri dari kondisi yang tidak menguntungkan, terutama
karena kekurangan nutrisi. Penghambatan tertinggi nampak pada isolat PS4-16
dan LBR02 terhadap semua bakteri patogen pada media modifikasi molasekedelai. Peningkatan penghambatan tersebut juga terjadi pada cendawan patogen.
PS4-16 mempunyai kemampuan tertinggi dalam menghambat semua cendawan
patogen, diikuti LBR02. Hal itu membuktikan bahwa media modifikasi molasekedelai mampu digunakan sebagai media pertumbuhan dan produksi senyawa anti
mikroba Streptomyces spp dengan waktu produksi 15 hari sebagai acuan untuk
waktu produksi senyawa anti mikroba. Modifikasi molase-kedelai dapat menjadi
sumber karbon dan nitrogen bagi isolat-isolat uji. Tiga isolat yang mempunyai
penghambatan terbesar (PS4-16, LBR02, dan LSW05) digunakan pada pengujian
kemampuan penghambatan pada pH dan suhu.
Pengujian terhadap pH 5, 7, dan 9 digunakan untuk mengamati aktivitas anti
mikroba pada kondisi masam, netral dan alkali. Pengaruh pH terhadap produksi
senyawa anti mikroba diketahui bahwa isolat LSW05, LBR02, dan PS4-16
mampu menghasilkan senyawa anti mikroba pada pH 5 sampai 9. Setiap isolat
mempunyai penghambatan yang beragam terhadap bakteri patogen tular tanah.
Isolat LSW05 mempunyai penghambatan yang tinggi (10 mm) terhadap
B. subtilis pada pH 7, LBR02 mampu menghambat kuat B. cereus pada pH 9 dan
PS4-16 mampu menghambat kuat X. oryzae (11 mm) pada pH 7. Hal tersebut
kemungkinan terjadi karena setiap isolat menghasilkan beberapa anti mikroba
yang berbeda sehingga pH optimumnya berbeda. Perubahan pH pada media
produksi merangsang senyawa baru yang berpengaruh pada produksi antibiotik.
Hasil produksi pada media modifikasi molase-kedelai, waktu produksi 15
hari, dan pH 7 kemudian diinkubasi pada beragam suhu. Streptomyces spp. yang
diuji mampu menghambat mikroba patogen tular tanah pada suhu ruang, 30 0C,
dan 40 0C, sedang pada suhu 50 0C tidak terjadi penghambatan. Hasil
penghambatan setiap isolat beragam terhadap mikroba patogen. Isolat LSW05
pada suhu ruang dapat menghambat empat bakteri uji (B. subtilis, B. cereus, dan
X. axonopodis). Bacillus subtilis dan B. cereus mempunyai penghambatan
tertinggi (10 mm dan 5.5 mm). Hal tersebut bisa terjadi kemungkinan karena
senyawa metabolit yang dihasilkan LSW05 optimum pada suhu ruang. Isolat
LBR02 mampu menghambat kuat B. cereus pada suhu ruang sampai 40 0C, dan
pada suhu 30 0C kemampuan senyawa anti mikroba yang dihasilkan mampu
menghambat empat mikroba patogen (B. subtilis, B. cereus, X. oryzae, dan
R. solanacearum). Isolat PS4-16 mampu menghambat kuat X. oryzae pada suhu
ruang, dan mampu menghambat semua bakteri patogen pada suhu ruang sampai
40 0C.
Pengaruh suhu pada aktivitas penghambatan Streptomyces spp. terhadap
cendawan patogen target sangat beragam. Isolat LSW05 hanya mampu
menghambat S. rolfsii pada suhu ruang dan 30 0C, sedangkan isolat LBR02 dan
PS4-16 mampu menghambat F. oxysporum, S. rolfsii dan R. solani pada suhu
ruang sampai 40 0C. Namun aktivitas penghambatan pada suhu ruang lebih baik
dibandingkan suhu 30 0C dan 40 0C. Hal tersebut bisa terjadi karena aktivitas anti
fungi oleh Streptomyces spp. umumnya disebabkan oleh produksi antibiotik dan
enzim ekstraseluler (kitinase dan glukanase) yang dihasilkan sehingga kenaikan
suhu diatas suhu optimum dapat menurunkan aktivitas penghambatannya.
Kemampuan penghambatan tersebut juga dipengaruhi kemampuan isolat
dalam menggunakan subtrat dalam media. Hasil pengukuran kadar gula dalam
media molase-kedelai menunjukkan bahwa semua isolat Streptomyces spp.
mampu memanfaatkan molase sebagai sumber karbon. Hal itu terlihat adanya
perubahan kadar gula dan pertambahan berat kering sel pada semua isolat.
Kemampuan isolat yang beragam dalam memanfaatkan gula, mempengaruhi
kemampuan dalam menghasilkan senyawa anti mikroba. Glukosa merupakan
sumber karbon utama dalam pertumbuhan, dan mempengaruhi biosintesis
senyawa anti mikroba. Hasil penelitian ini memberikan gambaran bahwa tiga
isolat LSW05, LBR02, dan PS4-16 dapat memproduksi senyawa anti mikroba
dengan menggunakan media modifikasi molase-kedelai, pH 5 – 9, dan suhu ruang
sampai 40 0C. Hasil ini memerlukan tindak lanjut untuk mengetahui efektivitas
senyawa anti mikroba yang dihasilkan Streptomyces spp. pada kondisi lapangan,
dan formulasinya untuk biokontrol.
Kata kunci: Streptomyces spp., senyawa anti mikroba, mikroba patogen tular
tanah, dan faktor eksternal pertumbuhan.