Kolagenase Bacillus licheniformis F11 Asal

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Protein berperan signifikan pada peningkatan kesehatan manusia selain
nilai gizinya. Hidrolisis enzimatik secara luas digunakan untuk meningkatkan
nilai gizi dan sifat fungsional dari protein pangan. Hidrolisat protein ikan telah
dilaporkan memiliki aktivitas antioksidan, antihipertensi, antiproliferasi sel
kanker, antimikroba dan imunomodulator. Hidrolisat protein dengan bahan baku
ikan yang menunjukkan aktivitas antioksidan yang telah dilaporkan adalah dari
daging ikan Yellowfin, Alaska Pollack, Round Scad dan Pasifik Hake. Hidrolisat
protein yang memiliki aktivitas sebagai inhibitor ACE (Angiotensin I-Converting
Enzyme), diantaranya adalah hidrolisat dari ikan Sardin. Aktivitas antiproliferasi
dari hidrolisat protein juga telah diteliti yaitu hidrolisat protein ikan terhadap sel
kanker payudara.
Kolagen merupakan protein struktural yang berlimpah dan seluruhnya
berada pada tubuh mahluk hidup. Bentuk utama dari kolagen yang dikenal sebagai
kolagen tipe 1 terdapat secara luas pada kulit, otot, tulang dan organ dalam
vertebrata tingkat tinggi. Vertebrata tingkat rendah seperti ikan juga memiliki
kolagen tipe 1.
Peptida kolagen diperoleh melalui proses enzimatis menggunakan
kolagenase dan enzim proteolitik lainnya.
Penggunaan kolagenase pada
pembuatan peptida kolagen lebih efektif karena kolagenase merupakan
endopeptidase yang dapat memecah domain triple helix dari kolagen. Kolagenase
lebih efektif bekerja pada kolagen yang belum terdenaturasi.
Proses hidrolisis kolagen membutuhkan sumber enzim kolagenase.
Pencarian sumber kolagenase sudah banyak dilakukan peneliti.
Sumber
kolagenase yang telah dilaporkan adalah Bacillus subtillis FS-2 (Nagano & To
1999), Bacillus subtilis CN2 (Tran & Nagano 2002), Bacillus sp. MO-1 (Okamoto
et al. 2001), Bacillus subtilis AS1.398 (Riu et al. 2009), Bacillus pumilus CoI-J
(Wu et al. 2010), Streptomyces sp. strain 3B
(Petrova et al. 2006a)
dan
2
Streptomyces parvulus (Sakurai et al. 2009). Beberapa peneliti menggunakan
organ dalam ikan sebagai sumber kolagenase yaitu organ dalam ikan makarel
(Park et al. 2002), organ dalam ikan filefish (Kim et al. 2002), hepatopancreas
udang (Aoki et al. 2003) dan hepatopancreas kepiting raja (Rudenskaya et al.
2004).
Berbagai pertimbangan penggunaan mikroba sebagai sumber enzim antara
lain mikroba dapat tumbuh relatif cepat, ramah lingkungan, mudah diisolasi dan
terbuka peluang untuk meningkatkan mutu enzim melalui rekayasa genetika.
Bakteri yang berpotensi sebagai sumber kolagenase adalah Bacillus licheniformis
F11.1 dan Bacillus licheniformis F11.4. Kedua bakteri ini merupakan derivat dari
B. licheniformis F11 yang diisolasi dari limbah udang di daerah Palembang
Sumatera Selatan. Isolasi B.licheniformis F11 dilakukan atas kerjasama antara
Laboratorium Bioindustri, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)
dengan Universitas Hamburg, Jerman dalam skema Indonesia-Germany
Biotechnology (IG-Biotech) phase 3.
Sumber kolagen yang digunakan adalah kulit ikan bandeng yang
merupakan salah satu limbah pengolahan hasil perikanan. Produksi ikan nasional
tahun 2009 sekitar 10.065.120 ton (BPS 2010) tentunya menghasilkan limbah
yang cukup besar. Salah satu bentuk pemanfaatan limbah kulit ikan adalah dengan
dibuat menjadi peptida kolagen menggunakan kolagenase Bacillus licheniformis
F11. Peptida kolagen dari kulit ikan selanjutnya diuji bioaktivitasnya yang
meliputi aktivitas antioksidan, inhibitor ACE (Angiotensin I-Converting Enzyme)
dan antiproliferasi sel kanker.
Perumusan Masalah
Kolagenase merupakan endopeptidase yang dapat memecah domain triple
helix dari kolagen. Kolagenase mempunyai banyak manfaat dan diaplikasikan
pada industri pangan, farmasi dan riset, salah satunya digunakan dalam hidrolisis
protein menjadi peptida bioaktif. Protein akan menghasilkan asam-asam amino
3
bila dihidrolisis sempurna, tetapi hidrolisis secara parsial menghasilkan molekulmolekul peptida dengan sekuen asam amino spesifik yang memiliki bioaktivitas.
Hidrolisis protein menghasilkan peptida dapat dilakukan secara parsial
menggunakan asam atau basa. Mengingat proses penambahan asam maupun basa
pada proses hidrolisis dapat merusak beberapa gugus asam amino dan
menghasilkan senyawa karsinogenik, maka fungsi asam atau basa dapat
digantikan oleh enzim yang bekerja secara spesifik. Aplikasi kolagenase perlu
dilakukan dalam rangka mencari proses yang lebih efektif dan lebih ramah
lingkungan.
Bakteri Bacillus merupakan bakteri utama penghasil enzim secara industri.
Bacillus penghasil kolagenase adalah Bacillus subtillis
FS-2 (Nagano & To
1999), Bacillus subtilis CN2 (Tran & Nagano 2002), Bacillus sp. MO-1 (Okamoto
et al. 2001), Bacillus subtilis AS1.398 (Riu et al. 2009), Bacillus pumilus CoI-J
(Wu et al. 2010), Streptomyces sp. strain 3B
(Petrova et al. 2006a)
dan
Streptomyces parvulus (Sakurai et al. 2009). Bakteri B. licheniformis F11.1 dan B.
licheniformis F11.4 diketahui menghasilkan protease yang tinggi, kedua bakteri
ini merupakan hasil mutasi dari B. licheniformis F11 yang secara alamiah tidak
memiliki chiA (chiA) dengan menghilangkan operon pembentukan poliglutamat
(pga) menghasilkan B. licheniformis F11.1 (chiA, pga) dan mutasi dengan
menghilangkan operon pembentukan poliglutamat (pga) dan chiBA (double
mutant) menghasilkan B. licheniformis F11.4 (pga, chiBA) yang ditemukan
kehilangan kitinase tetapi menghasilkan aktivitas protease yang tinggi.
Diperkirakan bakeri proteolitik ini mampu memecah kolagen sebagai substrat.
Pada aplikasi kolagenase dibutuhkan informasi karakteristik enzim dan kondisi
kerja yang optimum. Pada beberapa aplikasi, ekstrak kasar dapat bekerja secara
efisien, tetapi pada aplikasi yang lain, kolagenase yang lebih murni dibutuhkan.
Untuk itu pemurnian dan karakterisasi kolagenase perlu dilakukan sebelum
diaplikasikan dalam substrat kolagen. Peptida kolagen yang memiliki aktivitas
bioaktif sudah banyak diteliti diantaranya peptida kolagen dari babi yang memiliki
aktivitas antioksidan (Li et al. 2007), peptida kolagen dari kulit ayam yang
memiliki aktivitas inhibitor ACE (Saiga et al. 2008), peptida kolagen dari kulit
tuna bluefin yang memilki aktivitas anti kanker (Han et al. 2011) dan peptida
4
kolagen dari kulit salmon yang dapat menurunkan trigliserida
pada tikus
percobaan (Saito et al. 2009). Peptida kolagen yang dihasilkan oleh aktivitas
kolagenase B.licheniformis F11.1 dan B.licheniformis F11.4 diharapkan memiliki
aktivitas bioaktif sebagai antioksidan, inhibitor ACE (Angiotensin I-Converting
Enzyme) dan antiproliferasi sel kanker.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah 1) memilah isolat yang menghasilkan
kolagenase yang efektif dalam menghidrolisis kolagen, 2) memurnikan dan
mengkarakterisasi kolagenase ekstraseluler dari B. licheniformis F11 terpilih dan
3) mengaplikasikan enzimnya dalam pembuatan peptida kolagen dari kulit ikan
bandeng serta melakukan pengujian sifat bioaktif peptida kolagen yang dihasilkan
yaitu aktivitas antioksidan, inhibitor ACE (Angiotensin I-Converting Enzyme) dan
antiproliferasi sel kanker (sel kanker serviks HeLa dan sel kanker kolon HCT116).
Hipotesis
Hipotesis dalam penelitian ini adalah kolagenase dari bakteri Bacillus
licheniformis F11 asal Palembang dapat digunakan untuk memproduksi peptida
kolagen. Peptida kolagen hasil hidrolisis kolagenase Bacillus licheniformis F11
bersifat antioksidan, inhibitor
antiproliferasi sel kanker.
ACE (Angiotensin I-Converting Enzyme) dan