Application Of Probiotic, Prebiotic And Synbiotic To

TINJAUAN PUSTAKA
Sistem Imun Tubuh Udang
Sistem pertahanan tubuh utama pada udang terdiri dari dua bagian yaitu
sistem pertahanan tubuh seluler dan
sistem pertahanan
humoral. Sistem
pertahanan seluler meliputi fagositosis sel-sel hemosit, nodulasi dan encapsulasi.
Sistem pertahanan humoral mencakup phenoloksidase (PO), propenoloksidase
(ProPO), lektin dan aglutinin. Kedua sistem pertahanan ini bekerja sama
memberikan perlindungan tubuh terhadap infeksi organisme patogen dari
lingkungan. ProPO diaktifkan oleh prophenoloxidase activating enzyme (PPA).
Sedangkan PPA ini bisa diaktifkan oleh lipopolisakarida. ProPO dan PPA ini
merupakan protein yang berlokasi di granular hemosit. Akibat dari pengaktifan
proPO menjadi PO dihasilkan protein faktor opsonin yang merangsang fagositosis
hialosit (Johansson dan Soderhall 1989).
Meningkatnya ketahanan tubuh udang dapat diketahui dari meningkatnya
aktivitas fagositosis sel-sel hemosit.
Fagositosis merupakan mekanisme
pertahanan non spesifik yang secara umum dapat melindungi adanya serangan
patogen. Hemosit merupakan faktor yang sangat penting dalam sistem pertahanan
seluler yang bersifat non spesifik. Kemampuan hemosit dalam aktivitas
fagositosis yang dapat meningkat pada kejadian infeksi, menunjukkan pertahanan
tubuh yang bersifat seluler. Dengan adanya infeksi tersebut akan merangsang
sistem pertahanan non spesifik seluler untuk menangkal serangan penyakit.
Mekanisme aktivitas hemosit pada udang terdiri dari mekanisme penjeratan
(encapsulasi) terhadap suatu materi asing, mekanisme fagositosis gabungan
terbentuk dari beberapa hemosit yang membentuk kumpulan lebih besar dan
kumpulan hemosit membentuk suatu lapisan terpigmentasi (Fontaine dan
Lightner 1974).
Pada krustasea dekapoda ada tiga tipe sirkulasi hemosit. Tipe ini
didasarkan pada keberadaan sitoplasma granula yaitu hialin, semi granular dan sel
granular yang masing-masing memiliki morfologi dan fisiologi tertentu. Hialin
berukuran 6-13
m merupakan sel dengan perbandingan inti lebih besar dari
sitoplasma dan memiliki sedikit granul sub-mikron. Semi granular berukuran 10-
6
20 m merupakan sel dengan perbandingan inti lebih sedikit dari sitoplasma dan
memiliki granul sub mikron dan mikron serta adanya granul refractile. Semi
granular memperlihatkan kapasitas mengenali dan merespons partikel unsur atau
molekul asing atau dikenal sebagai sel aktif dalam enkapsulasi. Granul berukuran
12-25 m merupakan sel dengan perbandingan inti lebih rendah dari sitoplasma
berisi
butiran
halus
dan
bertanggung
jawab
mengaktifkan
sistem
prophenoloksidase (sistem proPO) (Ramu and Zakaria 2000). Sel semi granular
dan granular melakukan fungsi sistem proPO sedangkan sel hialin melakukan
fagositosis dalam imunitas krustasea (Wang and Chen 2006).
Faktor-faktor yang berperan penting dalam respon terhadap partikel asing
pada mekanisme sistem pertahanan tubuh udang dapat dilihat pada Gambar 1.
Pada mekanisme pertahanan udang terlihat bahwa hemosit yang bersirkulasi
berperan penting tidak hanya secara langsung dalam menghambat dan membunuh
agen infeksi tetapi juga secara tidak langsung melalui sintesis dan eksositosis
sejumlah molekul bioaktif (Smith et al. 2003 ).
7
Gambar 1 Mekanisme sistem pertahanan pada krustasea (Smith et al. 2003)
Vibrio harveyi dan Penyakit Udang Berpendar
Vibrio harveyi adalah bakteri yang hidup di lingkungan perairan laut, dan
termasuk bakteri yang dapat berpendar (Baumann et al. 1994). Pada umumnya
bakteri V. harveyi bersifat oportunistik yaitu organisme yang dalam keadaan
normal ada dalam lingkungan pemeliharaan dan berkembang dari sifat saprofitik
menjadi patogenik apabila kondisi lingkungan dan inang memburuk (LavillaPitogo et al. 1990). Tahap pelekatan bakteri patogen pada inang merupakan
prasyarat yang akan menentukan keberhasilan bakteri tersebut dalam kolonisasi
dan mensekresikan faktor-faktor virulensi (Bloemberg et al. 1993). Haris dan
Owens (1999) mengatakan bahwa virulensi V. harveyi berkaitan dengan protein
yang diatur secara bersama oleh mekanisme quorum sensing interseluler.
8
Quorum sensing adalah suatu proses komunikasi sel-sel bakteri yang
melibatkan produksi dan deteksi dari sekresi molekul sinyal yang disebut
autoinducers. Tiga autoinducers V. harveyi adalah AI-1 (3-hydroxybutanoyl
homoserine lactone), AI-2 [(2S,4S)-2-methyl-2,3,3,4- etrahydroxytetrahydrofuran
-borate], dan CAI-1 [(S)-3-hydroxytridecan-4-satu] (Swem et al. 2008). Gullian et
al. (2004) menyatakan bahwa populasi V. harveyi di udang dapat ditekan dengan
cara mengintroduksikan bakteri tertentu yang diisolasi dari hepatopankreas udang
sehat.
Probiotik dalam Akuakultur
Menurut Fuller (1992), probiotik adalah mikroba hidup yang ditambahkan
ke dalam pakan yang dapat memberikan pengaruh menguntungkan bagi hewan
inang dengan memperbaiki keseimbangan mikroba ususnya. Pada hewan akuatik,
selain saluran pencernaan, air di sekeliling organisme tersebut juga memegang
peranan penting. Oleh karena itu, probiotik untuk hewan akuatik adalah agen
mikroba hidup yang memberikan pengaruh menguntungkan pada inang dengan
memodifikasikan komunitas mikroba atau berasosiasi dengan inang, menjamin
perbaikan dalam penggunaan pakan atau memperbaiki nilai nutrisinya dan
memperbaiki respon inang terhadap penyakit (Verschuere et al. 2000).
Probiotik dalam akuakultur sering digunakan karena kemampuannnya
memproduksi senyawa anti mikroba. Probiotik yang berada di saluran pencernaan
dapat menghambat kerja bakteri patogen yang merusak saluran pencernaan.
Interaksi antara mikroba dengan inang tidak terbatas pada saluran pencernaan,
bakteri probiotik juga dapat aktif pada insang, kulit tubuh inang atau lingkungan
sekitarnya. Interaksi yang intensif antara mikroba dan inang dalam akuakultur
menjadikan sejumlah probiotik tidak hanya berhasil diisolasi dari saluran
pencernaan tetapi dapat juga diisolasi dari lingkungan budidaya (Irianto, 2003).
Verschuere et al. (2000) mengatakan bahwa mekanisme kerja bakteri
probiotik di dalam tubuh inang dapat dibagi menjadi beberapa cara yaitu: (1)
produksi senyawa inhibitor; (2) kompetisi terhadap senyawa kimia atau sumber
energi (nutrisi); (3) kompetisi terhadap tempat pelekatan; (4) peningkatan respon
9
imun (kekebalan); (5) perbaikan kualitas air; dan (6) interaksi dengan
fitoplankton.
Gullian et al. (2004) menemukan bahwa bakteri probiotik Bacillus P64
dan Vibrio P62
yang berasal dari hepatopankreas udang sehat memiliki
kemampuan sebagai probiotik dan imunostimulasi pada udang vaname. Li et al.
(2008), bakteri probiotik Arthrobacter XE-7 mampu melindungi udang L.
vannamei melalui stimulasi respon imun maupun pembentukan mekanisme
competitive ecxlucion.
Probiotik yang digunakan dalam penelitian ini adalah bakteri Vibrio SKTb (Widanarni, 2003) yang telah teruji kemampuannya dalam menghambat
pertumbuhan bakteri V. harveyi dan meningkatkan kelangsungan hidup larva
udang windu pada berbagai stadia pada uji in vivo (Widanarni et al. 2009). Vibrio
SKT-b merupakan bakteri dari genus Vibrio bersifat Gram negatif, bentuk batang
pendek, koloninya berwarna kuning pada media TCBS dan menyebar pada media
SWC-agar, mampu memproduksi protease dan amilase, serta tidak memproduksi
khitinase. Probiotik Vibrio SKT-b dapat memanfaatkan glukosa dan sukrosa,
tetapi tidak dapat memanfaatkan laktosa. Hasil karakterisasi fisiologi dan
biokimia serta analisis sekuen sebagian gen 16S-rRNA menunjukkan bahwa isolat
ini termasuk spesies Vibrio alginolyticus dengan indeks kemiripan 88%
(Widanarni 2003).
Prebiotik dalam Akuakultur
Prebiotik adalah bahan pakan yang tidak dapat dicerna oleh inang di dalam
saluran pencernaannya, tetapi dapat dimanfaatkan oleh satu atau beberapa bakteri
yang menguntungkan inang untuk kelangsungan hidupnya sehingga mampu
memperbaiki keseimbangan usus inang (Li et al. 2004). Schrezenmeir dan Vrese
(2001) menyatakan bahwa prebiotik tidak dapat dipisahkan dengan probiotik
karena target prebiotik adalah memacu pertumbuhan bakteri probiotik.
Mekanisme kerja dari prebiotik adalah prebiotik (senyawa oligosakarida)
yang tidak dapat dicerna dalam saluran pencernaan akan didegradasi atau
difermentasi oleh bakteri usus. Fermentasi oligosakarida oleh bakteri akan
menghasilkan energi metabolisme dan asam lemak rantai pendek (Tomomatsu
10
1994). Prebiotik dalam usus besar akan difermentasi oleh bakteri probiotik dan
akan menghasilkan short chain fatty acid (SCFA) dalam bentuk asam asetat,
propionat, butirat, serta karbondioksida dan hidrogen (Cummings et al. 2001).
Bahan makanan dapat diklasifikasikan sebagai prebiotik jika memiliki
syarat yaitu : (1) tidak dihidrolisa dan tidak diserap dibagian atas traktus
gastrointestinal sehingga dapat mencapai kolon tanpa mengalami perubahan
struktur dan tidak diekskresikan dalam feses. (2) substrat yang selektif untuk satu
atau sejumlah mikroflora komensal yang menguntungkan dalam kolon sehingga
memacu pertumbuhan bakteri baik yang aktif melakukan metabolisme, (3)
mampu merubah mikroflora kolon menjadi komposisi yang menguntungkan
kesehatan (Collins dan Gibson 1999; Gibson dan Fuller 2000). Beberapa bahan
yang
berpotensi
sebagai
prebiotik
adalah
rafinosa,
oligosakarida,
galaktooligosakarida, galaktosa, laktosukrosa, isomalto-oligosakarida, glukooligosakarida, xylo-oligosakarida (Manning dan Gibson 2004).
Sang dan Fotedar (2010) menyatakan pemberian mannan oligosakarida
(MOS) dalam pakan untuk juvenil udang lobster (Panulirus ornatus, Fabricius
1798) meningkatkan pertumbuhan, kelangsungan hidup, kondisi fisiologis,
kesehatan usus dan respon imun.
Prebiotik yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah ekstrak
oligosakarida yang berasal dari ubi jalar varietas sukuh. Hasil peneltian Marlis
(2008), menunjukkan bahwa konsentrasi gula pada tepung ubi jalar varietas sukuh
terdiri dari fruktosa 0,17%; glukosa 0,25%; sukrosa 1,42%; maltose 3,12%;
maltotriosa 0,12%. Tepung ubi jalar yang mengalami pengolahan memiliki
potensi prebiotik karena masih mengandung oligosakarida yaitu rafinosa dan
maltotriosa.
Sinbiotik dalam Akuakultur
Nayak (2010) menyatakan bahwa keberhasilan pemberian probiotik telah
didukung dengan konsep lain seperti prebiotik yang merupakan bahan yang tidak
dapat dicerna oleh inang yang selektif mendorong aktivitas pertumbuhan dari satu
atau lebih mikroorganisme tertentu dan kombinasi suplemen nutrisi probiotik dan
prebiotik ini dikenal dengan sinbiotik. Hal ini sama dengan definisi Gibson dan
11
Roberfroid (1995) bahwa sinbiotik merupakan aplikasi gabungan dari probiotik
dan prebiotik yang memberikan keunggulan kompetitif bagi probiotik terhadap
sumber energi fermentasi yang tinggi dibandingkan dengan kompetisi populasi
endogenous, sehingga secara efektif dapat meningkatkan kelangsungan hidup dan
pelekatan (implantasi) dari suplemen makanan mikroba hidup dalam saluran
pencernaan dari inang.
Pemberian imunostimulan baik prebiotik (Bio-Mos® dan -1,3-D-glucan)
atau probiotik dalam pakan meningkatkan pertumbuhan, kelangsungan hidup dan
respon imun dari udang (Ngo dan Fotedar 2009). Selanjutnya Li et al. (2009)
melaporkan bahwa aplikasi sinbiotik dari prebiotik dan probiotik pada udang telah
terbukti secara signifikan meningkatkan kelangsungan hidup udang yang
ditantang dengan virus WSSV, memodulasi mikrobiota gastro-intestinal dan
merangsang respon imun. Penelitian lainnya mengenai aplikasi sinbiotik
dilakukan oleh Daniels et al (2010) yaitu pemberian probiotik Bacillus spp
ditambahkan prebiotik oligosakarida (MOS) pada lobster (Homarus gammarus L)
meningkatkan perumbuhan dan kelangsungan hidup udang.