Contoh penggunaan Insektisida Bakteri Bacillus

Insektisida Mikroba Sebagai
Pengendali Populasi Hama dan
Penyakit Tumbuhan
Insektisida Mikroba
Serangga adalah kelompok organisme
paling banyak di muka bumi, dan mereka
mempengaruhi manusia secara negatif
dengan berbagai cara :
 Menyebabkan kerusakan tanaman yang
luas,
 Berperan sebagai vektor, baik bagi
penyakit manusia ataupun hewan.
Sejarah insektisida
Selama tahun 1940-an, sejumlah insektisida kimia
telah dikembangkan sebagai alat pengendali
perkembangan populasi serangga yang berbahaya.
 Salah satunya adalah chlorinated hydrocarbon
DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane). DDT
terbukti secara efektif mampu membunuh dan
mengendalikan banyak spesies serangga yang
menyerang sistem saraf dan jaringan otot
serangga.
 Golongan chlorinated hydrocarbon lain
seperti: dieldrin, aldrin, chlordane, lindane, dan
toxophene mampu disintesa dan diaplikasikan
dalam skala besar.
Golongan lain dari insektisidakimia disebut
golongan organophosphates, termasuk malathion,
parathion, dan diazinon.
Generasi pertama golongan organophosphates
dikembangkan sebagai agen kimia waktu masa
peperangan. Saat ini mereka digunakan untuk
mengendalikan populasi serangga dengan
menghambat enzim acetylcholinesterase, yang
menghidrolisa pemancar saraf acetylcholine.
Insektisida ini mengganggu fungsi gerak dan saraf
otak serangga.
Pada awal tahun 1960-an, lebih dari 100 juta Ha lahan pertanian
Amerika diberi perlakuan dengan insektisida kimia. Akan tetapi,
masa sekarang para peneliti menyadari bahwa insektisida
golongan chlorinated hydrocarbon dan organophosphate memiliki
dampak dramatis terhadap hewan, ekosistem, dan manusia.
DDT, diketahui dapat bertahan di dalam lingkungan selama 15-20
tahun dan terakumulasi dengan meiningkatnya konsentrasinya
melalui rantai makanan. Bioakumulasi ini di dalam jaringan lemak
memiliki dampak biologis yang signifikan pada banyak organisme.
Sebagai contoh, di Amerika Utara, banyak spesies burung
termasuk burung elang pemangsa, rajawali, pelikan terpopulasi
secara parah.
Kekurangan insektisida kimia
Populasi serangga hama yang menjadi target meningkat
ketahanannya terhadap banyak insektisida kimia.
Insektisida kimia dijumpai kekurangan kespesifikan;
sehingga, serangga berguna ikut terbunuh bersamaan
dengan serangga hama.
Kadang-kadang musuh alami dari spesies serangga hama
lebih banyak terbunuh daripada organime target.
Oleh karena kelemahan-kelemahan insektisida kimia,
dicari cara alternatif untuk mengendalikan serangga yang
berbahaya selama 20 tahun terakhir ini.
Penggunaan insektisida yang dihasilkan secara alami
oleh mikroorganisme atau tanaman merupakan
pilihan yang nyata, Kenapa?
Karena sangat spesifik bagi spesies serangga
Biodegradable
Perlahan untuk menyeleksi ketahanan.
Para peneliti mampu memanipulasi gen yang mengencode agen serangga patogenik dan mengenalkan
mereka pada mikroba target yang dapat menginfeksi
serangga-serangga ini.
Racun Insektisida Bacillus thuringiensis
Insektisida mikroba dapat menjadi suatu organisme
yang menghasilkan bahan beracun yang
membunuh spesies serangga atau memiliki
kemampuan menginfeksi secara fatal serangga
target spesifik.
Insektida mikroba yang paling banyak dipelajari,
paling efektif dan paling sering digunakan adalah
racun yang disintesa oleh Bacillus thuringiensis.
Bakteri ini terdiri dari sejumlah strain yang berbeda
yang masing-masing menghasilkan racun yang
berbeda yang dapat membunuh serangga spesifik.
Contoh:
B. thuringiensis kurstaki, beracun terhadap larva
lepidoptera, termasuk ngengat, kupu-kupu, moths,
ulat kol, dan ulat pohon cemara.
B. thuringiensis israelensis, mampu membunuh
diptera, seperti nyamuk dan lalat hitam.
B. thuringiensis tenebrionis, efektif terhadap
coleoptera (kumbang), seperti kumbang kentang dan
kumbang penggerek.
Cara Kerja
Untuk membunuh seekor serangga hama, B.
thuringiensis harus dicerna sebagai kontak bakteri
atau racun dengan permukaan seekor serangga
tidak memiliki pengaruh terhadap organisme
target.
B. thuringiensis umumnya diaplikasikan dengan
penyemprotan, sehingga biasanya diformulasikan
dengan feromon serangga untuk mengingkatkan
kemungkinan serangga target akan memakan racun
tersebut.
Keuntungan
Oleh karena racun harus dimakan, sehingga membatasi
kepekaan serangga yang bukan target terhadap insektisida
ini.
Kekurangan
Serangga yang menyerang akar tanaman, biasanya kurang
suka memakan racun B. thuringiensis karena disemprotkan
pada permukaan tanaman inang.
Racun B. thuringiensis hanya bisa membunuh serangga yang
peka selama tahap perkembangan spesifik.
Nilainya 1.5-3 kali sama banyaknya sebagai insektisida
kimia.
Ketahanan serangga terhadap racun yang dihasilkan oleh
bakteri ini mungkin terjadi.
Contoh penggunaan Insektisida Bakteri
Bacillus thuringiensis sub specs. kurstaki digunakan
sebagai cara utama mengendalikan kumbang
penggerek pada pohon cemara di Kanada.
Penggunaannya meningkat dari 1% pada tahun 1979
hingga sekitar 74% pada tahun 1986 untuk
mengendalikan kumbang penggerek pada pohon
cemara di kanada.
Di negara lain, B. thuringiensis kurstaki telah
digunakan untuk mengendalikan ulat, ngengat, dan
ulat pada kubis dan tembakau.
Bagaimana Caranya Bekerja?
Aktifitas insektisida B. thuringiensis kurstaki dan strain
lain terkandung dalam satu struktur yang sangat besar,
disebut “parasporal crystal”, yang disintesa selama
sporulasi bakteri.
Kristal adalah jumlah kumpulam satu jenis protein yang
dapat dipisahkan dengan perlakuan basa sedang ke
lapangan sebanyak 2 subunit (masing-masing 130 kDa).
Kristal paraspora bukan merupakan bentuk aktif dari
insektisida; namun merupakan protoxin, suatu
pendahuluan bentuk aktif toksin.
Ketika kristal paraspora dimakan oleh serangga
target, protoxin dikativasi di dalam ususnya dengan
kombinasi pH basa (7.5 to 8.0) dan enzim pencerna
spesifik protease, yang mengubah protoxin menjadi
bentuk aktif dengan 68 kDa.
Ketika toksin berubah ke bentuk aktifnya, ia
memesukkan dirinya ke dalam membran sel epitel
usus serangga dan menciptakan suatu jalur ion di
mana terjadi kehilangan ATP sel. Lebih kurang 15
menit setelah jalur yang membentuk metabolisme
sel terhenti, serangga berhenti makan, menjadi
dehidrasi dan akhirnya mati.
Dua hal yang membuat proses ini menjadi spesifik :
1. keperluan untuk media basa
2. Keperluan untk enzim protease spesifik
B. thurigiensis kurstaki diaplikasikan dengan
penyemprotan kira-kira
1 .3 to 2.6 X 108 spora per m2 daerah target pada
puncak populasi larva dari organisme target.
Kristal hidupnya pendek karena ia pecah setelah
terkena sinar matahari, sehingga cocok disemprot
pada saat mendung.
Baculovirus sebagai Agen Biokontrol
Baculovirus berbentuk batang, virus doublestranded DNA dapat menginfeksi dan membunuh
sejumlah besar organisme invertebrata yang
berbeda. Sub group dari famili virus ini bersifat
patogenik pada beberapa kelas serangga,
Lepidoptera, Hymenoptera, Diptera, Neuroptera,
Trichoptera Coleoptera,dan Homoptera.
Oleh karena itu, beberapa baculovirus penting
untuk mengendalikan hama tertentu, dan terdaftar
sebagai pestisida.
Masalah!!!
Virus membunuh serangga secara perlahan-lahan
dalam waktu beberapa hari atau beberapa minggu.
Penyelesaian !!!
Meningkatkan virulensi virus dengan mengenalkan
gen asing yang akan mampu merusak dengan parah
atau membunuh serangga target menggunakan gen
tersebut yang menggagu siklus sel serangga.
Selama perkembangan serangga, hormon juvenil
larva diperlukan untuk proses metamorfosis,
sekarang hormon ini didegradasi dengan kerja
hormon estrase juvenil yang merupakan enzim yang
menonaktifkan hormon juvenil. Oleh karena itu,
peningkatan produksi hormon ini akan
mengganggu siklus hidup serangga dan
menyebabkan kematiannya.
Gen untuk estrase juvenil dimurnikan dari
serangga Heliothis virescens (ulat tembakau)
dan sequenceyang di-encode diisolasi dari
cDNA dan dimasukkan ke dalam genom
baculovirus di bawah pengawasan sinyal
transkripsi baculovirus.
Ketika virus ini dimakan serangga target,
proses makan dan pertumbuhan larva
sangat terbatas untukmpengendalian.
Permasalah Cara Ini:
Cara ini hanya spesifik untuk mengendalikan serangga
pada tahap larva, sehingga pengaruhnya juga terbatas.
Oleh karena itu, penggabungan gen racun di dalam
genom virus ini akan diterjemahkan selama siklus
normal virus di dalam serangga akan membantu proses
pembunuhan serangga kapan saja pada seluruh tahap
pertumbuhannya.
Contoh, gen yang meng-encode neurotoxin spesifik
serangga yang dihasilkan kalajengking dari Amerika
Utara di-kloning ke dalam baculovirus dan diuji
terhadap serangga target dan dijumpai dapat
menurunkan kerusakan tanaman hingga 50% . Namun
biaya menggandakan virus ini mahal.


Natural Bacillus
Thuringiensis (NON-GMO
BT)
Bio-pesticide BT (GMO)


NON Genetically Modified Organism
Dengan kata lain NON-GMO adalah
organisme alami dan belum diubah atau
diganti dengan cara apapun oleh pengaruh
manusia.
kadang-kadang organisme tersebut disebut
juga organik.
Definisi Organic adalah : “Penggunaan organisme
atau hasilnya yang direkayasa secara genetika
dilarang dalam bentuk atau tahap apapun pada
produksi proses, atau penanganan organik."
Sejarah singkat Bacillus thuringiensis (BT)
Bt adalah bakteri tanah yang terjadi secara alami.
Pertama sekali dideteksi pada tahun 1902 di dalam larva
Bombyx mori yang telah mati oleh Ishiwata, yang
melaporkan di dalam bukunya: “Pathology of the
Silkworms”
Pertama sekali diisolasi dari larva Ephestia kuehniella oleh
Berliner pada tahun 1911 setelah dia mencatat bahwa baketri
ini memiliki kapasitas membunuh serangga tertentu pada
tahap larva.
Bt alami sangat spesifik, dengan toksisitas terbatas hanya
untuk beberapa spesies dari kelompok utama serangga –
khususnya Lepidoptera (kupu-kupu/ngengat), Coleoptera
(kumbang), or Diptera (lalat/nyamuk).


Bacillus thuringiensis adalah bakteri pembentuk
spora, Gram negatif, yang selama masa
sporulasi, menghasilkan kristal protein (CRY).
Ciri-ciri: serangga patogen yang tersebar luas
dan aktifitas insektisidanya ditandai dengan
kristal parasporanya.
Sejumlah strain telah diisolasi dari berbagai
jenis habitat yang berbeda dan sampai saat ini
ada lebih dari 100 gen protein kristal yang
telah disequensing.

Toksisitas protein kristal
terhadap serangga tertentu dan
spesifisitasnya yang tinggi
menyebabkan perkembangan
bio-insektisida untuk
mengendalikan serangga hama di
antara ordo Lepidoptera, Diptera,
dan Coleoptera.
BT SPORES
Normal gut bacteria
BT crystalline Toxin 200px.
Cara kerja
1. Bacillus thuringiensis alami hanya efektif ketika dimakan oleh
serangga famili yang spesifik dengan usus yang khas
(biasanya basa) dan struktur membran usus yang khas yang
diperlukan untuk mengikat racun (khususnya kupu-kupu,
ngengat, kumbang, lalat, dan nyamuk).
2. Serangga tidak hanya harus pada tahap perkembangan yang
peka, tetapi bakteri juga harus dimakan dalam jumlah yang
cukup.
3. Ketika dimakan oleh serangga yang peka, spora
memakan makanan alami di dalam usus kemudian
ia melepaskan racun protein (Crystalline protein)
yang merusak dinding usus, sehingga menyebabkan
usus serangga menjadi bocor.
4. Serangga yang terinfeksi akan berhenti makan dan
mati dari kombinasi pengaruh kelaparan, kerusakan
jaringan, dan infeksi organ dalam pencernaan tissue
oleh patogen lain sejenis jamur dan bakteri.
5. Spora Bt biasanya tidak menyebar ke serangga lain
atau menyebabkan serangan penyakit dengan
sendirinya karena terjadi dengan banyak patogen.
Menurut tulisan Jacobs di dalam
“Proceedings of the Society of
Applied Bacteriology (1950,13
p83)”, Bt digunakan pertama
sekali sebagai biopestida
mikroba terhadap larva
Lepidoterapada tahun 1938,
sehingga memebri kesempatan
Bt pada produksi makanan.

Setelah dikonsumsi,
produk Bt diaktivasi
di dalam products
are activated usus
basa serangga,
sehingga menjadi
aman bagi mamalia.
Food Drug and Cosmetic Act
FDA 402(a)(1) - a food is adulterated
if it contains any poisonous or
deleterious substance which may
render the food injurious to health.

Salah satu cara menghindari penyemprotan pestisida
pada jagung telah ditemukan dan saat ini telah
digunakan sebanyak 30 % dari tanaman jagung di
Amreika Serikat. Ini merupakan taaman jagung yang
direkayasa secara genetika, yang menghasilkan racun
serangga, yang disebut Bt. Gen racun Bt diambil dari
bakteri dan ditempatkan di dalam tanaman jagung.

Pestisida mikroba adalah rekayasa genetika yang
berarti biopestisida BT biopesticide adalah Organisme
yang Direkayasa Genetika (GMO).
Biopestisida BT BUKAN organik atau alami, dan
tidak bertindak sebagai BT alami, dan ia TIDAK
selektif hanya untuk spesies serangga tertentu.
Uji Laboratorium terhadap Toksisitas Akut
Lebih dari 800 strain Bacillus thuringiensis dapat
mengeluarkan toksisitas yang berbeda kepada
serangga, rodensia, dan manusia.
Uji awal yang dilakukan terhadap toksisitas Bt
dilakukan menggunakan Bt var. thuringiensis,
yang merupakan strain Bt yang diketahui
mengandung toksin kedua yang disebut Betaexotoxin. Beta-exotoxin juga menyebabkan
kerusakan genetika pada sel manusia. Saat ini
Beta-exotoxin sedang didaftarkan sebagai
insektisida di Merika Serikat.
TERIMA KASIH