BAKTERI ENTOMOPATOGEN (Lanjutan)

Oleh Irda Safni
Bakteri yang membentuk spora
Ordo: Bacillales
 Termasuk bakteri yang membentuk spora (spore-forming
bacteria)
 Gram-positif yang berbentuk batang (rods) dan bentuk
bulat (cocci), yang biasanya tersusun dalam bentuk rantai.
 Pada kondisi lingkungan yang ekstrim, bakteri melakukan
sporulasi membentuk 1 spora yang berbentuk oval per 1
sel.
 Bakteri entomopatogen penting pada kelompok ini adalah
genus Bacillus dan Paenibacillus.
Bacillus thuringiensis (Bt)
Bt adalah bakteri fakultatif-anaerobik, membentuk
spora.
 Terdapat di tanah secara alami.
 Kespesifikan bakteri ini adalah pembentukan protein
yang mengkristal (insecticidal crystal protein/ ICPs) yang
mengandung endotoksin insektisida khusus, disebut Cry
toxin atau Bt toxin.
 Kristal (cry) mempunyai berbagai bentuk (bipyramidal,
cuboidal, flat rhomboid, spherical atau komposisi dengan
2 jenis kristal), tergantung komposisi ICP.
Ada berbagai jenis kristal yang spesifik terhadap
genera serangga tertentu, seperti:
- Lepidoptera (cryI)
- Diptera dan Lepidoptera (cryII)
- Coleoptera (cryIII)
- Diptera (cryIV)
- Coleoptera dan Lepidoptera (cryV) (Höfte & Whiteley,
1989).
Bacillus thuringiensis (Bt)
 Pertama sekali dideteksi pada tahun 1902 pada larva
Bombyx mori yang sudah mengering oleh Ishiwata.
 Pada tahun 1911, Bt pertama sekali diisolasi dari larva
Ephestia kuehniella oleh Berliner dan dijumpai memiliki
kemampuan untuk membunuh serangga tertentu.
 Bt alami bersifat sangat spesifik, beracun hanya untuk
beberapa spesies kelompok serangga: Lepidoptera (kupukupu, ngengat), Coleoptera (kumbang), Diptera (lalat,
nyamuk), Hymenoptera (tawon, lebah, semut, dll).
Target insects for Bt toxin
Cry toxins have specific activities against insect species of the orders
Lepidoptera (moths and butterflies), Diptera (flies and mosquitoes),
Coleoptera (beetles), Hymenoptera (wasps, bees, ants and sawflies) and
nematodes.
Bacillus thuringiensis (Bt)
 Sampai saat ini > 50 subspesies Bt telah ditemukan,
yang diisolasi dari berbagai jenis habitat.
 > 100 gen protein kristal telah di-sequensing.
 Toksisitas protein kristal ini terhadap serangga tertentu
yang menyebabkan pengembangan bio-insektisida.
 Sejak tahun 1930, Bt telah digunakan sebagai alternatif
insektisida DDT dan organophosphat.
Klasifikasi Bt
 Bt diklasifikasikan berdasarkan karakteristik sel,
biokimia, dan genetikanya.
 Bt termasuk anggota kelompok Bacillus cereus (Bc),
termasuk B. cereus, B. mycoides dan B. anthracis.
 Bt dan Bc tidak dapat dibedakan oleh karakteristik
fenotip (morfologi dan penggunaan bahan organik),
karakteristik asam lemak, gula, elektroforesis enzim
multilokus, juga karakteristik genotip (analisa homologi
DNA, sekuensing 16S rDNA, dll).
Bt hanya dapat dibedakan dari Bc oleh produksi salah
satu badan inklusi selama proses sporulasi.
Klasifikasi subspesies Bt
 Hingga akhir tahun 1998, terdapat 67 subspesies Bt
yang berhasil diidentifikasi.
 Identifikasi subspesies Bt berdasarkan analisa
serologi antigen flagella (de Barjac & Bonnefoi, 1962).
Cara kerja Bt pada serangga target
Kristal Endotoksin Bt
Cara kerja Bt pada serangga target
 Spora ICP ditelan oleh serangga larva yang rentan.
 Di dalam usus, kristal ICP berdisiosiasi menjadi
bentuk protoksin, kemudian protoksin diaktivasi menjadi
holotoksin oleh enzim protease usus.
 Usus menjadi lumpuh, dan serangga berhenti makan.
Habitat B. thuringiensis
Di dalam tubuh serangga inang
 Beberapa jenis Bt telah diisolasi dalam tubuh
serangga, termasuk Coleoptera, Diptera, dan
Lepidoptera, dapat berkembang biak di dalam tubuh
serangga inangnya.
 Bangkai serangga yang terinfeksi biasanya
mengandung spora dan kristal dalam jumlah besar,
yang kemudian dapat dilepaskan di lingkungan.
Di dalam tanah
 Spora Bt dapat bertahan di dalam tanah dan
pertumbuhan vegetatif terjadi jika nutrisi telah tersedia.
 Hasil penelitian di Amerika, 0,5 – 0,005% spesies Bt
diisolasi dari sampel tanah (DeLucca et al.1981).
Di atas permukaan tanaman
 Sejumlah subspesies Bt dijumpai di permukaan
tanaman (phylloplane), seperti pohon coniferous, pohon
deciduous, sayur-sayuran, dan tanaman herbal (Smith
& Couche, 1991; Damgaard et al., 1997)
 Bt juga diisolasi dari produk biji-bijan yang disimpan
(Meadows et al., 1992).
 Bt toxin dari B. thuringiensis subsp. kurstaki
dikenal dengan nama dagang: Dipel, Sok-Bt,
Thuricide, Certan, dan Bactospeine.
 Bt toxin dari B. thuringiensis subsp.
israelensis (Bti) dikenal dengan nama dagang:
Bactimos, Bacticide, BMC, Teknar, dan
Vektobak.
Pengaruh Bt terhadap organisme non-target
dan manusia
 Hasil penelitian Bt tidak memiliki dampak terhadap
beberapa mamalia, burung, ikan dan beberapa vertebrata
air di laboratorium.
 Aplikasi Bt juga tidak dijumpai membahayakan
manusia/pekerja.
Lysinibacillus (formerly Bacillus) sphaericus
 Bakteri berbentuk bulat (spherical), aerob,
dan dijumpai secara alami di dalam tanah.
 Terkenal dengan istilah : Jurasic Park
Bacterium, karena berhasil diisolasi dari dalam
usus lebah yang sudah punah yang berusia 2540 juta tahun (Proplebia dominicana).
Lysinibacillus sphaericus
 Bakteri ini membentuk protein kristal selama proses
sporulasi.

Toksin L. sphaericus, yang disebut : Potent Binary
Protein Toxins (Bin), secara spesifik dapat membunuh
larva nyamuk, terutama yang berada di dalam air,
sehingga dapat digunakan sebagai bio-insektisida.
 Sel vegetatif strain bakteri tertentu menghasilkan
mosquitocidal toxins (Mtx proteins)
 Cara kerja insektisida: merusak sel epitel mikrovillar
di dalam usus.
 Toksin L. sphaericus dikenal dengan nama dagang:
Spic Biomass.
 Target utama formulasi komersil L. sphaericus:
nyamuk dan lalat hitam.
 Tidak berbahaya bagi organisme non-target,
seperti binatang piaraan, burung, ikan, juga
manusia.
Lysinibacillus sphaericus
Bentuk vegetatif bakteri B. sphaericus
SEM bakteri B. sphaericus
Paenibacillus (formerly Bacillus) popilliae
 Bakteri ini berbentuk batang, membentuk spora.
 Bakteri P. popilliae merupakan bakteri entomopatogen
pertama didaftarkan di Amerika.
 Awalnya spora bakteri yang seperti susu (milky spore
bacteria) diisolasi dari tubuh kumbang Jepang (Popillia
japonica) yang secara tidak sengaja masuk ke Amerika
tahun 1916.
 Larva kumbang Jepang yang terinfeksi bakteri P.
popilliae menjadi putih seperi susu, disebut “Milky
Disease”.
Paenibacillus popilliae
Kumbang Jepang dewasa
Larva kumbang Jepang
yang sehat
Larva kumbang Jepang
yang terinfeksi
Paenibacillus popilliae
 Hingga saat ini toksin P. popilliae memiliki
inang yang terbatas, yaitu hanya efektif
membunuh kumbang Jepang (Japanese
beetle)
 Bio insektisida P. popilliae aman bagi manusia
dan vertebrata lain.
Brevibacillus laterosporus (formerly Bacillus
orpheus)
 Bakteri berbentuk batang, membentuk
endopsora.
 Spesies ini terdapat di berbagai habitat,
termasuk di dalam tanah, pada batu permata, di
dalam air tawar, air laut, tubuh serangga,
permukaan daun, tanah kompos, susu, keju,
madu, makanan berpati, burung puyuh, atau wol
binatang.
Brevibacillus laterosporus
 Bakteri ini merupakan agen pengendali hayati yang
potensial terhadap berbagai serangga genera
Coleoptera, Lepidoptera, dan Diptera (nyamuk Aedes
aegypti, lalat), juga terhadap nematoda dan moluska.

Bakteri B. laterosporus juga patogenik terhadap
beberapa jenis bakteri dan jamur.

Racun yang di-sekresikan bakteri B. laterosporus
(insecticidal secreted protein/ ISP) memiliki daya racun
yang sama dengan Bt.
Clostiridium bifermentans
 Strain C. bifermentans serovar malaysia (Cbm),
yang diisolasi di Malaysia, menunjukkan toksisitas
yang tinggi terhadap nyamuk dan lalat hitam.
 Selama sporulasi, bakteri ini menghasilkan 3 protein
utama yang berperan pada kerja insektisida.
 Salah satu protein adalah mosquitocidal protein
Cbm71, yang menunjukkan homologi terhadap delta
endotoksin Bt.
Penggunaan Bakteri Entomopatogen pada
Pengendalian Hama Terpadu
 Bakteri entomopatogen dan produk turunannya mewakili
bahan aktif dari beberapa “biopestisida”.
 Bahan aktif biopestisida ini termasuk:
1. Organisme hidup yang diperbanyak secara massal
(musuh alami predator dan parasitoid)
2.Nematoda dan mikroorganisme (bacteri, jamur,
microsporidia, virus)
3. Bahan alami dari ekstrak tanaman dan semi-kimia (cth.
pheromones).
 Pada negara yang mengizinkan, biopestida termasuk
tanaman yang direkayasa yang mengekspresikan gen yang
membawa ketahanan terhadap hama atau penyakit.
 Agens biokontrol, seperti bakteri entomopatpgen,
biasanya bahan yang rendah resiko dibanding pestisida
kimia konvensional.
 Cara kerjanya biasanya lebih kompleks daripada kimia
konvensional, men-target tempat kerja yang beragam,
sehingga kecil kemungkinann untuk perkembangan hama
resisten.
 Walaupun bakteri entomopatogen dapat digunakan
sebagai produk tunggal untuk pengendalian hama,
sangat disarankan untuk menggunakannya secara rotasi
dan kombinasi dengan pestisida kimia untuk mencapai
efikasi yang penuh dan kestabilan ekologi.
 Keefektifan bakteri entomopatogen sering berhubungan
dengan cara aplikasi yang tepat di lapangan.
 Contoh, produk yang cara kerjanya dimakan (seperti
produk Bt), waktu aplikasi sangat penting untuk
memastikan racun bakteri tetap stabil di lingkungan
sampai mereka dimakan serangga target.
 Aspek lain adalah memastikan cakupan substrat (cth.
daun) sering dimakan serangga target.
 Telah dikembangkan proses dan formulasi khusus dari
biopestisida berbahan aktif bakteri.
 Formulasi padat dan cair telah tersedia di pasar.
 Di samping mengoptimumkan keefikasiannya, strategi
pengendalian hama modern juga meminimalisasi
dampaknya terhadap lingkungann dan organisme nontarget  sejalan dengan peraturan “the maximum residue
levels (MRLs)” untuk pestisida sintetik.
 Pasar dunia untuk pestisida, termasuk segmen
pestisida sintetik dan biopestisida diestimasikan
meningkat 6.3% per tahun dan target $ 80 juta pada
tahun 2019 (Ruiu, 2015). Segmen pasar biopestida
diperkirakan mengalami peningkatan sebanyak 4%
dibanding pestisida sintetik.
 Kategori lain adalah Biosida, termasuk produk untuk
kesehatan masyarakat, seperti mikroba yang membunuh
nyamuk dan lalat. Pasar ini juga diprediksikan meningkat
di masa yang akan datang.
Terima Kasih