(BAL) secara fisiologi dikelompokkan sebagai bakteri

I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Bakteri asam laktat (BAL) secara fisiologi dikelompokkan sebagai bakteri
Gram positif, berbentuk kokus atau batang, tidak berspora dan menghasilkan asam
laktat sebagai produk utama fermentasi karbohidrat (Nur, 2005). Menurut
Kleerebezem dan Hugenholtz (2003), beberapa spesies BAL telah dikategorikan
ke dalam genus Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Pediococcus,
Oenococcus, Enterococcus dan Leuconostoc.
BAL berpotensi memberikan dampak positif bagi kesehatan, beberapa
diantaranya adalah dengan meningkatkan nilai nutrisi makanan, mengendalikan
infeksi pada usus, meningkatkan digesti (pencernaan) laktosa, mencegah
terjadinya plak pada dinding pembuluh darah (arteriosclerosis), menekan
proliferasi sel kanker, dan mengatur tingkat serum kolesterol dalam darah.
Sebagian keuntungan tersebut merupakan hasil dari pertumbuhan dan aktivitas
bakteri selama pengolahan makanan, sedangkan sebagian lainnya hasil dari
pertumbuhan BAL di dalam saluran usus (Gilliland, 1990). Beberapa strain BAL
yang diisolasi dari manusia telah dimanfaatkan secara komersil seperti
Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus casei Shirota, dan Lactobacillus
acidophilus LA-1 (Dunne et al., 2001). Penelitian Harmsen et al. (2000)
menyebutkan bahwa Bifidobacterium merupakan bakteri dominan (>60%) dalam
feses bayi yang mengkonsumsi air susu ibu (ASI) selama 1 minggu setelah
kelahiran.
Selain
Bifidobacterium
ditemukan
juga
genus
BAL
seperti
1
2
Streptococcus dan Lactobacillus. Terdapat hubungan erat antara perkembangan
flora saluran pencernaan setelah kelahiran dengan konsumsi ASI yang
mengandung oligosakarida (Boehm dan Stahl, 2007).
BAL banyak dimanfaatkan sebagai probiotik. Probiotik adalah bakteri
hidup yang dapat dikonsumsi oleh manusia dalam bentuk makanan atau minuman
serta dapat memberikan efek kesehatan bagi tubuh jika ditambahkan dalam
jumlah yang cukup. Beberapa manfaat mengkonsumsi probiotik antara lain :
meningkatkan kesehatan saluran pencernaan, mendukung perkembangan sistem
kekebalan, meningkatkan nilai nutrisi, serta menurunkan gejala lactose
intolerance (Collado et al., 2009). Beberapa publikasi telah melaporkan manfaat
probiotik dalam menjaga keseimbangan bakteri dalam saluran pencernaan (Khan
dan Ansari, 2007), merangsang sistem kekebalan saluran pencernaan (Xiao et al.,
2006), menurunkan kadar kolesterol (Pareira et al., 2003), serta mencegah kanker
pada saluran pencernaan (Wollowski et al., 2001).
Beberapa persyaratan yang diperlukan strain BAL sebagai agensia
probiotik adalah : (1) merupakan mikroflora alami saluran pencernaan manusia,
(2) mampu bertahan hidup dalam saluran pencernaan, (3) tahan terhadap asam
lambung, (4) memiliki kemampuan menempel pada sel epitel usus manusia, dan
(5) mampu menghasilkan komponen antimikrobia lain (bakteriosin, hidrogen
peroksida, diasetil dan reuterin) di samping asam organik (Rahayu, 2008).
Saluran pencernaan manusia adalah organ metabolisme paling aktif dalam
tubuh (Mattila-Sandholm dan Saarela, 2005). Ekosistem dalam saluran
pencernaan manusia telah berkembang dari waktu ke waktu. Kolonisasi bakteri
3
dalam saluran pencernaan bayi dimulai saat proses persalinan. Mikroflora saluran
pencernaan dapat berasal dari saluran reproduksi ibu atau kotoran pada bayi yang
dilahirkan secara konvensional atau berasal dari lingkungan pada persalinan
secara caesar. Pemilihan diet untuk bayi juga sangat penting terhadap ekosistem
tersebut. Mikrobiota saluran pencernaan bayi yang mengkonsumsi ASI eksklusif
didominasi oleh Bifidobacteria, sedangkan susu formula memiliki komposisi flora
yang kompleks seperti komposisi mikrobiota saluran pencernaan orang dewasa
yaitu Bacteriodes, Clostridia, Bifidobacteria, Lactobacillus, bakteri kokus Gram
positif, Coliform dan kelompok lain. Kemampuan saluran pencernaan untuk
mempertahankan kelompok bakteri yang bermanfaat bagi kesehatan terhadap
keberadaan bakteri berbahaya sangat penting untuk kesehatan dan mengurangi
resiko penyakit (O’Grady dan Gibson, 2005).
Isolasi BAL telah dilakukan dari feces bayi yang berumur kurang dari satu
bulan dan mengkonsumsi ASI eksklusif serta dilahirkan secara normal karena
populasi BAL yang masih cukup tinggi pada feces tersebut (Bezkorovainy, 2001).
Hal tersebut juga dilakukan oleh Widodo et al. (2012a; 2012b; 2014) yang telah
berhasil mengidentifikasi 17 isolat BAL yang diperoleh dari feces bayi asal
Indonesia, empat diantaranya yang juga akan dipakai pada penelitian ini yaitu
isolat AP dan AG yang memiliki persamaan 99% dengan L. casei, isolat BE dan
BK yang memiliki persamaan 99% dengan Pediococcus acidilactici.
Probiotik dan prebiotik secara simbiosis bekerja sama untuk memberikan
manfaat kesehatan kepada tubuh manusia. Prebiotik didefinisikan sebagai
kandungan makanan yang tidak dapat dicerna dan berfungsi sebagai substrat bagi
4
pertumbuhan
sejumlah
bakteri
yang
menguntungkan
(Bifidobacterium,
Lactobacillus, dan Eubacterium) yang tumbuh dalam usus (Gibson and
Roberfroid, 1995). Menurut Scheppach et al., (2001), inulin dan fructo
oligosaccharide (FOS) sering digunakan sebagai prebiotik. Berbagai jenis pangan
karbohidrat khususnya pati resisten, serat pangan dan oligosakarida yang tidak
dapat dicerna (non-digestable) merupakan substrat untuk fermentasi bakteri di
dalam usus besar. Menurut Gibson dan Roberfroid (1995), prebiotik akan
meningkatkan jumlah bakteri yang menguntungkan bagi pencernaan karena
prebiotik tidak dapat diserap di usus kecil sehingga sampai di usus besar tetap
utuh dan menjadi substrat untuk pertumbuhan bakteri yang menguntungkan.
Menurut Crittenden (1999), inulin digunakan sebagai bahan tambahan makanan
untuk dapat diaplikasikan sebagai substitusi lemak. Kolida (2002) menyatakan
bahwa inulin memiliki kemampuan yang efektif sebagai prebiotik. Inulin telah
digunakan secara luas pada yogurt, susu, ice cream, coklat, biskuit, dan spread.
BAL dapat menggunakan inulin untuk pertumbuhannya (Muir, 1999), Ozer
et al. (2005) menyatakan bahwa terjadi kenaikkan pertumbuhan Bifidobacteria
setelah penambahan inulin. Beberapa hasil penelitian yang dilaksanakan secara in
vivo dengan menggunakan hewan percobaan atau percobaan klinis telah
menunjukkan peningkatan jumlah Lactobacillus ketika pemberian inulin
(Kleessen et al., 2001; Langlands et al., 2004), tetapi dalam penelitian lain jumlah
Lactobacillus tetap stabil setelah pemberian inulin (Kaplan dan Hutkins, 2003).
Penelitian tersebut menunjukkan bahwa kemampuan untuk memfermentasi inulin
hanya dilakukan oleh strain tertentu untuk genus Lactobacillus. Hasil berbeda
5
ditunjukkan oleh Bifidobacteria dimana kemampuan fermentasi inulin lebih luas
(Hopkins et al., 1988). Berdasarkan penelitian Widodo et al. (2012a; 2012b;
2014) telah didapatkan beberapa kandidat bakteri yang dapat digunakan sebagai
probiotik, beberapa diantaranya yaitu L. casei strain AG, L. casei strain AP, P.
acidilactici strain BK dan P. acidilactici strain BE yang digunakan dalam
penelitian ini.
Widodo et al. (2012a) menyatakan bahwa L. casei strain AG dapat
menggunakan inulin yang ditandai dengan adanya kenaikkan pertumbuhan
L. casei strain AG. Menurut Widodo et al. (2012b; 2014), BAL dapat
menggunakan inulin sebagai satu-satunya sumber karbon. Hasil penelitian
tersebut juga melaporkan bahwa P. acidilactici strain AA dan P. acidilactici strain
BK tidak dapat menggunakan inulin ditandai dengan menurunnya pertumbuhan
strain AA dan BK setelah 6 jam pada media yang mengandung inulin sebagai
satu-satunya sumber karbon sedangkan P. acidilactici strain BE dapat
menggunakan inulin. Hal tersebut berarti P. acidilactici strain BE berpotensial
sebagai probiotik. Menurut Shin et al., (2004), proses fermentasi inulin yang
terjadi di dalam bakteri kemungkinan dipengaruhi oleh protein intrasellular,
namun data protein intrasellular pada BAL sangat terbatas dan banyak yang belum
diketahui fungsinya (Ohmiya dan Sato, 1975; Muset et al., 1989; Akuzawa dan
Okitani, 1995). Ukuran protein intrasellular BAL berbeda antar strain dan fungsi
mereka mungkin juga berbeda (Shin et al., 2004).
Pada sisi lain, kemampuan perlekatan (adhesi) pada sel epitel dan
permukaan mukosa merupakan syarat penting BAL sebagai probiotik. Perlekatan
6
sel merupakan proses kompleks yang melibatkan kontak antara membran sel
bakteri dan interaksi permukaan. Kesulitan dalam mempelajari perlekatan bakteri
secara in vivo dalam tubuh manusia telah mendorong minat dalam pengembangan
ke model in vitro untuk skrining awal strain yang dapat melakukan perlekatan.
Perlekatan mikroba merupakan interaksi yang kompleks antara ikatan van der
waals dan gaya elektrostatik serta interaksi lain. Strain yang dapat melakukan
perlekatan dengan baik terhadap hidrokarbon dianggap sebagai hidrofobik dan
strain yang tidak dapat melakukan perlekatan dengan baik dianggap hidrofilik
(Drury et al., 2011). Sanchez dan Urdaci (2012) menyatakan bahwa protein
ektrasellular berperan penting dalam proses perlekatan BAL.
Telah banyak penelitian tentang probiotik dan prebiotik tetapi kebanyakan
tentang aspek fisiologis seperti perlekatan secara in vitro pada sel Caco-2 atau
lendir (mucus) (Apostolou et al., 2001; Ouwehand et al., 2002), sedangkan
mekanisme fermentasi inulin dan perlekatan pada L. casei strain AG, L. casei
strain AP, P. acidilactici strain BK dan P. acidilactici strain BE belum diketahui.
Dengan demikian perlu dilakukan penelitian mengenai mekanisme proses
fermentasi inulin dan perlekatan secara in vitro pada strain Lactobacillus dan
Pediococcus asal sistem pencernaan bayi tersebut.
1.2. Permasalahan
Permasalahan pada penelitian ini adalah :
1. Apakah strain bakteri uji memiliki gen yang diduga berperan dalam proses
perlekatan?
7
2. Apakah strain bakteri uji memiliki gen yang berperan dalam proses
fermentasi inulin?
3. Bagaimanakah profil protein pada strain bakteri uji yang ditumbuhkan pada
medium yang mengandung musin?
4. Bagaimanakah profil protein pada strain bakteri uji yang ditumbuhkan pada
medium yang mengandung inulin?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah 1) mendeteksi gen yang diduga berperan
dalam proses perlekatan, 2) mendeteksi gen yang diduga berperan dalam proses
fermentasi inulin, 3) mengetahui profil protein pada strain bakteri uji yang
ditumbuhkan pada medium yang mengandung musin, 4) mengetahui profil protein
pada strain bakteri uji yang ditumbuhkan pada medium yang mengandung inulin.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah dengan memahami mekanisme perlekatan
dan fermentasi inulin akan memberikan dasar ilmiah untuk seleksi strain terbaik
dalam aplikasinya sebagai pangan fungsional.
1.5. Keterbaruan Penelitian
Penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Widodo et al., (2012a,
2012b, 2014) memperoleh enam isolat dari feces bayi dan telah teridentifikasi
sebagai BAL dan memiliki potensi probiotik secara in vitro. Pada penelitian
tersebut telah diketahui bahwa hanya 3 strain terpilih (L. casei strain AG, L. casei
strain AP, dan P. acidilactici strain BE) yang mampu memfermentasikan inulin
dan pada keenam strain tersebut juga telah dilakukan uji perlekatan pada mukus
8
yang saat ini menjadi salah satu tahapan penting dalam penapisan BAL sebagai
kandidat probiotik. Pada penelitian ini dilakukan pendekatan molekuler untuk
mendeteksi gen yang berperan dalam mekanisme perlekatan pada musin babi
secara in vitro dan pada mekanisme fermentasi inulin. Selain itu juga dilakukan
profiling protein yang terlibat pada masing-masing mekanisme tersebut.