BAKTERIOSIN DAN PERANNYA DALAM EKOLOGI MIKROBA RUMEN

   

BAKTERIOSIN DAN PERANNYA  DALAM EKOLOGI MIKROBA RUMEN   

I. PENDAHULUAN 

     

SUPARJO  y jajo66.wordpress.com 

Antibiotik telah lama digunakan dalam usaha peternakan, baik  untuk  pengobatan    (therapeutic)  maupun  untuk  pencegahan  penyakit atau peningkatan produksi (subtherapeutic). Keuntungan  penggunaan  antibiotik  sebagai  pemacu  pertumbuhan  (growth promoter)  diantaranya  meningkatan  produksi  dan  efisiensi  penggunaan  pakan.  Sisi    negatif  penggunaan  antibiotik  diantaranya  timbulnya  organisme  yang  resisten  terhadap  antibiotik  tertentu    dan  residu  yang  tersisa  pada  produk‐ produk  peternakan.  Antibiotik  mempunyai  spektrum  kerja  yang  luas  sehingga  dapat  membunuh  semua  jenis  organisme  yang  ada,  baik  organisme  yang  menguntungkan  maupun  patogen.  Pengurangan  penggunaan  antibiotik  sebagai  pemacu  pertumbuhan (growth promoters) ternak memberi implikasi pada  meningkatnya  intensitas  penggunaan  substansi  pemacu  pertumbuhan  alternatif.  Beberapa  bahan  seperti  probiotik,  prebiotik  (Suskovic  dkk.  2001),  ekstrak  tanaman  (Tucker  2002), enzim (Rosen 2000) dan asam organik (Caja, Garin dan  Mesia  2000)  terus  diteliti  penggunaannya  sebagai  pemacu  pertumbuhan alternatif pengganti antibiotik.   Probiotik merupakan salah satu alternatif antibiotik yang dapat  berperan  sebagai  pemacu  pertumbuhan.  Probiotik  secara  umum  didefinisikan  sebagai  kultur  tunggal  atau  campuran  mikroorganisme  hidup  yang  mempunyai  pengaruh  yang  menguntungkan  terhadap  induk  semang  melalui  peningkatan  karakteristik mikroflora indigenous (Havenaar, Brink dan Veld  1992).  Probiotik dapat dianggap sebagai  food ingredient (Touhy  2003),  dietary supplement  (Roberford  2000)  atau  feed supplement   (Fuller  1989)  berupa  mikroorganisme  hidup  yang  menguntungkan bagi kesehatan manusia atau ternak.   Bakteri probiotik yang digunakan secara komersial dewasa ini  umumnya  berasal  dari  genus  Lactobacillus   dan  Bifidobacterium (Heller  2001;  Šušković  dkk.  2001;  Touhy  2003).    Beberapa  spesies  bakteri  yang  biasa  digunakan  sebagai  probiotik  ditampilkan pada Tabel 1.  Bakteri yang paling banyak digunakan  ©2008. BAKTERIOSIN DAN PERANNYA DALAM EKOLOGI MIKROBA RUMEN.   Suparjo. Laboratorium Makanan Ternak Fakultas Peternakan Universitas Jambi 

©2008

sebagai probiotik baik pada bidang peternakan maupun bidang  pangan  adalah  bakteri  asam  laktat  (BAL).  BAL  didefinisikan  sebagai  bakteri  pembentuk  asam  laktat  dalam  metabolisme  karbohidrat dan terdiri dari berbagai macam kelompok bakteri  gram  positif.    BAL  mempunyai  peranan  penting  dalam  pengawetan  bahan  pangan  dan  melawan  bakteri  patogen  melalui senyawa peptida antimikroba. 

|2

Mekanisme kerja probiotik dapat diekspresikan melalui 3 cara  (Šušković  dkk.  2001),  yaitu;  (1)  menekan  pertumbuhan  mikroorganisme  patogen  pada  saluran  pencernaan  melalui  produksi  substansi  antimikroba  (asam  laktat,  asam  asetat,  asetaldehida, hidrogen peroksida dan bakteriosin), persaingan  mendapatkan  zat  makanan  dan  persaingan  reseptor  pada  epitelium  usus;  (2)  merubah  metabolisme  mikrobial  dengan  meningkatkan  aktifitas  enzim  yang  bermanfaat  seperti  galactosidase atau menekan enzim yang tak bermanfaat seperti  gluruconidase,  ‐glucosidase,  ‐nitroreductase  dan  (3)  merangsang pembentukan kekebalan  tubuh.  Tabel 1. Beberapa Spesies Mikroorganisme sebagai Probiotik  LACTOBACILLUS 

BIFIDOBACTERIA 

L. acidophilus 

B. adolescentis 

Enterococccus faecalis 

Bacilus cereus var toyoi

L. amylovorus 

B. animalis 

Enterococccus faecium 

Saccharomyces cerevisiae

L. casei 

B. bifidum 

Lactococcus lactis 

Saccharomyces boulardii

B. breve 

Leuconstoc mesenteroides 

B. infontis 

Pediococcus acidilactici 

L. gallinarum 

B. lactis 

Sporolactobacillus inulinus 

L. gasseri 

B. longum 

Streptococcus thermophilus 

L. cripatus  L. delbrueckii

subsp.

BAL LAIN 

NON BAL 

bulgaricus 

L. johnsonii  L. paracasei  L. olantarum  L. reuteri  L. rhamnosus 

         

Sumber : Holzapfel dkk. (2001) 

Produksi  senyawa  toksin  merupakan  hal  yang  sering  terjadi  dalam  interaksi  kompetisi  antara  mikroba  dan  beberapa  senyawa  tersebut  telah  berhasil  diadopsi  dan  diaplikasikan  dalam  mengontrol  populasi  mikroba.  Beberapa  bakteri  probiotik mampu menghasilkan senyawa mirip antibiotik yang  mempunyai pengaruh langsung terhadap bakteri dalam saluran  pencernaan (Hillman 2001) yang disebut bakteriosin (Martinez  dkk.  2000).  Bakteriosin  bakteri  asam  laktat  tertentu  mempunyai  aktivitas  yang  menghambat  bakteri  Butyrivibro  spp.  (Kalmokoff  dkk.  1996).  Bakteriosin  dapat  menjadi  alternatif  pengganti  antibiotik  dalam  memanipulasi  populasi  mikroba 

rumen. Bakteriosin mempunyai kelebihan dibanding antibiotik  karena  mempunyai  target  yang  spesifik,  rentan  terhadap  pencernaan  proteolitik,  memungkinkan  untuk  dilakukan  manipulasi dan transfer genetik dan aman digunakan.  ©2008

|3

Ternak  ruminansia  memanfaatkan  makanan  yang  dikonsumsinya  setelah  dilakukan  proses  fermentasi  di  dalam  rumen  dan  saluran  pecernaan  lainnya.  Rumen  merupakan  kantong  yang  berisi  bermiliaran  mikroba  yang  terdiri  dari  bakteri, protozoa dan fungi. Rumen berisikan berbagai spesies  mikroba.  Setiap  gram  isi  rumen  mengandung  sekitar  1010  bakteri dengan 200 spesies, 106 protozoa dengan  25 genus dan  106  fungi  dengan  5  genus  (Mackie  dkk.  1999).  Rumen  dengan  volume 50 liter maka terdapat sekitar 5 x 1014 bakteri, 5 x 1010  protozoa  dan  5  x  1010  fungi.    Dalam  aktivitasnya,  mikroba  tersebut  saling  berinteraksi  baik  sesama  spesies  maupun  antara spesies atau genus. Interaksi yang terjadi dapat bersifat  positif yang saling menguntungkan maupun negatif yang dapat  menghambat  perkembangan  mikroba  lain.  Bakteriosin  merupakan  salah  satu  peptida  antimikroba    yang  dapat  menghambat  bakteri.  Sifat  penghambatan  bakteriosin  sangat  spesifik  karena  hanya  menghambat  atau  membunuh  spesies  bakteri  lain  yang  mempunyai  hubungan  yang  dekat.  Namun  sejauh  ini,  perhatian  tentang    bakteriosin  lebih  banyak  ditujukan pada bidang pengawetan pangan. Populasi bakteri di  dalam  rumen  memungkinkan  terjadinya  kompetisi  yang  ketat  dalam  memperoleh  zat  makanan.  Permasalahannya  apakah  bakteriosin  berperan    dalam  kompetisi  tersebut    yang  dapat  merubah sistem ekologi rumen. 

II. KARAKTERISTIK BAKTERIOSIN  Bakteriosin  adalah  peptida  antimikroba  yang  disintesis  secara  ribosomal  yang  dihasilkan  sejumlah  bakteri  (Martirani  dkk.  2002)  dan  mempunyai  pengaruh  bakterisidal  dan  bakteriostatik  terhadap  bakteri  yang  mempunyai  hubungan  yang  dekat  dengan  bakteri  penghasilnya  (Ko  dan  Ahn  2000).  Bakteriosin  dihasilkan  baik  oleh  bakteri  gram‐positif  maupun  bakteri gram‐negatif. Bakteriosin gram‐positif mengandung 30  sampai  60  asam  amino  dengan  aktifitas  yang  bervariasi  dari  spektrum  sempit  sampai  luas  dalam  melawan  bakteri  gram‐ positif lain (Jack dkk. 1995) bahkan ada yang beraksi terhadap  bakteri  gram‐negatif.  Penamaan  bakteriosin  umumnya  disesuaikan dengan bakteri penghasilnya seperti Lactococcin A,  Lactococcin  G,  lactococcin  972    dihasilkan  oleh  bakteri  Lactococcus lactis, Enterococcin (Enterococcus faecalis), Carnobactericin  (Carnobacterium piscicola),  Aurecin  (Staphylococcus aureus),  Bacillocin  (Bacillus licheniformis),  Acidolin,  Acidophilin,  Lactacin  (Lactobacillus acidophilus), Lactocin, Helveticin (L. helveticus), Plantaricin, Planticin  (L. plantarum) dan lain sebagainya.  

©2008

Bakteriosin  pertama  kali  terdeteksi  pada  tahun  1925  oleh  Andre Gratia yang mengamati pertumbuhan beberapa strain  E. coli yang pertumbuhannya dihambat oleh senyawa antimikroba  yaitu colicin (Oscárriz dan Pisabarro  2001). Bakteriosin selain  berperan  dalam  menjaga  kesehatan  ternak  dan  manusia  melalui  penyeimbangan  ekosistem  pencernaan,  bakteriosin  yang  dihasilkan  bakteri  asam  laktat  juga  berperan  sebagai  pengawet  alami  dalam  penyimpanan  dan  pengolahan  bahan  pangan (Soomro dkk. 2002) 

|4

Penggunaan  istilah  bakteriosin  sering  dikacaukan  dengan  istilah  antibiotik  dan  antimikroba.  Antibiotik  adalah  zat  kimia  yang  dihasilkan  oleh  berbagai  mikroorganisme.  Bakteriosin  adalah  zat  kimia  berupa  peptida  atau  protein  yang  dihasilkan  oleh bakteri sedangkan antimikroba disamping zat kimia yang  dihasilkan  oleh  berbagai  mikroorganisme  (antibiotik,  bakteriosin)  juga  substansi  yang  diperoleh  secara  sintetik.   Bakteriosin secara umum berbeda dengan antibiotik dalam hal  sintesis,  mekanisme  kerja,  spektrum  dan  tujuan  pemakaian  (Tabel 2).   Bakteriosin  ‐meskipun  mempunyai  heterogenitas  komposisi  kimia  dan  aktifitas  biologis‐  biasanya  mempunyai  beberapa  karakteristik  umum,  seperti  menghambat  pertumbuhan  atau  membunuh  strain  bakteri  yang  hampir  sama;  tidak  efektif  melawan  bakteri  penghasilnya;  mempunyai  spektrum  sempit  dan  mempunyai  ‘protein  moiety’  yang  dibutuhkan  untuk  aktifitas  biologi  (Schlegel  dan  Slade  1972).  Mekanisme  kerja  bakteriosin  dalam  melawan  bakteri  lain  secara  umum  dengan  menyerang  membran  sitoplasma  (Montville  dan  Chen  1998)  melalui  pembentukan  pori  membran  sitoplasma  (Sablon,  Contreras  dan  Vandamme  2000)  dan  penembusan  membran  sel sehingga meningkatkan permeabilitas membran sitoplasma  (Jack  dkk.  1995)  atau  penghambatan  pembentukan  septum  (Martinez dkk. 2000).   Tabel 2. Beberapa Perbedaan utama Bakteriosin dan Antibiotik  Karakteristik  ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Aplikasi  Sintesis  Aktivitas  Imunitas Sel Induk Semang  Mekanisme Sel Target 

ƒ Kebutuhan Interaksi  ƒ Mekanisme Kerja  ƒ Efek samping  Sumber: Cleveland dkk. (2001) 

Bakteriosin  Pangan  Ribosomal Spektrum sempit Ya Biasanya  penyesuaian  sel  yang dipengaruhi  ƒ Docking molekul ƒ Sebagian  besar  pembentukan  pori,  dan  beberapa  dalam  biosintesis dinding sel  ƒ Belum diketahui ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Antibiotik  Klinikal  Metabolit sekunder Spektrum luas  Tidak  Biasanya  pemindahan  secara genetik  ƒ Target khusus  ƒ Membran  sel  atau  target  intraseluler  ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

ƒ Ya 

III. PENGGOLONGAN BAKTERIOSIN 

©2008

Bakteriosin yang dihasilkan bakteri gram‐positif secara umum  terbagi  menjadi  2  kelompok  besar  yaitu  lantibiotics  dan  non‐ lantibiotics  bacteriocin  (Teather  dkk.  1999).    Bakteriosin  berdasarkan  sifat  kimia,  struktur  dan  fungsinya  (Worobo  dkk.  1995)  dibagi  menjadi  4  kelompok  (Tabel 3)  yaitu  kelas  I:   Lantibiotics,  peptida  molekul  kecil    (berat  molekul  <  dari  5  kDa) mengandung lanthionine dan β‐methyl lanthionine;  kelas  II: peptida yang stabil terhadap panas, berat molekul lebih kecil  dari 10 kDa dan tidak terjadi perubahan asam amino, kelas III:  protein  labil  terhadap  panas  dengan  molekul  lebih  besar  dari  30  kDa  (Ness  dkk.  1996)  dan  kelas  IV:  glikoprotein  dan  lipoprotein  (Oscárriz  dan  Pisabarro    2001).  Bakteriosin  kelompok  non‐lantibiotics  dapat  dikelompokkan  berdasarkan  kandungan sistein atau jembatan disulfida menjadi 3 kelompok  (Tabel 4),  yaitu  cystibiotic  (mengandung  dua  atau  lebih  asam  amino  sistein  untuk  jembatan  disulfida);  thiolbiotic  (satu  sistein) dan tanpa sistein (Jack dkk. 1995). 

|5

Tabel 3. Klasifikasi Bakteriosin  KELOMPOK  I 

 

II 

A 

B 

a 

b 

KARAKTERISTIK  Molekul kecil (2‐5 kDa) ,  mengandung asam amino  lanthionine dan β‐ methyllanthionine,  bermuatan positif  berbentuk ulir 

CONTOH  BAKTERIOSIN  Nisin  Pep 5

BAKTERI PENGHASIL  Lactococcus lactis Staphylococcus epidermidis

Epidermin

Staphylococcus epidermidis

Lactoccin S

Lactobaillus sake

Gallidermin

Staphylococcus gallinarum

Lacticin 481

Lactococcus lactis

Molekul kecil (< 2 kDa)   bermuatan negatif atau  netral berbentuk globular 

Mersacidin         

Bacillus subtilis

Peptida anti‐listerial 

Pediocin PA‐1/AcH,         Pediococcus acidilactici H/PAC1.0  Sakacin A   Lactobacillus sake LB706 

Bakteriosin 2‐peptida 

Actagardin     Cinnamycin

Actinoplasnes sp. Strepomyces cinnamoneus

Sakacin P   

Lactobacillus sake LTH 674 

Leucocin A‐UAK 187 

Leuconostoc gelidum  UAL 187 

Carnobacteriocin B2 

Carnobactrium piscicola LV17B

Mesentericin Y105 

Leuconostoc mesenteroides

Lactococcin MMFII

Lactococcus lactis

Lactococcin G

Lactococcus lactis 

Lactococcin  M

Lactococcus lactis 

Lactacin F           

Lactobacillus johnsonii

Plantacirin A

Lactobacillus plantarum

Plantacirin EF 

Lactobacillus plantarum 

Plantacirin  JK

Lactobacillus plantarum 

KELOMPOK  c 

©2008

|6

KARAKTERISTIK  Baktreiosin dikeluarkan  melalui sec‐dependent 

CONTOH  BAKTERIOSIN  Acidin B Carnobacteriocin A  Divergicin A

Lactobacillus acidophilus  Carnobactrium piscicola LV17A  Arnobacterium divergens LV13 

Enterocin P 

Eenterococcus faecum 

Enterocin B

Eenterococcus faecum T136 

Lactococcin A 

Lactococcus lactis LMG2130 

Lactococcin B 

Lactococcus lactis WMA4 

Acidocin B

Lactobacillus acidophilus M46 

Cerein 7/8

Bacillus cereus Bc7 

BAKTERI PENGHASIL 

III   

Lactobacillus helveticus  Molekul besar (>30 kDa),  Helveticins J sensitif terhadap panas  Helveticins V‐1829  Lactobacillus helveticus  IV    Bakteriosin yang mengan‐ Lactococcin 27 dung protein atau lipid  Lacstrecins  Sumber : Cleveland dkk. (2001): Oscárriz dan Pisabarro (2001); Chen dan Hoover (2003) 

Bakteriosin  kelas  I,  LANTIBIOTIC  ‐LANthione  containing  anTIBIOTIC‐  mempunyai  berat  molekul  lebih  kecil  dari  5  kDa,  peptida mengandung asam amino tak biasa, lanthionine (Lan),  β‐methyllanthionine  (MeLan),  dehydroalanine  dan  dehydrobutyrine  (Chen  dan  Hoover,  2003)  dan  mengandung  19 sampai 50 asam amino (Cleveland dkk. 2001). Kelompok ini  dibagi  lagi  menjadi  2  tipe  berdasarkan  struktur  kimia  dan  aktifitas antimikroba, Tipe A dan Tipe B. Tipe A, berbentuk ulir,  bermuatan  positif,  aktifitasnya  berhubungan  dengan  pembentukan  pori  pada  membran  sel.  Tipe  B,  berbentuk  globular  bermuatan  negatif  atau  netral,  aktifitas  antimikrobanya  terkait    dengan  penghambatan  enzim  specifik  (Nissen‐Meyer dan Nes 1997).  Bakteriosin kelas II, mempunyai berat molekul lebih kecil dari  10  kDa,  heat‐stable  dan  tidak  mengandung  asam  amino  lanthionine.  Kelas  ini  dibagi  menjadi  3  subkelas,  bakteriosin  yang mempunyai efek antilisterial (IIa), bakteriosin dengan dua  peptida  (IIb)  dan  bakteriosin  yang  disekresikan  melalui  sec‐ dependent (IIc) (Martinez dkk. 1999). Namun van Belkum dan  Stiles  (2000)  membagi  bakteriosin  kelas  II  ini  menjadi  6  subklelas,  yaitu  IIa:  cystibiotics  dengan  2  jembatan  disulfida  yang  dihasilkan  dari  4  residu  sistein  (Pediocin  PA‐1/AcH,  Enterocin  A  dan  Divercin  V41);  IIb:  cystibiotics  dengan  satu  jembatan disulfida dari 2 residu sistein pada N‐section peptida  (Leucocin  A);  IIc:  cystibiotics  dengan  satu  jembatan  disulfida  yang menjangkau N‐ dan C‐section peptida (Carnobacteriocin A  dan  Enterocin  B);  IId:  peptida  yang  mengandung  satu  (thiolbiotics)  atau  tanpa  residu  sistein  (Lactococcin  A  dan  B);  IIe:  bakteriosin  2‐peptida  (Thermophilin  13,  Lactacin  F,  Plantaricin  S,    A,  EF  dan  JK,  Lactococcin  G  dan  M)    dan  IIf:  bakteriosin  khas  (Enterocin  4).  Bakteriosin  kelas  III,  mempunyai  berat  molekul  lebih  dari  30  kDa  dan  heat‐labile. 

Bakteriosin kelas III dan IV sejauh ini masih kurang mendapat  perhatian  dari  ilmuan  sehingga  masih  sedikit  informasi  yang  diperoleh.  Tabel 4. Penggolongan Bakteriosin Berdasarkan Kandungan Sistein  ©2008

|7

BERAT MOLEKUL  kDa) 

ASAM  AMINO 

  4.6

  44

 

Leucocin A/UAL 187 

3.9

37

Mesentericin Y 105 

3.8

37

Leuconostoc gelidum UAL 187

Sakacin A 

4.3

41

Sakacin P 

4.4

43

Lactacin F 

5.6

57

Carnobacteriocin A 

5.1

53

Carnobacteriocin BM1 

4.5

43

Carnobacteriocin B2 

4.9

48

Cerein 7/8 

4.9

56

Bacillus cereus Bc7

5.3

47

Lactococcus lactis subsp cremoris 9 B4 

5.8

54

Lactococcus lactis subsp cremoris 9 B4 

PEPTIDA ANTIMIKROBA  CYSTIBIOTICS  Pediocin AcH/PA1 

THIOLBIOTICS  Lactococcin B 

BAKTERI PENGHASIL 

Pediococcus acidilactici H/PAC 1.0 Leuconostoc mesenteroides Y 105 Lactobacillus sake LB 706 Lactobacillus sake LTH 674  Lactobacillus acidophilus 11088  Carnobacterium piscicola LV 17A  Carnobacterium piscicola LV 17B  Carnobacterium piscicola LV 17B 

NO CYSTEINE  Lactococcin A 

L. lactis subsp. cremoris LMG 2130 

Lactococcin M 

4.3

48

Lactococcin N 

4.4

47

Lactococcin Gα 

4.3

39

Lactococcin Gβ 

4.1

65

L. lactis subsp. lactis bv diacetylactis WM4  L. lactis subsp. cremoris 9 B4  L. lactis subsp. cremoris 9 44  L. lactis subsp. lactis LMG 2081  L. lactis subsp. lactis LMG 2081 

Sumber: Jack dkk. (1995);Oscárriz dan Pisabarro (2001) 

IV. PERAN BAKTERIOSIN TERHADAP EKOLOGI MIKROBA RUMEN  Bakteriosin rumen  Rumen  merupakan  kantung  besar  dalam  saluran  pencernaan  sejumlah herbivora, yang berfungsi sebagai tempat  terjadinya  proses  fermentasi  bahan  makanan  oleh  mikroba  anaerob.  Populasi  mikroba  dalam  rumen  sekitar  1010  bakteri,  106  protozoa  dan  106  fungi  per  ml  cairan  rumen  (Dehority  1998).  Konsekuensi  dari  tingginya  tingkat  keragaman  dan  populasi  mikroba,  memungkinkan  terjadinya  interaksi  dan  kompetisi  antara  mikroba,  baik  interaksi    positif  yang  saling  menguntungkan  maupun  negatif  yang  dapat  menghambat  mikroba  lain.  Penghambatan  perkembangan  bakteri  dapat  terjadi  karena  adanya  senyawa  yang  mempunyai  aktivitas  seperti  bakteriosin  (BACTERIOCIN‐LIKE  INHIBITORY  SUBSTANCE =BLIS) (Teather  dkk. 1999). Beberapa bakteriosin  telah  berhasil  diisolasi  baik  dari  bakteri  anaerob  OBLIGATE  dari rumen seperti  Clostridium spp.,  Bacteroides spp.,  Bifidobacter spp. 

dan  Propionibacter  spp.  maupun  bakteri  anaerob  FACULTATIVE  dari  usus  halus  seperti  Streptococcus  spp.,  Lactobacillus  spp.,  Staphylococcus spp. dan Enterococcus spp (Kalmokoff dkk. 1996).   Butyrivibrio merupakan bakteri yang di dominan di dalam rumen  

©2008

|8

(Kalmokoff  dkk.  1996)  dan  mempunyai  tingkat  keragaman  genetik yang besar. Kalmokoff dan Teather (1997) menemukan  bahwa  25  dari  49  strain  bakteri  Butyrivibrio  yang  diisolasi  menghasilkan  BLIS,  namun  sejauh  ini  baru  dua  BLIS  yang  diuraikan  lebih  lanjut  yaitu  Butyrivibriocin  AR  10  dan  Butyrivibriocin OR79.  Bakteriosin  Butyrivibrio  AR10  termasuk  ke  dalam  bakteriosin  kelas  IIc  berdasarkan  urutan  asam  amino  N‐terminal.  Bakteriosin mempunyai spektrum aktivitas yang luas terhadap  strain  Butyrivibrio  tetapi  relatif  sempit  terhadap  genus  lain.  Urutan  peptida  pada  butyrivibriocin  mempunyai  kesamaan  (homolog)  dengan  Acidocin  B,  bakteriosin  yang  dihasilkan  Lactobacillus acidophillus.  Butyrivibrio  OR79  dihasilkan  oleh  Butyrivibrio fibrisolvens  OR79,  mempunyai  spektrum  aktivitas  yang  luas  terhadap bakteri  butyrivirio dan bakteri patogen bahan makanan.  Butyrivibriocin OR79    dibedakan  menjadi  2  jenis  yaitu  Butyrivibriocin  OR79A  dan  Butyrivibriocin  OR79B  karena  adanya perbedaan residu asam amino pada N‐terminal.   Bakteriosin Eksogenus  Bakteriosin eksogenus, misalnya bakteriosin dari bakteri asam  laktat,  dapat  memegang  peranan  penting  sebagai  antimikroba  dalam  nutrisi  ruminansia.  Silase  merupakan  jalur  potensial  pemberian  bakteriosin  bakteri  asam  laktat  dalam  sistem  produksi  ternak  ruminansia.  Inokulan  bakteri  dalam  silase  mengandung  campuran  bakteri  pediococcus acidopillus  dan  Lactobacillus pantararum  yang  banyak  menghasilkan  bakteriosin  (Tabel 1).  Bakteriosin  yang  dihasilkan  selama  proses  ensilase  memegang  peranan  penting  dalam  menghambat  organisme  pembusuk  dan  mungkin  berpengaruh  terhadap  bakteri  rumen  yang  mengkonsumsi  silase.  Pediosin  merupakan  bakterison  yang  paling  penting  karena  terdapat  pada  banyak  tempat  dan  spektrum aktivitas yang luas (Kalmokoff  1996). 

V. MEKANISME KERJA BAKTERIOSIN  Struktur  kimia  yang  beragam  menyebabkan  bakteriosin  mempunyai pengaruhi yang berbeda terhadap fungsi‐fungsi sel  ‐transkripsi,  translasi,  replikasi  dan  biosintesis  dinding  sel‐  (Oscárriz  dan  Pisabarro  2001).  Bakteriosin  Gram‐positif  merupakan  senyawa  aktif  membran  (Jack  dkk.  1995)  yang  bekerja  melalui  pembentukan  pori  pada  membran  sel  target  (Eijsink dkk. 2002; Cleveland dkk. 2001; Oscárriz dan Pisabarro  2001),  menghambat  aktifitas  enzim  (Breukink  dan  Kruifjff 

1999), pertumbuhan spora (van Belkum dan Stiles 2000) atau  pembentukan septum (Martinez dkk. 2000).   

©2008

|9

Pembentukan  pori  pada  membran  sel  merangsang  permeabilitas membran yang dapat menggangu keseimbangan  ADP/ATP  intraseluler  akibat  kebocoran  fostat  inorganik  (Martinez  dkk.  2000),  mengurangi  daya  gerak  proton  (Eijsink  dkk.  2002)  dan  jumlah  kation  bivalensi  (Mg2+  atau  Ca2+)  menyebabkan  penetralan  muatan  negatif  fosfolipid,  dan  penurunan  cairan  membran,  memungkinkan  perembasan  ion  (K+ dan Mg2+), asam amino (asam glutamat dan lisin) dan ATP  (Oscárriz  dan  Pisabarro  2001).  Daya  gerak  proton  (Proton  Motive Force = PMF) merupakan gradien elektokimia membran  sitoplasma  yang  mengatur    sintesis  dan  penimbunan  ATP.  Kegagalan  PMF  menyebabkan  kematian  sel  melalui  penghentian  semua  reaksi  yang  membutuhkan  energi  (Gajić  2003).  Bakteriosin  dalam  pembentukan  pori  harus  berinteraksi  dengan  membran  sitoplasma  sel  target.  Lipid  membran  sitoplasma yang bermuatan negatif merupakan reseptor utama  bakteriosin dalam proses pembentukan pori (Moll dkk. 1999).  Interaksi elektrostatik bakteriosin yang bermuatan positif yang  bersifat  hidrofobik  (Cleveland  dkk.  2001)  dengan  gugus  fosfat  bermuatan negatif pada membran sel target merupakan tahap  awal  pengikatan  bakteriosin  dengan  membran  target.  Bagian  hidrofobik  bakteriosin  masuk  ke  dalam  membran  membentuk  pori.  Konduktivitas  dan  stabilitas  pori  pada  bakteriosin  lantibiotic  ditingkatkan  melalui  pengikatan  molekul  (molecule  docking)  sedangkan  pada  bakteriosin  kelas  II,  reseptor  membran  target  bekerja  terhadap  spesifikasi  tertentu  (Chen  dan Hoover  2003).   Proses penembusan membran fosfolipid oleh peptida membran  aktif  umumnya  terjadi  melalui  2  mekanisme  (Gambar 1)  yaitu   model  tong  kayu  (barrel‐stave  model)  dan  model  baji  (wedge  model)  atau  karpet  (carpet)    (Zhao,  2003).    Pada  model  tong,  peptida  menghadap  hampir  tegak  lurus  terhadap  membran,  kemudian  masuk  dan  membuat  saluran  ion  sepanjang  membran  diikuti  dengan  pengikatan  monomer  tambahan  membentuk  pori  (Cleveland  dkk.  2001).  Pada  model  karpet,  peptida  berikatan  dengan  permukaan  membran,  jika  konsentrasi  ambang  batas  monomer  peptida  tercapai,  membran  ditembus  dan    pori  sementara  terbentuk  (Zhao,  2003).       

        ©2008

| 10                Gambar 1.   Model  Pembentukan  Pori  pada  Membran,  Barrel‐ Stave dan Carpet Model (Zhao, 2003)  VI. IMUNITAS BAKTERI PENGHASIL BAKTERIOSIN  Salah  satu  perbedaan  bakteriosin  dengan  antibiotik  adalah  adanya  mekanisme  perlindungan  bakteri  penghasil  terhadap  kerja  bakteriosinnya.    Perlindungan  pada  bakteriosin  lantibiotic  dapat  dimediasi  melalui  protein  imunitas,  LanI  dan  lanFEG.  Terdapat  2  sistem  yang  bekerja  secara  sinergis  untuk  melindungi  sel  penghasil  dari  bakteriosinnya  sendiri.  LanI,  yang  sebagian  besar  berikatan  pada  sisi  luar  membaran  sitoplasma,  memberikan  imunitas  kepada    dengan  mencegah  pembentukan  pori  oleh  bakteriosin.  LanFEG  bekerja  melalui  pengangkutan molekul bakteriosin yang telah masuk ke dalam  membran  kembali  ke  medium  sekeliling  dan  menjaga  konsentrasi  bakteriosin  dalam  membran  dibawah  tingkat  kritis.   Protein  imunitas  bakteriosin  non‐lantibiotic  disandikan  oleh  suatu  gen  yang  terdapat  pada  bagian  hilir  gen  bakteriosin  (Gajic,  2003)  kecuali  gen  imunitas  bakteriosin  kelas  IIc  (van  Belkum dan Stiles 2000). Sistem imunitas bakteriosin sejauh ini  belum  berhasil  dijabarkan  semuanya  kecuali  LciA,  protein  imunitas Lactococcin A. LciA dapat mencegah aksi Lactococcin  A  dengan  mengikat  kemudian  menetralisir  bakteriosin  atau  dengan  berinteraksi  dan  merintangi  reseptor  bakteriosin  (Gambar 2). Melalui interaksi Lactococcin A‐reseptor dalam LciA  menjangkau  kedalam  membran  sitoplasma.  Ujung  C  protein  imunitas berada diluar sel sedangkan unjung N berada didalam  sitoplasma.  Dengan  mengikat  reseptor,  LciA  mencegah  lactococcin  A  masuk  kedalam  membran  tetapi  ikatan  lactociccin A pada reseptor tetap terjadi (Venema dkk. 1995). 

        ©2 2008

| 11          Gam mbar 2.   M Model Mekaanisme Kerrja Protein Imunitas (V Venema  dkk. 1995) VII. P PENUTUP   Din namika  dan n  perkemb bangan  pen nyelidikan  bakteriosiin  terus  berrlanjut.  Haal  ini  dapat  dilihat  dari  sisteem  penggolongan  bak kteriosin yaang terus b berkemban ng. Dari sejumlah bak kteriosin  yan ng  telah  diitemukan  baru  sedik kit  sekali  yyang  dapaat  dapat  dilaaporkan  secara  s len ngkap  mengenai  ssusunan  genetik,  biosintesis maaupun mek kanismes keerjanya.   Bak kteriosin m memegang p peranan peenting dalam kompetiisi antar  straain  dalam  rumen  yaang  berhubungan  kaarena  mem mpunyai  targget  yang  spesifik.  s Baakteriosin  yang  terliibat  dalam m  sistem  eko ologi  rumeen  tidak  haanya  dihassilkan  oleh h  mikroba  rumen  tetaapi juga daapat dari lu uar yang dittambahkan n ke dalam m rumen,  baik k  dengan  inokulasi  bakteri  penghasil,  b bakteriosin n  murni  atau upun produ uk‐produk k fermentassi.  VIII.. DAFTAR P  PUSTAKA   Breeukink,  E.  and  B.  de  Kruijff.  19 999.  The  llantibiotic  nisin,  a  special caase or not?. Biocimia  et Biophyssica Acta 1462:23‐ 234  Cajaa,  G.,  D.  Garin  and d  J.  Mesia.  2000.  Sttimulating  rumen  function:  Organic  acid  a salts  as  a growth  promoterrs.  Feed  Internatio onal, Augusstus 2002: 2 23‐25.  Cheen,  H  and  D.G.  Hoov ver.  2003.  Bacteriocin ns  and  theeir  food  applicatio on.  Compreehensive  Reviews  R in  Food  Scien nce  and  Food  Safety.  Vol.  2:82‐100.  http:///www.  ift.org/pu ublication/ccrtsts   Cheen,  J.  and  P.J.  Weim mer.  2001.  Competittion  among  three  predomin nant  rumin nal  elluloly ytic  bacteriia  in  the  absence  a orpresencce  of  non‐ccellulolytic  bacteria.  M Microbiology.147,  1 21– 30 

Cleveland,  J.,  T.J.  Montville,  I.F.  Nes,  M.L.  Chikindas.  2001.  Bacteriocins:  safe,  natural  antimicrobials  for  food  preservation. Intern. J. Food Microbiol. 71:1‐20.  Dehority, B.A. 1998. Microbial interactions in the rumen.  Rev.  Fac. Agron. 15: 69‐86   ©2008

| 12

Eijsink,  V.G.H.,  L.  Axelsson,  D.B.  Diep,  L.S.  Havarstein,  H.  Holo  and.  I.F.  Nes.  2002.  Production  of  class  II  bacteriocins  by  lactic  acid  bacteria;  an  example  of  biological  welfare  and  communication. Antonie van Leeuwenhoek 81:639‐654.  Fuller. R. 1989. Probiotics in man an animals. J Appl Bacteriol.  66:365‐378.  Gajić, O. 2003. Relationships between MDR proteins,  bacteriocin production and proteolysis in Lactococcus lactis.   Dissertation. University of Groningen. Netherlands.  Havenaar,  R.,  B.T.  Brink  and  J.H.J.H.I.  Veld.  1992.  Selection  of  strain  for  probiotic  use.  In:  Fuller  R.  (ed).  Probiotics:  The  scinetific basis. Chapman & Hall. London.  Heller. K.J. 2001. Probiotic bacteria in fermented foods: product  characteristics  and  starter  organisms.  Am  J  Clin  Nutr.  73(Suppl):374S‐379S.  Hillman, K. 2001. Bacteriological aspect of the use of antibiotics  and their alternatives in the feed of non‐ruminant animals.  In:  Recent  Advances  in  animal  Nutrition.  Nothingham  University Press. London.  Holzapfel  W.H.,  P.  Haberer,  R.  Geisen,  J.  Bjorkroth  and  U.  Schilliner.  2001.  Taxonomy  and  important  features  of  probiotic  microorganisms  in  food  and  nutrition.  Am  J  Clin  Nutr. 73(Suppl):365S‐373S.  Jack,R.W.,  J.R.  Tagg  and  B.  Ray.  1995.  Bacteriocins  of  Gram‐ positive bacteria. Microbi. Rev. 59(2):171‐200.  Kalmokoff, M.L., F. Bartlett and R.M. Teather. 1996. Are ruminal  bacteria  armed  with  bacteriocins?.  J,  Dairy  Sci.  79:2297‐ 2306.  Kalmokoff,  M.L.  and  R.M.  Teather.  1996.  Isolation  and  characterization  of  bacteriocin  (Butyrivibiriocin  AR10)  from  the  rumen  anaerobe  Butyrivibrio  fibrisolvens  AR10.  Appl Environ Microbiol. 63:394‐402.  Ko,  Seuk‐Hyun  and  C.  Ahn.  2000.  Bacteriocin  production  by  Lactococcus lactis KCA2386  isolated from  White Kimchi.  Food  Sci. Biotehnol. 9(4):263‐269.   

Mackie,  R.I.  R.I.  Aminov,  H.R.  Gaskins,  B.A.  White.  1999.  Molecular microbial ecology in gut ecosystems. Proceeding  of the 8th International Symposium on Microbiolgy Ecology.  Atlantic  Canada  Society  for  Microbiolgy  Ecology,  Halifax,  Canada.  ©2008

| 13

Martinez,  B.,  A.  Rodriquez  and  J.E.  Suarez.  2000.  Lactococcin  972,  a  bacteriocin  that  inhibits  septum  formation  in  lactococci. Microbiolgy 146:949‐955.  Martinez, B., M. Fernandez, J.E.Suarez. and A. Rodriguez. 1999.  Synthesis  of  lactococcin  972,  a  bacteriocin  produced  by  Lactococcus lactis  IPLA  972,  depends  on  the  expression  of  a  plasmid‐encoded  bicistronic  operon.  Microbiology.  145:3255‐3161.  Martirani, L., M. Varcamonti, G. Naclerio and M. De Felice. 2002.  Purification  and  partial  characterization  of  Bacillon  490,  a  novel  bacteriocin  produced  by  thermophillic  strain  of  Bacillus licheniformis. Microb Cell Fact. 1(1):1.  Moll, G.N., W.N. Koning and A.J.M. Driessen. 1999. Bacteriocins:  mechanisms  of  membrane  insertion  and  pore  formation.  Antonie van Leeuwenhoek 76:185‐198.  Montville,  T.J.  and    Y.  Chen.  1998.  Mechanistic  action  of  pediocin  and  nisin:  recent  progress  and  unresolved  questions. App. Microbiol Biotehnol 50(5):511‐519.  Ness, I.F., B.D. Diep, L.S. Havarstein, M.B. Brurberg, V. Eisink and  H.  Holo.  1996.  Biosynthesis  of  bacteriocins  in  lactic  acid  bacteria. Antonie Leeuwenhoek 70:113‐128.  Nissen‐Meyer,  J.  and  I.F.  Nes.  1997.  Ribosomally  synthesized  antimicrobial peptides: their function, structure, biogenesis  and mechanism of action. Arch Microbiol 167:67‐77.  Oscárriz, J.C. and A.G. Pisabarro. 2001. Classification and mode  of  action  of  membrane‐active  bacteriocins  produced  by  gram‐positive bacteria. Int. Microbiol. 4:13‐19.  Roberford  M.M.  2000.  Prebiotics  and  probiotisc:  are  they  functional foods?. Am J Clin Nutr. 71(Suppl):1682S‐1687S.  Rosen,  G.D.  2000.  Enzyme  for  broilers:  A  multi‐factorial  Assessment. Feed International. December 2000:14‐17.  Sablon, E., B. Contreras and E. Vandamme, 2000. Antimicrobial  peptides  of  lactic  acid  bacteria:  Mode  of  action,  genetics  and biosynthesis. Adv Biochem Eng Biothenol. 68:21‐60.  Schlegel  R.  and  H.D.  Slade.  1972.  Bacteriocin  production  by  tranformable group H Streptococci. Journal of Bacteriology.  Vol. 112(2):824‐829. 

Soomro, A.H., T. Masud and K. Anwaar. 2002. Role of Lactic Acid  Bacteria  (LAB)  in  food  preservation  and  human  health‐A  Review. Pakistan Journal of Nutrition 1(1):20‐24. 

©2008

| 14

Suskovic, J., B. Kos, J. Goreta and S. Matosic. 2001. Role of Lactic  Acid  Bacteria  and  Bifidobacteria  in  Synbiotic  Effect.  Food  Technol. Biotechnol. 39(3):227‐235.  Teather, R.M. M.L. Kalmokoff and M.F. Whitford. 1999. The Role  of  bacteriocins  in  rumen  microbial  ecology.  Proceeding  of  the  8th  International  Symposium  on  Microbiolgy  Ecology.  Atlantic  Canada  Society  for  Microbiolgy  Ecology,  Halifax,  Canada.  Touhy, K.M., H.M. Probert, C.W. Smejkal and G.R. Gibson. 2003.  Using probiotics and prebiotics to improve gut helath. DDT  Vol. 8(15):692‐700.  Tucker,  L.  2002.  Botanical  Broiler:  Plant  Extract  to  maintain  poultry performance. Feed Management. September 2002:  26‐28.  van Belkum and M.E. Stiles. 2000. Nonlantibiotics antibacterial  peptides  from  lactic  acid  bacteria.  Nat.  Prod.  Rep.  17:323‐ 335.  Venema,  K.,  G.  Venema  and  J.  Kok.  1995.  Lacococcal  bancteriocins:  mode  of  ation  and  immunity.  Trends  Microbiol. 3:299‐304  Worobo, R.W., M.J. van Belkum, M. Sailer, K.L. Roy, J.C. Vederas  and M.C. Stiles. 1995. A Signal peptide secretion‐dependent  bacteriocin from Carnobacterium divergens. Journal of  Bacteriology. Vol. 177(11): 3143‐3149.  Zhao,  H.  2003.  Mode  of  Action  of  Antimicrobial  Peptides.  Dissertation. University of Helsinki. Finland.