Rahayu Fitriani Wangsa Putrie Laboratorium Mikroba Simbiotik Tanaman Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI

BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015

MIKROBA ENDOFITIK TANAMAN, PRIMADONA YANG TIDAK KASAT MATA Rahayu Fitriani Wangsa Putrie Laboratorium Mikroba Simbiotik Tanaman Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI [email protected]

Mikroba Endofitik Tanaman

P

erkembangan zaman di era modern saat ini banyak menimbulkan masalah baru. Resistensi antibiotik pada bakteri, perubahan sifat virus, wabah penyakit dan peningkatan luar biasa infeksi jamur di dunia menunjukkan bahwa masalahmasalah kesehatan belum diatasi dengan baik. Degradasi lingkungan, hilangnya keanekaragaman hayati, kerusakan lahan dan pencemaran air juga menambah masalah yang dihadapi. Penggunaan zat kimia sintetik yang selama ini banyak digunakan seperti pestisida, pengawet makanan dan penggunaan obat yang tidak tepat dosis dapat menyebabkan timbulnya pencemaran lingkungan, menimbulkan residu kimia dan efek lain yang sangat merugikan. Back to nature kini menjadi pedoman untuk mengurangi dan mengatasi masalah yang timbul tersebut. Alam menyediakan berbagai kebutuhan yang diperlukan manusia untuk tetap survive, salah satunya adalah biodiversitas tanaman. Tanaman dapat dimanfaatkan sebagai sumber pangan, komoditi bernilai ekonomi dan sumber obat alami. Salah satu alasan tanaman dapat digunakan sebagai sumber obat alami karena mengandung senyawa bioaktif. Senyawa ini dapat dihasilkan oleh keberadaan

mikroorganisme yang terdapat dalam tanaman. Mikroorganisme yang hidup di dalam jaringan tanaman atau yang lebih dikenal dengan nama “mikroba endofitik tanaman” kini menjadi primadona baru. Mikroba yang hidup tenang di dalam jaringan tanaman ini diketahui dapat menghasilkan senyawa aktif berpotensi obat atau pun sebagai penghasil enzim pada tanaman. Endofitik juga memiliki potensi sebagai sumber produk alami baru untuk eksploitasi di bidang kedokteran, pertanian, dan industri (Strobel dan Daisy, 2003) Manfaat dan Peran Mikroba Endofitik Tanaman A. Bidang Pertanian Peran mikroba endofitik di bidang pertanian dapat terjadi melalui produksi senyawa bioaktif yang dapat digunakan oleh tanaman sebagai pertahanan terhadap patogen (Arunachalam dan Gayathri, 2010). Sifat salah satu senyawa bioaktif ini adalah memiliki aktifitas antijamur patogen. Senyawa antijamur potensial telah ditemukan dari mikroba endofitik Serratia marcescens yang hidup bersimbiosis dengan tanaman air Rhyncholacis penicillata. Mikroba endofitik ini telah terbukti dapat menghasilkan menghasilkan oocydin A, sebuah senyawa antioomycetes baru (Gambar. 1). Oocydin A dapat digunakan di bidang pertanian untuk mengendalikan jamur oomycetes

seperti genus Pythium dan Phytophthora. Jamur endofitik Cryptosporiopsis quercina juga diketahui dapat menghasilkan senyawa cryptocin, sebuah asam tetramic yang unik (Gambar. 2). Cryptocin memiliki aktivitas yang kuat terhadap Pyricularia oryzae serta sejumlah jamur patogen tanaman lainnya. Senyawa ini sedang dipelajari lebih lanjut sebagai agen kontrol kimia alami untuk penyakit blast pada padi dan juga digunakan sebagai model dasar untuk mensintesis senyawa antijamur lainnya. Selain cryptocin, jamur endofitik ini juga dapat menghasilkan senyawa cryptocandin yang aktif terhadap Sclerotinia sclerotiorum dan Botrytis cinerea. Mikroba endofitik Pestalotiopsis jesteri diketahui juga dapat menghasilkan senyawa jesterone dan hidroksi-jesterone. Senyawa ini menunjukkan aktivitas antijamur terhadap berbagai jamur patogen tanaman (Gambar.3) (Strobel dan Daisy, 2003).

Gambar 2. Cryptocin,senyawa antifungi asam tetramic dari C. quercina.

. Gambar 1. Oocydin A, senyawa antijamur dari mikroba endofitik Serratia marcescens

9

BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015

Gambar 3. Jesterone, senyawa antioomycete dari P. jesteri

Mikroba endofitik juga dapat diaplikasikan sebagai formulasi pupuk hayati yang ramah lingkungan. Produksi tanaman dibatasi oleh beberapa faktor, antara lain karena menurunnya kesuburan tanah ditambah dengan tingginya biaya pupuk. Mikroba endofit dapat dimanfaatkan sebagai pupuk hayati untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman dan pengambilan nutrisi melalui proses fiksasi nitrogen, pelarutan fosfat atau produksi siderophore (khelasi zat besi). Selain diaplikasikan sebagai pupuk hayati, bakteri endofit juga dilaporkan dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui produksi langsung fitohormon atau enzim dan secara tidak langsung melalui kontrol biologis hama dan penyakit tanaman atau induksi respon resistensi (biotization). Hubungan simbiosis tanaman dan endofitik ini sangat menguntungkan, dimana tanaman berperan untuk melindungi endofitik dan menyediakan nutrisi berupa hasil fotosintesis sedangkan endofitik dapat meningkatkan kesegaran dan pertumbuhan tanaman (Ngamau dkk, 2014).

diisolasi dari tanaman Alpinia calcarata (Haw.) Roscoe juga diketahui dapat menghasilkan enzim amilase. Amilase adalah salah enzim yang paling penting yang digunakan dalam bioteknologi modern terutama dalam proses melibatkan hidrolisis pati. Enzim amilase dari jamur memiliki aplikasi besar di industri makanan dan farmasi. Produksi optimal enzim amilase ini didapatkan dengan menggunakan medium pertumbuhan yang mengandung maltosa 1,5% dan sodium nitrat 0,3% (Sunitha dkk, 2012). C. Bidang Kesehatan Mikroba endofitik juga diketahui memiliki peran penting pada sintesis senyawa kimia di tanaman. Senyawa yang dihasilkan ini juga telah terbukti sebagai bentuk penemuan obat yang bermanfaat. Produk alami dari mikroba endofitik yang banyak digunakan sampai saat ini diantaranya antibiotik, agen antikanker, agen pengendali antivirus secara biologis, agen antidiabetes dan senyawa bioaktif lainnya (Arunachalam dan Gayathri, 2010). Mikroba endofitik semakin menarik untuk dipelajari karena mereka adalah produsen agen antimikroba yang efisien dan memiliki sistem genetik serta biologis unik yang dapat diaplikasikan di luar tanaman inang, tempat hidup alaminya. Antibiotik adalah agen antimikroba kuat dengan spesifisitas yang tinggi. Namun, munculnya masalah resistensi antibiotik dari strain

patogen, memacu untuk ditemukannya antibiotik baru (drug discovery). Salah satu alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan pencarian senyawa antimikroba dari endofitik untuk mengatasi meningkatnya ancaman galur yang resistan terhadap obat (Menpara dan Chanda, 2013). Mikroba endofitik dari tanaman obat Andrographis paniculata diketahui memiliki aktivitas antimikroba terhadap enam bakteri patogen manusia dan dua bakteri patogen ikan. Sebanyak dua puluh isolat endofitik telah berhasil diisolasi dari tanaman obat Andrographis paniculata. Sebelas 11 isolat merupakan Gram positif kokus dan 9 isolat Gram positif basil. Dari 9 isolat basil tersebut, tujuh isolat diantaranya merupakan genus Bacillus. Pengujian ekstrak endofit tersebut menunjukkan adanya aktivitas antibakteri terhadap bakteri patogen Gram positif dan negatif. Selain itu, dari total 20 isolat hasil isolasi, sebanyak delapan isolat menunjukkan penghambatan terhadap strain bakteri dan enam strain diantaranya menunjukkan aktivitas spektrum yang luas (Arunachalam dan Gayathri, 2010). Aspergillus fumigatus dan Fusarium sp. yang diisolasi dari tanaman Garcinia spp. juga diketahui memiliki potensi menghasilkan senyawa bioaktif . Ekstrak jamur endofit ini dapat digunakan sebagai sumber antioksidan, antiinflamasi dan antimikroba yang berperan peran dalam pengembangan obat untuk pengobatan penyakit berspektrum

B. Bidang Industri Penelitian yang dilakukan oleh Cariim dkk (2006) menunjukkan bahwa sepuluh isolat bakteri endofit yang diisolasi dari daun dan batang tanaman Jacaranda decurrens memiliki aktivitas enzimatik. Isolat tersebut memiliki aktivitas proteolitik (60%), amilolitik (60%), lipolitik (40%), dan esterasic (40%). Jamur endofitik Cylindrocephalum sp. (Ac-7) yang

Gambar 4. Senyawa cryptocandin A dari jamur endofitik C. quercina

10

BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015

yang hidup bersimbiosis dengan tanaman T. brevifolia (Gambar. 6). Senyawa ini digunakan untuk mengobati sejumlah proliferasi jaringan. Cara kerja paclitaxel dengan mencegah molekul tubulin dari depolimerisasi selama proses pembelahan sel (Strobel dan Daisy, 2003).

Gambar 5. Asam ambuic, sebuah cyclohexenone yang dihasilkan oleh P. microspora.

yang luas (Ruma, Sunil dan Prakas, 2013). Jamur endofitik Cryptosporiopsis quercina juga menunjukkan aktivitas antijamur yang sangat baik terhadap beberapa jamur patogen manusia, seperti Candida albicans dan Trichophyton spp. Cryptocandin, sebuah peptida antijamur yang unik telah berhasil diisolasi dan dikarakterisasi dari C. quercina (Gambar. 4). Senyawa ini mengandung sejumlah asam amino hidroksilat yang khas dan asam amino baru, seperti 3hidroksi-4-hydroxy methyl proline (Strobel dan Daisy, 2003). Mikroba endofitik juga bersimbiosis dengan tanaman hutan. Spesies yang umum terdapat pada tanaman hutan hujan adalah Pestalotiopsis microspora.. Jamur endofitik ini dapat diisolasi dari

diantaranya asam ambuic (Gambar.5), pestaloside, glukosida aromatik, dan dua pyrones: pestalopyrone dan hydroxypestalopyrone. Selain itu, terdapat metabolit sekunder lainnya dari mikroba endofitik P. microspora yang diisolasi dari tanaman T. brevifolia, yaitu dua seskuiterpen caryophyllene baru, pestalotiopsins A dan B. Variasi dalam jumlah dan jenis metabolit yang dihasilkan oleh mikroba endofitik P. microspora ini dapat berbeda. Hal ini sangat bergantung pada kondisi lingkungan serta tempat tumbuh tanaman yang akan diisolasi (Strobel dan Daisy, 2003). Senyawa bioaktif yang dihasilkan oleh mikroba endofitik selain bersifat antimikroba, dapat pula bersifat antikanker. Paclitaxel dan

Gambar 6. Paclitaxel, obat antikanker yang dihasilkan dari jamur endofitik

tanaman yang terancam punah, yaitu Torreya taxifolia P. microspora diketahui dapat menghasilkan beberapa senyawa yang memiliki aktivitas antijamur,

beberapa turunannya merupakan obat antikanker pertama dengan nilai milyaran dolar yang dapat dihasilkan dapat dihasilkan oleh mikroba endofitik Taxus andreanae

11

Penggunaan menarik lain dari produk endofit adalah jamur endofitik yang dapat menghasilkan adalah senyawa untuk penghambatan virus. Dua inhibitor protease cytomegalovirus baru, yaitu asam cytonic A dan B, telah berhasil diisolasi dari fermentasi jamur endofit Cytonaema sp. (Guo dkk, 2000). Mikroba endofitik juga dapat menghasilkan senyawa antioksidan. Dua senyawa antioksidan, yaitu pestacin dan isopestacin telah berhasil diisolasi dari kultur cair Pestalotiopsis microspora, mikroba endofit yang diisolasi dari tanaman Terminalia morobensis (Gambar.7). Kedua senyawa tersebut menunjukkan aktivitas antioksidan yang baik, sebaik aktivitas antimikrobanya. Isopestacin diduga memiliki aktivitas antioksidan berdasarkan kesamaan struktur senyawanya dengan flavonoid. Senyawa ini mampu menangkal superoksida dan radikal bebas hidroksil. Pestatin juga telah diketahui memiliki aktivitas antioksidan yang lebih besar dari trolox, yang merupakan derivat vitamin E derivatif. Potensi lainnya dari mikroba endofitik di bidang kesehatan adalah dapat menghasilkan imunosupresif. Obat imunosupresif saat ini juga sudah banyak digunakan untuk mencegah reaksi penolakan pada pasien transplantasi, selain itu dapat juga digunakan untuk mengobati penyakit autoimun seperti arthritis rheumatoid dan diabetes. Jamur endofit Fusarium subglutinans yang diisolasi dari Tripterygium wilfordii telah diketahui dapat menghasilkan senyawa imunosupresif subglutinol A yang tidak bersifat sitotoksik (Gambar. 8) (Strobel dan Daisy, 2003).

BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015

karena mekanismenya yang efektif (Stepniewska dan Kuzniar, 2013). Potensi Pengembangan Pemanfaatan Mikroba Endofitik

(A)

(B) Gambar 7.

C.

Berbagai penelitian melaporkan bahwa mikroba endofit banyak hidup bersimbiosis di berbagai tanaman. Jumlah tanaman di bumi ada sekitar 3.000.000 spesies dan setiap spesies tanaman merupakan tempat hidup yang nyaman lebih dari dari satu endofitik. Hanya beberapa tanaman yang baru benar-benar dipelajari. Hal ini merupakan kesempatan untuk menemukan endofitik baru dengan berbagai potensi menarik diantara berjuta tanaman dalam suatu ekosistem yang besar (Strobel G dan Daisy B, 2003). Nilai lebih jika endofitik suatu tanaman berhasil didapatkan adalah jika suatu saat

Senyawa antioksidan pestacin (A) dan isopestacin (B) dari mikroba endofitik P. microspora

Bioremidiasi

Bioremediasi adalah salah satu teknik untuk menghilangkan atau mengurangi residu polutan dan limbah berbahaya yang bersifat toksik dengan memanfaatkan metabolisme dari organisme. Mekanisme bioremediasi tergantung pada mobilitas, kelarutan, dan penguraian senyawa toksik tersebut. Bioremidiasi dapat diaplikasikan pada lingkungan darat ataupun perairan. Selain itu, banyak penelitian telah difokuskan pada bioremidiasi emisi gas rumah kaca, terutama senyawa metana dan karbon dioksida. Pengurangan konsentrasi metana di atmosfer, baik dari sumbersumber alam dan antropogenik, sangat penting. Salah satu penemuan menunjukkan bahwa bakteri endofit metanotropik yang diisolasi dari dalam jaringan lumut Sphagnum spp. misalnya, Methylocella palustris dan Methylocapsa acidiphila dapat mengoksidasi metana menjadi karbon dioksida, yang kemudian dapat digunakan oleh Sphagnum untuk proses fotosintesis (Gambar. 9). Penggunaan mikroba untuk proses bioremidiasi sangat diperlukan

Gambar 8.

Subglutinol A yang dihasilkan oleh F. subglutinans.

tanaman tempat hidup mikroba tersebut punah atau menjadi langka karena suatu alasan tertentu, seperti gunung meletus, kebakaran hutan atau peristiwa alam yang lain, kultur mikroba endofitik tersebut masih tetap ada sepanjang kultur isolat tersebut terpelihara dengan baik. Studi di atas merupakan dasar untuk mengkaji lebih lanjut potensi yang dimiliki oleh mikroba endofitik tanaman. Peranannya sebagai primadona dapat ditelaah dari berbagai fungsinya di berbagai bidang kehidupan. Potensi mikroba endofitik sebagai penghasil senyawa bioaktif dan antimikroba baru belum sepenuhnya diketahui. Aplikasi di bidang pertanian, bioremidiasi dan peranannya sebagai penghasil enzim untuk industri juga harus lebih dipelajari lebih lanjut mengingat biodiversitas tanaman yang sangat banyak. Masih banyak potensi mikroba endofitik yang hidup bersimbiosis dengan tanaman belum tereksplorasi. Fenomena ini merupakan sebuah cerminan bahwa potensi kekayaan biodiversitas alam Indonesia masih banyak yang belum terkuak dan menjadi misteri ilmiah, terutama biodiversitas mikroorganisme endofitik. Misteri ilmiah tersebut menanti untuk dieksplorasi, dimanfaatkan dan dikonservasi oleh para ilmuan, putra putri penerus bangsa untuk kemakmuran bangsa Indonesia.

Gambar 9. Peran bakteri methanotrof endofit dalam proses bioremidiasi

12

BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015

and Technology Vol. 49(3):353-359.

Bioremediasi adalah salah satu teknik untuk menghilangkan atau mengurangi residu polutan dan limbah berbahaya yang bersifat toksik dengan memanfaatkan metabolisme dari organisme

Referensi Arunachalam C and Gayathri P. 2010. Studies on bioprospecting of endophytic bacteria from the medicinal plant of Andrographis paniculata for their antimicrobial activity and antibiotic susceptibility pattern. Int J Curr Pharm Res Vol. 2(4):63-68. Carrim AJI, Barbosa EC, and Vieira JDG. 2006. Enzymatic activity of endophytic bacterial isolates of Jacaranda decurrens Cham. (Carobinha-do-campo). Brazilian Archives of Biology

Guo B, Dai J, Ng S, Huang Y, Leong C, Ong W, and Carte BK. 2000. Cytonic acids A and B: novel tridepside inhibitors of hCMV protease from the endophytic fungus Cytonaema species. J. Nat. Prod. Vol. 63:602–604. Menpara D and Chanda S. 2013. Endophytic bacteriaunexplored reservoir of antimicrobials for combating microbial pathogens. FORMATEX: Microbial pathogens and strategies for combating them: science, technology and education (A. Méndez-Vilas, Ed.):10951103. Ngamau CN, Matiru VN, Tani A, and Muthuri CW. 2014. Potential use of endophytic bacteria as biofertilizer for sustainable banana (Musa spp.) production. Afr. J. Hort. Sci.Vol. 8:1-11 Ruma K, Sunil K, and Prakash HS. 2013. Antioxidant, antiinflammatory, antimicrobial and cytotoxic properties of fungal endophytes from Garcinia species. Int J Pharm Pharm Sci. Vol. 5(3):889-897. Sunitha. VH, Ramesha A, Savitha J, and Srinivas C. 2012. Amylase production by endophytic fungi Cylindrocephalum sp. isolated from medicinal plant Alpinia calcarata (haw.) Roscoe. Brazilian Journal of Microbiology : 1213-1221 Stepniewska Z and Kuzniar A. 2013. Endophytic microorganisms-promising applications in bioremediation of greenhouse gases. Appl Microbiol Biotechnol Vol. 97:9589–9596. Strobel G and Daisy B. 2003. Bioprospecting for microbial endophytes and their natural products. Microbiol. Mol. Biol. Rev. Vol. 67(4):491–502.

13