Genome Shuffling Lactobacillus plantarum untuk Meningkatkan Toleransi Terhadap Asam dan Produksi Asam Laktat.

Abstract

Asam laktat secara luas digunakan dalam industri pangan dan farmasi. Sekitar 85% kebutuhan asam laktat saat ini adalah untuk aplikasi di bidang pangan. Kebutuhan asam laktat Indonesia yang mencapai 1 juta kg/tahun (2001) dipenuhi dengan mengimpor dari negara lain. Upaya untuk mengurangi impor ini perlu membentuk industri asam laktat dan sebagai langkah awal diperlukan peningkatan produktivitas bakteri asam laktat. Fermentasi asam laktat adalah salah satu jenis biokonversi yang dihambat produk. Akumulasi dari asam laktat dalam bentuk tidak terdisosiasi menghambat pertumbuhan sel dan produksi asam laktat. Penambahan Ca(OH)2, CaCO3, NaOH atau NH4OH untuk menetralisir asam laktat akan meningkatkan biaya operasional industri, selain itu juga terbentuk hasil sampingan berupa limbah berbentuk gipsum (garam yang mengandung kalsium seperti CaSO4.2H2O). Hal ini dapat diatasi bila mikroorganisme mampu tumbuh dan dapat melakukan metabolisme pada pH rendah (pKa asam laktat yaitu 3.86). Peningkatan keunggulan strain dapat dilakukan dengan menggunakan teknik genome shuffling. Genome shuffling dapat digunakan pada bakteri yang informasi genetiknya sangat minim atau belum diketahui dengan jelas dan dapat meningkatkan beberapa sifat unggul secara simultan. Teknik ini didahului dengan melakukan mutasi atau adaptasi sehingga terbentuk keberagaman strain yang mempunyai keunggulan masing-masing. Selanjutnya dinding sel bakteri dilepaskan dengan menggunakan lisozim sehingga terbentuk protoplas. Fusi protoplas dilakukan untuk memperoleh kombinasi genetik yang beragam. Dan proses seleksi dilakukan untuk memperoleh strain dengan fenotip unggul yang kita inginkan. Penelitian ini terbagi dalam tiga bagian, yang pertama yaitu adaptasi bertahap L.plantarum pada pH rendah untuk mendapatkan strain yang dapat bertahan pada kondisi asam. Kedua, mutasi ultraviolet L.plantarum untuk mendapatkan strain yang mampu memproduksi asam laktat yang lebih tinggi dari wild type. Dan ketiga, genome shuffling untuk menggabungkan 2 sifat strain tersebut sehingga dapat meningkatkan toleransi terhadap asam dan produksi asam laktat. Proses adaptasi L.plantarum pada pH 5 sudah tercapai pada subkultur ke-13 dan diturunkan ke pH 4. Pada subkultur ke-35 proses adaptasi dihentikan. Mutasi ultraviolet pada L.plantarum telah diperoleh 10 mutan yang memiliki rasio luas zona bening terhadap luas koloni yang lebih besar dibanding wild type. Kondisi optimal yang diperoleh untuk pembentukan protoplas sebagai bagian dari genome shuffling yaitu waktu perlakuan selama 2 jam dengan konsentrasi lisozim sebesar 10 mg/ml. Genome shuffling sebanyak 3 putaran telah berhasil meningkatkan toleransi terhadap asam dan produksi asam laktat Lactobacillus plantarum. Lactobacillus plantarum F3-33 lebih toleran terhadap asam sebesar 153 % dan produksi asam laktat meningkat menjadi 164 % (11.43 mg/ml) dibandingkan dengan Lactobacillus plantarum wild type dalam 100 ml medium fermentasi pH 4 dengan agitasi 100 rpm selama 48 jam pada suhu 37oC.