Bakteri Berpigmen Penghasil Senyawa Karotenoid sebagai Sumber Antioksidan

Abstract

Bakteri merupakan mikroorganisme penghasil senyawa bioaktif yang memiliki aktivitas antioksidan, di antaranya adalah karotenoid. Karotenoid merupakan senyawa pigmen atau zat warna yang memiliki turunan dan distribusi terbanyak di alam. Karotenoid bakteri dapat menjadi alternatif pilihan sumber antioksidan alami karena memiliki kekhasan dan keunikan yang tidak dijumpai pada organisme lain. Aktivitas antioksidan karotenoid bakteri dengan pengujian in-vitro telah banyak dilaporkan, namun peranannya terhadap respon cekaman oksidatif pada tingkat seluler masih terbatas. Penelitian ini bertujuan mengeksplorasi bakteri penghasil senyawa karotenoid dan mengembangkan potensi aktivitas antioksidannya pada tingkat seluler dengan menggunakan organisme model yeast Schizosaccharomyces pombe ARC039. Penelitian ini menggunakan tiga strain bakteri berpigmen yang berasal dari spons laut Jaspis sp., yaitu SAB E11, SAB E28, dan SAB E55. Karakteristik yang dominan dari ketiga strain tersebut adalah warna koloni yaitu SAB E11 berwarna jingga, sedangkan SAB E28 dan SAB E55 masing-masing berwarna kuning dan jingga kemerahan. Analisis sekuen gen 16S rRNA mengidentifikasi SAB E11, SAB E28, dan SAB E55 masing-masing sebagai Paracoccus haeundansis SAB E11, Kocuria marina SAB E28, dan Ewingella sp. SAB E55. Ekstrak ketiga bakteri berpigmen menunjukkan aktivitas antioksidan dengan mereduksi radikal 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil (DPPH) dan 2,2-azino-bis (etilbenzotiazolin-6-asam sulfonat) (ABTS). Ekstrak metanol dan n-heksana P. haeundansis SAB E11 menunjukkan aktivitas terbaik. Hasil analisis liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) ekstrak metanol P. haeundansis SAB E11 mengidentifikasi senyawa antioksidan putatif yaitu 3,5,3',4'-tetrahydroxystilbene, skopoletin, dan dihydroactinidiolide, sedangkan pada ekstrak n-heksana juga teridentifikasi senyawa dihydroactinidiolide dan asam risinoleat. Senyawa dihydroactinidiolide merupakan senyawa turunan karotenoid yang berasal dari pemotongan struktur senyawa ?-karoten antara C9 dan C10. Berdasarkan hasil tersebut maka P. haeundansis SAB E11 dipilih sebagai strain untuk analisis senyawa karotenoid dan aktivitas antioksidannya secara in-vitro maupun pada tingkat seluler terhadap S. pombe ARC039. Deteksi awal untuk menentukan kemampuan sintesis karotenoid ditunjukkan oleh P. haeundansis SAB E11 yaitu dengan amplifikasi gen crtY yang menyandikan enzim likopen ?-siklase. Enzim likopen ?-siklase merupakan salah satu enzim kunci pada biosintesis karotenoid yang mengkatalisis likopen menjadi ?-karoten dengan siklisasi dan penambahan cincin ß-ionik pada kedua ujung rantai polyene ?-karoten. Produksi total karotenoid dilakukan dengan optimasi sumber karbon (C) dan nitrogen (N), dan kondisi salinitas, suhu, dan pH. P. haeundansis SAB E11 dapat menghasilkan berat kering sel dan total karotenoid dengan menggunakan sumber C dan N yaitu gliserol dan beef extract, dengan kondisi salinitas 2,55%, suhu 27 oC, dan pH 7. Karakterisasi senyawa karotenoid pada ekstrak metanol P. haeundansis SAB E11 dengan analisis UV-Vis, kromatografi lapis tipis (KLT), High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) menunjukkan adanya senyawa karotenoid. Hasil uji antioksidan menunjukkan kemampuan senyawa karotenoid meredam radikal DPPH yang ditunjukkan dengan nilai inhibitor concentration 50 (IC50). Selain itu, senyawa karotenoid juga dapat menginduksi respon adaptif S. pombe ARC039 yang dibuktikan dengan viabilitas sel meskipun dalam cekaman oksidatif H2O2. Data tersebut didukung oleh adanya peningkatan aktivitas mitokondria dan ekspresi gen antioksidatif yaitu gen ctt1 dan sod2 yang masing-masing menyandikan enzim katalase dan superoksida dismutase. Analisis ekstrak n-heksana P. haeundansis SAB E11 dengan UV-Vis, KLT, dan LC-MS/MS tidak mendapatkan senyawa karotenoid. Spektrum UV-Vis tidak menunjukkan pola spektrum yang sama dengan senyawa ?-karoten standar meskipun nilai panjang gelombang maksimum yaitu 450 nm berada pada kisaran fingerprint senyawa karotenoid. Selain itu, hasil KLT ekstrak n-heksana yang dielusi dengan diklorometana juga tidak menunjukkan kesamaan pita dengan senyawa ?-karoten standar yang memiliki nilai Rf 0,88. Pemisahan dengan KLT menunjukkan beberapa pita yang memiliki aktivitas antioksidan yang dianalisis dengan bioautografi antioksidan DPPH. Setiap pita yang yang menunjukkan aktivitas antioksidan mewakili fraksi aktif dari ekstrak n-heksana. Hasil analisis LC-MS/MS fraksi enam sebagai fraksi dengan aktivitas antioksidan terbaik juga tidak menunjukkan adanya senyawa karotenoid. Senyawa antioksidan yang terdeteksi adalah avobenzone yang memiliki aktivitas fotoprotektif terutama pada sinar UVA. Uraian hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan beberapa kebaruan yaitu, (1) memberikan informasi mengenai aktivitas antioksidan bakteri Paracoccus haeundansis SAB E11, Kocuria marina SAB E28, dan Ewingella sp. SAB E55, (2) memberikan informasi sumber C dan N, kondisi salinitas, suhu dan pH terbaik untuk berat kering dan produksi total karotenoid terbaik pada P. haeundansis SAB E11, dan (3) pengetahuan mengenai pengaruh senyawa karotenoid P. haeundansis SAB E11 terhadap respon adaptif S. pombe ARC039 pada kondisi cekaman oksidatif.