Potensi Biopigmen Bakteri sebagai Antioksidan pada Level Seluler

Abstract

Antioksidan memiliki peran penting dalam menghambat radikal bebas sehingga manusia dapat terhindar dari berbagai infeksi penyakit. Beberapa antioksidan dapat memberikan perlindungan terhadap kerusakan yang diakibatkan cekaman oksidatif. Cekaman oksidatif dalam sistem biologi merupakan proses kompleks yang ditandai oleh ketidakseimbangan antara produksi radikal bebas dan kemampuan tubuh untuk mengeliminasi molekul reaktif tersebut. Reactive Oxygen dapat memicu berbagai penyakit seperti kanker. Respon sel terhadap konsentrasi ROS yang tinggi adalah memproduksi antioksidan endogen seperti katalase, superoksida dismutase, dan thioredoxin. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis aktivitas pigmen yang dihasilkan oleh kultur bakteri P4.15, BFF62, dan P1.Z39 secara in vitro dan pada tingkat seluler pada Saccharomyces cerevisiae. Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahap yaitu peremajaan bakteri, optimasi medium, produksi pigmen hingga didapatkan ekstrak kasar pigmen. Ekstrak kasar pigmen kemudian difraksinasi dengan metode KLT sehingga didapatkan fraksi aktifnya. Aktivitas antioksidan dari ekstrak kasar pigmen dan fraksi aktif kemudian diuji menggunakan metode DPPH, dan ditinjau pada tingkat seluler melalui S. cerevisiae. Optimasi medium menunjukan medium terbaik untuk menumbuhkan kultur P4.15 dan BFF62 adalah LB, dan medium SWC untuk kultur P1.Z39. Hasil rendemen ekstrak kasar pigmen yang didapatkan dari kultur P4.15 sebesar 1,188%, kultur BFF62 sebesar 1,196%, kultur P1.Z39 sebesar 0,940%. Pengujian antioksidan ekstrak kasar pigmen pada ketiga kultur bakteri menunjukan nilai IC50 yang tinggi pada kultur P4.15 sebesar 78,689 µg/mL, kultur P1.Z39 sebesar 105,074 µg/mL, dan kultur BFF62 376,759 µg/mL. Masing-masing ekstrak kasar pigmen difraksinasi dengan metode KLT menunjukkan kombinasi eluen terbaik pada ekstrak kasar pigmen P4.15 adalah kloroform: etil asetat (1:9)(v/v), BFF62 adalah kloroform: etil asetat (4:6)(v/v), dan P1.Z39 (2:8)(v/v). Hasil bioautografi antioksidan menggunakan perbandingan eluen terbaik adalah ketiga ekstrak kasar pigmen tersebut memiliki fraksi aktif. Pengujian cekaman oksidatif menunjukkan bahwa ekstrak kasar pigmen dapat meningkatkan toleransi dari S. cerevisiae pada cekaman H2O2,ekstrak kasar pigmen P4.15 dan fraksi aktif memberi efek yang lebih baik apabila dibandingkan dengan ekstrak kasar pigmen BFF62 dan P1.Z39. Analisis ekspresi gen menunjukkan bahwa perlakuan dengan ekstrak kasar pigmen P4.15 dan fraksi aktif mampu meningkatkan ekspresi dari gen ctt1, sod1, dan trx2. Hasil deteksi senyawa aktif pada fraksi aktif P4.15 menggunakan LCMS menunjukkan bahwa L-glutamin dan asam risinoleat yang diduga berperan sebagai antioksidan. Berdasarkan hasil identifikasi 16S rRNA kultur potensial P4.15 memiliki kemiripan dengan genus Kocuria.

Antioxidants have an essential role in inhibiting free radicals so humans can avoid various infectious diseases. Some antioxidants can protect against damage caused by oxidative stress. Oxidative stress in biological systems is a complex process characterized by an imbalance between the production of free radicals and the body's ability to eliminate these reactive molecules. Reactive Oxygen can trigger various diseases such as cancer. Cell response to high concentrations of ROS is to produce endogenous antioxidants such as catalase, superoxide dismutase, and thioredoxin. This study aims to analyze the activity of pigments produced by bacterial cultures P4.15, BFF62, and P1.Z39 in vitro and at cellular level in Saccharomyces cerevisiae. This research was carried out through several stages, namely, the rejuvenation of bacteria, optimization of the medium, and production of pigments to obtain crude extracts of pigments. The pigment crude extract was then fractionated using the TLC method to obtain the active fraction. Crude pigment extract and active fraction were then tested for their antioxidant activity using the DPPH method, and for their activity at the cellular level through S. cerevisiae. Medium optimization showed that the best medium for growing P4.15 and BFF62 cultures was LB, and SWC medium for P1.Z39 cultures. The yield of crude pigment extract obtained from culture P4.15 was 1,188%, culture BFF62 was 1,196%, culture P1.Z39 was 0,940%. Antioxidant testing of crude pigments in the three bacterial cultures showed high IC50 values in P4.15 culture of 78,689 µg/mL, P1.Z39 culture of 105,074 µg/mL, and BFF62 culture of 376,759 µg/mL. Each pigment crude extract fractionated using the TLC method showed the best eluent combination in the crude pigment P4.15 extract was chloroform: ethyl acetate (1:9)(v/v), BFF62 was chloroform: ethyl acetate (4:6)( v/v), and P1.Z39 (2:8)(v/v). The results of antioxidant bioautography using the best eluent ratio were the three crude extracts of the pigments having active fractions. Tests for oxidative stress showed that the crude pigment extract could increase the tolerance of S. cerevisiae to H2O2 stress, where the pigment crude extract P4.15 and its active fraction gave a better effect when compared to the pigment crude extract BFF62 and P1.Z39. Gene expression analysis showed that treatment with P4.15 pigment crude extract and its active fraction increased the expression of the ctt1, sod1, and trx2 genes. Detection of the active compound in the active fraction P4.15 using LCMS detected the presence of L-glutamine and ricinoleic acid which were thought to act as antioxidants. Based results of the identification of the 16S rRNA gene, the potential culture of P4.15 is 92,24% similar to Kocuria genus.