Standardisasi Tempuyung (Sonchus arvensis L.) Berdasarkan Profil Fitokimia dan Aktivitas Biologis melalui Pendekatan Metabolomik.

Abstract

Tempuyung (Sonchus arvensis L.) telah digunakan oleh masyarakat Indonesia sebagai obat tradisional dan tersedia obat herbal komersial dengan daun sebagai bahan baku. Komposisi dan konsentrasi senyawa dalam suatu tumbuhan obat akan bergantung pada beberapa faktor, di antaranya adalah umur dan bagian tanaman yang digunakan. Perbedaan komposisi dan konsentrasi bioaktif akan menyebabkan perbedaan level aktivitas biologisnya. Senyawa bioaktif daun tempuyung telah diketahui akan tetapi pada bagian lainnya belum banyak diteliti seperti akar dan batang. Oleh karena itu perlu dilakukan standardisasi kimia bagian tumbuhan tempuyung yang nantinya dapat dijadikan bahan baku terstandar untuk pembuatan obat herbalnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi profil fitokimia tempuyung menggunakan spektrum FTIR dan LC-MS/MS serta aktivitas biologisnya berdasarkan perbedaan umur dan bagian tanaman (akar, batang, dan daun). Pendekatan metabolomik digunakan dalam menstandarkan bahan baku tempuyung tersebut. Selain itu juga telah dikembangkan metode autentikasi tempuyung menggunakan sidik jari FTIR dari daun tapak liman (Elephantopus scaber L.) yang memiliki morfologi yang hampir mirip dengan tempuyung. Hal ini dilakukan sebagai bagian untuk memastikan keautentikan tempuyung sebagai bahan baku pada obat herbalnya. Penelitian ini dibagi dalam dua tahap kegiatan yaitu (1) pengembangan metode autentikasi tempuyung dari tapak liman menggunakan sidik jari fourier transform infrared-attenuated total reflectance (FTIR-ATR), dan (2) evaluasi profil fitokimia dan aktivitas biologis tempuyung berdasarkan perbedaan umur dan bagian tanaman. Pada penelitian tahap pertama, profil spektrum FTIR tempuyung dan tapak liman memiliki kemiripan satu sama lainnya. Gugus fungsi yang teridentifikasi dari kedua sampel yaitu -CH3, -CH2, -CH, -OH, C=O, -CO dan C=C aromatik. Pengelompokan kedua tumbuhan dan juga campurannya dilakukan dengan OPLS-DA menggunakan variabel absorbans pada bilangan gelombang 850-1800 cm-1 dan 2300-3000 cm-1. Berdasarkan plot OPLS-DA, kedua tumbuhan dapat dikelompokkan baik individu tumbuhan maupun campuran keduanya dengan variasi pencampurannya 5, 25, dan 50%. Nilai R2X dan R2Y masing-masing sebesar 0,999 dan 0,675 serta Q2 sebesar 0,45 pada significant hotellings 99,9% untuk pemisahan kedua tumbuhan. Untuk pengelompokan dengan campuran keduanya diperoleh nilai R2X, R2Y, Q2 berturut-turut sebesar 0,999; 0,675 dan 0,45. Nilai R2X, R2Y, dan Q2 adalah parameter yang dapat digunakan untuk kualitas dan akurasi prediksi model pengelompokan. Berdasarkan hasil ini, spektrum FTIR-ATR yang dikombinasikan dengan OPLS-DA dapat digunakan untuk identifikasi dan autentikasi tempuyung dari tapak liman. Untuk penelitian tahap kedua, ekstrak daun dengan umur 4 bulan memiliki aktivitas antioksidan dan inhibisi xantin oksidase lebih tinggi dibandingkan umur lainnya. Pola sidik jari FTIR dan kromatogram LC-MS/MS akar, batang dan daun menunjukkan kemiripan dengan hanya berbeda pada intensitasnya. Sebanyak 21 metabolit telah berhasil diidentifikasi dalam ekstrak secara putatif, dengan distribusi yang berbeda pada tiap bagiannya (19 metabolit dalam daun, 13 metabolit pada batang, dan 11 metabolit dalam akar). Metabolit yang teridentifikasi termasuk ke dalam golongan asam amino, fenolik/polifenol, flavonoid, alkaloid, terpenoid, dan asam organik. Senyawa golongan flavonoid merupakan senyawa terbanyak yang teridentifikasi pada daun tempuyung, terdiri atas apigenin 7-O-glukuronida, luteolin, apigenin, kaempferol-7-O-glukosida, isorhoifolin, pinocembrin dan kaempferol-3-O-rutinosida. Berdasarkan nilai variable importance in projection (VIP), diperoleh 7 senyawa kimia yang memiliki korelasi dengan aktivitas antioksidan, empat diantaranya merupakan senyawa yang belum diketahui struktur molekulnya. Pengelompokan tempuyung berdasarkan perbedaan bagian tanaman berhasil dilakukan menggunakan spektrum FTIR dan kromatogram LC-MS/MS menggunakan OPLS-DA. Berdasarkan penelitian ini maka pendekatan metabolomik dapat digunakan sebagai pendekatan alternatif dalam proses standardisasi dan evaluasi mutu tumbuhan obat termasuk di dalamnya untuk proses autentikasi. Penelitian ke depan yang dapat dikembangkan dari tempuyung ini adalah identifikasi struktur senyawa yang belum berhasil teridentifikasi, biotransformasi senyawanya untuk memperoleh bahan aktif dan mempelajari mekanisme farmakodinamiknya. Selain itu, penelitian tentang budidaya tempuyung agar dapat produktif di semua jenis lahan adalah suatu tantangan. Mengingat perubahan lingkungan global, inisiatif untuk mengembangkan varietas tempuyung baru yang unggul untuk memperluas budidaya dan kegunaannya sangat diperlukan. Untuk keperluan ini, maka pendekatan metabolomik dan kemometrik dapat dijadikan sebagai metode alternatif dalam proses standardisasi dan evaluasi mutu baik pada bahan baku ataupun pada produk dan proses aplikasinya.

Tempuyung (Sonchus arvensis L.) has been used by Indonesian people as a traditional medicine, and there are already commercial herbal medicines with leaves as the raw material. The composition and concentration of compounds in a medicinal plant will depend on several factors, the planting age and part of the plant used. Differences in composition and bioactive concentration will cause differences in the level of biological activity. The bioactive compounds of S. arvensis leaves have been known, but in other parts, such as roots and stems, have not been widely studied. Therefore, it is necessary to standardize the chemistry of S. arvensis plant parts, which can later be used as standardized raw materials for its herbal medicines. This study aims to evaluate the phytochemical profile of S. arvensis using FTIR and LC-MS/MS spectra and its biological activity based on differences in planting age and plant parts (roots, stems, and leaves). The metabolomic approach is used to standardize the raw materials of S. arvensis. In addition, a new method for authentication of S. arvensis has also been developed using FTIR fingerprints from tapak liman leaves (Elephantopus scaber L.) which have a morphology almost similar to S. arvensis. All of the activities were performed ensure the authenticity of S. arvensis as a raw material for its herbal medicine. This research is divided into two stages of activity, namely (1) development of the S. arvensis authentication method from E. scaber using FTIR spectra fingerprintings, and (2) evaluation of the phytochemical profile and biological activity of S. arvensis based on differences in planting age and plant parts. In the first stage of the study, the FTIR spectrum profiles of S. arvensis and E. scaber gave a similar pattern. The functional groups detected from both samples are -CH3, -CH2, -CH, -OH, C=O, -CO and aromatic C=C. The two plants and their mixtures were grouped using OPLS-DA using absorbance variables at wavenumbers 850-1800 cm?¹ and 2300-3000 cm?¹. Based on the OPLS-DA plot, the two plants can be grouped both as individual plants and a mixture of both with mixing variations of 5, 25, and 50%. The R2X and R2Y values were 0.999 and 0.675, respectively, and Q2 was 0.45 at 99.9% significant hotellings for separating the two plants. For groups with a mixture of both, the R2X, R2Y, and Q2 values were 0.999, 0.675, and 0.45, respectively. The R2X, R2Y, and Q2 values can be used for the quality and accuracy of the grouping model prediction. Based on these results, the FTIR-ATR spectrum combined with OPLS-DA can be used to identify and authenticate of S. arvensis from E. scaber. For the second research stage, leaf extracts aged 4 months had higher antioxidant and xanthine oxidase inhibition activities than other ages. The FTIR fingerprint pattern and LC-MSMS chromatograms of the roots, stems, and leaves showed similarities with only differences in intensity. A total of 21 metabolites have been putatively identified in the extract, with different distributions in each part (19 metabolites in leaves, 13 in stems, ada 11 in roots). The identified metabolites belong to the amino acid, phenolic/polyphenol groups, flavonoid, alkaloid, terpenoid, and organic acid. Flavonoid compounds are the most abundant compounds identified in S. arvensis leaves, consisting of apigenin 7-O-glucuronide, luteolin, apigenin, kaempferol-7-O-glucoside, isorhoifolin, pinocembrin, and kaempferol-3-O-rutinoside. Based on the variable importance in projection (VIP) value, it was found that 7 compounds had a correlation with antioxidant activity, four of which were compounds whose molecular structure was not yet known. Grouping of S. arvensis based on differences in plant parts was successfully carried out using the FTIR spectrum and LC-MS/MS chromatogram using OPLS-DA. Based on this research, the metabolomics approach can be used as an alternative approach in the standardization and evaluation of the quality of medicinal plants, including the authentication process. Future research that can be developed from this S. arvensis is the identifying the structure of compounds that have not been successfully identified, biotransformation of its compounds to obtain active ingredients, and study of its pharmacodynamic mechanisms. In addition, research on cultivating S. arvensis so that it can be productive in all types of land is a challenge. Given global environmental changes, initiatives to develop new superior tempuyung varieties to expand their cultivation and uses are urgently needed. For this purpose, the metabolomics and chemometrics approaches can be used as alternative methods in standardization and quality evaluation in raw materials and products and their application processes.