Karakterisasi Teripang Perairan Papua Barat dan Prediksi Peptida Antimikroba yang Dihasilkan

Abstract

Teripang ditemukan di perairan Indonesia, salah satunya di Perairan Papua Barat. Di Papua, beberapa spesies teripang dijual dalam bentuk kering dengan nilai tambah yang relatif kecil. Antimicrobial Peptides (AMPs) merupakan peptida dengan bobot molekul rendah yang diproduksi oleh sel-sel dan jaringan dalam tubuh makhluk hidup yang berperan dalam sistem pertahanan tubuh. Pemanfaatan hidrolisat teripang yang mempunyai AMPs diharapkan memberikan nilai tambah produk. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi teripang (segar, rebus, dan asap) dari perairan Papua Barat, menentukan karakteristik kimianya, karakteristik hidrolisat dan aktivitas antimikrobanya, serta memprediksi dan mengkarakterisasi senyawa AMPs dalam hidrolisat teripang. Identifikasi spesies teripang dilakukan berdasarkan karakteristik morfologi. Sampel teripang segar disiapkan dengan membuang isi perutnya. Teripang rebus diolah dengan merebus teripang segar di dalam air laut selama 15 menit. Teripang asap yang diperoleh dari nelayan merupakan teripang segar yang telah direbus dalam air laut selama 1,5 – 2 jam, diasap selama 8 jam dan dikeringkan di bawah sinar matahari selama 8 jam. Hidrolisis teripang segar, rebus, dan asap dilakukan dengan menggunakan enzim bromelin 5% dan papain 5%. Analisis derajat hidrolisis hidrolisat teripang dilakukan dengan metode soluble nitrogen-TCA, sementara kadar protein dengan metode Bradford. Uji aktivitas antimikroba hidrolisat teripang pada Staphylocoocus aureus, Bacillus cereus, dan Escherichia coli dilakukan dengan menggunakan metode difusi cakram. Penentuan bobot molekul peptida dalam hidrolisat dilakukan dengan metode SDS-PAGE. Peptida dengan potensi antimikroba (<5 kDa) disekuens dengan metode LC-MS/MS dilanjutkan dengan analisis secara bioinformatik menggunakan Mascot, BLASTp, CAMPR4, APD3, PepDraw, dan PEP-FOLD. Hasil identifikasi spesies menunjukkan bahwa teripang segar dan rebus yang diperoleh dari perairan Papua Barat adalah Holothuria atra, sementara teripang asap sulit diidentifikasi. Teripang segar memiliki kadar air, protein, dan lemak yang lebih tinggi, tetapi kadar abu yang lebih rendah dibandingkan dengan teripang rebus dan asap. Teripang segar yang dihidrolisis dengan bromelin selama 4 jam memiliki derajat hidrolisis, kadar protein, dan aktivitas antimikroba yang paling baik terhadap bakteri patogen uji. Hidrolisat teripang memiliki aktivitas antimikroba lebih baik terhadap bakteri Gram positif (S. aureus dan B. cereus) dibandingkan Gram negatif (E. coli). Analisis bioinformatik dengan Mascot terhadap peptida dalam hidrolisat teripang segar oleh enzim bromelin yang diduga memiliki sifat antimikroba menghasilkan 94 sekuen. Analisis lanjutan dengan BLASTp menunjukkan 21 dari 94 sekuen memiliki homologi dengan Holothuria atra. Dari 21 sekuen tersebut sebanyak empat sekuen diprediksi memiliki potensi peptida antimikroba dengan skor 0,5 – 0,8 menggunakan CAMPR4. Sekuen LALGIPLPQLK, IGLFGGAGVGK, INLTLK, dan LSLPFK merupakan sekuen AMPs yang baru ditemukan dari teripang. Sekuen tersebut mempunyai karakteristik panjang sekuen 6 - 11 asam amino, bobot molekul kurang dari 5 kDa (0,70 - 1,16 kDa), struktur heliks, net charge +1, serta kaya akan asam amino hidrofobik dengan hydrophobicity sebesar +7,09 sampai dengan +12,41 kkal/mol dan pI 10,14 – 10,15.

Sea cucumbers are found in several Indonesian waters, one of which is in West Papua. In Papua, some species of sea cucumber are dried with relatively low economic value. Antimicrobial Peptides (AMPs) are low molecular weight compounds of proteins or bioactive short peptides produced by cells and living things that play a role in the body's defense system. The utilization of sea cucumber hydrolysates as AMPs is expected to increase its economic value. Thus, this research aims to identify sea cucumbers from West Papua waters, determine the characteristics of fresh, boiled, and smoked sea cucumbers, the hydrolysates and their antimicrobial activity as well as to predict and characterize AMPs in the hydrolysates. Identification of sea cucumber species was carried out based on morphological characteristics. The West Papua fresh sea cucumber samples were prepared by removing their internal organs. Boiled sea cucumber are fresh cucumbers which were boiled in seawater for 15 minutes. Meanwhile, smoked sea cucumbers were obtained from the fisherman who have boiled fresh sea cucumber in seawater for 1.5 - 2 hours, followed by smoking for 8 hours and drying under the sun for 8 hours. Hydrolysis of fresh, boiled, and smoked sea cucumbers was carried out by bromelain 5% and papain 5%. Analysis of the degree of the sea cucumber hydrolysate was conducted using soluble nitrogen-TCA while the protein content was measured using the Bradford method. The antimicrobial activity of the sea cucumber hydrolysate toward Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, and Escherichia coli was done using disk diffusion method. The molecular weight of the peptides in the hydrolysate was determined by SDS-PAGE. Peptides with potential antimicrobial activity (<5 kDa) were sequenced by LC-MS/MS and analyzed using bioinformatics Mascot, BLASTp, CAMPR4, APD3, PepDraw, and PEP-FOLD. Species identification suggested that fresh and boiled sea cucumbers of West Papua waters were Holothuria atra, while the smoked ones were difficult to be identified. Fresh sea cucumbers had higher water, protein and fat contents but lower ash content as compared to boiled and smoked ones. Fresh sea cucumbers hydrolyzed with bromelain for 4 hours resulted in hydrolysates with the best degree of hydrolysis, protein content, and antimicrobial activity against the test pathogenic bacteria. Sea cucumbers hydrolysate had stronger antimicrobial activity toward Gram positive bacteria (S. aureus and B. cereus) than Gram negative (E. coli). The bioinformatic analysis using Mascot showed that fresh sea cucumber hydrolysate obtained with the bromelain consisted 94 sequences. Using BLASTp screening, 21 of the 94 sequences were homologous to Holothuria atra. Of the 21 sequences, four were predicted as antimicrobial peptides with a score of 0.5 – 0.8 using CAMPR4. This research reported for the first time four AMP sequences from sea cucumber Holothuria atra, i.e. LALGIPLPQLK, IGLFGGAGVGK, INLTLK, and LSLSPFK. The AMPs were characterized by a sequence length of 6 - 11 amino acids, molecular weight of less than 5 kDa (0.70 - 1.16 kDa), helical structure, net charge +1, rich in hydrophobic amino acids with hydrophobicity of +7.09 to +12.41 kcal/mol and pI 10.14 – 10.15.