Eumelanin Asal Streptomyces sp. NTB 42 Menginduksi Ekspresi Gen Antioksidatif dan Anti-UV pada Schizosaccharomyces pombe

Abstract

Radiasi ultraviolet (UV) yang berasal dari sinar matahari memiliki tingkat energi yang tinggi dan berpotensi berbahaya bagi organisme di muka bumi. Radiasi UV merusak DNA melalui dua mekanisme berbeda, yaitu membentuk pirimidin dimer dan menghasilkan Reactive Oxygen Species (ROS). Manusia memiliki mekanisme alami untuk memperbaiki DNA yang rusak akibat zat-zat genotoksik, antara lain dengan mengaktifkan jalur perbaikan Nucleotide Excision Repair (NER) dan Base Excision Repair (BER). Selain itu, manusia juga memiliki mekanisme pencegahan kerusakan DNA akibat sinar UV, yaitu dengan memproduksi melanin. Namun, jumlah melanin dalam kulit manusia tidak cukup untuk melindungi radiasi yang terlalu masif dan terus menerus. Oleh karena itu, penggunaan tabir surya sangat penting untuk perlindungan tambahan, terlebih tabir surya dengan zat aditif melanin alami karena daya serap UV dan sifat penangkapan radikal-nya yang sangat besar. Penelitian sebelumnya telah mengungkap bahwa eumelanin asal Streptomyces sp. NTB 42 terbukti memiliki aktivitas antioksidan dan fotoprotektif. Namun, hingga saat ini belum diketahui bagaimana respon seluler terhadap cekaman oksidatif yang dipicu oleh eumelanin tersebut. Selain itu, ekspresi gen yang berperan dalam mekanisme antioksidatif dan proteksi terhadap sinar UV pada organisme model Schizosaccharomyces pombe belum dianalisis secara mendalam. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh eumelanin asal Streptomyces sp. NTB 42 terhadap respon antioksidatif dan ekspresi gen terkait, serta sistem ekspresi gen anti-UV pada organisme model, Schizosaccharomyces pombe ARC039. Streptomyces sp. NTB 42 diremajakan pada media International Streptomyces Project No.4 (ISP4), setelah itu diinokulasikan pada media tirosin untuk produksi melanin. Melanin kemudian diekstraksi menggunakan metode presipitasi asam. Melanin yang telah didapatkan kemudian diuji aktivitas antioksidan dan anti-UVnya. Uji antioksidan dilakukan dengan metode peredaman radikal 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), dilanjutkan dengan uji pada tingkat seluler menggunakan S. pombe ARC039. Ekspresi gen antioksidatif pada khamir tersebut, yaitu gen ctt1, sod1, sod2, dan house keeping gene act1 dianalisis dengan Quantitative Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR). Uji fotoproteksi cahaya UV dilakukan dengan mencawankan khamir setelah diberi perlakuan melanin dan dipaparkan cahaya UV-B dan UV-C pada durasi penyinaran 30 menit, 60 menit, dan 90 menit. Ekspresi gen anti-UV, yaitu gen ptr8, rad15, ssl1, rad13, tfb1, uve1, dan housekeeping gene act1 kemudian dianalisis menggunakan qRT-PCR. Hasil ekspresi mRNA gen target dihitung berdasarkan perbedaan nilai treshold cycle (?Ct) antara gen target dengan gen act1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Eumelanin NTB 42 mampu meredam radikal DPPH dengan nilai IC50 58,69 ± 1,72 µg/mL. Selain itu, eumelanin NTB 42 dengan konsentrasi 58 µg/mL (IC50 DPPH) dan 14 µg/mL (0,25×IC50 DPPH) mampu mempertahankan viabilitas sel S. pombe ARC039 dalam kondisi stres oksidatif (H2O2 3 mM), ditunjukkan dengan mampu bertahannya sel hingga pengenceran 103. Selain itu, eumelanin NTB 42 mampu menginduksi ekspresi gen antioksidatif (sod1, sod2, ctt1). Eumelanin NTB 42 (200 µg/mL) mampu melindungi sel S. pombe ARC039 dari radiasi UV-B dan UV-C. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa eumelanin NTB 42 juga menginduksi gen perbaikan DNA di jalur Nucleotide Excision Repair (NER), ditunjukkan dengan meningkatnya ekspresi relatif gen terkait Transcription Factor IIH (ptr8, ssl1, tfb1), helikase (rad15), dan endonuklease (rad13). Selain itu, eumelanin NTB 42 juga menginduksi jalur perbaikan DNA UVDE-dependent Excision Repair (UVER) yang ditunjukkan dengan peningkatan ekspresi relatif gen endonukleasenya (uve1). Modulasi ekspresi gen bahkan terdeteksi sebelum paparan sinar UV, menunjukkan potensi pencegahan eumelanin NTB 42 dalam mengurangi kerusakan DNA. Temuan ini memperkuat posisi eumelanin NTB 42 sebagai kandidat bioaktif untuk perlindungan genetik terhadap stres oksidatif dan radiasi UV.