Perpustakaan Digital ITB

Bakteri resisten antibiotik penyebab infeksi merupakan permasalahan dunia kesehatan dan banyak ditemukan di seluruh dunia. Obat-obatan baru diperlukan untuk mengendalikan atau mencegah penyebaran mikroorganisme patogen yang resisten terhadap antibiotik (AMR), yang dikenal dengan akronim ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, dan Enterobacter spp.). Efektivitas setiap antibiotik dapat bervariasi dalam melawan berbagai jenis bakteri patogen. Sumber antibiotik yang paling banyak diteliti dan dipelajari adalah genus Streptomyces (80%) dan Rare Aktinomisetes (20%). Saat ini, pencarian antibiotik baru meluas dan semakin berfokus pada Aktinomisetes yang berasal dari perairan laut, khususnya spons laut. Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahapan. Tahap pertama bertujuan untuk mengetahui diversitas komunitas Aktinomisetes terkultur dan tidak terkultur yang terdapat pada spons Pantai Rancabuaya, Garut, Jawa Barat. Tahap kedua bertujuan untuk mengetahui potensi antibakteri simbion Aktinomisetes yang terisolasi dari spons Pantai Rancabuaya secara laboratorium, mengidentifikasi senyawa teranotasi yang berpotensi sebagai antibakteri secara in silico, serta menganalisis profil senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh Aktinomisetes terpilih. Tahap ketiga bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum produksi antibakteri dan karakteristik antibakteri yang dihasilkan oleh simbion aktinomiset terpilih. Tujuan setiap tahapan pada penelitian ini dicapai dengan beberapa metode. Pada tahap I, dilakukan isolasi, karakterisasi makroskopis, biokimia, fisiologis, identifikasi aktinomisetes berdasarkan 16S rRNA, identifikasi spons berdasarkan gen COX-1, dan keanekragaman aktinomisetes yang tidak terkultur dengan pendekatan Next Generation Sequencing (NGS). Pada tahap II, dilakukan fermentasi semua Aktinomisetes pada medium ISP2 dan ISP4, diuji aktivitas antibakteri dari metabolit Aktinomisetes yang diekstraksi dengan etil asetat, dianotasi senyawa-senyawa yang terdapat pada semua ekstrak etil asetat (EA) dengan Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS), ditentukan gugus fungsi semua ekstrak EA dengan Fourier transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Pada tahap III, peningkatan aktivitas antibakteri dilakukan dengan metode Respon Permukaan pada desain Box-Benhken, dan anotasi senyawa-senyawa pada ekstrak EA dengan GC/MS. Hasil yang diperoleh pada tahap I menunjukkan bahwa dua spons berhasil dikoleksi dari Pantai Rancabuaya, Garut dan teridentifikasi sebagai Spheciospongia solida dan Amorphinopsis excavans. Simbion dari spons S. solida yang berhasil diisolasi dengan teknik dependen dan teridentifikasi sebagai Nocardiopsis lucentensis A4 (endosimbion), N. lucentensis A8 (endosimbion), Saccharomonospora xinjiang A9 (eksosimbion), Streptomyces griseorubens A10 (eksosimbion), dan S. carpaticus A11 (endosimbion). Sedangkan simbion spons A. excavans terdiri dari S. harbinensis A1 (endosimbion), N. alba A2 (eksosimbion), S. aureofaciens A3 (eksosimbion), S. heliomycini A5 (endosimbion), S. rubrogriseus A6 (eksosimbion), dan N. alba A7 (eksosimbion). Semua aktinomisetes yang terisolasi termasuk dalam filum Actinobacteria, kelas Actinomycetes, ordo Streptomycetales, Streptosporangiales, dan Pseudonocardiales, serta famili Streptomycetaceae, Streptosporangiaceae, dan Pseudonocardiaceae. Semua aktinomisetes yang berhasil dikultur merupakan bakteri mesofilik, halofilik, dan neutrofil yang mampu memanfaatkan dekstrosa dan glukosa sebagai sumber karbon utama. Maltosa dan galaktosa merupakan dua jenis karbon yang juga banyak dimanfaatkan oleh Aktinomisetes. Pada teknik independen, analisis menunjukkan bahwa air laut (SW) terdeteksi memiliki 7 filum, 8 kelas, 13 ordo, 27 famili, dan 39 genus. Sementara itu, pada bagian luar tubuh spons S. solida 1 (SEK1) dan bagian luar tubuh spons S. solida 2 (SEK2) masing-masing memiliki 3 dan 1 filum, 4 dan 2 kelas, 7 dan 6 ordo, 10 dan 9 famili, serta 10 dan 8 genus. Bagian dalam tubuh spons S. solida 1 (SEN1) dan bagian dalam tubuh spons S. solida 2 (SEN2) terdeteksi dengan 6 dan 13 filum, 10 dan 16 kelas, 29 dan 42 ordo, 42 dan 68 famili, serta 41 dan 65 genus. Pada teknik independen, genera yang terdeteksi antara lain Leucobacter dan Micrococcus, yang hanya ditemukan pada air pantai, serta Corynebacterium, Nakamurella, Lawsonella, dan Egibacter yang ditemukan pada spons. Hasil pada tahap II menunjukkan bahwa pada metode uji tantang, semua simbion Aktinomisetes mampu menghambat pertumbuhan bakteri patogen E. coli ATCC 25922, S. aureus ATCC 25923, S. thypimurium ATCC 14028, P. aeruginosa ATCC 27853 dan B. subtilis SITH. Pada medium ISP2, semua Aktinomisetes menghasilkan metabolit antibakteri pada hari ke-10 fermentasi, sementara pada medium ISP4 menghasilkan metabolit antibakteri pada hari ke-8 fermentasi. Pada medium ISP2, ekstrak EA dari S. harbinensis A1, S. aureofaciens A3, S. griseorubens A10, N. alba A2, dan Saccharomonospora xinjiangensis A9 menghasilkan diameter zona hambat > 10 mm (aktivitas sangat kuat) terhadap S. typhimurium, P. aeruginosa, dan B. subtilis. Pada medium ISP4, ekstrak EA dari S. harbinensis A1, S. aureofaciens A3, S. lienomycini A5, N. lucentensis A8, dan S. xinjiangensis A9 menunjukkan diameter zona hambat > 10 mm (aktivitas sangat kuat) terhadap E. coli, S. aureus, P. aeruginosa, dan B. subtilis. Ekstrak kasar EA dari media ISP2 dan ISP4 menunjukkan konsentrasi hambat minimum (KHM) terhadap bakteri uji sebesar 31,125–62,50 ?g/ml terhadap semua bakteri uji dan dengan daya hambat lebih dari 95%. Analisis FTIR menunjukkan bahwa semua ekstrak mengandung gugus amina, asam karboksilat, alkana, alkena, senyawa aromatik, amina aromatik, karbonil ester, serta alkil halida. Senyawa dominan yang teridentifikasi pada GC-MS dari setiap ekstrak berbeda. Senyawa umum ditemukan pada semua ekstrak antara lain Hexadecanoic acid, dan Bis(2-ethylhexyl) phthalate. Streptomyces aureofaciens A3 merupakan bakteri terpilih yang mampu menghasilkan antibakteri dengan spektrum luas. Senyawa yang dihasilkan pada hari ke 0, 3, 6, 9 dan 12 diuji secara in silico melalui molecular docking dan dioptimasi untuk produksi metabolit antibakterinya pada tahap 3. Hasil docking menunjukkan bahwa 6 senyawa memiliki skor docking terbaik terhadap protein target DNA gyrase subunit B, 1 senyawa terhadap protein target Topoisomerase type IV subunit B, 4 senyawa terhadap Penicillin-binding protein 1a, dan 10 senyawa terhadap Dihydrofolate reductase. Enam kandidat antibakteri terbaik berdasarkan aturan Lipinski adalah: 3,5-di-tert-Butyl-4-hydroxyphenylpropionic acid, Benzenepropanoic acid, 3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-, methyl ester, 3-Acetylphenanthrene, 3-(p- Ethoxyphenyl)-5-(O-tolyloxymethyl)-2-oxazolidone, 7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)Deca-6,9-diene-2,8-dione, dan Isobenzofuro[5,6-b]benzofuran-8-carboxylic acid, 1,3-dihydro-7,10-dimethoxy-9-methyl-1-oxo-, methyl ester. Senyawa yang berpotensi sebagai agen antibakteri berspektrum sempit adalah senyawa 3,5-di-tert-Butyl-4-hydroxyphenylpropionic acid, Benzenepropanoic acid, dan 3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-, methyl ester. Sementara itu, senyawa yang dapat berperan sebagai agen antibakteri spektrum luas adalah senyawa 3-Acetylphenanthrene, Benzenepropanoic acid, 3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-, methyl ester, 3-(p-Ethoxyphenyl)-5-(O-tolyloxymethyl)-2-oxazolidone, dan Isobenzofuro[5,6-b] benzofuran-8-carboxylic acid, 1,3-dihydro-7,10-dimethoxy-9-methyl-1-oxo-, methyl ester. Hasil pada tahap III dengan metode RSM menunjukkan peningkatan aktivitas antibakteri S. aureofaciens A3 diperoleh pada konsentrasi pati 11,06–12,07 g/L, ammonium sulfat 1,39–1,56 g/L, dan NaCl 1,76–2,45 g/L pada medium modifikasi ISP4A. Ketiga komposisi memberikan zona hambat tertinggi terhadap E. coli (15,25 mm), S. aureus (10,05 mm), S. typhimurium (11,15 mm), P. aeruginosa (12,05 mm), dan B. subtilis (10,25 mm). Persentase peningkatan aktivitas antibakteri terhadap bakteri uji, secara berturut-turut adalah E. coli (62,33%), S. aureus (9,41%), S. typhimurium (48,69%), P. aeruginosa (39,16%), dan B. subtilis (1,10%). Berdasarkan hasil GC-MS derivatisasi, senyawa-senyawa yang teridentifikasi pada 5 ekstrak metabolit EA pada medium optimasi yang dihasilkan pada hari ke-10 fermentasi terdiri dari metabolit primer seperti Glycolic acid (9,48%), Palmitic Acid (32,76–54,74%), Stearic acid (16,11–25,30%), Myristic acid (2,62%), dan Oleic acid (1,98%), serta metabolit sekunder seperti Bis(2-ethylhexyl) phthalate (17,98 – 40,11%), Furoic acid (1,87%), Benzoic acid (2,02%), dan Methylmalonic acid (5,67%) dengan persentase kelimpahan yang bervariasi. Metabolit yang teranotasi pada medium ISP4A dengan medium ISP4A yang teroptimasi berbeda karena komposisinya mempengaruhi pertumbuhan, aktivitas metabolisme mikroorganisme, dan produksi metabolit.