mikroba-endofit

PERANAN BIOTEKNOLOGI DAN MIKROBA ENDOFIT DALAM PENGEMBANGAN OBAT HERBAL



ABSTRACT
Plants have been the chief source of compounds of medicine for thousand of years. Plants are also the source of many medicines for the majority of the world's population. The role of biotechnology is very important for multiplying, conserving the spesies, and enhancing the production of secondary metabolites. Endophytes are microbes that inhabit plants are currently considered to be a wellspring of novel secondary metabolites offering the potensial for medical and industrial exploitation. Natural products from various endophytic microbes have been investigated. Some examples of natural products observed from endophytic microbes are antibiotics, antiviral compounds, anticancers, antimalarial compounds, antioxidants, antidiabetics, and immunosuppressive compounds. Key words : secondary metabolites, endophytes, genetic engineering, tissue cultures.

Pendahuluan Tanaman, telah lama kita ketahui merupakan salah satu sumber daya yang sangat penting dalam upaya pengobatan dan upaya mempertahankan kesehatan masyarakat. Bahkan sampai saat inipun menurut perkiraan badan kesehatan dunia (WHO), 80% penduduk dunia masih menggantungkan dirinya pada pengobatan tradisional termasuk penggunaan obat yang berasal dari tanaman. Sampai saat ini seperempat dari obat-obat modern yang beredar

di dunia berasal dari bahan aktif yang diisolasi dan dikembangkan dari tanaman. Sebagai contoh misalnya aspirin adalah analgesik yang paling popular yang diisolasi dari tanaman Salix dan Spiraea, demikian pula paclitaxel dan vinblastine merupakan obat antikanker yang sangat potensial yang berasal dari tanaman (Pezzuto J, 1996). Indonesia yang dikenal sebagai salah satu dari 7 negara yang keanekaragaman hayatinya terbesar ke dua setelah Brazil, tentu sangat potensial dalam mengembangkan

REVIEW ARTIKEL
obat herbal yang berbasis pada tanaman obat kita sendiri. Lebih dari 1000 spesies tumbuhan dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku obat. Tumbuhan tersebut menghasilkan metabolit sekunder dengan struktur molekul dan aktivitas biologik yang beraneka ragam, memiliki potensi yang sangat baik untuk dikembangkan menjadi obat berbagai penyakit. Permasalahannya adalah bagaimana menjaga tingkat produksi obat herbal tersebut dengan bahan baku obat herbal yang terbatas karena sebagian besar bahan baku obat herbal diambil dari tanaman induknya. Sehingga dihawatirkan bahwa sumberdaya hayati ini akan musnah disebabkan karena adanya kendala dalam budidayanya. Bahkan disinyalir bahwa bahan obat herbal yang diproduksi dan diedarkan di Indonesia saat ini sebagian besar bahan bakunya sudah mulai diimpor dari beberapa negara lain. Peranan bioteknologi dalam budidaya, multiplikasi, rekayasa genetika, dan skrining mikroba endofit yang dapat menghasilkan metabolit sekunder sangat penting dalam rangka pengembangan bahan obat yang berasal dari tanaman obat ini. Bahkan dengan kemajuan yang pesat dalam bidang bioteknologi ini telah dapat dihasilkan beberapa jenis tanaman transgenik yang dapat memproduksi vaksin rekombinan (Maksum R. 2004). Dalam tinjauan pustaka ini akan dibahas tentang perkembangan dan pemanfaatan teknik-teknik bioteknologi antara lain seperti teknik kultur jaringan, in-vitro propagsi, rekayasa genetika, dan peran mikroba endofit dalam meningkatkan produksi metabolit sekunder dari berbagai tanaman obat tersebut. Kultur Jaringan Tumbuhan memiliki sifat totipotency, artinya perkembangbiakannya tidak hanya dari sel telur atau sperma saja akan tetapi juga bisa berasal dari sel-sel akar, daun, batang, dan sel tumbuhan lainnya. Bila kita menggunakan sebuah sel yang berasal dari tumbuhan maka badan tumbuhan keseluruhannya dapat ditumbuhkan kembali. Karena adanya sifat inilah, dengan teknikteknik yang telah lama dikenal seperti setek, okulasi, cangkok, serta dengan metode kultur jaringan, perbanyakan klon tumbuhan dapat dilakukan tanpa batas. Propagasi secara in vitro dari tanaman obat telah dilakukan untuk menghasilkan obat ataupun bahan obat yang berkualitas tinggi (Murch SJ., et.al.2000). Disamping itu teknik mikropropagasi juga telah dikembangkan dan digunakan untuk beberapa tanaman obat, karena terbukti multiplikasinya lebih cepat, dan aman. Regenerasi tanaman dengan tehnik kultur jaringan ini terbukti menghasilkan bahan kimia yang sama dengan tanaman induknya. Beberapa diantaranya yang telah berhasil dilakukan terhadap tanaman obat

REVIEW ARTIKEL
seperti Cinchona ledgeriana, Digitalis spp, Rehmania glutinosa, Rauwolfia serpentina, Isoplexis canariensis, dll. (Paek,KY.et.al.1995, Roy SK.,et.al. 1994., Perez BP., et.al. 2002). Penambahan senyawa auxin dan cytokinin dalam media perbenihan kultur jaringan ternyata mampu mempercepat multiplikasi sel jaringan beberapa tumbuhan obat (Rout Gr,et.al. 1999, Tsay HS, et.al. 1989). Demikian pula penambahan 6benxylaminopurine (BA) dengan konsentrasi tinggi (1-5 ppm), dapat mempercepat petumbuhan jaringan meristem dan meningkatkan produksi alkaloid dari Atropa belladonna (Benyamin BD., et.al. 1987). Penambahan 1-5 mg/l kinetin mampu meningkatkan proliferasi sel Picorrhiza kurroa (Lai N.,et.al. 1996), dan Plantago ovata (Barna KS.et.al.1988), sedangkan penambahan 2,2 uM thidiazuron dapat mempercepat proliferasi sel Nothapodytes foetida (Rai VR et.al. 2002). Demikian pula dengan penambahan 5 uM indole-3acetic acid (IAA), dapat meningkatkan kecepatan tumbuh dari sel jaringan Zingiber spp. (Faria RT.1995). Induksi pertumbuhan callus dengan berbagai jenis zat yang bersifat sebagai regulator pertumbuhan yang dimasukkan ke dalam medium pertumbuhannya juga telah banyak dilakukan. Penambahan auxin dan cytokinin dalam jumlah yang tepat terbukti dapat meningkatkan regenerasi kultur dari callus Plumbago rosea (Satheesh KK., et.al. 1988), dan regenerasi callus ini telah berhasil dilakukan dari berbagai tambuhan obat yang berasal dari berbagai eksplan tumbuhan misalnya callus yang berasal dari daun, cabang, akar, umbi, bunga, dan bagian lainnya dari tumbuhan. Beberapa diantaranya adalah regenerasi callus Hyoscyamus mutius (Basu P. et.el. 1996), Solanum melongena (Sharma P.,et.al. 1995), Chephaelis ipecacuanha (Rout GR.et.al. 1992), Psoralea corylifolia (Saxena C.et.al. 1997), Zingiber officinale (Rout GR, et.al.1997), Mentha arvensis (Shasany AK.,et.al. 1998), Centella asiatica ( Patra A., et.al. 1998), Plumbago Zeylanica (Rout GR., et.al. 1999), Solanum laciniatum ( Okslar V., et.al. 2002), Echinacea pallida ( Koroch AR., et.al. 2003), dan Lepidium sativum (Pande D., et.al. 2002). Disamping regenerasi melalui sel callus, regenerasi tumbuhan obat melalui somatic embryogenesis juga telah banyak dilakukan. Teknik ini merupakan suatu proses dimana sel somatik yang diambil dari jaringan tumbuhan dapat diinduksi menjadi embrio dan dapat tumbuh menjadi tanaman utuh di dalam media perbenihan yang sesuai. Dalam berbagai percobaan yang telah dilakukan pengaturan zat tumbuh atau zat suplemen lainnya dapat mengatur percepatan dari embryogenesis tersebut untuk tujuan pembudidayaan tanaman obat (Arumugam N.et.al. 1990, Ghosh BE., et.al. 1991., Zhou J.,et.al. 1994., Rout GR.,et.al. 1995., Das P.,et.al. 1999., Kumar A., 1992). Kultur sel atau jaringan tanaman

REVIEW ARTIKEL
obat yang telah didapat melalui regenerasi secara in vitro ini dapat disimpan dalam waktu yang lama pada temperatur rendah dalam nitrogen cair (-1960 C). Beberapa tanaman obat telah dilakukan preservasinya dengan cara pembekuan sel kulturnya antara lain tanaman obat yang menghasilkan alkaloid yang sangat penting seperti Rauwollfia serpentina, Digitalis lanata, Atropa belladonna, Hyoscyamus spp, dll. Sistem preservasi beku (cryopreservation) ini dapat digunakan untuk tujuan penyimpanan berbagai jenis sel/jaringan, meristem, pollen, embrio, callus, ataupun protoplas, sehingga sangat bermanfaat untuk konservasi tanaman obat (Tripathi L.,et.al. 2003). Metabolit sekunder Tanaman obat merupakan salah satu sumber bahan baku obat. Sebagian besar komponen kimia yang berasal dari tamanan yang digunakan sebagai obat atau bahan obat adalah merupakan metobolit sekunder. Secara in vitro produksi metabolit sekunder ini dapat dilakukan dengan teknik kultur jaringan (Deus B., et.al. 1982., Stafford A, 1986). Produksi metabolit sekunder beberapa tanaman obat melalui kultur jaringan telah banyak dilakukan. Beberapa diantaranya adalah produksi solasodine yang diisolasi dari kultur callus Solanum eleagnifolium (Nigra HM., et.al.1987) dan alkaloid pyrrolidine dari kultur akar tanaman Senecio spp. (Toppel G.,et.al. 1987). Alkaloid cephaelin dan emetine dapat diisolasi dari kultur callus tanaman Cephaelis ipecacuanha (Jha S.,et.al. 1988). Demikian juga dengan alkaloid-alkoloid penting lainnya seperti quinoline disolasi dari kultur jaringan Cinchona ledgeriana, diosgenin dari kultur jaringan Dioscorea deltoidea (Ravishankar GA.,et.al. 1991), beberapa enzim proteolitik dari kultur jaringan Allium sativum (Parisi M.,et.al.2002), alkaloid cardenolide dari kultur Digitalis lanata (Pradel H., et.al.1997), alkaloid azadirachtin dari kultur jaringan Azadirachta indica (Srividya N., et.al 1998) dan lepidine dari kultur jaringan tanaman Lepidium sativum (Pande D., et.al.2002). Untuk tujuan komersial telah dilakukan pengembangan produksi metabolit sekunder tanaman obat tersebut dengan sistem bioreaktor. Sistem bioreaktor ini dapat digunakan untuk kultur embryogenic ataupun organogenic dari berbagai spesies tanaman (Levin R.,et.al. 1988, Preil W., et.al. 1988). Dari salah satu hasil percobaan yang menggunakan sistem bioreaktor ini dapat dihasilkan saponin sebesar 500 mg/L/hari dari bioreactor kultur jaringan akar pohon ginseng (Park JM.,et.al.1992), dan produksi alkaloid ginsenoside dari kultur akar Panax ginseng dengan system bioreaktor berskala besar 110 ton (Hahn EJ.,et.al. 2003). Teknik kultivasi bioreaktor ini juga telah berhasil dilakukan untuk memproduksi zat anti kanker dari beberapa spesies tanaman Taxus. Cara ini jauh lebih effisien jika dibandingkan

REVIEW ARTIKEL
dengan cara-cara konvensional dimana untuk mendapatkan 1 kg komponen aktif taxol harus menebang 1 pohon Taxus yang kira-kira telah berumur 100 tahun (Muhlbah H.,1998). Rekayasa Genetika Kemajuan yang telah dicapai dalam bidang bioteknologi dan teknik DNA rekombinan telah membantu mempercepat dan meningkatkan berbagai penelitian menuju ke arah pemahaman tentang biosintesis dari metabolit sekunder. Berbagai penelitian telah berhasil mengidentifikasi beberapa enzim yang berperan penting dalam jalan metabolisme, dan telah berhasil dilakukan rekayasa dan manipulasi terhadap enzim-enzim tersebut. Teknik rekayasa genetika dengan melakukan transformasi genetik telah dilakukan untuk memanipulasi lebih dari 120 jenis spesies dari sekitar 35 famili tanaman menggunakan perantara bakteri Agrobacterium ataupun transformasi langsung (Birch RG., 1997). Agrobacterium tumafaciens, dan Agrobacterium rhizogenes, merupakan bakteri gram-negatif yang terdapat di dalam tanah yang menyebabkan tumor crown gall dan hairy root pada tanaman. Bakteri Agrobacterium tumafaciens mengandung megaplasmid yang berperan penting dalam induksi tumor tanaman yang diberi nama Ti plasmid. Selama proses infeksi, T-DNA yang merupakan segmen penting dari Ti plasmid ditransfer ke dalam nukleus sel yang terinfeksi dan terintegrasi ke dalam kromosom hospesnya. Sedangkan bakteri A. rhizogenes dapat menginduksi proliferasi multibranched di tempat akar yang terinfeksi sehingga disebut dengan "hairy root". Melalui infeksi ini dapat ditransfer T-DNA yang dikenal dengan root inducing plasmid (Ri plasmid), dan kemudian dapat terintegrasi ke dalam kromosom sel tanaman (Nester EW., et.al., 1984). Kemampuan bakteri Agrobacterium tumafaciens, dan A. rhizogenes yang mampu masuk ke dalam nukleus dan berintegrasi ke dalam kromosom tanaman inilah yang dimanfaatkan oleh para peneliti bioteknologi untuk melakukan modifikasi secara genetik guna meningkatkan produksi matabolit sekunder tanaman obat, baik tanaman dikotil ataupun monokotil. Transformasi genetik terhadap tumbuhan obat telah banyak yang berhasil dilakukan. Beberapa diantaranya adalah transformasi genetik menggunakan Agrobacterium tumafaciens terhadap tanaman transgenik Azadirachta indica yang mengandung rekombinan plasmid pTiA6 (Naina NS.,et.al 1989), Atropa belladonna (Cucu N.,et.al.2002), dan Echinea purpurea dan terbukti dapat meningkatkan komposisi alkaloid secara signifikan (Koroch AR.,et.al.2002). Demikian pula transformasi genetik menggunakan Agrobacterium rhizogenes telah berhasil meningkatkan

REVIEW ARTIKEL
produksi artemisin sebesar 4.8 mg/ L, dari kultur sel Artemisia annua L. (Cai G.,et.al.1995), dan dapat meningkatkan produksi alkaloid puerarin dari kultur sel Pueraria phaseoloides (Shi HP.,et.al. 2003). Berbagai jenis tanaman lain juga telah diteliti peningkatan kadar metabolit sekunder yang dihasilkannya melalui transformasi genetik dengan Agrobacterium rhizogenes antara lain adalah terhadap kultur sel/jaringan yang berasal dari tanaman Aconitum heterophyllum (Giri A.,et.al.1997), Digitalis lanata (Pradel H.,et.al. 1997), Papaver somniferum L. (Park SU.,et.al. 2000), dan Solanum aviculare (Argolo., et.al. 2000). sangat besar dan dapat diandalkan untuk memproduksi metabolit sekunder dari mikroba endofit yang diisolasi dari tanaman inangnya tersebut. Dari sekitar 300.000 jenis tanaman yang tersebar di muka bumi ini, masing-masing tanaman mengandung satu atau lebih mikroba endofit yang terdiri dari bakteri dan jamur (Strobel GA.,et.al. 2003). Sehingga apabila endofit yang diisolasi dari suatu tanaman obat dapat menghasilkan alkaloid atau metabolit sekunder sama dengan tanaman aslinya atau bahkan dalam jumlah yang lebih tinggi, maka kita tidak perlu menebang tanaman aslinya untuk diambil sebagai simplisia, yang kemungkinan besar memerlukan puluhan tahun untuk dapat dipanen. Berbagai jenis endofit telah berhasil diisolasi dari tanaman inangnya, dan telah berhasil dibiakkan dalam media perbenihan yang sesuai. Demikian pula metabolit sekunder yang diproduksi oleh mikroba endofit tersebut telah berhasil diisolasi dan dimurnikan serta telah dielusidasi struktur molekulnya. Beberapa diantaranya adalah : 1. Mikroba endofit yang menghasilkan antibiotika Cryptocandin adalah antifungi yang dihasilkan oleh mikroba endofit Cryptosporiopsis quercina yang berhasil diisolasi dari tanaman obat Tripterigeum wilfordii, dan berhasiat sebagai antijamur yang patogen terhadap manusia yaitu Candida albicans

Mikroba Endofit Mikroba endofit adalah mikroba yang hidup di dalam jaringan tanaman pada periode tertentu dan mampu hidup dengan membentuk koloni dalam jaringan tanaman tanpa membahayakan inangnya. Setiap tanaman tingkat tinggi dapat mengandung beberapa mikroba endofit yang mampu menghasilkan senyawa biologi atau metabolit sekunder yang diduga sebagai akibat koevolusi atau transfer genetik (genetic recombination) dari tanaman inangnya ke dalam mikroba endofit (Tan RX.,et.al. 2001). Kemampuan mikroba endofit memproduksi senyawa metabolit sekunder sesuai dengan tanaman inangnya merupakan peluang yang

REVIEW ARTIKEL
dan Trichopyton spp. (Strobel GA.,et.al. 1999). Beberapa zat aktif lain yang diisolasi dari mikroba endofit misalnya ecomycin diproduksi oleh Pseudomonas viridiflava juga aktif terhadap Cryptococcus neoformans dan C.albicans. Ecomycin merupakan lipopeptida yang disamping terdiri dari molekul asam amino yang umum juga mengandung homoserin dan beta-hidroksi asam arpartat (Miller RV., et.al. 1998), sedangkan senyawa kimia yang diproduksi oleh mikroba endofit Pseudomonas Syringae yang berhasiat sebagai anti jamur adalah pseudomycin, yang dapat menghambat pertumbuhan Candida albicans dan Cryptococcus neoformans (Harrison LD.,et.al. 1991). Pestalotiopsis micrispora, merupakan mikroba endofit yang paling sering ditemukan di tanaman hutan lindung di seluruh dunia. Endofit ini menghasilkan metabolit sekunder ambuic acid yang berhasiat sebagai antifungi (Li, JY., et al. 2001). Phomopsichalasin, merupakan metabolit yang diisolasi dari mikroba endofit Phomopsis spp. berhasiat sebagai anti bakteri Bacillus subtilis, Salmonella enterica, Staphylococcos aureus, dan juga dapat menghambat pertumbuhan jamur Candida tropicalis (Horn WS., et.al. 1995). Antibiotika berspektrum luas yang disebut munumbicin, dihasilkan oleh endofit Streptomyces spp. strain NRRL 30562 yang merupakan endofit yang diisolasi dari tanaman Kennedia nigriscans, dapat menghambat pertumbuhan Bacillus anthracis, dan Mycobacterium tuberculosis yang multiresisten terhadap berbagai obat anti tbc. (Castillo UF.et.al. 2002). Jenis endofit lainnya yang juga menghasilkan antibiotika berspaktrum luas adalah mikroba endofit yang diisolasi dari tanaman Grevillea pteridifolia. Endofit ini menghasilkan metabolit kakadumycin. Aktifitas antibakterinya sama seperti munumbicin D, dan kakadumycin ini juga berkhasiat sebagai anti malaria (Castillo UJ., et.al. 2003). 2. Mikroba endofit yang memproduksi antivirus Jamur endofit Cytonaema sp. Dapat menghasilkan metabolit cytonic acid A dan B, yang struktur malekulnya merupakan isomer p-tridepside, berhasiat sebagai anti virus. Cytonic acid A dan B ini merupakan protease inhibitor dan dapat menghambat pertumbuhan cytomegalovirus manusia. (Guo B.et.al. 2000). 3. Mikroba endofit yang menghasilkan metabolit sebagai antikanker Paclitaxel dan derivatnya merupakan zat yang berkhasiat