intervensi aflatoksin terhadap sintesis protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin...

12
i Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam Tubuh Ternak Muhsin Al Anas Mahasiswa Pascasarjana Fakultas Peternakan UGM

Upload: others

Post on 26-Feb-2020

19 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

i

Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein

dalam Tubuh Ternak

Muhsin Al Anas

Mahasiswa Pascasarjana

Fakultas Peternakan UGM

Page 2: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

ii

Intervensi Aflatoksin terhadap

Sintesis Protein dalam Tubuh Ternak

Muhsin Al Anas

Intisari

Pangan sumber protein hewani selalu dibutuhkan untuk meningkatkan

kecerdasan dan kualitas hidup masyarakat Indonesia. Kebutuhan akan pangan sumber

protein hewani semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan

perbaikan ekonomi. Pakan merupakan salah satu komponen penting bagi ternak karena

nutrien yang terkandung di dalamnya berperan untuk reproduksi, pembentukan otot,

dan siklus hidup ternak. Pakan yang mengandung nutrien tinggi umumnya mudah

mengalami cemaran seperti jamur. Aspergillus spp., merupakan salah satu jenis jamur

yang biasanya tumbuh pada bahan pakan ternak. Jamur jenis ini menghasilkan

mikotoksin atau secondary metablites yang berbahaya bagi ternak, salah satu jenis

mikotoksin yang dihasilkan adalah aflatoksin. Aspergillus flavus memproduksi

aflatoksin B1 dan B2, sedangkan A. Paraciticus menghasilkan aflatoksin B1, B2, G1,

dan G2 yang merupakan aflatoksin utama berdasarkan warna blue (B) dan green (G).

Proses eliminasi (metabolisme dan ekskresi) aflatoksin dalam tubuh dibagi menjadi

dua phase utama. Phase I merupakan metabolisme substansi kimia yang ditambah grub

polar yang keduanya bermuatan positif dan negatif yang ditambahkan kedalam

senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan

hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis dimana akan terjadi konjugasi (bergabung)

dengan substansi lain untuk menghasilkan polar atau air yang mudah untuk

diekskresikan melalui ginjal. Aflatoksin merupakan jenis mikotoksin yang mampu

mempegaruhi sintesis protein dalam tubuh ternak. Aflatoksin menghambat sintesis

RNA dengan berinteraksi dengan aktivitas DNA-dependent RNA polimerase dan

degranulasi dari retikulum endoplasma, sehingga kandungan protein dalam jaringan

tubuh seperti di kerangka otot, jantung, hati dan ginjal akan berkurang.

Page 3: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

iv

Daftar Isi

Halaman Judul ............................................................. Error! Bookmark not defined.i

Intisari .......................................................................................................................... ii

Daftar Isi ..................................................................................................................... iv

Latar Belakang ....................................................................................................... 1

Aflatoksin............................................................................................................... 2

Biotransformasi aflatoksin ..................................................................................... 3

Target molekuler aflatoksin dalam tubuh .............................................................. 5

Sintesis protein sebagai target aflatoksin ............................................................... 6

Kesimpulan ............................................................................................................ 7

Daftar Pustaka ............................................................................................................. 8

Page 4: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

1

Latar Belakang

Pangan sumber protein hewani selalu dibutuhkan untuk meningkatkan

kecerdasan dan kualitas hidup masyarakat Indonesia. Kebutuhan akan pangan sumber

protein hewani semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan

perbaikan ekonomi. Thomas Malthus meramalkan bahwa pertumbuhan penduduk akan

mengikuti pola deret ukur, sedangkan pertumbuhan produksi pangan akan mengikuti

deret hitung.

Ternak ruminansia terutama sapi merupakan penghasil daging untuk memenuhi

kebutuhan protein hewani masyarakat. Setiap tahun permintaan daging sapi terus

mengalami peningkatan, sehingga perlu upaya peningkatan produktivitas ternak untuk

memenuhi permintaan tersebut. Pemenuhan kebutuhan daging tidak hanya dari sisi

kuantitas, tetapi juga dari sisi kualitas yang aman, sehat, utuh, dan halal (ASUH).

Upaya peningkatan produktivitas ternak bisa dilakukan dari perbaikan kualitas

mutu genetik ternak dan pakan. Pakan merupakan salah satu komponen penting bagi

ternak karena nutrien yang terkandung di dalamnya berperan untuk reproduksi,

pembentukan otot, dan siklus hidup ternak. Supaya mendapatkan produktivitas yang

tinggi, biasanya ternak diberikan pakan konsentrat, yakni pakan yang mengandung

nutrien tinggi selain hijauan. Pakan konsentrat biasanya berasal dari biji-bijian produk

utama maupun sisa hasil tanaman pertanian yang sudah dimanfaatkan produk

utamanya, seperti jagung, bungkil kedelai, dedak, bekatul, dan pollard.

Pakan yang mengandung nutrien tinggi umumnya mudah mengalami cemaran

seperti jamur. Jamur akan memanfaatkan nutrien yang terkandung dalam pakan untuk

menjalankan siklus hidupnya. Di daerah tropis jamur sangat mudah berkembang karena

didukung lingkungan dengan suhu dan kelembaban yang sesuai.

Aspergillus spp., merupakan salah satu jenis jamur yang biasanya tumbuh pada

bahan pakan ternak. Jamur jenis ini menghasilkan mikotoksin atau secondary

metablites yang berbahaya bagi ternak, salah satu jenis mikotoksin yang dihasilkan

adalah aflatoksin. Aflatoksin merupakan senyawa berbahaya bagi manusia dan ternak

karena dapat menyebabkan berbagai penyakit seperti kanker, penurunan daya imun,

dan mutasi gen. Pada ternak, aflatoksin mampu menurunkan produksi menghambat

Page 5: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

2

sintesis protein dan lemak. Oleh karena itu, kajian aflatoksin dibidang peternakan

sangat penting mengingat dampak yang ditimbulkannya. Terlebih lagi, Indonesia

merupakan negara tropis dengan lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhan

Aspergillus spp., penghasil senyawa aflatoksin. Hal tersebut tentu akan berdampak

pada efisiensi bidang peternakan, sehingga perlu adanya telaah mendalam terkait

penanganan aflatoksin supaya didapat produk yang tidak membahayakan masyarakat

Indonesia.

Aflatoksin

Aflatoksin merupakan senyawa mikotoksin yang dihasilkan dari metabolisme

jamur. Aflatoksin merupakan substansi biokimia yang diproduksi oleh spesies jamur

terutama aspergillus. Kontaminasi aflatoksin biasanya terjadi pada biji-bijian dan

gandum, seperti beras, jagung, sorghum, millet, ketela, dan banyak lagi selama

penyimpanan dan proses pengolahan yang buruk (Bennett dan Klich, 2003). Aflatoksin

merupakan permasalahan global terutama di daerah tropis dan subtropis dengan

temperatur dan kelembaban yang sesuai untuk pertumbuhan jamur. Sekitar 20 jenis

aflatoksin yang merupakan produksi metabolit jamur, terutama spesies Aspergillus

flavus, A. Nominus, A. Paraciticus (Mushtaq et al., 2012).

Aspergillus flavus memproduksi aflatoksin B1 dan B2, sedangkan A.

Paraciticus menghasilkan aflatoksin B1, B2, G1, dan G2 yang merupakan aflatoksin

utama berdasarkan warna blue (B) dan green (G) yang terbentuk di bawah sinar

ultraviolet (UV) dan relative mobility menggunakan chromatography dalam silika gel.

Aflatoksin M1 merupakan derivat dari aflatoksin B1 yang sudah mengalami

metabolisme hidroksilasi ternak perah yang disekresikan dalam susu (Egmond, 1989).

Page 6: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

3

Gambar 1. Struktur aflatoksin (Bilgrami et al., 1998)

Terdapat banyak faktor lingkungan biotik dan abiotik yang mempengaruhi

biosintesis aflatoksin (Bennett et al., 1988), termasuk faktor nutrien seperti sumber

karbon dan nitrogen, pengaruh lingkungan seperti aktivitas air dan temeratur, kondisi

psikologi seperti pH (Cotty, 1988).

Biotransformasi aflatoksin

Hati menjadi organ utama akumulasi dan metabolisme aflatoksin, selain itu hati

juga menjadi tempat dimana hasil metabolit aflatoksin tersebut mengikat asam nukleat

dan protein. Ginjal juga merupakan bagian dari detoksifikasi aflatoksin dan organ

dimana residu aflatoksin dapat dideteksi (Sawhney et al., 1973). Biotransformasi

(metabolisme) (Gambar 2) merupakan proses dimana suatu substansi kimia dirubah

Page 7: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

4

menjadi bentuk senyawa lain (transformasi) oleh enzim tertentu atau reaksi kimia.

Biotransformasi dalam toksikologi berperan penting sebgai bentuk pertahanan untuk

eliminasi racun xenobiotik dan residu dalam tubuh menjadi bentuk yang kurang

berbahaya dan senyawa polar sehingga mudah dieksresikan (Monosson, 2012)

Proses eliminasi (metabolisme dan ekskresi) substansi kimia dalam tubuh

dibagi menjadi dua phase utama. Phase I merupakan metabolisme substansi kimia yang

ditambah grub polar yang keduanya bermuatan positif dan negatif yang ditambahkan

kedalam senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi,

acetilasi, dan hidrolisis (Dhanasekaran et al., 2011). Phase II adalah sistem enzimatis

dimana akan terjadi konjugasi (bergabung) dengan substansi lain untuk menghasilkan

polar atau air yang mudah untuk diekskresikan melalui ginjal (Monosson, 2012)

Gambar 2. Reaksi biotransformsi aflatoksin (Josephy et al., 2005)

Page 8: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

5

Phase I dilakukan oleh Cytoghrome P450 (CYP450) enzim sistem, sedangkan

phase II metabolisme melibatkan sulfat, glucuronid, glutathion, dan reaksi asam amoni

konjugasi (Monosson, 2012)

Target molekuler aflatoksin dalam tubuh

Setelah aflatoksin dalam pakan dikonsumsi ternak, aflatoksin dan hasil

metabolitnya akan berinteraksi dengan berbagai biomolekul yang berbeda, organ, dan

jaringan. Terdapat dua jenis interaksi yang sudah diketahui terutama dengan asam

nukleat secara non-kovalen (lemah) dan ikatan reversal serta ikatan kovalen yang

ireversible yang melibatkan sistem metabolisme enzimatik yang terdapat pada

mamalia. Target aflatoksin yang utama yaitu jalur sintesis DNA dan RNA (mRNA,

tRNA, rRNA) template, protein, transkripsi, translasi, dan reaksi metabolik seluler

(Omar, 2013; Verma, 2004; Kiessling, 1986).

Gambar 3. Target dari aflatoksin dan target utama dalam sintesis DNA dan protein

(Kiessling 1986)

Page 9: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

6

Sintesis protein sebagai target aflatoksin

Aflatoksin menyebabkan pengaruh induksi terhadap abnormal protein yang

disebabkan gangguan primer dan/atau sekunder dari asam nukleat atau sintesis protein

(Bhat et al., 1982). Setelah aktivasi, aflatoksin mengikat molekul biologis termasuk

esensial enzim, blok RNA polimerase, dan translokase ribosom sehingga menghambat

sintesis protein (Eaton dan Gallagher, 1994). Aflatoksin juga membentuk adduct DNA

dan mempengaruhi sintesis protein. Aflatoksin yang mengikat dan mengganggu enzim

dan substrat yang dibutuhkan dalam inisiasi, transkripsi dan translasi proses yang

terlibat dalam sintesis protein. Mereka berinteraksi dengan purin dan pirimidin

nukleosida menyebabkan gangguan sintesis protein dengan membentuk adduct dengan

DNA, RNA dan protein (Verma, 2004).

Aflatoksin juga menghambat sintesis RNA dengan berinteraksi dengan

aktivitas DNA-dependent RNA polimerase dan degranulasi dari retikulum

endoplasma. Juga pengurangan kandungan protein dalam jaringan tubuh seperti di

kerangka otot, jantung, hati dan ginjal telah dikaitkan dengan peningkatan hati dan

ginjal nekrosis akibat kerusakan disebabkan oleh akumulasi aflatoksin dan

metabolitnya di dalam tubuh setelah paparan aflatoksin (Bbosa et al., 2013)).

Afaltoksin B1 dapat menyebabkan mutagenik, karsinogenik, teratogenik, dan

imunosupresif yang dapat mengganggu proses normal sintesis protein serta

menghambat beberapa jalur metabolisme penting dari organ-organ vital seperti hati,

ginjal dan hati (Mohhammed dan Metwally, 2009). Aflatoksin juga dapat mengganggu

aliran informasi genetik dari DNA untuk RNA dan protein. Hal ini juga mempengaruhi

mekanisme epigenetik seperti metilasi DNA seperti metil-sitosin, modifikasi histon,

dan renovasi kromatin sehingga mempengaruhi jalur sinyal selular, proliferasi sel dan

pertumbuhan (Gambar 4) (Li et al., 2011).

Page 10: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

7

Gambar 4. Target xenobiotik seperti aflatoksin dalam berbagai sisi sintesis protein

dan pengaruhnya terhadap mekanisme genetik dan epigenetik (Li et al., 2011)

Kesimpulan

Aflatoksin merupakan jenis mikotoksin yang mampu mempegaruhi sintesis

protein dalam tubuh ternak. Aflatoksin menghambat sintesis RNA dengan berinteraksi

dengan aktivitas DNA-dependent RNA polimerase dan degranulasi dari retikulum

endoplasma, sehingga kandungan protein dalam jaringan tubuh seperti di kerangka

otot, jantung, hati dan ginjal akan berkurang.

Page 11: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

8

Daftar Pustaka

Bbosa, G.S., David Kitya, D., Lubega, A., Ogwal-Okeng, J., Anokbonggo, W.W. and

Kyegombe, D.B. 2013. Review of the biological and health effects of

aflatoxins on body organs and body systems: Aflatoxins—Recent advances

and future prospects. Intechopen Publisher, 12, 239-265.

Bhat, N.K., Emeh, J.K., Niranjan, B.G. and Avadhani, N.G. 1982. Inhibition of

mitochondrial protein synthesis during early stages of aflatoxin b-induced

hepatocarcinogenesis. Cancer Research, 42, 1876-1880.

Bennett, J.W., & Klich, M. 2003. Mycotoxins. Clinical Microbiology Reviews 16, 497-

516.

Bilgrami, K.S., Choudhary, A.K. 1998. Mycotoxins in preharvest contamination of

agricultural crops. In Mycotoxins in Agriculture and Food Safety; Sinha,

K.K., Bhatnagar, D., Eds.; Marcel Dekker: New York, NY, USA; pp. 1–43.

Cotty, P. 1988. Aflatoxin and sclerotial production by Aspergillus flavus: Influence of

pH. Phytopathol. 78, 1250–1253.

Dhanasekaran, D., Shanmugapriya, S., Thajuddin, N., dan Panneerselvam, A. 2011.

Panneerselvam, aflatoxins and aflatoxicosis in human and animals. In:

Guevara-Gonzalez, R.G., Ed., Aflatoxins—Biochemistry and Molecular

Biology, InTech, 221-254.

Eaton, D.L. and Gallagher, E.P. 1994. Mechanisms of aflatoxin carcinogenesis. Annual

Review of Pharmacology and Toxicology, 34, 135-172.

Josephy, P.D.; Guengerich, F.P. & Miners, J.O. 2005. “Phase I” and “Phase II” drug

metabolism: Terminology that we should phase out? Drug Metabolism

Reviews, Vol.37, No.4, (November 2005), pp. 575-580, ISSN 0360-2532

Kiessling, K.H. 1986. Biochemical mechanism of action of mycotoxins. Pure &

Applied Chemistry, 58, 327-338.

Li, H. and Wang, H. 2010. Activation of xenobiotic receptors: Driving into the nucleus.

Expert Opinion on Drug Metabolism & Toxicology, 6, 409-428.

Mohammed, A.M. and Metwally, N.S. 2009. Antiaflatoxicogenic activities of some

aqeous plant extracts against AFB1 induced renal and cardiac damage. Journal

of Pharmacology and Toxicology, 4, 1-16.

Monosson, E. 2012. Biotransformation. National Library of Medicine (NLM): The

Encyclopeadia of earth.

Mushtaq, M., Sultana, B., Anwar, F., Khan, M.Z., dan Ashrafuzzaman, M. .2012.

Occurrence of aflatoxins in selected processed foods from Pakistan.

International Journal of Molecular Sciences, 13, 8324-8337.

Page 12: Intervensi Aflatoksin terhadap Sintesis Protein dalam ...senyawa xenobiotik seperti aflatoksin melalui proses oksidasi, reduksi, acetilasi, dan hidrolisis. Phase II adalah sistem enzimatis

9

Omar, H.E. 2013. Mycotoxins-induced oxidative stress and disease. INTECH, Chapter

3.

Sawhney, D.S., Vadehra, D.V., dan Baker, R.C. 1973. The metabolism of 14C

aflatoxins in laying hens. Poult. Sci. 52, 1302–1309.

Van Egmond, H.P. 1989. Current situation on regulations for mycotoxins. Overview

of tolerances and status of standard methods of sampling and analysis. J. Food

Addit. Contam. 6, 139–188.

Verma, R.J. 2004. Aflatoxin cause DNA damage. International Journal of Human

Genetics, 4, 231-236.