Paper M.K Bioteknologi Mikroalga Dosen : Dr. Kustiaryah Tarman

Lyngbya Majusculata

Disusun oleh :

PATMAWATI

C351110111

SEKOLAH PASCASARJANADEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTANINSTITUT PERTANIAN BOGOR

2012

1 PENDAHULUAN

Mikroalga adalah mikroorganisme fotosintesis prokariotik atau eukariotik

yang dapat tumbuh dengan cepat dan hidup dalam berbagai kondisi karena

struktur uniseluler atau multiseluler yang sederhana (Li et al. 2008). Mikroalga

dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti meningkatkan nilai tambah

produk untuk keperluan farmasi, untuk konsumsi manusia (pangan) dan sebagai

sumber energi. Salah satu mikroalga yang berpotensi untuk dikembangkan yaitu

Cyanobacteria jenis Lyngbya majuscula.

Cyanobacteria telah dikenal dapat berkembang dan berkembang biak

bahkan dalam kondisi ekstrim defisiensi nitrogen karena kemampuan mereka

untuk memperbaiki nitrogen atmosfer dan juga karena cyanobacteria

menghasilkan metabolit sekunder. Cyanobacteria mampu memfiksasi nitrogen

dan produksi faktor pertumbuhan yang diperlukan seperti vitamin, logam dan

chelators di L. majuscula dibantu oleh bakteri epifit dengan hubungan mutualisme

(Steppe et al, 1996 diacu dalam Dzeha 2004).

Komponen bioaktif dari L. majuscula, berupa bakteri epibiotik (epifit).

Sejauh ini, empat berwarna cerah quinoline bakteri penghasil telah dilaporkan

untuk L. majuscula (Gil-Turnes 1988). Alkaloid 1 dan 2 adalah quinoline

senyawa yang telah diisolasi dari Curaçao koleksi L. majuscula (Orjala &

Gerwick 1997 diacu dalam Dzeha 2004), menunjukkan bahwa epifit bakteri yang

terkait dengan cyanobacterium memiliki peran dalam produksi metabolit

sekunder. Sampai saat ini, spesies yang paling penting dari genus Lyngbya yang

memproduksi metabolit sekunder yaitu L. majuscula, L. martensiana, L. aestuarii

dan L. wollei. Peptida atau substruktur yang mengandung peptida merupakan

kelompok utama dari metabolit sekunder cyanobacterial. Oleh sebab itu, maka

perlu dilakukan karakterisasi ekologi, fisiologi, purifikasi komponen aktif dan

pemanfaatan Lyngbya majuscula untuk mengetahui potensinya sebagai penghasil

metabolit sekunder.

2 PEMBAHASAN

2. 1 Ekologi Lyngbya Majusculata

Cyanobacteria merupakan mikroorganisme prokariotik yang hidup

diberbagai lingkurang dan kondisi ekstrim. Morfologinya cukup besar dan bisa

dalam bentuk uniseluler atau berfilamen, hidup soliter atau berkoloni.

Cyanobacteria dapat melakukan fotosintesis dengan adanya pigmen klorofil dan

phycobilins. Dalam beberapa kondisi, konsentrasi tinggi phycobilins dapat

menyebabkan pewarnaan kebiruan, sehingga diberi nama ‘blue-green algae’.

Cyanobacteria memiliki kemampuan untuk memperbaiki nitrogen diatmosfir

(Whitton & Potts 2000 diacu dalam Ahern 2007).

Cyanobacterium Lyngbya majuscula membentuk hamparan di laut, juga

dikenal sebagai Microcoleus lyngbyaceus (Burja et al. 2002 diacu dalam Ahern

2007) dikenal sebagai produser yang produktif menghasilkan beragam metabolit

sekunder. Senyawa yang diisolasi dari L. majuscula seluruh dunia dilokasi pan-

tropis menunjukkan aktivitas antimikroba, anti-proliferasi senyawa, anti-Hiv dan

juga berpotensi sebagai agen anti-kanker. Homodolastatin 16 yang diisolasi L.

majuscula dari Kenya sudah teridentifikasi sebagai antanapeptin A (Coleman-

Davies et al. 2003 diacu dalam Ahern 2007).

L. majuscula adalah non-heterocystous, cyanobacteria termasuk family

Oscillatoriaceae. Ini adalah spesies, beracun di laut yang banyak mendiami

wilayah pesisir sub-tropis dan lautan tropis (Jones 1990; Shannon et al. 1992

diacu dalam Ahern 2007). Blooming Lyngbya majuscula membentuk hamparan

bentik yang dapat tumbuh pada sedimen, atau melekat pada substrat seperti

rumput laut (Gambar 1), makroalga karang (Gambar 2) dan singkapan batu (Diaz

et al. 1990; Dennison et al. 1999 diacu dalam Ahern 2007). L. majuscula, seperti

cyanobacteria lainnya, adalah komponen umum dari ekosistem laut, L. majuscula

selalu hadir di lingkungan tropis (Whitton & Potts 2000 diacu dalam Ahern 2007).

Namun, dalam tahun terakhir blooming yang besar L. majuscula telah terjadi di

seluruh dunia di Australia, Curaçao, Florida, Guam, Hawaii, Mozambik dan

Filipina (Dennison & Abal 1999 diacu dalam Ahern 2007). Ketika blooming

cyanobacterium mengembangkan, menghampar sebagai bentik dapat tumbuh

cukup cepat untuk melampaui padang lamun dan menyebabkan efek blanketing

dan kondisi anoksik (Gambar 3) (Albert 2001diacu dalam Ahern 2007). Akhirnya,

naik ke permukaan melalui akumulasi gelembung gas dan mengapung bebas,

untuk menjelajah daerah baru (Gambar 4) (Benz et al. 1979; Diaz et al. 1990;

Dennison et al. 1999 diacu dalam Ahern 2007). Gangguan blooming L.

majuscula telah ditemukan musiman di Moreton Bay, subtropis teluk di tenggara

Queensland, Australia. Sementara blooming cyanobacterium sudah pasti terjadi

secara alami dan telah buktikan sampai batas tertentu berdasarkan sejarah di

Moreton Bay (Dennison et al. 1999 diacu dalam Ahern 2007). Blooming L.

majuscula telah diidentifikasi di sejumlah lokasi di seluruh Moreton Bay di barat

laut (Deception Bay dan Pumicestone Passage), yang barat daya (Wellington

Point dan Victoria Point) dan timur Moreton Bay (Amity, Maroon dan Moreton

Bank, Kupas Island dan Adams Beach). Dalam lima tahun terakhir blooming juga

telah diidentifikasi di sejumlah lokasi lain di sepanjang pantai Queensland, yang

paling terasa di daerah Fraser Island, Kepulauan Keppel, Karang Hardy, Hervey

Bay, Pulau Hinchinbrook, Shoalwater.

Lyngbya adalah genus umum dari cyanobacteria, yang terdistribusi di

seluruh dunia di seluruh daerah tropis dan subtropis. Lyngbya membentuk

filament bercabang, silinder dan biasanya lebih lebar dari 6 pm, lurus, sedikit

bergelombang, atau melingkar. Filamen Lyngbya biasanya membentuk hamparan

(sperti tikar) besar, berlapis-lapis, dengan ketebalan bervariasi, dan kemudian

membentuk bentik besar atau mengapung ke permukaan baik di air tawar atau di

air laut (Ahern 2007).

Gambar 1 L. majuscula growing on Zostera in Moreton Bay.Sumber : Ahern (2007)

Gambar 2 L. majuscula growing on coral (Acropora sp) on fringing reefs of Great Keppel Island. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 3. L .majuscula that has smothered the seagrass and is starting to decompose. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 4 Floating mass of L. majuscula in Moreton Bay. Eventually these mats wash onto beaches. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 5 Sign posted by Redland City Council to warn people of L. majuscula in the water. Sumber : Ahern (2007)

G

Gambar 6 Bulldozer removing tonnes of rotting L. majuscula that has washed up on a beach. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 7 Iron staining on Adams Beach, Stradbroke Island. The consistent L. majuscula bloom starts in the shallow water just below low tide mark (upper part of photo). Sumber : Ahern (2007)

Gambar 8 Iron staining Adams Beach (low tide). L. majuscula bloom starts in shallow water near feet of person in upper left of photo. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 8 Iron staining on mangrove roots at Adams Beach. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 9 Iron staining on base of mangrove trunk from groundwater seep at Adams Beach. Note healthy green algal growth with plenty of iron around. Sumber : Ahern (2007)

Gambar 10 Adams Beach: Iron staining on shells from acidic iron rich seep waters reacting with the alkaline calcium carbonate in shells and precipitating ferric hydroxide. Sumber : Ahern (2007)

2.2 Fisiologi Lyngbya Majusculata

Cyanobacteria memiliki sejumlah mekanisme yang berbeda untuk

memperoleh zat besi untuk metabolisme. Beberapa senyawa cyanobacteria yang

disebut siderophores memiliki afinitas tinggi untuk besi. Siderophores mengikat

besi dan mengangkutnya ke dalam sel (Trick 1995; Imai et al. 1999 diacu dalam

Ahern 2007). Tidak ada bukti saat ini bahwa L. majuscula mampu menghasilkan

siderophores. Mekanisme lain untuk akuisisi besi termasuk besi L. majuscula

langsung menyerap besi dari bahan organic alami yang kompleks.Seadangkan

cara lain yaitu, dengan mengurangi cahaya, terjadi ketika cahaya diserap oleh

kompleks besi-humat, sehingga pengurangan Fe (III) menjadi Fe (II) dan oksidasi

dari ligan organik (Waite et al. 2001 diacu dalam Ahern 2007). Fe (II) yang

terbentuk dapat diserap secara langsung oleh oleh L. majuscula.

Cyanobacterium Lyngbya majuscula yang merupakan tanaman air

pengganggu di tenggara Amerika Serikat, yang merupakan organisme yang

tergantung sama unsure besi dalam medium Gorham yang dalam kondisi

laboratorium, menggunakan besi (III) EDTA, Nafe (EDTA), sebagai sumber zat

besi. Penambahan zat besi bertujuan untuk merangsang produksi oksigen yang

ditentukan volumetrically dengan Warburg untuk konsentrasi 1,4 ppm Fe sebagai

Fe (EDTA). Kisaran optimum besi yang bisa ditambahkan sekitar 1,4-6,1 ppm

dan diatas 6,4 ppm menunjukkan penghambatan pertumbuhan. Pertumbuhan

cyanobacterium dapat dikurangi dengan treatment yang akan berpengaruh

terhadap ketersediaan dari besi, asalkan cyanobacterium tidak mensintesis sebuah

chelator besi atau siderophore. Kurangnya siderophores dan ketergantungan

Lyngbya pada besi untuk pertumbuhan menunjukkan bahwa menurunkan

konsentrasi besi dalam air dapat mengurangi fotosintesis dan pertumbuhan (Gross

& Marti 1996).

2.3 Isolasi dan Furifikasi Komponen Bioaktif Lyngbya Majusculata

Isolasi antimikroba dari bakteri epifit L. majuscula. Lyngbya majuscula

diekstraksi menggunakan komponen heksana, diklorometana dan MeOH Fraksi

DCM dimurnikan menggunakan kombinasi teknikk TLC, Sephadex LH 20 ukuran

kromatografi eksklusi dan Si Gel kromatografi. Fraksi dimurnikan terkonsentrasi

menggunakan rotary evaporator (25oC) sebelum dilakukan screening antimikroba.

fraksi dilakukan menggunakan spektroskopi 1H NMR pada 200 MHz. Hal ini

bertujuan untuk mengetahui apakah senyawa yang diisolasi dari cyanobacterium

memiliki kesamaan dengan yang dihasilkan oleh kedua bakteri permukaan yang

dikultur pada media. Hasil isolasi senyawa antimikroba dari bakteri epifit L.

majuscula adalah koloni yang berwarna cerah (Dzeha 2004).

2.4 Aplikasi Komponen Bioaktif Lyngbya Majusculata

Hasil isolasi senyawa bioaktif dari cyanobacterium laut Kenya

Lyngbya majuscula teridentfikasi 9 bakteri berwarna cerah. Enam dari sembilan

bakteri yang diisolasi yaitu Pseudoalteromonas sp, Norcadia cornyebacteroides,

Paracoccus macussii, Micrococcus luteus, Stappia sp. dan membentuk endospora

gram positif Bacilli sp..Hasil peneltian menunjukkan bahwa Pseudoalteromonas

sp. bersifat antagonis dengan bakteri Micrococcus sp. dan Paracoccus marcusii

dapat menghambat pertumbuhan dan membentuk zona bening yaitu dari 12 mm

sampai 19 mm dan 6 mm sampai 8 mm. sedangkan bakteri yang lainnya tidak

menunjukkan aktivitas antimikroba. Micrococcus sp. (kuning) dan Paracoccus

marcusii tidak menunjukkan aktivitas antimikroba yang signifikan terhadap strain

pathogen Staphylococcus aureus MRSA9551 dan strain Bacillus subtilis SFP

pada disc diffusion assay (disk 6 mm) (Dzeha 2004).

Lyngbya majuscula selain mempunyai aktivitas anti bakteri, juga

menghasilkan peptide (siklik dan non siklik) yang dapat digunakan sebagai bahan

untuk pharmaceutical. Komponen aktif dari Lyngbya majuscula telah terisolasi

dan teridentifikasi dari berbagai kawasan perairan baik laut maupun tawar.

Enam analog dragonamide A (7) ( Jimenez & Scheuer 2001), termasuk

carmabin A (8), dragomabin (9) dan dragonamide B (10) (McPhail et al. 2007),

dragonamides C-D (11-12) (Gunasekera et al. 2008) dan E (13) (Balunas et al.

2010), diisolasi dari laut cyanobacteria Lyngbya majuscula dan Lyngbya

polychroa. Komopnen ini memiliki 8 atau 10-karbon panjang terminal

alkynamide. Carmabin A (8), dragomabin (9), dan dragonamide A (7) adalah

metabolit sekunder dari Lyngbya yang mempunyai aktivitas antimalaria yang

dengan dengan IC 50 untuk masing komponen sebesar 4,3, 6,0, dan 7,7 pM.

Dragonamides A (7) dan E (13) juga bersifat antileishmanial terhadap

Leishmania donovani dengan nilai IC50 sebesar 6,5 dan 5,1 pM. Namun,

nonaromatic, dragonamide B (10), tidak aktif melawan malaria atau leishmaniasis.

Carmabin A (8) lebih sitotoksik pada sel Vero (IC50 = 9,8 M) dari dragomabin

(5) (IC50 = 182,3 M) atau dragonamide A (7) (IC50 = 67,8 M). Dengan demikian,

dragomabin (9) memiliki toksisitas diferensial terbaik antara sel-sel parasit dan

mamalia. Tampaknya semakin panjang dan lebih bercabang alkynamide rantai

carmabin A (8) menyebabkan peningkatan sitotoksisitas dari dragomabin (9).

Dragonamides C-D (11-12) menunjukkan aktivitas lemah dalam tes viabilitas sel

kanker, dengan penghambatan pertumbuhan 50% (GI50) nilai-nilai 56 dan 59 pM

terhadap sel osteosarcoma U2OS, 22 dan 32 pM terhadap HT29 adenokarsinoma

sel usus besar dengan nilai masing-masing sebesar 49 dan 51 pM terhadap AKB-

32 neuroblastoma sel.

Menurut Teruya et al. (2009) Lyngbya sp. yang berasal dari Prefektur

Okinawa mengandung senyawa Bisebromoamide. Bisebromoamide (17)

menunjukkan sitotoksisitas terhadap HeLa S3 sel (IC50 = 0,04 ug / mL) dan

sebuah panel dari 39 jalur sel kanker manusia (disebut JFCR39) (rata-rata GI50 =

40 nM). bisebromoamide (17) memiliki potensi sebagai obat antikanker.

Menurut Kwan et al. (2009). Tiga statine unit (γ-amino-β-hydroxyacid)-

yang mengandung peptida linier, grassystatins disebut A-C (18-20) telah diisolasi

dari Lyngbya cyanobacteria laut di Florida. Grassystatins A dan B (18-19)

menunjukkan potensi dan selektivitas terhadap cathepsin D dengan nilai IC50

masing-masing sebesar 26,5 nM dan 7,27 nM dan dan untuk katepsin mempunyai

nilai IC50 masing-masing sebesar E 886 pM dan 354 pM. Grassystatins A-C (18-

20) adalah inhibitor yang efektif dari TACE metalloprotease (tumor necrosis

faktor α-converting enzyme) dengan nilai IC50s masing-masing sebesar 1,23 pM,

2,23 pM dan 28,6 pM.

Menurut Kwan et al. (2008) Lyngbya cyanobacterium confervoides dari

Florida Keys menghasilkan grassypeptolide (35), depsipeptide makrosiklik

dengan konten asam D-amino yang tinggi, dua thiazolines, dan satu β-amino

asam. Grassypeptolide (35) menghambat jalur kanker empat sel yang berasal dari

osteosarcoma manusia (U2OS), kanker rahim (HeLa), adenokarsinoma kolorektal

(HT29), dan neuroblastoma (AKB-32) dengan nilai IC50 1,0-4,2 pM.

Menurut Matthew et al. (2009) Peptida siklik dengan satu atau lebih

Amide Ester atau Cabang Tiglicamides A-C (44-46), dan largamides A-C (47-49)

diisolasi dari Lyngbya confervoides yang berasal dari laut Florida. Baik

largamides A-C (47-49) dan tiglicamides A-C (44-46) adalah serin protease

inhibitor (Tabel 1).

Tabel 1 Inhibitor serine protease (peptide) dari cyanobakteri genus Lyngbya (IC50 µM)

3 KESIMPULAN

Cyanobacteria merupakan mikroorganisme prokariotik yang hidup

diberbagai lingkurang dan kondisi ekstrim. Morfologinya cukup besar dan bisa

dalam bentuk uniseluler atau berfilamen, hidup soliter atau berkoloni.

Cyanobacteria dapat melakukan fotosintesis dengan adanya pigmen klorofil dan

phycobilins. Cyanobacterium Lyngbya majuscula membentuk hamparan di laut.

L. majuscula adalah non-heterocystous, cyanobacteria termasuk family

Oscillatoriaceae. L. majuscula membutuhkan zat besi untuk metabolisme, dengan

bebagai cara dalam penyerapan zat dari lingkungannya. L. majuscula yang

beracun banyak mendiami wilayah pesisir sub-tropis dan lautan tropis. Senyawa

yang diisolasi dari L. majuscula seluruh dunia dilokasi tropis menunjukkan

aktivitas antimikroba, anti-proliferasi senyawa, anti-Hiv dan juga berpotensi

sebagai agen anti-kanker.

DAFTAR PUSTAKA

Ahern K. 2007. Effect of Nutrients on the Cyanobacteria Lyngbya majuscula: A Bioassay Technique. Marine Botani : University of Queensland.

Balunas MJ, Linington RG, Tidgewell K, Fenner AM, Ureña LD, Togna GD, Kyle DE, Gerwick WH. 2010. Dragonamide E a modified linear lipopeptide from Lyngbya majuscula with antileishmanial activity. J. Nat. Prod. 73: 60–66.

Dzeha T. 2004. Novel Pharmaceuticals From Kenyan Cyanobacteria. Department of Chemistry, Macquarie University

Gross ED, Martin D. 1996. Iron Dependence of Lyngbya majuscule. J. Aquat. Plant Manage. 34: 17-20.

Gunasekera SP, Ross C, Paul VJ, Matthew S, Luesch H. 2008. Dragonamides C and D, linear lipopeptides from the marine cyanobacterium brown Lyngbya polychroa. J. Nat. Prod. 71: 887–890.

Jiménez JI, Scheuer PJ. 2001. New lipopeptides from the Caribbean cyanobacterium Lyngbya majuscula. J. Nat. Prod. 64: 200–203.

Kwan JC, Rocca JR, Abboud KA, Paul VJ, Luesch H. 2008. Total structure determination of grassypeptolide, a new marine cytotoxin. Org. Lett. 10: 789–792.

Kwan JC, Eksioglu EA, Liu C, Paul VJ, Luesch H. 2009. Grassystatins A-C from marine cyanobacteria, potent cathepsin E inhibitors that reduce antigen presentation. J. Med. Chem. 52: 5732–5747.

Li Y, Horsman M, Wu N, Lan CQ, Dubois-Calero N. 2008. Biofuels from microalgae. Biotechnology Progress 24(4):815–20.

Matthew S, Paul VJ, Luesch H. 2009. Largamides A–C, tiglic acid-containing cyclodepsipeptides with elastase-inhibitory activity from the marine cyanobacterium Lyngbya confervoides. Planta Med. 75: 528–533.

McPhail KL, Correa J, Linington RG, Gonzalez J, Ortega-Barría E, Capson TL, Gerwick WH. 2007. Antimalarial linear lipopeptides from a Panamanian strain of the marine cyanobacterium Lyngbya majuscula. J. Nat. Prod. 70: 984–988.

Teruya T, Sasaki H, Fukazawa H, Suenaga K. 2009. Bisebromoamide, a potent cytotoxic peptide from the marine cyanobacterium Lyngbya sp.: isolation, stereostructure, and biological activity. Org. Lett. 11: 5062–5065.