2. TINJAUAN PUSTAKA 1.Potensi Sagu dan Beras 1.Potensi Sagu dan Beras
2.4. Mikrofora dan Short Chain Fatty Acid (SCFA)
Usus besar (kolon) merupakan habitat berbagai macam mikroorganisme. Lebih dari 50 genus dan 400 spesies bakteri telah diidentifikasi pada feses manusia.Bakteri fakultatif aerob seperti Escherichia coli ada di dalamnya. Bakteri anaerob obligat seperti Clostridium dan Bacterioid berada dalam jumlah sangat besar (Bird et al. 2000). Bakteri yang sering ditemukan didalam kolon dicantumkan dalam Tabel 4. Populasi setiap bakteri bervariasi dari 105 hingga 1014 sel/g feses. Kemampuan memanfaatkan substrat dan produk yang dihasilkannya juga beragam.
Pati resisten tidak dicerna di dalam sistem saluran pencernaan sehingga material ini langsung menuju usus besar. Kelompok bakteri sakarolitik memanfaatkan RS sebagai substrat fermentasi untuk menghasilkan produk berupa SCFA (asetat, propionat dan butirat) dan gas (CO2, CH4 dan H2
Kadar SCFA dan distribusinya tergantung pada strain bakteri serta jumlah dan jenis substrat yang tersedia. RS khususnya RS3 merupakan substrat potensial bagi bakteri penghasil butirat di dalam kolon dan disebut sebagai substrat butirogenik. Kemampuan RS3 sebagai substrat butirogenik dilaporkan oleh beberapa peneliti. Zhao dan Lin (2009) melakukan simulasi fermentasi RS3 asal pati jagung yang dihrolisis dengan asam sitrat. RS3 ditambahkan di dalam cairan feses bayi atau orang dewasa sehat kemudian diinkubasi secara anaerobik pada suhu 37
). SCFA yang tidak diabsorpsi oleh kolon akan memasuki darah melalui sistem portal hepatik. Di hati, asam asetat ditransfer menjadi acetil-CoA yang merupakan prekursor untuk lipogenesis. Propionat menghambat glukoneogenesis. Butirat merupakan sumber energi utama bagi sel-sel kolon dan dilaporkan memiliki kemampuan menghambat sel kanker (Singhet al. 1997, Hinnebusch et al. 2002).
o
C selama 0, 12 dan 24 jam. Hasil studi menunjukkan bahwa SCFA meningkat sejalan dengan lama fermentasi. Kadar asam butirat lebih besar dihasilkan oleh kultur yang berasal dari cairan feses bayi. Sharp dan Macfarlane (2000) melaporkan bahwa RS dapat menstimulasi pertumbuhan (in vitro) bakteri
penghasil butirat dari genus Clostridia. Reid et al. (1998) melaporkan kemampuan kultur murni C.butyricum untuk menghasilkan SCFA dari substrat pati jagung. Rasio amilosa/amilopektin, retrogradasi dan penambahan amilase pankreas dilaporkan mempengaruhi SCFA dan rasio asetat terhadap butirat.
Tabel 4 Bakteri yang sering ditemukan di dalam kolon
Famili Gram Jumlah Sifat konsumsi
substrat
Produk
Log 10/g Berat Kering feses
Rerata Kisaran
Bakteroides G – rods 11,3 9,2 -13,5 Sakarolitik A, P, S Eubacteria G + rods 10,7 5,0 – 13,3 Sakarolitik, beberapa
spesies menggunakan asam amino sebagai substat
A, B, L
Bifidobacteria G + rods 10,2 4,9-13,4 Sakarolitik A, L, F, E Clostridia G + rods 9,8 3,3 – 13,1 Sakarolitik, beberapa
spesies menggunakan asam amino sebagai substat
A, P, B L, E
Lactobacilli G + rods 9,6 3,6 – 12,5 Sakarolitik L Ruminococci G + cocci 10,2 4,6 – 12,8 Sakarolitik A Peptostreptococci G + cocci 10,1 3,8 – 12,6 Sebagian Klostridia A, L Peptococci G + cocci 10,0 5,1 - 12,9 menggunakan asam
amino sebagai substat
A, B, L Methanobrevibacter G +
coccobacilli
8,8 7,0 – 10,5 Kemolitotropik CH4
Desolphovibries G – rods 8,4 5,2 – 10,9 Berbagai macam substrat
A Propionibacteria G + rods 9,4 4,3 – 12,0 Sakarolitik
Laktat
A, P Actinomyses G + rods 9,2 5,7 – 11,1 Sakarolitik A, L, S Streptococci G + cocci 8,9 3,9 – 12,9 Karbohidrat dan
Asam amino
L, A Fusobacteria G – rods 8,4 5,1 – 11,0 Asam amino dan
Karbohidrat
B, A, L Escherichia G – rods 8,6 3,9 – 12,3 Sebagai streptococci
Campur-an asam
Keterangan : A = asetat, B = butirat, P = propionat, E = ethanol, F = format, L = laktat, S = suksinat
Sumber: (Macfarlane et al. 1995).
Diperkirakan 80% dari bakteri penghasil butirat di kolon berada dalam klaster XIVa kelompok bakteri gram positip (Barcenilla et al. 2000). Spesies bakteri penghasil butirat yang berada dalam kolon manusia antara lain adalah E.
rectale, Roseburia intestinalis, Roseburia hominis dan sebagainya (Louis & Flint 2009) maupun C. butyricum(Mitsuoka 1990).
Bakteri dalam kolon bersifat sakarolitik sehingga mampu menguraikan pati dengan bantuan enzim amilase. Sistem enzim pendegradasi pati pada bakteri gram positip penghasil butirat dilaporkanoleh (Ramsay et al. 2006).Enzim tersebut tertancap pada dinding sel bakteri sedemikian rupa sehingga situs hidrolisisnya berdekatan dengan sistem transpor produk hidrolisis menuju ke dalam sel bakteri. Produk hidrolisis kemudian dimetabolisme untuk menghasilkan SCFA. Ada beberapa jalur pada proses pembentukan SCFA dari glukosa yang sudah dikonfirmasi pada bakteri kolon (Miller & Wolin 1996). Katabolisme glukosa berlangsung melalui jalur Embden Meyerhof-Parnas dengan menghasilkan CO2 dan piruvat. Asetat berasal dari CO2 dan dibentuk melalui jalur Wood Ljungdahl. Propionat dibentuk dengan cara fiksasi CO2
SCFA mencapai sel melalui sistem transpor pasif dan aktif dengan bantuan senyawa pengangkut/carrier specific, yaitu MCT (Monocarboxylate Transporter) (Hadjiagapiou et al. 2000, Lecona et al. 2008). Transpor pasif berlangsung dengan cara difusi non ionik SCFA yang tidak terdisosiasi. SCFA juga dimungkinkan berada dalam bentuk non ionik karena daerah apikal suasananya asam akibat pelepasan H
. Butirat dihasilkan melalui jalur klasik yaitu kondensasi molekul asetil-CoA. Pada tahap akhir pembentukan butirat tersedia dua jalur yaitu pertama jalur butirat kinase dan kedua jalur butiril-CoA:asetil-CoA transferase. Pada jalur pertama, enzim fosfo transbutirilase dan butirat kinase mengonversi butiril-CoA menjadi butirat dengan produk antara butiril-fosfat. Pada jalur kedua, enzim butiril-CoA:asetat CoA-transferase mentransfer gugus CoA ke asetat eksternal sehingga dihasilkan asetil-CoA dan butirat. Jalur ini umumnya dimiliki oleh bakteri penghasil butirat pada kolon. Jalur butirat kinase ditemukan pada bakteri solventogenik C. tyrobutyricum(Zhu 2003). Ilustrasi jalur pembentukan asetat, propionat dan butirat dicantumkan dalam Gambar 2.
+
yakni Na+/H+ exchanger. Pada kondisi pH fisiologis, SCFA berada dalam bentuk terionisasi dan transpor SCFA berlangsung secara aktif. Transpor anion butirat terjadi dalam bentuk (i) antiporter non-electrogenik
SCFA-/HCO3-, (ii) electroneutral H+-coupled MCT (monocarboxylate transporter) dan (iii) electrogenic Na+
Gambar 2Jalur pembentukan asetat, propionat dan butirat. 1a: jalur butirat kinase, 1b:butiril-CoA:asetil CoA transferase, 2: jalurakrilat, 3:jalur suksinat, 4: jalur propandiol. (Louis et al. 2007). Tanda panah terputus menunjukkan adanya produk antara. DHAP: dihidroksiaseton pospat, P: Pospat, PEP: Pospoenolpiruvat.
-coupled transporter untuk MCT.
SCFA menimbulkan pengaruh fisiologis yang menguntungkan bagi kese-hatan pencernaan inang. Asam-asam organik termasuk SCFA memberikan kon-tribusi terhadap kesehatan kolon secara signikan. SCFA merupakan regulator pro-ses fisiologi untuk menjaga agar kolon berfungsi normal (Bird et al. 2000). Fung-si SCFAsecara umum didasarkan pada kenyataan SCFA termasuk kelompok asam organik dengan nilai pKa sekitar 5 sehingga produksi SCFA akan meng-asamkan lingkungan intrakolon. Pada kondisi tersebut terjadi: (i) pertumbuhan mikroorganisme patogen yang sensitif terhadap perubahan pH dihambat, (ii)
Heksosa (glukosa, fruktosa), pentosa (xilosa, arabinosa) L-fukosa
DHAP + L-laktaldehid Propan-1,2-diol Propionaldehid Propionil-CoA Propanol Propionat Propionil-CoA Metilmalonil-CoA Suksinil-CoA Suksinat Oksaloasetat Piruvat L-laktat Laktil-CoA Akrilil-CoA Propionil-CoA Asetil-CoA Asetoasetil-CoA ß-hidroksibutiril-CoA Krotinil-CoA Butiril-CoA Butiril-P Butirat Asetat Asetat Asetil-CoA Asetil-CoA 1a 1b 2 3 4
senyawa alkalin yang berpotensi toksik/karsinogenik akan terdisosiasi sehingga tidak dapat terserap lagi dan (iii) peredaran darah di kolon lebih lancar dan otot kolon berkontraksi sehingga menstimulasi penyerapan cairan dan elektrolit (Na+, K+ dan Ca+2). SCFA khususnya butirat merupakan sumber energi utama bagi sel epithel kolon.Beberapa peneliti melaporkan bahwa SCFA khususnya butirat memiliki aktifitas anti-proliferasi dan mampu mengubah ekspresi sejumlah gen (Archer et al. 1998, Hinnebusch et al. 2002, Davie 2003). Hal ini diperkuat oleh studi yang melibatkan hewan model. Produksi SCFA meningkat dan perkembangan sel kanker di dalam kolon tikus/mencit berkurang setelah tikus/mencit mengonsumsi diet kaya RS (Le-Leu et al. 2002, Le-Leu et al. 2007).
SCFA terutama butirat merupakan penghambat enzim histone deasetilase (HDAC: Histone Deacetylase). Penghambatan enzim tersebut mengakibatkan terjadinya hiperasetilasi pada protein histone sehingga interaksi ionik antar DNA rusak dan hal ini mengubah ekspresi sejumlah gen. Gen-gen yang ekspresinya dipengaruhi oleh hiperasetilasi histon antara adalah gen yang mengatur siklus sel (Cyclin A, Cyclin E, Cyclin B1 dan sebagainya), faktor transkripsi (c-Myc, RARα
dan ß) maupun apoptosis yaitu famili gen Bcl-2(De Ruijteret al. 2003).