LAPORAN KEMAJUAN
PENELITIAN KERJASAMA ANTAR PERGURUAN TINGGI
DANA ITS 2020
(Eksplorasi Sirih Hijau Dan Sirih Merah Sebagai Sumber Pewangi/Perisa
Komersial dan Uji Antimikrobialnya Terhadap Isolat Resisten Obat)
Tim Peneliti :
Arif Fadlan, S.Si., M.Si., D.Sc. (Kimia/FSAD)
Prof. Dr. Mardi Santoso (Kimia/FSAD)
Prima Agusti Lukis, S.Si., M.Si. (D3 Teknik Gigi/FKG/IIKBW)
DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
Daftar Isi
Daftar Isi ... i
Daftar Tabel ... ii
Daftar Gambar ... iii
Daftar Lampiran ... iv
BAB I RINGKASAN ... 1
BAB II HASIL PENELITIAN ... 2
BAB III STATUS LUARAN ... 13
BAB IV PERAN MITRA ... 14
BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ... 15
BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA ... 16
BAB VII DAFTAR PUSTAKA ... 17
BAB VIII LAMPIRAN ... 18
Daftar Tabel
Tabel 2.1 Data hasil minimisasi energi ligan PIM dan ligan 1-20 dengan medan gaya
MMFF94 2
Tabel 2.2 Nilai afinitas energi dan RMSD penambatan ulang 4
Tabel 2.3 Hasil penambatan silang ligan 1-20 6
Tabel 2.4 Interaksi akseptor hidrogen (HBA), donor hidrogen (HBD),
Daftar Gambar
Gambar 2.1 Struktur ligan 3 sebagai contoh setelah dioptimasi 3
Gambar 2.2 Makromolekul 2D0T yang telah dioptimasi 4
Gambar 2.3 Visualisasi hasil penambatan ulang ligan ko-kristal PIM (a) Pose 1 (b) Pose 2
(c) Pose 3 (d) Pose 4 (e) Pose 5 5
Daftar Lampiran
BAB I RINGKASAN
Latar belakang: Salah satu komoditi terbesar yang dimiliki Indonesia adalah minyak atsiri.
Sebanyak 40 dari 70 jenis minyak atsiri yang diperdagangkan di pasar internasional diproduksi di Indonesia dan 12 jenis di antaranya diklasifikasikan sebagai komoditi ekspor. Nilai ekspor minyak atsiri Indonesia melonjak dari tahun ke tahun. Minyak atsiri dibutuhkan berbagai industri seperti industri parfum, pewangi/perisa, kosmetika, industri farmasi/obat-obatan, industri makanan dan minuman. Sirih merupakan tanaman yang yang banyak dimanfaatkan untuk pengobatan. Minyak atsiri tanaman sirih berpotensi untuk dikembangkan sebagai sumber pewangi/perisa komersial dan juga sebagai agen baru dalam penanganan resistensi antibiotik.
Tujuan: Penelitian bertujuan untuk mengeksplorasi sirih sebagai sumber pewangi/perisa komersial
yang dilanjutkan dengan analisis komposisi, uji aktivitas antimikrobial, dan studi penambatan molekular.
Tahapan metode penelitian: Minyak atsiri tanaman sirih diperoleh melalui teknik hidrodistilasi
menggunakan alat tipe-Clavenger. Analisis komposisi minyak atsiri dilakukan dengan metoda kromatografi gas-spektroskopi massa. Selanjutnya, uji aktivitas antimikrobial dilakukan terhadap berbagai bakteri dengan metoda disc-diffusion yang dilanjutkan dengan penentuan MIC dan MBC. Lebih lanjut, penambatan molekular dipelajari dengan Autodock Vina dalam PyRx dan visualisasi menggunakan PyMOL.
Luaran yang ditargetkan: Penelitian ini menargetkan sebuah artikel ilmiah yang dipublikasikan
pada jurnal internasional terindeks (Q3) dan diseminasi hasil penelitian pada forum ilmiah internasional.
Ringkasan penelitian berisi latar belakang penelitian,tujuan dan tahapan metode penelitian, luaran yang ditargetkan, kata kunci
BAB II HASIL PENELITIAN
2.1 Preparasi dan optimasi ligan ko-kristal PIM dan ligan uji 1-20
Tahap preparasi dan optimasi senyawa berguna untuk mempersiapkan senyawa ligan sebelum digunakan sebagai bahan penambatan molekular. Preparasi ligan ko-kristal PIM dan ligan uji terdapat sedikit perbedaan.
2.1.1. Preparasi dan optimasi ligan ko-kristal PIM
Ligan ko-kristal PIM didapatkan dari hasil ekstraksi ligan PIM dalam makromolekul IDO-1 (PDB ID: 2D0T) menggunakan software PyMol. Setelah hasil ekstraksi didapatkan, ligan kemudian dioptimasi menggunakan software MarvinSketch. Optimasi meliputi pengaturan pH senyawa menjadi 7,4 [1] dan minimisasi energi MMFF94 agar senyawa yang terbentuk lebih stabil [2]. Hasil yang diperoleh:
Tabel 2.1 Data hasil minimisasi energi ligan PIM dan ligan 1-20 dengan medan gaya MMFF94
LIGAN EM (Kkal/mol) PIM 52,62 1 37,74 2 61,49 3 28,14 4 53,49 5 70,73 6 94,66 7 50,63 8 76,35 9 29,80 10 51,87 11 25,31 12 48,05 13 15,63 14 39,09 15 33,12
16 59,59
17 39,23
18 60,18
19 29,99
20 55,18
2.1.2. Preparasi ligan uji 1-20
Preparasi ini memiliki sedikit perbedaan pada tahap awal yakni penggambaran struktur kimia ligan secara manual dalam 2D pada software MarvinSketch. Setelah digambar, kemudian diubah menjadi format 3D dan dilanjutkan dengan optimasi pengaturan pH serta minimisasi energi seperti ligan ko-kristal PIM.
Hasil yang diperoleh:
Gambar 2.1 Struktur ligan 3 sebagai contoh setelah dioptimasi
2.2. Preparasi dan optimasi makromolekul 2D0T
Pada tahap ini dilakukan preparasi serta optimasi makromolekul 2D0T. Tahap pertama meliputi mengunduh database Indoleamin 2,3-dioksigenase (IDO) dengan PDB ID: 2D0T dari worldwide protein database (wwPDB). Situs database ini merupakan situs bawaan dari software PyMol. Protein 2D0T memiliki 2 rantai yang identik dan simetris [3] sehingga proses penambatan dapat dilakukan hanya pada satu rantai. Berikutnya, molekul air dihilangkan dari makromolekul kemudian ligan PIM diekstrak dari makromolekul. Koordinat ligan PIM terletak pada X = 62,737-56,655; sumbu Y = 52,421-54,094; sumbu Z = 16,732-19,906. Terakhir, penambahan hidrogen untuk mengantisipasi interaksi antar ligan dan makromolekul [4].
Gambar 2.2 Makromolekul 2D0T yang telah dioptimasi
2.3. Penambatan ulang ligan ko-kristal PIM
Penambatan ulang berfungsi untuk validasi proses penambatan molekluar yang akan dilakukan oleh ligan uji 1-20 melalui perhitungan nilai RMSD pada PyMol. Untuk memfokuskan area penambatan, grid penambatan diatur sebesar 12Å x 12Å x 12Å dengan titik tengah grid terletak pada titik tengah koordinat ligan ko-kristal PIM [5].
Hasil yang diperoleh:
Tabel 2.2 Nilai afinitas energi dan RMSD penambatan ulang
Pose 1 2 3 4 5
RMSD (Å) 1,441 0,008 1,230 1,187 0,199
Energi Afinitas (kkal/mol) -6,4 -6,4 -6,1 -6,0 -5,4
RMSD/ub (Å) 0,0 1,502 4,648 4,387 1,75
RMSD/lb (Å) 0,0 0,02 2,368 2,314 1,274
Dari hasil penambatan ulang, dapat diketahui bahwa nilai RMSD setiap pose penambatan ulang tidak ada yang melebihi 2,0 Å. Artinya, proses penambatan ulang yang dilakukan sudah tepat.
Gambar 2.3 Visualisasi hasil penambatan ulang ligan ko-kristal PIM (a) Pose 1 (b) Pose 2 (c) Pose 3 (d) Pose 4 (e) Pose 5
2.4. Penambatan silang ligan 1-20 dan visualisasi
Penambatan silang dilakukan tepat pada koordinat ligan ko-kristal PIM dan grid yang digunakan juga sebesar 12Å x 12Å x 12Å. Dari penambatan silang, didapatkan data energi afinitas ikatan. Sedangkan melalui tahap visualisasi, data yang diperoleh adalah jarak ikatan, interaksi hidrogen, dan interaksi polar.
(b) (a)
(d) (c)
Tabel 2.3 Hasil penambatan silang ligan 1-20
Ligan RMSD/ub RMSD/lb Energi Afinitas Ikatan (kkal/mol)
1 0,0 0,0 -1,9 4,655 2,805 -0,8 4,656 2,486 1,0 2 0,0 0,0 8,8 5,954 2,988 11,1 3 0,0 0,0 -0,3 4,734 3,246 0,0 0,435 0,435 0,9 3,761 2,465 1,9 4 0,0 0,0 10,2 3,759 2,776 11,3 3,608 2,443 13,1 5 0,0 0,0 3,0 5,879 2,195 4,2 6 0,0 0,0 15,1 2,127 1,384 16,9 7 0,0 0,0 4,7 6,122 2,146 4,9 0,97 0,959 6,8 8 0,0 0,0 18,4 5,967 3,119 19,5 3,767 2,7 20,1 5,228 2,863 20,2 2,108 1,15 20,2 5,946 2,519 20,6 9 0,0 0,0 -4,4 0,459 0,459 -3,7 4,248 2,135 -2,8 4,478 2,44 -1,6 10 0,0 0,0 6,5 2,069 1,391 7,9
5,914 1,889 8,6 3,475 2,035 8,8 11 0,0 0,0 -2,2 4,685 2,976 -1,4 3,821 2,903 -0,5 3,953 1,62 0,6 12 0,0 0,0 8,9 3,546 2,405 11,0 1,964 1,367 11,8 13 0,0 0,0 2,2 2,342 1,759 2,6 5,56 3,331 3,5 5,879 2,832 4,2 2,275 1,803 4,3 3,814 2,62 5,0 14 0,0 0,0 13,8 4,284 3,185 14,5 4,522 2,957 14,8 4,544 3,589 15,3 15 0,0 0,0 2,0 5,131 2,221 3,2 3,448 1,802 3,4 3,09 1,692 3,6 5,717 2,196 4,0 3,465 1,7 5,0 16 0,0 0,0 15,3 5,037 2,825 15,9 6,6 2,526 17,0 6,512 2,655 17,6 5,699 2,296 17,9 5,683 2,285 18,3 17 0,0 0,0 -0,1
5,143 3,179 2,6 18 0,0 0,0 10,5 19 0,0 0,0 2,1 5,64 3,048 3,4 3,67 2,509 3,9 5,828 2,878 5,0 20 0,0 0,0 14,8 5,484 3,486 15,9 3,16 2,375 17,8
Dari tabel 3, didapatkan nilai energi afinitas untuk setiap pose 1 ada yang bernilai negatif dan ada positif. Nilai energi afinitas ikatan yang kecil menunjukkan bahwa konformasi yang terbentuk sudah stabil, sedangkan nilai energi afinitas yang besar menunjukkan konformasi yang terbentuk kurang stabil. Nilai afinitas ini juga mempengaruhi aktivitas intermolekular senyawa sehingga berimbas juga pada kekuatan ikatan [6].
2 3
4 5
1
10 9 12 9 11 9 7 8 9 13 9 15 9 14 9 16 9 189 17 9
Gambar 2.4 Hasil visualisasi penambatan silang ligan 1-20
Tabel 2.4 Interaksi akseptor hidrogen (HBA), donor hidrogen (HBD), dan ikatan polar
Ligan Interaksi HBA Interaksi HBD Ik. Polar
1 2,5 Å (SER167)
2,2 Å (ALA264) -
1,6 Å (SER167) 2,4 Å (Fe-Heme) 2,6 Å (N-Heme)
2 2,8 Å (SER167) 2,8 Å (SER167) 2,5 Å (Fe-Heme)
3 2,7 Å (SER167) 2,5 Å (GLY262) 2,7 Å (SER167) 2,4 Å (Fe-Heme) 2,6 Å (N-Heme) 4 2,7 Å (SER167) 2,8 Å (ALA264) 2,7 Å (SER167) - 5 2,5 Å (TYR126) 2,7 Å (ALA264) - 1,8 Å (ALA264) 2,4 Å (SER263) 3,0 Å (Fe-Heme) 6 2,8 Å (SER167) 2,4 Å (SER167) 2,8 Å (SER167) 2,3 Å (SER167) 2,9 Å (ALA264) 3,1 Å (ALA264) 2,8 Å (SER167) 2,1 Å (SER167) 2,4 Å (SER263) 2,2 Å (Fe-Heme) 3,2 Å (N-Heme) 7 3,0 Å (ALA264) 3,0 Å (TYR126) 3,1 Å (VAL125) - 2,0 Å (ALA264) 1,7 Å (Fe-Heme) 2,9 Å (N-Heme) 28 9 19 9 20
8 2,6 Å (SER167) 2,9 Å (GLY265) 2,8 Å (ALA264) 2,4 Å (SER263) - 3,1 Å (GLY262) 1,4 Å (PIM) 2,2 Å (GLY265) 1,6 Å (SER263) 9 2,9 Å (SER167) - 2,9 Å (SER167) 2,2 Å (Fe-Heme) 2,8 Å (N-Heme) 10 - - 3,2 Å (GLY262) 2,3 Å (Fe-Heme) 3,3 Å (N-Heme) 11 2,8 Å (SER167) 3,0 Å (GLY262) 2,8 Å (SER167) 2,2 Å (Fe-Heme) 2,8 Å (N-Heme) 12 2,8 Å (SER167) 2,8 Å (SER167) 3,2 Å (GLY262) 2,4 Å (Fe-Heme) 3,2 Å (N-Heme) 13 3,1 Å (SER167) 3,0 Å (N-Heme) - 14 2,6 Å (SER167) 2,5 Å (TYR126) 2,4 Å (TYR126) 3,2 Å (SER267) 2,8 Å (N-Heme) 2,6 Å (SER167) 1,6 Å ( TYR126) 2,3 Å (SER267) 15 2,9 Å (SER167) - - 16 2,4 Å (GLY265) 2,5 Å (ALA264) 3,1 Å (SER263) - 2,0 Å (GLY265) 2,2 Å (SER263) 2,5 Å (Fe-Heme) 17 2,6 Å (SER167) 3,2 Å (GLY262) 2,3 Å (ALA264) - 1,7 Å (SER167) 2,4 Å (Fe-Heme) 2,9 Å (N-Heme)
18 2,9 Å (SER167) 2,9 Å (SER167) 2,6 Å (Fe-Heme)
19 2,7 Å (TYR126) 2,8 Å (N-Heme) - 20 2,0 Å (SER167) 2,6 Å (SER167) 3,1 Å (N-Heme) 3,1 Å (O-Heme) 1,9 Å (SER167)
Dari Tabel 4 dapat diambil kesimpulan tidak ada interaksi yang memiliki jarak lebih dari 3,1 Å. Jarak ikatan 2,2-2,5 Å mengindikasikan ikatan yang kuat dan cenderung ikatan kovalen,
sedangkan jarak 2,5-3,2 Å termasuk ikatan yang cukup (moderate) umumnya termasuk ikatan elektrostatik. Kategori ikatan yang lemah berada pada jarak 3,2-4,0 Å, namun juga dapat dikategorikan sebagai ikatan elektrostatik [7].
BAB III STATUS LUARAN
Penelitian ini menargetkan sebuah artikel ilmiah yang dipublikasikan pada jurnal internasional terindeks (Q3) dan diseminasi hasil penelitian pada forum ilmiah internasional. Artikel ilmiah masih dalam tahap persiapan sedangkan diseminasi hasil penelitian akan disampaikan dalam The 1st International Symposium On Health Sciences pada 22-23 September 2020 yang diselenggarakan oleh Fakultas Ilmu Kesehatan Universitas Jenderal Soedirman .
BAB IV PERAN MITRA
Mitra dalam penelitian kerjasama antar perguruan tinggi (Prima Agusti Lukis, S.Si., M.Si. dari program studi D3 Teknik Gigi, Fakultas Kedokteran Gigi, Institut Ilmu Kesehatan Bhakti Wiyata, Kediri) berperan aktif dalam diskusi kemajuan dan penyelesaian penelitian. Mitra memberikan masukan terutama dalam hal penyelesain penelitian akibat adanya pandemi Covid-19 yang sangat mempengaruhi kelangsungan penelitian. Mitra beperan aktif dalam memberikan solusi alternatif penyelesaian penelitian terkait pengerjaan eksperimen di laboratorium, apabila memungkinkan. Mitra juga membantu dalam hal penyusuan draft artikel luaran yang akan dipublikasikan dalam jurnal maupun diseminasi melalui seminar internasional.
BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN
1. Pelaksanaan penelitian dan eksperimen di laboratorium terkendala oleh penutupan kampus dan laboratorium sejak pertengahan maret (sebelum ditandatanganinya kontrak penelitian pada 2 April 2020), akibat pandemi covid-19.
2. Pelaksanaan penelitian juga terkendala pengadaan bahan kimia yang umumnya dapat diperkirakan tiga hingga enam bulan kedatangan menjadi tidak dapat diperkirakan akibat pandemi covid-19.
BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA
Sebagaimana diketahui bersama melalui Surat Keputusan Kuasa Pengguna Anggaran Deputi Bidang Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Riset dan Teknologi/Badan Riset dan Inovasi Nasional Republik Indonesia Nomor 31 / EI /KPT / 2020 Tentang Suplemen Panduan Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Pada Masa Pandemi Corona Virus Disease 2019 (Covid-19) perihal Penelitian poin 1 huruf e yang menyatakan bahwa “proses penelitian untuk mencapai luaran dapat diperoleh dengan berbasis teknologi informasi (elektronik/virtual/daring)”, maka rencana tahapan penelitian ini selanjutnya :
1. Dilaksanakan dengan memanfaatkan teknologi informasi (elektronik/virtual/daring) untuk mendapatkan data eksperimen.
2. Dilaksanakan dengan penapisan virtual (virtual screening) melalui penambatan molekular (molecular docking) untuk mencapai luaran yang dijanjikan.
3. Dilaksanakan sebagaimana rencana awal yaitu dengan eksperimental di laboratorium sambil menunggu kedatangan bahan kimia. Luaran yang dijanjikan di awal diharapkan dapat terpenuhi dan dapat dilakukan studi korelasi hasil penambatan molekular dengan hasil eksperimental laboratorium.
BAB VII DAFTAR PUSTAKA
[1] Kiank, C., Zeden, J.-P., Drude, S., Domanska, G., Fusch, G., Otten, W., & Schuett, C. (2010). Psychological Stress-Induced, IDO1-Dependent Tryptophan Catabolism: Implications on Immunosuppression in Mice and Humans. PLoS ONE, 5(7). doi:10.1371/journal.pone.0011825
[2] Jász, Á., Rák, Á., Ladjánszki, I., & Cserey, G. (2019). Optimized GPU implementation of Merck Molecular Force Field and Universal Force Field. Journal of Molecular Structure, 1188, 227-233. doi:10.1016/j.molstruc.2019.04.007
[3] Sugimoto, H., Oda, S.-i., Otsuki, T., Hino, T., Yoshida, T., & Shiro, Y. (2006). Crystal structure of Human Indoleamine 2,3-dioxygenase: Catalytic Mechanism of O2
Incorporation by A Heme-containing Dioxygenase., 103, pp. 2611–2616. doi:10.1073pnas.0508996103
[4] Zusapa, G. A. (2013). Studi Komponen Aktif Temu Lawak Terhadap atogenesis Kanker Kolorektum Jalur Protein ß-katenin Dengan Penambatan Molekular. Bogor: Institut Teknologi Bogor.
[5] Greco, F. A., Bournique, A., Coletti, A., Custodi, C., Dolciami, D., CarottI, A., &
Macchiarulo, A. (2016). Docking Studies and Molecular Dynamic Simulations. Molecular Informatics, 35, 449 – 459. doi: 10.1002/minf.201501038
[6] Faidallah, H. M., Al-Mohammadi, M. M., Alamry, K. A., & Khan, K. A. (2016). Synthesis and Biological Evaluation of Fluoropyrazolesulfonylurea and Thiourea Derivatives as Possible Antidiabetic Agents. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, 31, 157-163. doi: 10.1080/14756366.2016.1180594
[7] Paul, S., Roy, A., Deka, S. J., Panda, S., Srivastava, G. N., Trivedi, V., & Manna, D. (2017). Synthesis and Evaluation of Oxindoles as Promising Inhibitors of The
Immunosuppressive Enzyme Indoleamine 2,3-dioxygenase 1. RSC Medicial Chemistry, 8(8), 1640–1654. doi:10.1039/c7md00226b
BAB VIII LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran
Program : Penelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi
Nama Ketua Tim : Arif Fadlan, S.Si., M.Si., D.Sc.
Judul : Eksplorasi Sirih Hijau dan Sirih Merah Sebagai Sumber Pewangi/Perisa
Komersial dan Uji Antimikrobialnya Terhadap Isolat Resisten Obat
1.Artikel Jurnal
No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan*)
1 Molecular Docking and ADMET
Prediction of Piper bettle
constituents with Indoleamina 2,3-dioksigenase 1 (IDO1)
Saudi Pharmaceutical Journal
Persiapan
*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, published
2. Artikel Konferensi
No Judul Artikel Nama Konferensi (Nama
Penyelenggara, Tempat, Tanggal)
Status Kemajuan*)
1 Molecular docking of substituted oxindole derivatives with MMFF94 energy minimization by using MarvinSketch and Open Babel PyRx
(Fakultas Ilmu kesehatan Universitas Jenderal Soedirman, Puwokerto, 22-23 September 2020)
under review
*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, presented
3. Paten
No Judul Usulan Paten Status Kemajuan
- - -
*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review
4. Buku
No Judul Buku (Rencana) Penerbit Status Kemajuan*)
- - - -
*) Status kemajuan: Persiapan, under review, published
5. Hasil Lain
*) Status kemajuan: cantumkan status kemajuan sesuai kondisi saat ini
6. Disertasi/Tesis/Tugas Akhir/PKM yang dihasilkan
No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)
1 Atika Umi Hanif 01211640000103 Penambatan Molekular dan Sifat
Farmakokimia Senyawa Turunan Oksindola Sebagai Inhibitor Potensial Indoleamina 2,3-dioksigenase 1 (IDO-1)
Lulus 2020
