3
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A.
BAKTERI ASAM LAKTAT
Bakteri asam laktat (BAL) merupakan bakteri gram positif, katalase negatif, tidak membentuk spora, tidak mempunyai sitokrom, aerotoleran, anaerobik hingga mikroaerofilik, dan membutuhkan nutrisi yang kompleks. Bakteri asam laktat dapat bertahan dalam saluran pencernaan dan memberikan kontribusi terhadap kesehatan (Surono 2004).
Bakteri asam laktat mampu hidup pada berbagai habitat yang cukup luas di alam, seperti pada tanaman, saluran pencernaan, baik saluran pencernaan hewan maupun manusia, juga pada berbagai produk makanan fermentasi. Sifat terpenting dari BAL adalah kemampuannya memfermentasi gula menjadi asam laktat. BAL dapat memproduksi asam laktat dan metabolit lain yang bersifat antibakteri sehingga pertumbuhan mikroorganisme lain dapat dihambat (Savadogo et al. 2000).
Bakteri asam laktat dan Bifidobacteria termasuk dalam kelompok bakteri baik bagi manusia dan umumnya memenuhi status GRAS (Generally Recognized as Safe), yaitu aman bagi manusia. Kelompok bakteri ini tidak membusukkan protein, dan dapat memetabolisme berbagai jenis karbohidrat secara fermentatif menjadi asam laktat (Surono 2004).
Pada mulanya bakteri asam laktat terdiri dari empat genus, yaitu Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, dan Streptococcus. Namun, klasifikasi terbaru menggolongkan BAL ke dalam 12 genus, yaitu Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus, dan Weissela (Ray dan Bhunia 2008).
Secara fisiologis dan berdasarkan aktivitas metabolismenya, BAL dikelompokkan ke dalam dua sub grup, yaitu homofermentatif dan heterofermentatif. Bakteri asam laktat homofermentatif melibatkan jalur Embden Meyerhof, yaitu glikolisis, menghasilkan asam laktat, 2 mol ATP dari 1 molekul glukosa/heksosa dalam kondisi normal, tidak menghasilkan CO2, dan menghasilkan
biomassa sel dua kali lebih banyak dibanding bakteri asam laktat heterofermentatif. Bakteri asam laktat heterofermentatif, melalui jalur 6-fosfoglukonat/fosfoketolase selain menghasilkan asam laktat juga menghasilkan etanol, CO2, asam asetat, senyawa cita rasa, mannitol, serta 1 mol ATP
dari heksosa, dan tidak mempunyai enzim aldolase. BAL heterofermentatif banyak dimanfaatkan dalam industri susu untuk menghasilkan keju dan senyawa flavor, senyawa cita rasa maupun pengental, yaitu eksopolisakarida (Surono 2004).
Bakteri asam laktat homofermentatif membentuk 90% atau lebih asam laktat murni, sehingga bakteri ini sering digunakan dalam pengawetan makanan. Produksi asam laktat dalam jumlah tinggi dapat menghambat pertumbuhan bakteri lain yang dapat merusak makanan (Fardiaz 1992).
B.
BAKTERI ASAM LAKTAT SEBAGAI PROBIOTIK
Probiotik adalah sediaan sel mikroba hidup yang memiliki pengaruh menguntungkan terhadap kesehatan dan kehidupan inangnya (Salminen et al. 2004). FAO/WHO (2006) mendefinisikan probiotik sebagai mikroorganisme hidup yang jika diberikan dalam jumlah yang cukup akan memberikan keuntungan kesehatan bagi inangnya. Tidak semua bakteri yang
4 menguntungkan dapat digolongkan sebagai probiotik. Menurut Tomasik dan Tomasik (2003), mikroorganisme dapat digolongkan sebagai probiotik bila memenuhi beberapa persyaratan berikut: 1) Dapat melalui saluran pencernaan yang memiliki pH rendah dan bertahan terhadap garam
empedu dan tetap hidup
2) Dapat menempel pada sel epitel usus 3) Menstabilkan mikroflora di dalam usus 4) Tidak bersifat patogen terhadap inangnya
5) Bertahan hidup pada produk pangan dan dapat digunakan dalam pembuatan produk farmasi 6) Menggandakan diri dengan cepat, dengan pembentukan koloni temporari atau permanen pada
saluran pencernaan
7) Memiliki kekhususan yang dimiliki probiotik lainnya.
Bakteri asam laktat yang berpotensi sebagai probiotik harus tahan terhadap asam lambung. Menurut Wildman dan Medeiros (2000), asam lambung memiliki pH sekitar 2.0. Asam lambung terdiri atas air (97-99%), musin (lendir) serta garam anorganik, dan enzim pencernaan (pepsin, renin, dan lipase).
Bakteri asam laktat harus dapat mempertahankan pH intraseluler lebih tinggi dibandingkan pH ekstraseluler agar dapat bertahan di dalam lingkungan asam (Siegumfeldt 2000). Oleh karena itu sel harus mempunyai barier terhadap aliran proton, yang umumnya adalah membran sitoplasma yang terdiri dari dua lapis fosfolipid (lipid bilayer). Pada bagian dalam dan pemukaan lapisan tersebut melekat protein dan glikoprotein. Lipid bilayer bersifat semipermeabel dan merupakan barier yang membatasi pergerakan senyawa yang keluar masuk antara sitoplasma dengan lingkungan luar (Cano dan Colome 1986 diacu dalam Kusumawati 2002). Komposisi asam lemak penyusun membran sitoplasma berbeda diantara spesies bakteri dan keragaman tersebut mempengaruhi karakteristik dan permeabilitasnya. Perbedaan kerentanan membran sitoplasma terhadap kondisi asam menentukan toleransi bakteri terhadap pH rendah. Beberapa protein dalam membran secara spesifik memfasilitasi pergerakan senyawa melewati membran. Komposisi dan struktur protein yang berbeda pada membran sitoplasma juga menentukan karakteristik dan permeabilitas membran tersebut. Keragaman asam lemak dan protein pada membran sitoplasma diduga mempengaruhi keragaman ketahanan bakteri terhadap pH rendah (Kusumawati 20002; Hartanti 2007).
Terdapat beberapa mekanisme bagaimana bakteri mengatur pH internalnya. Namun, mekanisme yang paling penting adalah translokasi proton oleh enzim ATP-ase (Hutkins dan Nannen 1993). Enzim ATP-ase melakukan reaksi reversibel dan bertindak sebagai pompa yang memindahkan ion. Enzim tersebut mengkatalisis gerakan proton menyebrangi membran sel sebagai akibat dari hidrolisis atau sintesis ATP. Pada bakteri yang tahan asam, pH optimal enzim tersebut lebih rendah dibandingkan dengan bakteri yang kurang tahan terhadap asam. Parameter lain yang terlibat dalam pengaturan pH internal adalah permeabilitas membran plasma terhadap proton. Faktor-faktor lain seperti kapasitas buffer sitoplasma, mempunyai pengaruh yang kecil terhadap pengaturan pH intraseluler (Bender et al. 1987).
Bila sel bakteri terpapar pada kondisi yang sangat asam, membran sel dapat mengalami kerusakan dan menyebabkan kehilangan komponen-komponen intraseluler seperti Mg, K, lemak, dan biasanya kerusakan ini dapat menyebabkan kematian pada sel. Kondisi ini dapat dideteksi dengan cara mengukur konsentrasi komponen intraseluler yang keluar dari dalam sel.
Jacobsen et al. (1999) menguji ketahanan bakteri asam laktat terhadap pH rendah. Dari 44 strain Lactobacillus yang diuji, terdapat 29 strain yang tahan terhadap pH rendah (2.5) selama 4 jam dan tidak ada satu pun yang dapat tumbuh setelah itu. Kusumawati (2002) juga melakukan
5 penelitian terhadap bakteri asam laktat yang diisolasi dari makanan fermentasi. Hasil penelitian tersebut menunjukkan ketahanan yang cukup tinggi pada 18 isolat yang diuji dengan penurunan log berkisar antara 0.04-1.1 log cfu/ml.
Penelitian Zavaglia et al. (1998) menunjukkan bahwa dari 40 isolat Bifidobacterium yang diperoleh dari feses bayi secara umum bersifat kurang tahan terhadap pH rendah. Ngatirah et al. (2000) menguji ketahanan 9 isolat BAL terhadap pH rendah dan hasilnya menunjukkan penurunan jumlah sel yang cukup besar pada pH 2, yaitu berkisar antara 3.2-6.0 unit log cfu/ml.
Hartanti (2007) melakukan penelitian terhadap isolat Lactobacillus yang diisolasi dari air susu ibu. Dari 24 isolat yang diuji, terdapat 17 isolat yang mengalami penurunan log kurang dari 1 unit log cfu/ml, sedangkan 7 isolat lainnya mengalami penurunan log >7.0 unit log cfu/ml.
Setelah berhasil melalui lambung, probiotik akan memasuki saluran usus bagian atas dimana garam empedu disekresikan. Oleh karena itu, selain harus tahan terhadap asam, bakteri probiotik juga harus tahan terhadap garam empedu. Menurut Jacobsen et al. (1999), semua mikroba yang berhasil hidup setelah ditumbuhkan dalam MRSA yang ditambahkan 0.3% oxgall, dinyatakan bersifat tahan terhadap garam empedu. Konsentrasi garam empedu sebesar 0.3% merupakan konsentrasi kritikal, nilai yang cukup tinggi untuk menyeleksi isolat yang tahan terhadap garam empedu.
Asam empedu primer disintesis dalam hati dari kolesterol. Asam empedu ini berkonjugasi dengan glisin atau taurin yang kemudian disekresikan ke dalam kantung empedu. Asam empedu tersebut dilepaskan ke dalam lumen duodenum dalam bentuk misel dengan asam lemak dan gliserol. Menurut Corzo dan Gilliland (1999), antara 5500 sampai 35000 mg asam empedu terkonjugasi disekresikan ke dalam usus manusia setiap harinya untuk membantu absorpsi lemak makanan, kolesterol, vitamin larut lemak, dan senyawa larut lemak yang lain. Asam empedu terkonjugasi diserap kembali di dalam usus halus (sekitar 97%) dan dikembalikan ke dalam hati melalui sirkulasi hepatik. Sebagian dari asam empedu bebas dikeluarkan melalui feses. Droault et al. (1999) melaporkan bahwa jumlah BAL yang terdapat pada bagian atas usus halus (jejunum) lebih rendah dibanding jumlah BAL yang terdapat di dalam ileum, cecum, dan kolon. Hal ini disebabkan konsentrasi garam empedu pada bagian jejunum lebih tinggi karena lokasinya paling dekat dengan saluran yang mengeluarkan garam empedu ke dalam usus. Oleh karena itu, laktobasili yang paling tahan terhadap garam empedu terdapat pada bagian tersebut.
Menurut De Smet et al. (1995), Lactobacillus mempunyai enzim yang dapat menghidrolisis garam empedu (bile salt hydrolase). Enzim ini mampu mengubah kemampuan fisik-kimia yang dimiliki oleh garam empedu sehingga tidak bersifat racun bagi BAL. Semakin tinggi konsentrasi garam empedu, maka jumlah sel Lactobacillus yang mati juga akan meningkat (Ngatirah et al. 2000; Kusumawati 2000).
Ngatirah et al. (2000) menguji ketahanan BAL yang diisolasi dari makanan fermentasi dan feses bayi terhadap garam empedu. Pengujian dilakukan pada MRSB yang mengandung garam empedu dengan konsentrasi 0.5%, 1%, 5%, dan 10%, serta diinkubasi selama 24 jam pada suhu 37°C. Ketahanan terhadap garam empedu dihitung berdasarkan selisih unit OD (Optical Density) pada panjang gelombang 660 nm yang dicapai setelah inkubasi 24 jam dengan OD pada awal inkubasi yang hasilnya berkisar antara 1.16-2.34. Dari penelitian tersebut terdapat 11 isolat yang mampu tumbuh pada garam empedu sampai konsentrasi 10%. Selain itu, dari penelitian tersebut diketahui bahwa isolat yang diisolasi dari sumber yang sama memiliki ketahanan terhadap garam empedu yang beragam. Dengan kata lain, ketahanan terhadap garam empedu bersifat strain dependent.
6 Penelitian yang dilakukan Kusumawati (2002) terhadap BAL yang diisolasi dari makanan fermentasi asal Indonesia menunjukkan adanya perbedaan ketahanan untuk tumbuh pada lingkungan yang mengandung garam empedu 1% dan 5%. Perbedaan tersebut beragam untuk masing-masing isolat. Pada konsentrasi 1%, Lactobacillus acidophilus FNCC 116 mengalami penurunan log sebesar 0.68 unit log/ml dan hasil tersebut tidak berbeda nyata dengan beberapa isolat lainnya.
Hartanti (2007) menguji ketahanan 17 BAL isolat ASI terhadap 0.5% garam empedu selama 5 jam. Terdapat 3 isolat yang mengalami penurunan <1 log, 9 isolat mengalami penurunan 2.0-3.0 log cfu/ml, dan 5 isolat mengalami penurunan >7 log cfu/ml.
Produk-produk bakteri asam laktat seperti probiotik memiliki beberapa sifat fungsional yang sangat penting, diantaranya memperbaiki daya cerna laktosa, mengendalikan bakteri patogen dalam saluran pencernaan, menurunkan kolesterol serum, menghambat tumor, antimutagenik dan antikarsinogenik, mestimulasi sistem imun, mencegah sembelit, memproduksi vitamin B dan bakteriosin, serta inaktivasi berbagai senyawa beracun (Surono 2004).
C.
ISOLAT BAKTERI ASAM LAKTAT ASAL AIR SUSU IBU
Air Susu Ibu (ASI) merupakan cairan putih segar yang keluar dari kelenjar mamae seorang ibu sesaat setelah melahirkan bayi (Siregar 2004). ASI diproduksi karena pengaruh hormon prolaktin dan oksitoksin setelah kelahiran bayi. ASI yang keluar pertama kali dan berwarna kuning kental disebut kolostrum. Kolostrum keluar sejak hari pertama ibu melahirkan sampai hari ke-7 (bisa juga sampai hari ke-10). Kolostrum ini bertanggung jawab terhadap populasi mikrobiota dalam usus bayi karena mengandung faktor bifidus, yaitu sejenis karbohidrat yang mengandung nitrogen dan dapat menunjang pertumbuhan bakteri Lactobacillus bifidus (Surono 2004). Kolostrum juga mengandung imunoglobulin, sel imun, asam antimikroba, poliamida, oligosakarida, lisozim, serta glikoprotein seperti laktoferin dan peptida bioaktif yang dapat menghambat pertumbuhan mikroba patogen (Isaacs 2005).
Menurut Young (1998) ASI mengandung banyak oligosakarida (fruktooligosakarida), yaitu suatu karbohidrat yang tidak dicerna dan merupakan makanan bagi bakteri menguntungkan. Selain itu, ASI juga mengandung laktoferin, yaitu protein yang berikatan dengan zat besi sehingga dapat menunjang pertumbuhan BAL dan menghambat pertumbuhan bakteri patogen tertentu, seperti Staphylococcus aureus dan E. coli (Salminen et al. 2004). Bayi yang mengonsumsi ASI dengan perkiraan sebanyak 800 ml/hari akan mengonsumsi bakteri komensal sekitar 105–107 koloni. Komposisi bakteri pada feses bayi merefleksikan komposisi bakteri pada air susu ibu (Martin et al. 2005).
Suasana asam yang terbentuk karena ASI merupakan sinyal bagi sistem pertahanan saluran cerna (IgA sekresi) dan pembentukan mukus pada permukaan saluran pencernaaan. Selain dipicu oleh lingkungan asam akibat keberadaan bakteri baik di dalam saluran pencernaan, ASI sendiri mengandung IgA sekresi. IgA sekresi merupakan faktor protektif mukosa saluran pencernaan. Peningkatan kadar IgA sekresi berkorelasi dengan peningkatan sistem pertahanan mukosa saluran cerna terhadap infeksi, sedangkan mukus yang melapisi permukaan sel epitel saluran cerna berfungsi sebagai barier agar mikroorganisme tidak dapat masuk ke dalam aliran darah. Dari beberapa penelitian terbukti bahwa bayi yang mendapat ASI eksklusif mempunyai kadar IgA sekresi yang lebih tinggi dibanding bayi yang mendapat susu formula. Data tersebut dapat menjawab mengapa bayi yang mendapat ASI mempunyai daya tahan tubuh alami yang lebih besar terhadap berbagai infeksi bakteri patogen. Beberapa hasil kajian juga memperlihatkan hubungan antara mikroorganisme (bakteri baik) dan proses stimulasi sistem pertahanan tubuh, baik dengan
7 cara menstabilkan keseimbangan mikroorganisme saluran cerna maupun dengan cara meningkatkan respon pertahanan tubuh. ASI terbukti merupakan modulator respons imun yang kuat, dengan terlihatnya kadar antibodi yang tinggi terhadap beberapa imunisasi pada bayi yang mendapat ASI eksklusif (IDAI 2009).
Martin et al. (2005) telah berhasil megisolasi bakteri asam laktat yang berpotensi sebagai probiotik dari ASI, yaitu Lactobacillus gaserii CECT5714, Lactobacillus gaserii CECT5715, dan Lactobacillus fermentum CECT5716. Ketiga isolat ini diketahui memiliki potensi sebagai probiotik yang tidak berbeda dengan strain bakteri asam laktat yang umumnya digunakan pada produk probiotik seperti Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus casei imunitas, dan Lactobacillus johnsonii.
Beberapa hasil penelitian mengindikasikan bahwa bakteri asam laktat pada air susu ibu awalnya berasal dari mikroorganisme pada saluran pencernaan ibu menyusui melalui jalur endogenus. Bakteri non invasif dapat menyebar ke lokasi yang lain karena adanya sirkulasi limfosit di antara mukosal yang dihubungkan dengan sel jaringan limfoid. Bakteri yang distimulasi oleh sel dendritik dapat berpindah dari mukosa intestinal untuk berkolonisasi di atas permukaan mukosa seperti pada saluran pernapasan, saluran genitourinari, salivari, kelenjar air mata, dan kelenjar air susu ibu. Selama masa menyusui, kolonisasi bakteri pada kelenjar air susu ibu diseleksi oleh sel sistem imun dengan menggunakan hormon laktogenik. Proses penyeleksian ini memegang peranan penting dan bertanggung jawab terhadap komposisi bakteri pada air susu ibu (Martin et al. 2005).
Nuraida et al. (2007) juga telah berhasil mengisolasi bakteri asam laktat dari air susu ibu (ASI). Dari 31 sampel air susu ibu (ASI), diperoleh 87 isolat bakteri asam laktat. Isolat-isolat tersebut diidentifikasi berdasarkan pengamatan morfologi, ciri-ciri fisiologis, dan sifat-sifat biokimia bakteri. Dari penelitian tersebut juga diperoleh beberapa isolat yang berpotensi sebagai probiotik berdasarkan kemampuannya untuk bertahan pada kondisi asam (pH 2 selama 5 jam) dan keberadaan garam empedu (konsentrasi 0.5% selama 5 jam), serta daya hambat terhadap Bacillus cereus, Salmonella typhimurium, Escherichia coli, dan Staphylococcus aureus.
Sebanyak 37 BAL isolat ASI yang terdiri atas 34 isolat homofermentatif dan 3 isolat heterofermentatif, diuji kemampuannya dalam menurunkan kolesterol pada penelitian ini. Isolat homofermentatif yang diuji terdiri atas isolat Lactobacillus (A3, A6, A7, A11, A13, A25, A27, A30, A32, A38, B2, B10, B13, B16, R19-a2, R27, dan R32), Lactobacillus fermentum A20, Lactobacillus fermentum2 B11, Lactobacillus acidophilus1 (A8 dan A22), Lactobacillus rhamnosus (A15, A23, A24, A29, R12, R14, R21, R22, R23, R24, R26, dan R34), dan Pediococcus pentosaceus2 A16, sedangkan isolat heterofermentatif terdiri atas Lactobacillus R3 dan Leuconostoc (R1 dan R9).
D.
KOLESTEROL
Kolesterol merupakan kelompok steroid, suatu zat yang termasuk golongan lipid. Metabolisme kolesterol erat hubungannya dengan metabolisme lipid (Girindra 1988). Kolesterol terdapat di dalam semua sel hewan sehingga tersebar luas di seluruh jaringan tubuh (Tillman et al. 1991). Pada mamalia, jaringan-jaringan yang diketahui mampu mensintesis kolesterol antara lain hati, korteks adrenal, kulit, usus, testis, lambung, otot, jaringan adipose, dan otak. Sekitar 17% berat kering otak terdiri dari kolesterol (Tillman et al. 1991).
Kolesterol mempunyai rumus molekul C27H45OH dan dapat dinyatakan sebagai 3
hidroksi-5,6 kolesten karena mempunyai satu gugus hidroksil pada atom C3 dan ikatan rangkap pada C5 dan
8 Gambar 1. Struktur kimia kolesterol (Almatsier 2003)
Kolesterol tubuh berasal dari dua sumber, yaitu kolesterol endogen yang diproduksi sendiri oleh tubuh dan kolesterol eksogen yang berasal dari makanan (Piliang dan Djojosoebagio 1990). Lebih dari separuh kolesterol tubuh berasal dari sintesis dalam tubuh (sekitar 700 mg per hari) dan sisanya berasal dari makanan sehari-hari. Sebanyak kurang lebih 10% kolesterol endogen dihasilkan oleh hati, 10% dihasilkan oleh usus, dan sisanya dihasilkan oleh jaringan lain. Pada dasarnya semua jaringan yang mengandung sel-sel berinti mampu mensintesis kolesterol. Fraksi mikrosomal (retikulum endoplasma) dan sitosol sel juga bertanggung jawab dalam sintesis kolesterol (Mayes 1996).
Kolesterol terdapat dalam jaringan dan lipoprotein plasma dalam bentuk kolesterol bebas atau gabungan dengan asam lemak rantai panjang sebagai ester kolesteril. Kolesterol memegang peranan penting karena merupakan sterol utama di dalam tubuh manusia serta merupakan komponen permukaan sel dan membran intraseluler. Fungsi lain dari kolesterol di dalam tubuh adalah sebagai prekursor pembentuk asam empedu yang dibutuhkan untuk mengemulsikan lemak pada usus halus. Kolesterol juga diperlukan pada sintesis hormonal dan merupakan unsur penting pada dinding sel. Selain itu, kolesterol merupakan prekursor semua senyawa steroid dalam tubuh, seperti kortikosteroid, hormon seks, asam empedu, dan vitamin D (Mayes 1996).
Jika jumlah kolesterol dari makanan berkurang, sintesis kolesterol di dalam hati dan usus meningkat untuk memenuhi kebutuhan jaringan dan organ lainnya. Kolesterol yang telah disintesis secara de novo, diangkut dari hati dan usus menuju jaringan peripheral dalam bentuk lipoprotein. Sebaliknya, jika jumlah kolesterol dari makanan meningkat, sintesis kolesterol di dalam hati dan usus akan menurun. Dengan demikian, laju sintesis kolesterol de novo berhubungan dengan jumlah kolesterol yang berasal dari makanan (Muchtadi et al. 2006). Tabel 1 menunjukkan kadar kolesterol darah pada orang dewasa.
Tabel 1. Kadar kolesterol total orang dewasa
Kategori Kadar (mg/100 ml)
Kadar normal/yang diinginkan <200
Cukup tinggi 200–239
Tinggi >240
Sumber : Wildman dan Medeiros (2000)
Kolesterol tidak larut dalam sistem larutan, oleh karena itu harus diangkut melalui lipoprotein plasma yang terdiri dari lemak polar, lesitin, apoprotein spesifik dan kolesterol bebas, serta lipid nonpolar, termasuk ester kolesterol dan trigliserida. Lipoprotein plasma terdiri atas chylomicrons (kilomikron), very low density lipoprotein (VLDL), intermediate density lipoprotein (IDL), low density lipoprotein (LDL), dan high density lipoprotein (HDL). Susunan tersebut dibuat berdasarkan meningkatnya densitas, konsentrasi protein dan fospolipid, serta menurunnya
konsentrasi trigliserida. Kilomikron dan VLDL yang terbentuk di dalam mukosa usus diangkut ke dalam saluran limfatik dan disekresikan melalui pembuluh darah
Jalur utama pembuangan kolesterol dari tubuh (200 kolesterol oleh hati menjadi asam
garam empedu terkonjugasi
di dalam ileum dan dikembalikan ke hati melalui pembuluh darah portal
empedu yang tidak terserap didegradasi di dalam usus besar, kemudian dibuan Jalur minor untuk pembuangan kolesterol dilakukan
dikeluarkan melalui urin atau kulit (50 mg/hari)
E.
MEKANISME PROBIOTIK DALAM MENUR
DARAH
Terdapat beberapa mekanisme bakteri probiotik dalam menurunkan kolesterol darah. Menurut Ngatirah (2000), pengaruh bakteri probiotik dalam menurunkan kolesterol diduga karena kemampuannya dalam
peneliti menyebutkan bahwa kemampuan pengikatan kolesterol oleh sel bakteri,
terdekonjugasi, konversi kolesterol menjadi koprostanol asam lemak rantai pendek hasil
dan Liong 2010; Lye
asam laktat baik dari jenis Bifidobakteria maupun pengurangan kolesterol secara
asam laktat dalam menurunkan kolesterol.
Gambar 2. Mekanisme penurunan kolesterol o 2004)
Asimilasi diartikan sebagai pengambilan bahan anorganik di alam
menjadi bahan dengan molekul yang lebih kompleks (Yatim 1999). Menurut Elizabeth (1981), Pengikatan kolesterol oleh sel bakteri
da. Kilomikron dan VLDL yang terbentuk di dalam mukosa usus diangkut ke dalam saluran limfatik dan disekresikan melalui pembuluh darah.
Jalur utama pembuangan kolesterol dari tubuh (200-300 mg/hari) adalah melalui konversi kolesterol oleh hati menjadi asam empedu yang berikatan dengan glisin atau taurin membentuk terkonjugasi (Muchtadi et al. 2006). Lebih dari 97% asam empedu diserap kembali di dalam ileum dan dikembalikan ke hati melalui pembuluh darah portal (Macdonald 1983).
yang tidak terserap didegradasi di dalam usus besar, kemudian dibuan
uk pembuangan kolesterol dilakukan melalui sintesis hormon steroid (40 mg/hari), dikeluarkan melalui urin (1 mg/hari), dan dikeluarkan melalui keringat atau
(50 mg/hari) (Muchtadi et al. 2006).
MEKANISME PROBIOTIK DALAM MENURUNKAN KOLESTEROL
Terdapat beberapa mekanisme bakteri probiotik dalam menurunkan kolesterol darah. Menurut Ngatirah (2000), pengaruh bakteri probiotik dalam menurunkan kolesterol diduga karena kemampuannya dalam mengasimilasi kolesterol dan mendekonjugasi garam empedu
peneliti menyebutkan bahwa kemampuan menurunkan kolesterol juga
pengikatan kolesterol oleh sel bakteri, ko-presipitasi kolesterol dengan garam empedu konjugasi, konversi kolesterol menjadi koprostanol oleh bakteri di dalam usus
asam lemak rantai pendek hasil fermentasi oleh probiotik yang melibatkan adanya prebiotik (Ooi ; Lye et al. 2010a; Lye et al. 2010b). Beberapa studi menunjukkan
asam laktat baik dari jenis Bifidobakteria maupun Lactobacillus memberikan pengaruh pengurangan kolesterol secara in vitro maupun in vivo. Gambar 2 menunjukkan mekanisme bakteri asam laktat dalam menurunkan kolesterol.
Mekanisme penurunan kolesterol oleh bakteri asam laktat (diadaptasi dari
Asimilasi diartikan sebagai pengambilan bahan anorganik di alam
menjadi bahan dengan molekul yang lebih kompleks (Yatim 1999). Menurut Elizabeth (1981), kolesterol
Asam taurokolat
Asam kolat
Enzim BSH Penurunan kolesterol oleh bakteri asam laktat
Pengikatan kolesterol oleh sel bakteri
Penurunan kolesterol pada serum darah manusia Dekonjugasi garam
9 da. Kilomikron dan VLDL yang terbentuk di dalam mukosa usus diangkut ke
300 mg/hari) adalah melalui konversi empedu yang berikatan dengan glisin atau taurin membentuk asam empedu diserap kembali (Macdonald 1983). Asam yang tidak terserap didegradasi di dalam usus besar, kemudian dibuang melalui feses. hormon steroid (40 mg/hari), dan dikeluarkan melalui keringat atau hilang melalui rambut
UNKAN KOLESTEROL
Terdapat beberapa mekanisme bakteri probiotik dalam menurunkan kolesterol darah. Menurut Ngatirah (2000), pengaruh bakteri probiotik dalam menurunkan kolesterol diduga karena mengasimilasi kolesterol dan mendekonjugasi garam empedu. Beberapa juga berhubungan dengan presipitasi kolesterol dengan garam empedu oleh bakteri di dalam usus, dan produksi ibatkan adanya prebiotik (Ooi Beberapa studi menunjukkan bahwa bakteri memberikan pengaruh Gambar 2 menunjukkan mekanisme bakteri
diadaptasi dari Surono
Asimilasi diartikan sebagai pengambilan bahan anorganik di alam untuk diolah tubuh menjadi bahan dengan molekul yang lebih kompleks (Yatim 1999). Menurut Elizabeth (1981),
Enzim BSH
10 asimilasi adalah proses pengambilan molekul-molekul sederhana dari pangan yang telah dicerna, kemudian diserap ke dalam sel hidup serta dikonversi menjadi molekul kompleks yang menyusun suatu organisme. Kemampuan mengasimilasi kolesterol pada bakteri asam laktat pertama kali ditunjukkan oleh beberapa galur L. achidophilus yang diteliti oleh Gilliland et al. (1985). Kemampuan tersebut ditunjukkan dengan terjadinya penurunan konsentrasi kolesterol pada medium pertumbuhan bakteri karena kolesterol tersebut diasimilasi oleh bakteri. Pengambilan kolesterol ini terjadi hanya jika bakteri ditumbuhkan secara anaerob dengan adanya garam empedu pada medium pertumbuhan. Jumlah garam empedu yang dibutuhkan agar bakteri mampu mengambil kolesterol dari medium pertumbuhan setara dengan jumlah yang secara normal terdapat dalam usus. Oleh karena itu, kondisi yang dibutuhkan pada sistem in vitro diperkirakan menyerupai kondisi di dalam saluran usus. Aktivitas bakteri asam laktat dalam mengambil kolesterol pada saluran pencernaan mempunyai pengaruh positif karena kolesterol menjadi tidak tersedia untuk diserap ke dalam tubuh sehingga akan menurunkan konsentrasi kolesterol yang beredar dalam pembuluh darah. Hal tersebut berimplikasi menurunkan terjadinya penyakit degeneratif pada orang-orang yang menderita hiperkolesterolemia.
Beberapa penelitian yang telah dilakukan membuktikan adanya aktivitas asimilasi oleh bakteri asam laktat (Gilliland et al.1985; Buck dan Gilliland 1984; Usman dan Hosono 1999; Ngatirah et al. 2000). Bakteri asam laktat yang digunakan adalah galur-galur dari spesies L. acidophilus (Gilliland et al. 1985; Buck dan Gilliland 1994), L. gasseri (Usman dan Hosono 1999) serta berbagai spesies lain, yaitu L. plantarum, L. sake, Streptococcus sp., dan Enterococcus sp. (Ngatirah et al. 2000). Sumber kolesterol yang digunakan bervariasi, baik berupa kolesterol murni, fraksi serum pleuro-pneumoniae like organism (PPLO), maupun misel kolesterol-fosfatidilkolin. Aktivitas asimilasi diamati dengan membandingkan jumlah kolesterol yang tersisa pada media yang diinokulasi dengan bakteri asam laktat dan kontrol (tidak diinokulasi bakteri). Hasil penelitian menunjukkan bahwa galur-galur yang diuji mempunyai aktivitas asimilasi kolesterol dengan derajat yang bervariasi dengan kisaran antara 8.2-83.3 µg/ml.
Berdasarkan hasil penelitian Noh et al. (1997), pada asimilasi kolesterol oleh L. acidophilus, diduga terjadi penggabungan kolesterol pada membran seluler bakteri tersebut, sebab sel bakteri yang ditumbuhkan dengan adanya oxgall dan misel kolesterol lebih tahan terhadap lisis karena sonikasi. Hal ini sesuai dengan yang dinyatakan oleh Purwaningsih dan Yuniastuti (2005), bahwa pada mekanisme asimilasi kolesterol bakteri asam laktat akan mengambil atau mengabsorpsi kolesterol dan lebih lanjut kolesterol akan bergabung dengan membran seluler bakteri sehingga bakteri tahan terhadap lisis.
Pengikatan kolesterol oleh sel bakteri membantu menurunkan kolesterol. Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan, baik sel bakteri yang sedang tumbuh, istirahat, maupun sel bakteri yang sudah mati memiliki kemampuan untuk mengikat kolesterol. Sel yang sedang tumbuh memiliki kemampuan yang lebih tinggi dalam mengikat kolesterol dibanding sel yang sedang istirahat dan sel yang sudah mati (Liong dan Shah 2005a; Lye et al. 2010).
Dekonjugasi garam empedu membantu menurunkan kolesterol serum darah karena asam empedu terdekonjugasi memiliki kelarutan yang rendah sehingga sulit diserap kembali di dalam usus dan diekskresikan lebih cepat dibandingkan asam empedu yang terkonjugasi. Akibatnya lebih banyak kolesterol yang dibutuhkan untuk sintesis asam empedu baru untuk menggantikan asam empedu yang hilang. Dengan demikian jumlah kolesterol yang tersedia untuk diserap ke dalam tubuh menjadi berkurang. Asam empedu terdekonjugasi tidak berfungsi sebaik asam empedu terkonjugasi dalam membantu proses penyerapan kolesterol dalam usus. Selain itu, asam empedu terdekonjugasi lebih mudah menempel pada sel bakteri atau serat makanan dibandingkan asam
11 empedu terkonjugasi sehingga jumlah asam empedu yang diekskresikan meningkat (Usman dan Hosono 1999).
Enzim yang bertanggung jawab dalam proses dekonjugasi garam empedu adalah enzim bile salt hydrolase (BSH) (E.C.3.5.1.24). Enzim ini akan memisahkan glisin atau taurin dari garam empedu terkonjugasi sehingga menghasilkan garam empedu bebas atau terdekonjugasi. BSH dimiliki oleh beberapa strain bakteri saluran pencernaan seperti Lactobacillus, Enterococcus, Bifidobacterium, Clostridium, Peptostreptococcus, dan Bacteriodes (Surono 2004).
Kolesterol juga dapat dikonversi menjadi koprostanol oleh bakteri di dalam usus, yang akan langsung dibuang melalui feses. Hal ini mengakibatkan turunnya jumlah kolesterol yang dapat diserap, sehingga dapat menurunkan konsentrasi kolesterol di dalam darah (Ooi dan Liong 2010). Gambar 3 dan Tabel 2 menunjukkan metabolisme kolesterol oleh bakteri usus menghasilkan koprostanol. Kemampuan mengkonversi kolesterol menjadi koprostanol telah dievaluasi oleh Chiang et al. (2008). Dalam penelitian tersebut, ditemukan bahwa kolesterol dehidrogenase/isomerase yang dihasilkan oleh bakteri Sterolibacterium denitrificans bertanggung jawab untuk mengkatalisis transformasi kolesterol menjadi cholest-4-en-3-one, yang merupakan kofaktor intermediet dalam konversi kolesterol menjadi koprostanol. Hasil penelitian tersebut menjadi dasar dilakukannya penelitian terhadap bakteri probiotik dalam mengkonversi kolesterol menjadi koprostanol. Lye et al. (2010b) melakukan penelitian mengenai konversi kolesterol menjadi koprostanol oleh strain L. acidophilus, L. bulgaricus, dan L. casei ATCC 393 melalui uji fluorometrik. Pada penelitian tersebut terdeteksi adanya kolesterol reduktase pada semua strain yang diuji. Hasil penelitian menunjukkan terjadinya penurunan konsentrasi kolesterol pada medium karena fermentasi oleh bakteri probiotik yang diikuti oleh meningkatnya konsentrasi koprostanol.
Gambar 3. Metabolisme kolesterol oleh bakteri di dalam usus (Macdonald 1983) K
12 Tabel 2. Metabolisme kolesterol oleh bakteri di dalam usus
Transformasi steroid Enzim yang Berperan Organisme yang terlibat Keterangan 1. Kolesterol
4-cholesten-3-one Kolesterol dehidrogenase E. coli Eubacterium 21408
Produk ini merupakan produk intermediet dalam konversi kolesterol menjadi koprostanol 2. 4-cholesten-3-one 5β-cholestan-3-one ∆4-NDH (nuclear dehydrogenase) Eubacterium Bacteroides Clostridium Bifidobacterium 3. Kolesterol
Koprostanol ∆5-NDH (nuclear dehydrogenase)
Eubacterium Konversi langsung kolesterol menjadi koprostanol merupakan jalur yang tidak umum. Kebanyakan organisme memerlukan kolesterol dan plasmalogen sebagai faktor pertumbuhan spesifik
4. 4-cholesten cholesta-1,4-dien-3-one
∆1-dehidrogenase E. coli Reaksi ini dapat
menghasilkan 4 produk (Gambar 3) 5. Cholesta-1,4-dien-3-one androsta-1,4-dien-3,17-dione
Desmolase Flora normal pada feses manusia E. coli
Sumber : Macdonald (1983)
Prebiotik seperti inulin dan fruktooligosakarida bersifat larut, tidak dapat dicerna, viscous, dan merupakan komponen yang dapat difermentasi. Prebiotik ini berkontribusi terhadap hipokolesterolemia melalui dua mekanisme, yaitu menurunkan tingkat absorpsi kolesterol dengan meningkatkan ekskresi kolesterol melalui feses dan produksi asam lemak rantai pendek (short chain fatty acid, SCFA). Fermentasi prebiotik melibatkan berbagai proses metabolik oleh mikroba pada kondisi anaerob untuk memecah komponen organik menghasilkan energi untuk pertumbuhan mikroba dan produksi SCFA. Butirat merupakan produk fermentasi utama dari inulin, sedangkan asetat diproduksi dari fruktooligosakarida. Efek hipokolesterolemik pada prebiotik erat kaitannya dengan SCFA yang dihasilkan. Butirat diketahui dapat menghambat sintesis kolesterol dalam hati dan menyediakan sumber energi bagi sel epitel kolon. Sementara itu, propionat menghambat sintesis asam lemak dalam hati yang menyebabkan turunnya tingkat sekresi triasilgliserol. Propionat juga terlibat dalam kontrol sintesis kolesterol hepatik sehingga dapat menurunkan sintesis kolesterol yang pada akhirnya berpengaruh terhadap turunnya kadar kolesterol dalam plasma (Ooi dan Liong 2010).
