Mikroba Penghasil
Senyawa Antimikroba (Bakteriosin)
Minggu IX
Produktivitas dan Pengendalian Mikroba Team Teaching
2022/2023
Bakteriosin
• “biologically active protein moieties with a bacteriocidal mode of action”
• Molekul peptida yang diproduksi oleh spesies bakteri dan archaea à disintesis di ribosom
• Bakteri hidup pada lingkungan kompetitif à self- preservation, competitive advantage, eliminate other bacterial species
• Senyawa ini diproduksi oleh sejumlah bakteri yang biasanya efektif melawan spesies yang
berhubungan dekat
Karakteristik Bakteriosin Antibiotik
Sintesis Ribosomal Enzimatik
Spektrum Narrow (pada spesies
yang berkerabat dekat) Umumnya luas
Konsentrasi bakteriosida Nanomolar Konsentrasi lebih tinggi
Stabilitas Toleran pada rentang
pH&T yang lebar Rentang pH&T pendek Diversitas (mode aksi,
ukuran, target) Luas Sempit
Antibiofilm Kuat Resisten
Degradasi Enzimatik / proteolitik Oksidatif, hidrolisis, fotolisis, termal
Bacteriocins usually kill members of their own species
Kelas I (Lantibiotics) - Bakteriosin hasil modifikasi post-translasi
- Ada unusual AA (cth: lanthionine) à hasil modif AA - Stabil pada panas, pH, dan proteolysis
- Subklas:
- Subklas Ia : Peptida muatan +
- Umumnya berkaitan dengan pembentukan pori pada membrane bakteri
- Cth : Nisin diproduksi oleh Lactococcus lactis
- Subklas II : peptide globular dan tidak flesksibel, muatan – - Mode aksi dengan inhibisi enzim
- Cth: Plantaricin à Lactobacillus plantarum
Bakteriosin Bakteri Gram Positif (1)
Bakteriosin Bakteri Gram Positif (2)
• Kelas II (Non-lantibiotics)
• Umumnya tidak mengandung AA unusual
• Modifikasi post-translasi
terbatas pada pembentukan jembatan bisulfide pada
beberapa jenis
• Stabil terhadap panas
• Cth : Lactococcin à L.lactis
Kelas III
- Peptida berukuran besar
>30kDa
- Heat labile lytic/non- lytic
- Mode aksi : Aktivitas enzimatik
- Cth: endopeptidase à distrupsi dinding sel - Helveticin à
Lactobacillus helveticus
Kelas IV - Struktur spesifik,
mengandung bagian lipid/karbohidrat
- Sensitif enzim glikolitik/lipolitik - Cth:
- Leuconocin S à
distrupsi membran sel
Bakteriosin Bakteri Gram Positif (3)
Sintesis Bakteriosin Gram Positif
• Sintesis oleh kelompok gen : gen struktural,
regulasi, modifikasi, transportasi dan kekebalan diri sel bakteri
• Pada kelas II : tidak ada modifikasi, pematangan bersamaan dgn transportasi
• Transportasi:
• Kelas I : pro-peptida dimodifikasi à ditransport melalui ABC (ATP-binding cassette) transporter.
• Kelas II : terdapat domain N-terminal sec dependent à transportasi melalui sec pathway
Bakteriosin Bakteri Gram Negatif
• Kelompok:
• Colicins : >10 kDa, produksi oleh E.coli.
• Mode aksi : Pembentukan pori pada dinding sel, degradasi asam nukleat (aktivitas nukelase)
• Colicin-like bacteriocins: Produksi oleh Klebsiella, P.aeruginosa
• Mode aksi : pembentukan pori dan aktivitas nuklease
• Microcins
• Peptida <10 kDa
• Subklas I <5 kDa (mengalami modifikasi post-translasi)
• Subklas II 5-10 kDa (modifikasi minimal/tidak mengalami modifikasi post-translasi)
• Mode aksi : Distrupsi membran, inhibisi enzim komplek ATP sintase, RNA polymerase
• Phage-tail like
• High mW, struktur silinder
• Cth: R-pyocins dan F-pyocins dari P.aeruginosa à distrupsi membrane dan pembentukan pori
Sintesis Bakteriosin Gram Negatif
• Jalur berbeda tergantung organisme penghasilnya
• Cth :
• Mikrosin : Sintesis mikrosin dimulai dengan pra- peptida mengandung urutan peptide utama yaitu N-terminal yang harus “dipotong" scr enzimatik agar dapat diaktifkan.
• Transportasi dilakukan dengan ABC transporter
Bakteriosin oleh Archaea
• Contoh : Halocins oleh
Halobacteria à kolonisasi lingkungan salinitas tinggi
• Halocins : dirilis saat nutrisi limit, stabil pada lingkungan à
kompetisi à spesies terbatas pada lingkungan salinitas tinggi
• Mode aksi halocins :
penghambatan antiporter Na+/H+ pada membran atau modifikasi/gangguan membran sel yang menyebabkan lisis sel.
Mode aksi
• 1. Pembentukan pori
• 2. Aktivitas nuclease
• 3. Aktivitas peptidoglikanase
• 4. Memengaruhi transkripsi dan translasi, biosintesis dinding sel
A. Perturbations of the membrane bilayer by pore formation and efflux of ions and metabolites;
B. Perturbation of cell wall synthesis;
C. Membrane depolarization;
D. Perturbation of septum formation;
E. Disruption of replication and transcription;
F. Inhibition of ribosomal function and perturbation of protein synthesis;
G. Blocking of chaperon functions necessary for proper folding of proteins.
Colicin
• Diproduksi oleh E.coli
• Identifikasi pertama : Colicin by E.coli V, toksik pada E.coli S
• Domain:
• Central binding domain : pengenalan dan penempelan reseptor target sel
• Amin—terminal translocation : masuk ke sel
• Carboxy-terminal : membunuh sel target
• Cth:
• Colicin E1 & K : inhibisi sintesis makromolekul
• Colicin E2 : merusak DNA (DNA endonuclease)
Kluster gen:
- Colicin gene : mengkode toksin
- Immunity gene : mengkode protein imunitas pada sel produsen (dengan binding dan inaktivasi protein toxin, mem-blok sisi aktif)
- Lysis gene : mengkode protein berkaitan dengan rilis colicin
Regulon SOS
Produksi Bakteriosin
Umumnya diproduksi pada fase late logaritmik – stasioner
Optimization and characterization of enterocin Enterococcus faecalis K2B1 isolated from Toraja’s Belang Buffalo Milk, South Sulawesi, Indonesia
Purifikasi
• Purifikasi relative sulit :
• Bakteriosin cenderung dihasilkan dalam jumlah yang sedikit
• Adanya keberadaan peptide kontaminan dengan
karakter serupa (3000-6000 Da)à kontaminan peptide dari medium kompleks
• Strategi:
• Mengkonsentrasikan peptide yang ada pada cell-free culture supernatant dgn berbagai metode : presipitasi garam/salting-out (ammonium sulfat), HPLC
• Menggunakan medium dengan kandungan peptide kontaminan yang minim
Deteksi Purified Bacteriocins
• Metode yang banyak dilakukan difusi radial à zona inhibisi
• Metode lain berupa SDS PAGE dapat mengestimasi Mw bakteriosin
• Metode gabungan : SDS PAGE overlay pada medium agar
Produksi Nisin
APLIKASI BAKTERIOSIN
Pengawetan Pangan dengan Bakteriosin
• Aplikasi:
• Bakteriosin dalam bentuk bubuk sebagai bahan tambahan pangan
• Menggunakan kultur fermentasi pangan berupa bakteri dengan kemampuan memproduksi bakteriosin, cth: LAB
• Cth :
• Nisin à sudah GRAS, FDA approval
• Mengeliminasi Listeria monocytogenes pada makanan beku, susu, keju
Probiotik dan Bakteriosin
• Beberapa bakteri probiotik menghasilkan berbagai senyawa antimikroba (misalnya, asam lemak rantai pendek, hidrogen peroksida, oksida nitrat,
bakteriosin) yang dapat meningkatkan kemampuan mereka untuk bersaing dengan mikroba GI lainnya dan yang berpotensi menghambat bakteri patogen (penyebab penyakit).
Bakteriosin dan Antikanker
• The potential use of bacteriocins in cancer therapy is due to its inhibition of the synthesis of DNA and membrane proteins, which causes apoptosis or
cytotoxicity in tumor cells
• In vitro studies conducted against various tissues and models have indicated that fermenticin HV6b produced by Lactobacillus fermentum HV6b MTCC 10770 has the potential to be used as a component of anticancer drug therapy because it has been
reported to induce apoptosis in cancer cells
https://doi.org/10.1186/s12866-021-02274-3
Bakteriosin, alternatif
menghadapi bakteri resisten
bactibase.hammamilab.org/main.php
Tugas
• Identifikasi 1 jenis bakteriosin. Jelaskan produsen bakteriosin tsb, target bakteriosin, mode aksi,
proses produksi (media, kondisi, purifikasi)-jika ada- , aplikasi.
• Ppt max. 5 hal
• Individu
• Deadline : 30 Okt 2022 23.59 WIB
