13 Pemanfaatan peptida dari biota laut dalam bidang farmasi (produksi peptida antibiotik alami/antimikroba) Berdasarkan Kurikulum Kampus Merdeka Belajar. 14 Pemanfaatan peptida biota laut dalam kosmetik (produksi peptida kolagen) Berdasarkan Kurikulum Kampus Merdeka Belajar.
BIOAKTIF PEPTIDA
Hidrolisis protein secara enzimatik dengan enzim proteolitik yang sesuai mampu menghasilkan peptida dengan aktivitas yang diinginkan. Metode yang umum digunakan untuk menghasilkan peptida dengan berat molekul tertentu adalah sistem membran ultrafiltrasi.
KOMPONEN BIOAKTIF
Sistem hidrolisis bertingkat dengan menggunakan beberapa enzim secara bersamaan mampu menghasilkan peptida dengan ukuran lebih kecil. Kombinasi sistem reaktor membran hidrolisis multi tahap dan sistem membran ultrafiltrasi mampu menghasilkan peptida dengan aktivitas lebih optimal (Kim & Wijesekara, 2010).
UJI KOMPETENSI
Komponen bioaktif tumbuhan dan hewan umumnya terdapat dalam bentuk metabolit sekunder yang berperan penting dalam kelangsungan hidup suatu spesies tumbuhan/hewan dalam perjuangan beradaptasi terhadap lingkungan habitatnya dan perlindungannya terhadap spesies lain. Oleh karena itu, peptida bioaktif merupakan salah satu contoh komponen bioaktif yang secara alami melimpah di alam dari makhluk hidup kaya protein.
KLASIFIKASI DAN PENAMAAN PEPTIDA
KLASIFIKASI PEPTIDA
PENAMAAN PEPTIDA
Sumber : https://www.rumuskimia.net/2017/02/pengertian-protein.html Gambar 2 merupakan contoh nama peptida berdasarkan asam amino penyusunnya yaitu gli-ala-pen yang tersusun adalah dari 3 asam amino glisin-alanin-fenilalanin.
UJI KOMPETENSI
SUMBER PEPTIDA DARI BIOTA LAUT
SUMBER PEPTIDA DARI HEWAN VERTEBRATA AIR (IKAN)
Berbeda dengan peptida yang berasal dari vertebrata, invertebrata banyak yang hidup di daerah ekstrim karena hidup di daerah pesisir. Oleh karena itu, invertebrata ini memiliki sistem kekebalan bawaan. Sumber peptida invertebrata yang telah ditemukan dan diselidiki antara lain moluska (bivalvia dan gastropoda), cumi-cumi, udang, kuda laut, dan cacing laut.
PEPTIDA ISTIMEWA DARI BIOTA LAUT
PEPTIDA ISTIMEWA DARI HEWAN KERANG /BIVALVA
Penelitian AMPs dari moluska hingga tahun 2009 telah berhasil menemukan 35 AMP baru yang diisolasi dari 12 spesies moluska berbeda (Li et al. 2011). Para peneliti menyelesaikan penemuan AMP pada moluska, menunjukkan bahwa AMP dari moluska memiliki kemampuan antimikroba terhadap bakteri (bakteri gram positif dan gram negatif), jamur, virus, dan protozoa (Li et al.
PEPTIDA DARI GASTROPODA
Setelah dilakukan penelitian selama bertahun-tahun, senyawa AMP dari moluska memiliki spektrum yang luas dalam mekanisme pertahanan tubuh, sehingga diyakini dapat berkontribusi sebagai zat farmasi baru. Senyawa AMP yang berasal dari moluska memiliki 10 hingga 50 asam amino dan berat molekul kecil (~5 kDa).
SIFAT FUNGSIONAL PEPTIDA
SIFAT FUNGSIONAL PEPTIDA ANTIMIKROBA
Karena permukaan membran bakteri lebih bermuatan negatif dibandingkan sel mamalia, peptida antimikroba akan menunjukkan afinitas yang berbeda terhadap membran sel bakteri dan mamalia. Telah diketahui bahwa kolesterol tersebar luas pada membran sel mamalia sebagai penstabil membran, namun tidak ditemukan pada membran sel bakteri. Terdapat potensi transmembran negatif yang ada dari lapisan luar hingga lapisan terdalam membran sel dan ini memfasilitasi permeabilisasi membran, yang dapat memfasilitasi penyisipan peptida bermuatan positif ke dalam membran.
Sebagai perbandingan, potensi transmembran sel bakteri lebih negatif dibandingkan sel mamalia normal, sehingga peptida antimikroba akan lebih cenderung menyerang membran sel bakteri karena peptida antimikroba umumnya bermuatan positif.
METODE EKSTRAKSI PEPTIDA DARI BIOTA LAUT
METODE EKSTRAKSI KIMIA UNTUK PEPTIDA DARI BIOTA LAUT Ekstraksi adalah suatu proses pemisahan suatu zat berdasarkan perbedaan
Prinsip ekstraksi fisik adalah melakukan ekstraksi tanpa menambahkan pelarut organik, namun mengekstraksi senyawanya hanya dengan menggunakan peralatan ekstraksi misalnya USG, macrowave, dan lain-lain. Salah satu contoh alat ekstraksi fisik dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4 yaitu alat ekstraksi Vibration Principles (Gambar 3) dan Ultrasound (Gambar 4). Alat ekstraksi fisik menggunakan gelombang elektromagnetik untuk memecah sel-sel pada sampel yang diekstraksi sehingga komponen peptida bioaktif dapat terekstraksi.
Kelemahan ekstraksi fisik adalah partikel yang diekstraksi tidak dapat diproduksi dalam ukuran kecil, sehingga jika digunakan untuk ekstraksi peptida secara fisik maka harus dikombinasikan dengan ekstraksi kimia.
TEKNIK FILTRASI PEPTIDA UNTUK PRODUKSI PEPTIDA
METODE FILTRASI PEPTIDA
MEMBRAN MWCO ((molecular weight cut off)
Peptida berukuran 3-5 kDa difraksinasi menggunakan kromatografi filtrasi gel dengan matriks prima Sephadex G-25 (Ge Healthcare), yang mampu memisahkan protein dengan kisaran berat molekul 1-5 kDa.
LATIHAN SOAL
METODE FRAKSINASI PEPTIDA DENGAN SDS PAGE
METODE FRAKSINASI PEPTIDA
TEKNIK FRAKSINASI PEPTIDA DENGAN SDS-PAGE
Prinsip penggunaan metode elektroforesis SDS-PAGE adalah gugus elektroforesis dibedakan dari media buffer melalui gel buatan yang dibentuk melalui polimerisasi dengan N-N Methylene-bis-acrylamide, sehingga terbentuk ikatan silang, karena hanya polimerisasi akrilamida saja. menghasilkan ikatan linier. Analisis profil peptida dengan metode SDS-PAGE meliputi tahapan sebagai berikut: preparasi sampel, penambahan loading buffer (1:1), preparasi gel pemisahan dan retensi, kondisi running (selama ± 3 jam), pewarnaan gel (30 menit), destaining (1 jam), dan fotografi gel. Penumpukan buffer yaitu gel pengumpul (1 M Tris HCl pH 6,8) dibuat dengan cara melarutkan 6,09 g Tris dengan 100 ml H2O, kemudian membuat larutan menjadi pH 6,8, kemudian menambahkan 0,4 g SDS ke dalam larutan, kemudian menambahkan H2O, hingga tepat volume 100ml.
Dye loading buffer (sample buffer) dibuat dengan cara melarutkan 0,3 g Tris dengan 10 ml H2O, kemudian memanaskan pH larutan menjadi 6,8, kemudian menambahkan ke dalam larutan 0,92 g SDS, 4 ml gliserol, 2 ml β - merkaptoetanol, 2 ml bromofenol biru, lalu tambahkan H2O hingga volume tepat 20 ml. Gambar 7. Proses perjalanan peptida/protein dengan metode SDS PAGE Sumber: https://www.creative-proteomics.com.
METODE SEKUENSING PEPTIDA DARI BIOTA LAUT
METODE SEKUENSING PEPTIDA
Reaksi degradasi Edman merupakan reaksi pemotongan dan derivatisasi asam amino yang terpotong, kemudian dapat diidentifikasi turunan asam aminonya dengan menggunakan kromatografi atau elektroforesis menggunakan 20 standar asam amino.
ALAT LC-MS/MS UNTUK SEKUENSING PEPTIDA DARI BIOTA LAUT
Gel pita peptida hasil elektroforesis menggunakan alat SDS-PAGE dipotong menggunakan alat steril kemudian dikeringkan menggunakan alat pengering vakum. Hasil sekuensing yang diperoleh dengan menggunakan alat LC-MS/MS ini kemudian dianalisis menggunakan bioinformatika untuk menentukan data sekuens asam amino yang benar dari suatu sampel peptida. Urutan yang dihasilkan dari perangkat lunak Mascot Matrix Science kemudian dicari urutan homolognya untuk mendapatkan urutan asam amino yang benar dari asal peptida dalam BLASTp di Genome Net (http://www.ncbi.nlm.gov/BLAST) menggunakan menggunakan jabatan: asal isolasi peptida yang sesuai dari suatu spesies.
Urutan asam amino homolog ini kemudian dianalisis menggunakan program bioinformatika Pepdraw di www.expasy.org,/proteomic, sedangkan struktur tiga dimensi primer dan tersier dari peptida dianalisis menggunakan PEP-FOLD (//bioserv.rpbs. univ-paris-diderot.fr/PEP-FOLD/) dan Grafik Molekuler PyMol (https://sourceforge.net/projects/pymol/).
BIOINFORMATIKA PEPTIDA BIOTA LAUT
BIOINFORMATIKA PEPTIDA
36 berbayar, seperti program di www.expasy.org, atau di tapak http//www.rasmol.org (Zou et al. 2016).
APLIKASI BIOINFORMATIKA PEPTIDA DARI BIOTA LAUT
Suatu sekuens dinyatakan homolog jika mempunyai persentase sekuen identik sebesar 100% (memiliki sekuen asam amino pada peptida dengan tingkat homologi 100%) (Tabel 2). Urutan peptida antimikroba (AMPs) yang diprediksi adalah: RHPDYSVALLLR, disesuaikan dengan data peptida pada spesies Strombus canarium. Suatu sekuens dinyatakan homolog jika mempunyai persentase identitas sekuens sebesar 100% (memiliki sekuens asam amino pada peptida dengan tingkat homologi sebesar 100%).
BIOINFORMATIKA UNTUK PREDIKSI STRUKTUR PEPTIDA
Misalnya memprediksi struktur tiga dimensi peptida antimikroba dari keong salak menggunakan program pyMol, dengan memasukkan rangkaian asam amino ke dalam program. Aktivitas peptida antimikroba sangat ditentukan oleh karakteristik AMP, antara lain memiliki struktur α-heliks dan memiliki minimal 5 residu asam amino hidrofobik serta kaya akan asam amino kationik (Sathyan et al. 2012). Prediksi struktur tiga dimensi suatu peptida dapat digunakan untuk menentukan sifat fungsional peptida; misalnya, peptida antimikroba (Gambar 13) dapat memprediksi aktivitas penghambatannya terhadap mikroba.
Prolin asam amino juga dapat menghambat translasi protein bakteri dengan cara menghambat 70S pada ribosom sehingga dapat bersifat anti resistensi (Chen et al. 2007; Zoysa et al. 2009; Sathyan et al. 2012; Abraham et al. 2014;.
POHON FILOGENETIK PEPTIDA DARI BIOTA LAUT
POHON FILOGENETIK PEPTIDA DAN CARA MEMBUATNYA
Hasil Penyelarasan residu asam amino H2A pada keong Gonggong Bintan (Isolat 3,7 dan 8) dengan peptida antimikroba turunan H2A dari spesies lain (Viruly et al. 2019). 43 Gambar 16 Pohon filogenetik peptida antimikroba (AMPs) dari histon H2A pada siput Gonggong Bintan (Isolat 3,7 dan 8) dengan AMP H2A yang berasal dari histon spesies lain ((Viruly et al. 2019).
CARA MEMBACA POHON FILOGENETIK
Informasi ini dapat digunakan untuk menilai sifat fungsional yang sama antara AMP H2A yang berasal dari histon dari siput laut menggonggong dan AMP H2A yang berasal dari histon Moluska dari spesies gastropoda lainnya (Fiscus gracilis dan Bullia vittata).
APLIKASI PEPTIDA DARI BIOTA LAUT PADA PANGAN (PEMBUATAN SEASONING)
APLIKASI PEPTIDA DARI BIOTA LAUT SEBAGAI PRODUK BERBASIS PEPTIDA (SEASONING)
PEMBUATAN SEASONING (PEPTIDA SEBAGAI PENYEDAP RASA) Seasoning merupakan bagian dari flavor bahan pangan yang terdiri dari
PEMBUATAN REMPAH (PEPTIDA SEBAGAI PERASA) Rempah merupakan bagian dari aroma bahan makanan yang menyusunnya. 47 yang dapat menimbulkan rasa umami lebih banyak ditemukan pada biota laut antara lain: udang, kerang, siput laut, ikan, cumi-cumi, dan rumput laut. Proses pembuatan rempah-rempah dari biota laut melalui proses fermentasi dan dikombinasikan dengan enzim bromelain/papain dapat menghasilkan cita rasa (rempah) yang khas dan alami (Gambar 17) (Modifikasi Viruly dkk. 2011).
PENERAPAN PEPTIDA DARI BIOTA LAUT PADA KURIKULUM FARMASI (Pembuatan PEPTIDA ANTIBIOTIDA/ANTIMIKROBA ALAMI) BERBASIS BELAJAR MANDIRI KAMPUS.
APLIKASI PEPTIDA DARI BIOTA LAUT MOLUSKA (GASTROPODA) SEBAGAI ANTIBOTIK ALAMI (AMPs)
Salah satu ciri mekanisme kerja antibiotik alami (AMPs) dari moluska ini adalah mampu membunuh mikroorganisme dalam waktu yang sangat singkat (mekanisme eliminasi patogen). Pada tahun 2019 ditemukan antibiotik alami dari siput laut Gonggong Bintan (ekstrak daging) dengan ciri-ciri: peptida pendek/sederhana (dengan 12 residu asam amino), berat molekul 1,4 kDa, struktur heliks α dan kaya akan hidrofobik. residu asam amino. asam (49,9%), sehingga berpotensi untuk dikembangkan sebagai antibiotik alami untuk membantu mengatasi masalah resistensi antibiotik konvensional terhadap bakteri E.coli dan S.aureus (Viruly et al. 2019). Antibiotik alami dapat diperoleh dengan cara hidrolisis atau ekstraksi sampel hewan atau tumbuhan di alam yang mengandung senyawa bioaktif atau peptida bioaktif.
Misalnya produksi antibiotik alami dari flora laut keong gonggong asal Pulau Bintan Kepulauan Riau (Gambar 18) (Modifikasi Viruly dkk. 2019).
APLIKASI PEPTIDA DARI BIOTA LAUT PADA KOSMETIKA (PEMBUATAN PEPTIDA KOLAGEN)
APLIKASI PEPTIDA DARI BIOTA LAUT SEBAGAI PEPTIDA KOLAGEN
Industri kosmetik saat ini menggunakan kolagen atau peptida kolagen untuk mencegah penuaan, sehingga tidak perlu melakukan operasi plastik. Banyak peneliti perikanan yang mencari alternatif sumber kolagen yang terjamin halalnya dari organisme hidup laut (kulit tuna, teripang). Faktanya hingga saat ini penggunaan protein kolagen masih banyak kendala dalam proses penyerapannya ke dalam tubuh, sehingga peneliti selanjutnya mengolah protein kolagen menjadi peptida kolagen dengan berat molekul lebih kecil (kurang dari 10 kDa).
Proses pembuatan kolagen untuk bahan baku biota laut (teripang atau kulit ikan) pada umumnya sama, yaitu menggunakan metode pelarutan kolagen dalam asam dan metode pelarutan kolagen dalam enzim (pepsin, trypsin atau enzim protease lainnya). Produksi peptida kolagen di tingkat UMKM dan mahasiswa magang dapat menggunakan metode pengeleman kolagen secara asam seperti pada Gambar 20 (Modifikasi Syafitri dkk. 2020). Sampel biota laut sebanyak 50 gram direndam dalam larutan NaOH 0,1 M pada suhu kamar dengan perbandingan 1:10 (b/v) selama 6 jam untuk menghilangkan protein.
BIODATA PENULIS
