TUGAS BIOTEKNOLOGI PRODUKSI METABOLIT KULTUR JARINGAN TANAMANAMOBILISASI SEL

Disusun olehA.A. Chandra Pradnyana(11/315943/FA/08760)Desy Widyastuti(11/314206/FA/08734)Nurdiniati Hofifah(11/316049/FA/08802)

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS GADJAH MADAYOGYAKARTA2014

TEKNIK AMOBILISASI SEL UNTUK PENINGKATAN PRODUKSI METABOLIT SEKUNDER PADA KJT

DEFINISI AMOBILISASI SELAmobilisasi dalam bidang bioteknologi didefinisikan sebagai suatu cara yang digunakan untuk menempatkan secara fisika atau kimia suatu sel, organel, enzim atau protein lainnya ke dalam suatu penyangga berupa bahan padat, matrik, atau membrane dimana sel masih memiliki aktivitas katalitik serta dapat dipergunakan secara kontinu dan berulang kali. Keadaan sel yang teramobil ini bisa dalam keadaan tumbuh, istirahat (resting) dan atau pada keadaan autolisis.. Amobilisasi dilakukan dengan maksud untuk meningkatkan stabilitas dan membuat sel, organel atau enzim dapat digunakan secara terus menerus (Brodelius,1987).KAITANNYA DENGAN PRODUKSI METABOLIT SEKUNDER DENGAN TEKNIK KJTBiomassa yang tertahan pada media amobil akan menghasilkan metabolit yang lebih tinggi dan meningkatkan konsentrasi produk. Hal ini dikarenakan sel yang tertahan akan mengalami stress sehingga produksi metabolit akan meningkat dengan sendirinya dalam waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan kultur sel biasa. (http://aboealkhair.blogspot.com/2013/07/amobilisasi-sel_9479.html)Comment by ismail - [2010]: Bagian ini saya kurang setuju, lihat comment kel 2aKEGUNAANNYAComment by ismail - [2010]: Pada kultur sel tanaman, teknik amobilisasi akan membantu mencegah sel untuk tumbuh, membentuk agregat dan berdiferensiasi, sehingga sel akan lebih fokus untuk menghasilkan metsek, ingat kurva pertumbuhanTeknik amobilisasi dapat digunakan sebagai salah satu bentuk penerapan teknologi fermentasi, misalnya pada produksi alkohol, asam amino, antibiotik atau pada degradasi polutan limbah cair. (Rosiana, 2011)KONDISI DIMANA TEKNIK INI DIGUNAKANTeknik amobilisasi sel dapat digunakan ketika:1. Jumlah sel yang bisa atau akan dikulturkan hanya sedikit.Comment by ismail - [2010]: Ingat poin, ketika diferensiasi sel atau pembentukan agregat sel menjadi umpanbalik negatif apada produksi metsekComment by ismail - [2010]: 2. Ketika mesin metabolisme sel dibutuhkan untuk aplikasi tertentu secara besar-besaran.3. Ketika enzim atau metabolit sekunder yang diinginkan berada di intraselular, dan enzim yang terekstraksi atau terpurifikasi tersebut menjadi tidak stabil saat sel tidak dijerap.4. Ketika mikroorganisme penghasil tidak memiliki enzim pengganggu atau ketika enzim dapat ter-non-aktivasi tanpa kehilangan aktivitas katalis yang diinginkan.Comment by ismail - [2010]: Woooi, fokus pada sel tanaman........5. Ketika substrat dan produk tidak memiliki massa molekuler yang besar dan dapat berdifusi melalui membran sel.6. Ketika penjerap (matriks) memiliki syarat-syarat sebagai berikut: Harus tersedia dalam jumlah cukup dan dengan harga yang murah Harus memiliki luas area permukaan yang mudah diakses oleh sel dan reaktan Stabil secara kimiawi, mekanis, dan termal selama proses dan penyimpanan Harus mengandung sejumlah gugus fungsional tertentu untuk mengikat sel Tidak boleh mengurangi aktivitas sel atau menginisiasi lisis sel Harus mudah dikendalikan selama prosedur amobilisasi Dapat direcycle atau dibuang atau dimusnahkan secara amanComment by ismail - [2010]: Apa ini maksudnya? Pada sel viable, harus memiliki ruang volume yang cukup besar atau cukup elastis untuk mengakomodasi sel-sel baru( http://biomikro.vscht.cz/vyuka/ibs/Prednaska6.pdf)PROSEDUR KERJAComment by ismail - [2010]: Buat ringkas saja1. Metoda Ikatan antar Polimer (cross-linking).Dinding sel mikroba yang mengandung gugus amin bebas dan gugus karboksil dapat berikatan silang dengan senyawa seperti glutaraldehid atau toluene diisosianat. Sel mikroba juga dapat diamobilisasi melalui ikatan ion dengan senyawa polielektrolit. Metoda amobilisasi dengan cara ini jarang dilakukan untuk sel. Dalam penggunaan untuk amobilisasi sel, metoda ini biasanya dikombinasikan dengan metoda penjerapan (entrapment) untuk stabilisasi proses amobilisasi. Metoda ini diterapkan untuk amobilisasi sel mikroba, tumbuhan maupun enzim.2. Metoda Kopolimerisasi (copolymerization).Metoda ini merupakan metoda pengembangan dari metoda ikatan antar polimer (cross-linking). Pada saat proses amobilisasi biasanya ditambahkan senyawa yang berfungsi sebagai spacer seperti gelatin, albumin, polietilenimin ke dalam suspensi sel yang akan diamobilisasi. Selanjutnya suspensi sel ini diamobilisasi dengan metoda ikatan antar polimer. Prosedur ini akan membuat sel terperangkap pada suatu jaring kovalen. Metoda ini banyak menyebabkan kematian sel, akan tetapi pada beberapa aplikasi metoda ini dapat digunakan (Brodelius, 1987). Sama halnya dengan metoda ikatan antar polimer, metoda ini juga banyak digunakan dalam amobilisasi sel tumbuhan, sel mikroba dan enzim.3. Metoda Ikatan Kovalen.Metoda ini dilakukan dengan cara menggunakan sistem dimana sel dapat terikat secara kovalen dengan gugus reaktif dari suatu matrik, atau sel terikat pada suatu senyawa perantara yang menghubungkan sel dengan matriknya. Contohnya matrik selulosa dapat dikombinasi dengan glutaraldehid sebagai senyawa perantara. Senyawa perantara ini sebagian besar bersifat toksik sehingga dapat merusak sel (Brodelius, 1987). Digunakan untuk amobilisasi semua jenis sel (tumbuhan, mikroba) dan enzim

4. Metoda AdsorpsiMetoda ini didasarkan kepada afinitas mikroba terhadap suatu permukaan padat. Fenomena ini dapat terjadi secara alami. Misalnya, mikroba yang terikat pada butiran pasir, partikel tanah, permukaan gigi, permukaan logam dan permukaan senyawa polivinilklorida. Kekuatan afinitas mikroba terhadap suatu permukaan padat tergantung pada jenis mikroba. Reaksi yang terjadi antara permukaan padat dengan sel adalah interaksi elektrostatik. Beberapa jenis bahan yang telah digunakan untuk amobilisasi sel dengan cara ini adalah selulosa, lektin, polivinilklorida (Brodelius, 1987). Metoda ini banyak diaplikasikan untuk amobilisasi sel mikroba.5. Metoda Penjerapan (entrapment).Metoda ini adalah metoda yang paling banyak dikembangkan untuk amobilisasi sel. Metoda ini dilakukan dengan membuat sel mikroba terperangkap di dalam matrik polimer. Metoda didasarkan pada terjadinya inklusi sel-sel di dalam suatu jaringan atau matrik yang kaku yang mencegah sel berdifusi ke lingkungan atau medium disekitarnya, akan tetapi masih dapat berinteraksi dengan substrat. Matrik yang umum digunakan adalah agar, alginat, karagen, selulosa dan turunannya, kolagen, gelatin, resin epoksi, poliakrilamid. Metoda ini lebih banyak digunakan untuk amobilisasi sel karena tingkat keberhasilannya tinggi dan lebih kuat dalam menahan sel tetap berada di dalam matrik apabila dibandingkan dengan metoda adsorpsi atau secara kimia (Brodelius, 1987).Proses amobilisasi secara umum yaitu menggunakan metode penjerapan (entrapment), adalah sebagai berikut:1. Proses amobilisasi sel diawali dengan menginisiasi kalus dengan cara penanaman eksplan pada media padat aseptis yang telah ditambahkan zat pengatur tumbuh.2. Setelah ditutup dengan kertas aluminium, selanjutnya diinkubasi pada suhu (25 3) C hingga terbentuk kalus.3. Setelah kalus cukup besar, dilakukan subkultur, yaitu memindahkan kalus yang telah dibagi ke media padat. Subkultur dilakukan berulang kali hingga diperoleh kalus yang meremah (friable).4. Dari kalus tersebut dibuat kultur suspensi sel dengan media cair; kemudian diinkubasikan dengan digojog pada gyrorotary shaker (penggojog-berpusing).5. Selanjutnya dilakukan subkultur sehingga diperoleh biomasa yang cukup. Suspensi sel yang diperoleh disaring. Biomasa yang lolos disebut sel halus dan yang tertinggal di penyaring disebut sel kasar.6. Amobilisasi dilakukan terhadap suspensi sel halus dan suspensi sel kasar dalam larutan natrium alginat. Manik-manik yang mengandung sel (sel amobil) diinkubasi dalam media cair sebagai control, media produksi ditambah elisitor dan prazat/precursor. Pertumbuhan sel untuk kultur sel amobil diamati berdasarkan berat kering (BK) sel. Sel yang diamobilisasi tumbuh lebih lambat dari pada kultur suspensi sel. Kadar dalam sampel kultur sel amobil dianalisis dengan menggunakan HPLC (High Performance Liquid Chromatography), yang dilengkapi dengan detektor UV (=254 nm) (Kadar, 2009).KEUNTUNGANNYATeknik ini digunakan untuk meningkatkan kadar metabolit sekunder tanpa terpengaruh oleh pertumbuhan sel.Comment by ismail - [2010]: Garis bawahi disini...ingat penjelasnannya? Kenapa?1. Dapat dipakai pada sistem kontinuSistem kontinu (continuous) merupakan salah satu teknik kultivasi skala industri yaitu dengan penggantian media cair secara bertahap dari bioreaktor. Dengan menggunakan sel amobil dalam bioreaktor, maka saat proses produksi metabolit sekunder, manik-manik sel tidak perlu diganti, cukup media cair dalam bioreaktor yang diganti, sehingga dapat menghemat biomassa sel penghasil metabolit sekunder dan lebih ekonomis.2. Dapat digunakan secara berulang pada sistem batchSistem batch merrupakan teknik kultivasi skala indutri menggunakan bioreaktor tetapi yang membedakannya dengan sistem kontinu adalah media cair tidak diganti secara bertahap tetapi hanya dimasukkan dalam bioreaktor saja, setelah selesai digunakan maka dikeluarkan dari bioreaktor dan digenti dengan media baru. Karena manik-manik sel amobil dapat digunakan berulang kali, maka manik-manik sel dapat dimasukkan dalam bioreaktor dan cukup dengan mengganti media cair dalam bioreaktor untuk memperoleh jumlah metabolit sekunder yang diinginkan.3. Dapat dimanfaatkan untuk ekskresi metabolit sekunderSelain untuk menghasilkan enzim dari sel mikroba ataupun langsung dari enzim tertentu, teknik amobilisasi dapat digunakan untuk menjerap sel tumbuhan yang memiliki kemampuan menghasilkan metabolit sekunder untuk ditingkatkan jumlah dan konsentrasi metabolit sekunder yang dihasilkan tumbuhan.4. Dapat melindungi gangguan dari aliran turbulentAliran turbulent adalah aliran dari suatu fluida yang bersifat acak dan tidak teratur. Dengan menggunakan sel amobil ini (manik-manik sel) dalam media cair, maka dapat mengurangi resiko terjadinya aliran acak dari media cair yang dapat menganggu kestabilan sel untuk menghasilkan metabolit sekunder.5. Dapat mencegah inaktivasi interfacialInaktivasi interfacial adalah ketidakaktifan tegangan antarmuka dalam media media, sel, dan produk. Jika ini terjadi maka akan tercampur antara sel, media, dan produk karena jika tidak ada tegangan antarmuka, akan terjadi pencampuran larutan sehingga sukar dipisahkan. Dengan sel amobil ini, akan terpisah antara sel dengan media dan produk sehingga dapat digunakan berulang dan produk mudah diambil menggunakan pelarut tertentu untuk memisahkannya dari media, karena sel terlindung oleh matriks.6. Mampu menggunakan kembali biomassa yang mahal harganyaSel yang teramobil dalam matrik dapat digunakan lebih dari satu kali untuk produksi metabolit sekunder sehingga lebih menghemat biomassa.7. Mampu secara fisikawi memisahkan antara sel, media, dan produkArtinya, karena sel terjerap dalam matriks, sehingga tidak bersentuhan langsung sel tersebut dengan media, dan produknya berdifusi dari dalam matriks ke media.8. Meningkatkan daya guna bioreaktorUntuk skala industri dalam memproduksi metabolit sekunder, bioreaktor digunakan sebagai alat untuk proses produksi sehingga daya gunanya meningkat.9. Mampu beroperasi secara berkesinambungan dalam jangka waktu lamaSel amobil dapat digunakan lebih dari satu kali secara berulang sehingga tidak perlu menumbuhkan kembali biomassa dan lebih efektif dan efisien dalam hal waktu serta biaya yang dikeluarkan.KERUGIANNYA1. Batas partisi dan difusiNutrisi yang terdapat di luar sel tidak sama dengan yang berada di dalam sel sehingga pengeluaran metabolit sekunder susah. Sehingga sebaiknya digunakan bentuk sel yang geometris.2. Pengukuran parameter seluler setelah amobilisasia. Parameter pengukuran dasar dari pertumbuhan sel seperti peningkatan berat basah, berat kering, jumlah sel, dan indek mitotik dan penentuan respirasi sel dan viabilitas sel sulit dilakukan.b. Hilangnya nutrient di dalam media akan memberikan informasi yang sedikit mengenai pertumbuhan sel atau tingkatan fisiologinya.3. Pelepasan produk dan recoverya. Pelepasan produkPengoperasian sistem sel tumbuhan amobil ini penting dalam pelepasan produk dari sel ke dalam medium dimana hal itu dapat diperbaiki tanpa kehilangan biomasa. Bagaimanapun, eksresi dari metabolit sekunder dengan kultur sel tanaman adalah hal yang tidak biasa, produknya akan terakumulasi dalam vakuola. Pengambilan produk dari sel merupakan masalah yang utama dalam kultur. Dalam sistem yang tidak alamiah mengekskresi produk, dua tahap sistem kultur yang terdiri dari pengulangan akumulasi produk dan pelepasan produk yang sudah dipakai. Biomassa amobil yang digunakan kembali harus dapat mempertahankan membrannya atau paling tidak dapat memperbaiki fungsi membrane dengan cepat.Banyak juga metabolit sekunder yang jarang dilepaskan dari suspensi atau kultur sel amobil karena hidrofobisitas yang menyebabkan kelarutannya sangat rendah dalam air.b. Produk recoveryProduksi sel amobil perlu dipertimbangkan juga dalam segi ekonominya. Metode klasik misalnya, membutuhkan pelarut yang mahal sehingga tidak ekonomis tetapi dapat membuka solusi baru dalam bidang bioteknologi, seperti penggunaan sel amobil antibody untuk menghilangkan produk tertentu dari medium.

Daftar pustakaAeni, S. N., 2010, Produksi Metabolit Sekunder dengan Kultur Jaringan Tanaman melalui Sel Amobil, tersedia: http://siskhana.blogspot.com/2010/01/produksi-metabolit-sekunder-dengan_22.html, diakses pada, 19 Mei 2014 pukul 20.43.Brodelius, P.E., 1985, Immobilized Plant Cells, in: Enzymes and Immobilized Cell in Biotechnology, (Laskin, A.I., ed.), 109-148, The Benyamin / Commings Publishing Company, Inc., London.Brodelius, P.E., 1990, Transport and Accumulation of Secondary Metabolites, in: Current Plant Science and Biotechnology in Agriculture, Vol.IX: Progress in Plant Cellular and Molecular Biology (Nijkamp,H.J., van der Plas, L.H.W., van Aartrijk,J., eds.), 567-576, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht-The Netherlands.Chibata, I, 1978, Immobilized Enzymes, Kodansha Ltd., Jepang.Hunter,C.S. and Kilby, N.J., 1988, Electropermeabilization and Ultrasonic Techniques for Harvesting Secondary Metabolites from Plant Cells in Vitro, in: Manipulating Secondary Metabolism, (R.J.Robins and M.J.C, Rhodes, eds.), 285-289, Cambridge University Press, Cambridge.Kadar, V.R., 2009, Peningkatan Kadar Andrografolid dari Kultur Sel Andrographis paniculata (Burm.f.) Wallich ex Ness Melalui Teknik Amobilisasi Sel dalam Bioreaktor, ITB, Bandung.Sajdok, Ji, 2007, Methods of Cell Immobilization, tersedia: http://biomikro.vscht.cz/vyuka/ibs/Prednaska6.pdf, diakses pada 21 Mei 2014 pukul 16.05.Soegihardjo, C. J. dan Koensoemardiyah, 2005, Produksi diosgenin dengan sistem sel amobil dari Costus speciosus smith, Majalah Farmasi Indonesia, 16(4), 246 253.Rosiana, N.M., 2011, Immobilisasi Sel, Peningkatan Produksi Fermentasi untuk Menanggulangi Masalah Pangan Dunia, tersedia: https://blog.ub.ac.id/nittaaa/2011/04/09/immobilisasi-sel-peningkatan-produksi-fermentasi-untuk-menanggulangi-masalah-pangan-dunia/, diakses pada 21 Mei 2014 pukul 16.10.