• LAPORAN PENELITIAN FUNDAMENTAL


  •   
  • FileName: laporan_akhir_fundamental.pdf [read-online]
    • Abstract: LAPORAN PENELITIAN FUNDAMENTALTransformasi Gen Resistensi Higromisin (hph)ke Kapang Monascus purpureus Mutan Albinomelalui Mediasi Agrobacterium tumefaciens.Oleh :Dr. Marlia Singgih WibowoTiana Milanda, M.Si

Download the ebook

LAPORAN PENELITIAN FUNDAMENTAL
Transformasi Gen Resistensi Higromisin (hph)
ke Kapang Monascus purpureus Mutan Albino
melalui Mediasi Agrobacterium tumefaciens.
Oleh :
Dr. Marlia Singgih Wibowo
Tiana Milanda, M.Si
Elin Julianti, M.Si.
Dibiayai melalui Proyek Penelitian Fundamental DP3M-DIKTI
Surat perjanjian Nomor : 322/SP3/PP/DP2M/II/2006
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan Nasional
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2006
1
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Penelitian : Transformasi Gen Resistensi Higromisin (hph) ke
Kapang Monascus purpureus Mutan Albino melalui
Mediasi Agrobacterium tumefaciens
2. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap : Dr. Marlia Singgih Wibowo
b. Jenis kelamin : Perempuan
c. NIP : 131 835 237
d. Pangkat/Golongan : III D
e. Jabatan Fungsional : Lektor Kepala
f. Sekolah : Farmasi
g. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Bandung
h. Pusat Penelitian : Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada
Masyarakat Institut Teknologi Bandung
3. Jumlah Tim Peneliti : 3 orang
4. Lokasi Penelitian : Penelitian dilakukan di Laboratorium
Mikrobiologi dan Laboratorium Kimia
Medisinal/Bioproses, Sekolah Farmasi ITB
5. Kerja Sama dengan Institusi
Lain : -
6. Masa Penelitian : 10 bulan
7. Biaya yang Diperlukan : Rp. 15.000.000
Bandung, 28 September 2006
Mengetahui, Ketua Peneliti,
Dekan Sekolah Farmasi ITB
Dr. Tutus Gusdinar Dr. Marlia Singgih Wibowo
NIP. 130 675 825 NIP. 131 835 237
Menyetujui,
Ketua Lembaga Penelitian,
Prof. Dr. Emmy Suparka
NIP. 130 515 659
2
RINGKASAN
Monascus purpureus merupakan jamur berfilamen yang memberikan warna
merah kepada beras “angkak”. Jamur ini menghasilkan metabolit sekunder zat
warna, monakolin K, sitrinin dan beberapa metabolit sekunder lain. Zat warna yang
dihasilkan Monascus secara tradisional digunakan sebagai pewarna makanan dan
pengawet daging. Monakolin K mempunyai aktivitas antihiperkolesterolemia.
Sitrinin merupakan antibakteri terhadap bakteri Gram positif, namun bersifat
karsinogen, teratogen dan merusak ginjal, sehingga pembentukannya perlu
ditentukan agar beras angkak aman untuk dikonsumsi. Ketiga metabolit sekunder
tersebut disintesis melalui alur yang sama yaitu alur biosintesis poliketida dari
prekursor tetraketida. Informasi mengenai alur biosintesis poliketida pada kapang
Monascus sangat terbatas, dikarenakan gen-gen yang terlibat belum diketahui.
Jumlah kromosom, ukuran genom maupun kemungkinan mentransformasikan DNA
asing ke kapang tersebut juga belum diketahui. Seluruh informasi ini diperlukan
untuk memulai studi molekular gen-gen yang terlibat dalam biosintesis zat warna
atau sitrinin dalam Monascus purpureus. Informasi sistem transformasi yang efisien
merupakan informasi penting dalam penelitian awal rekayasa genetik untuk
menghilangkan sitrinin. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem
transformasi genetik menggunakan marka seleksi gen resistensi higromisin B (hph)
dalam plasmid pUR5750 ke protoplas, miselium dan spora mutan albino Monascus
purpureus ITBCC-HD-F002 dengan mediasi Agrobacterium tumefaciens LBA 1100.
Penelitian diawali dengan menguji konsentrasi hambat minimum (KHM)
higromisin B terhadap Monascus purpureus ITBCC-HD-F002. Protoplas dibuat
dengan menggunakan enzim pendegradasi dinding sel. Kultur Agrobacterium
tumefaciens LBA 1100 yang mengandung plasmid disiapkan dari biakan muda
dengan cara pengocokan. Transformasi dilakukan dengan kokultur antara protoplas,
miselium dan spora Monascus purpureus ITBCC-HD-F002 dengan kultur
Agrobacterium tumefaciens LBA 1100 yang mengandung plasmid pUR5750 dengan
volume yang sama, kemudian diinkubasi pada medium LB padat dan medium YMP
padat dengan suhu 250C dan 280C. Transforman diseleksi dengan menumbuhkan
pada kertas saring diatas medium YMP padat mengandung higromisin B, kertas
3
saring selanjutnya dipindahkan ke medium seleksi dengan posisi dibalik dan tanpa
dibalik. Stabilitas transforman diuji dengan menumbuhkan sampai lima generasi
berturut-turut pada medium mengandung higromisin B yang dilanjutkan pada
medium yang mengandung higromisin B dengan konsentrasi dua kali lipat.
Transforman dikarakterisasi dengan metoda polimerase chain reaction (PCR)
dengan membandingkan pita-pita transforman dengan plasmid pUR5750 sebagai
kontrol positif dan induk mutan albino Monascus purpureus sebagai kontrol negatif.
DNA transforman dan Monascus purpureus ITBCC-HD-F002 diisolasi
menggunakan prosedur standar kit pemurnian DNA genom Wizard. Proses PCR
diawali dengan denaturasi pada suhu 950C selama 4 menit, siklus yang terdiri dari
denaturasi pada suhu 950C selama 45 detik, hibridisasi pada suhu 600C selama 1
menit dan pemanjangan fragmen DNA pada suhu 720C selama 90 detik dan
polimerisasi akhir selama 10 menit. Produk PCR dikarakterisasi menggunakan
elektroforesis.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi hambat minimum
higromisin B terhadap Monascus purpureus ITBCC-HD-F002 adalah 10µg/ml
medium. Protoplas yang diperoleh sebanyak 2,85 x 107 protoplas/ml. Agrobacterium
tumefaciens yang mengandung plasmid tumbuh baik melalui pengocokan.
Transforman diperoleh hanya induk Monascus berupa protoplas. Transforman yang
tumbuh berasal dari pemidahan kertas saring dengan posisi tidak dibalik, frekwensi
transformasi yang diperoleh sebesar 350 koloni/107protoplas dengan stabilitas
transforman 53,8 % pada medium YMP padat mengandung higromisin B 50µg/ml.
Keberhasilan transformasi terbukti dengan adanya gen hph pada transforman yang
diperbanyak dengan PCR yang ditunjukkan dengan adanya pita yang identik dengan
pita dari plasmid pada elektroforegram.
4
PRAKATA
Alhamdulillah, kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas selesainya
penelitian dan penulisan laporan ini, namun hasil yang dilaporkan pada tulisan ini
belum sepenuhnya sesuai dengan rencana yang tercantum pada proposal,
dikarenakan terjadinya keterlambatan pengiriman pereaksi yang diperlukan untuk
proses akhir (Southen blot) sehingga tidak dapat dilaporkan sampai pada waktunya.
Atas kekurangan ini kami mohon maaf.
Selanjutnya kami berterimakasih pada Direktorat Pendidikan Tinggi melalui
Proyek Penelitian Fundamental yang telah memberikan bantuan pada kami untuk
melakukan penelitian ini. Kami juga berterimakasih pada LPPM ITB dan pihak
Sekolah Farmasi ITB atas dukungan dan bantuan dalam penelitian ini.
5
DAFTAR TABEL
Tabel
V.1 Hasil Penentuan KHM Higromisin B terhadap M. purpureus ITBCC-
HD-F002 ............................................................................................... 15
V.2 Hasil Transformasi Plasmid pUR5750 ke Sel M. purpureus ITBCC-
HD-F002 melalui Mediasi A. tumefaciens LBA1100) ....................... 17
6
DAFTAR GAMBAR
Gambar
II.1 Kapang M. purpureus (A) di medium beras (beras angkak) (B) di
medium YMP (ekstrak ragi, ekstrak malt, epton, glukosa) ................. 2
II.2 Proses transformasi DNA dari sel donor ke sel penerima ................... 4
II.3 Transformasi T-DNA dari sel A. tumefaciens ke sel tanaman ............. 6
II.4 Skema plasmid Ti dari A. tumefaciens A. tumefaciens ......................... 7
II.5 Struktur molekul acetosyringone........................................................... 7
II.6 Struktur molekul higromisin B.............................................................. 10
II.7 Gen resistensi higromisin B (hph, higromisin fosfotranferase) dari
E.coli .................................................................................................... 10
V.1 Hasil uji stabilitas transforman higromisin dari M. purpureus ITBCC-
HD-F002 ............................................................................................... 19
V.2 Elektroforegram hasil amplifikasi gen hph dalam sel M. purpureus
ITBCC- HD-F002 .................................................................................. 20
7
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. i
RINGKASAN ............ .......................................................................................... ii
PRAKATA ........................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi
I. PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 2
III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ............................................... 12
IV. METODE PENELITIAN ............................ ............................................... 12
V. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 15
VI. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 20
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 21
8
I. PENDAHULUAN
Monascus purpureus adalah kapang berfilamen yang digunakan dalam
fermentasi beras yang menghasilkan beras angkak. Produk fermentasi ini telah lama
digunakan sebagai pewarna makanan, pengawet daging dan obat tradisional,
terutama di daerah Cina Selatan, Jepang dan Asia Tenggara (Blanc et al. 1998). Dari
beras angkak telah diisolasi berbagai metabolit sekunder, antara lain zat warna, zat
antihiperkolesterolemia, asam-asam organik dan enzim (Pastrana et al., 1995 ; K.
Lakrod et al., 2000).
Pada tahun 1977, Wong dan Bau mengisolasi senyawa antibakteri Monascus
yang diberi nama monascidin A. Tetapi Blanc et al. (1995) menunjukkan senyawa
tersebut adalah sitrinin, suatu senyawa karsinogenik, teratogenik dan nefrotoksik.
Adanya sitrinin menyebabkan keraguan terhadap keamanan produk fermentasi
Monascus (Blanc et al. 1998).
Berbagai cara dilakukan untuk menghasilkan produk Monascus yang bebas
sitrinin.Upaya-upaya tersebut dapat menghilangkan atau menekan jumlah sitrinin,
tetapi produksi zat warna dan monakolin K juga menurun secara bermakna (Blanc et
al., 1998). Hal ini disebabkan ketiga metabolit sekunder tersebut sama-sama
disintesis melalui alur biosintesis poliketida, yang dikatalisis oleh multienzim
poliketida sintase (PKS). Tetapi enzim-enzim maupun gen-gen pengkode PKS yang
terlibat dalam alur biosintesis tersebut belum diketahui (Hajjaj et al. 1999).
Untuk memulai studi molekular terhadap enzim-enzim dan gen-gen PKS,
diperlukan sistem transformasi genetik yang efisien untuk M. purpureus.
Transformasi gen atau fragmen DNA dalam suatu vektor ke genom kapang
berfilamen dapat dilakukan melalui mediasi bakteri Agrobacterium tumefaciens.
Selanjutnya sel transforman diseleksi berdasarkan marka seleksi tertentu, baik berupa
marka dominan (gen resistensi antibiotik) atau melalui skrining positif terhadap
mutan auksotrof yang termutasi pada gen tertentu (S. Campoy et al., 2003).
Pada penelitian ini dilakukan pencarian sistem transformasi genetik yang
efisien untuk M. purpureus mutan albino menggunakan marka gen resistensi
higromisin (hph) melalui mediasi A. tumefaciens. Penggunaan mutan albino sebagai
sel penerima dikarenakan kembalinya produksi zat warna dapat digunakan sebagai
9
marka dalam studi molekuler gen-gen PKS yang terlibat dalam biosintesis zat warna,
monakolin K dan sitrinin.
II. TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Kapang Monascus purpureus
Monascus sp. adalah kapang berfilamen yang termasuk divisi Ascomycotina,
kelas Ascomycetes, sub kelas Plectomycetidae, ordo Eurotiales dan famili
Monascaceae. Salah satu spesiesnya, yaitu M. purpureus pertama kali diisolasi oleh
Went (1895) dari beras angkak yang berasal dari Jawa, Indonesia (Blanc et al.,
1998). Dari beras angkak ini telah diisolasi berbagai metabolit sekunder, antara lain
zat warna, zat antihiperkolesterolemia, asam-asam organik dan enzim (Pastrana et
al., 1995 ; K. Lakrod et al., 2000).
(A) (B)
Gambar II.1. Kapang M. purpureus (A) di medium beras (beras angkak), (B) di
medium YMP (ekstrak ragi, ekstrak malt, pepton, glukosa)
Zat warna Monascus terdiri dari ankaflavine dan monascine (berwarna
kuning), rubropunctatine dan monascorubrine (jingga) serta rubropunctamine dan
monascorubramine (ungu). Seluruh zat warna Monascus larut dalam lemak dan
pelarut organik, sedangkan bentuk kompleksnya larut dalam air. Zat warna ini sangat
stabil terhadap pengaruh suhu, cahaya, oksigen, ion logam dan perubahan pH,
sehingga dapat menggantikan zat warna sintetik pada makanan dan kosmetik (L.
Pastrana et al., 1995; K. Lakrod et al., 2000).
Monascus juga menghasilkan beberapa zat antihiperkolesterolemia berupa
senyawa statin, yang diberi nama monakolin J, K dan L. Senyawa yang paling
potensial adalah monakolin K atau mevinolin atau lovastatin, yaitu senyawa
10
hipolipidemik yang menginhibisi kerja HMG-KoA reduktase. Enzim ini berperan
dalam metabolisme HMG-KoA menjadi asam mevalonat (Blanc et al., 1998; Z. Hai,
1998; Keane, 1999 ).
Pada tahun 1977, Wong dan Bau mengisolasi zat antibakteri dari Monascus,
yang diberi nama monascidin A. Penelitian Blanc et al. (1995) menunjukkan bahwa
monascidin A adalah sitrinin, yaitu suatu senyawa mikotoksin yang bersifat
karsinogenik, teratogenik dan nefrotoksik.
Adanya sitrinin dalam produk fermentasi Monascus menimbulkan keraguan
akan keamanan zat warna Monascus dan Monakolin K. Berbagai cara telah
dilakukan untuk menghasilkan produk fermentasi yang bebas sitrinin, antara lain
fermentasi menggunakan galur alam yang tidak menghasilkan sitrinin, merekayasa
kondisi fermentasi atau mendetoksifikasi produk akhir fermentasi. Upaya-upaya
tersebut dapat menghilangkan atau menekan jumlah sitrinin, tetapi produksi zat
warna dan monakolin K juga menurun secara bermakna (Blanc et al., 1998). Hal ini
disebabkan ketiga metabolit sekunder tersebut sama-sama disintesis melalui alur
biosintesis poliketida, yang dikatalisis oleh multienzim poliketida sintase (PKS).
Tetapi enzim-enzim maupun gen-gen pengkode PKS yang terlibat dalam alur
biosintesis tersebut belum diketahui (Hajjaj et al. 1999).
Pada tahun 1985, More et al. meneliti alur biosintesis lovastatin (monakolin
K) pada kapang Aspergillus tereus. Dari hasil penelitian ini diketahui bahwa
lovastatin disintesis melalui alur biosintesis poliketida dari prekursor poli-β-keto-
asil-KoA. Selanjutnya, Hajjaj et al. (1999) melakukan penelitian terhadap alur
biosintesis sitrinin pada M. ruber. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sitrinin dan
zat warna juga diproduksi melalui alur biosintesis poliketida dari prekursor
tetraketida. Seluruh reaksi dalam alur biosintesis tersebut dikatalisis oleh multienzim
poliketida sintase (PKS) (Blanc et al., 1998; Hajjaj et al., 1999).
Beberapa spesies Penicillium dan Aspergillus juga menghasilkan sitrinin,
tetapi dari prekursor pentaketida dan tidak memproduksi zat warna (Hajjaj et al.,
1999). Informasi tersebut memberikan kemungkinan baru untuk mengembangkan
strategi produksi zat warna dan monakolin K yang bebas sitrinin. Produksi sitrinin
dapat dikendalikan secara spesifik melalui represi terhadap satu atau beberapa gen
biosintesis sitrinin melalui teknik rekayasa genetik. Aplikasi teknik biomolekular ini
11
memerlukan informasi tentang enzim-enzim maupun gen-gen PKS yang terlibat
dalam alur biosintesis zat warna, monakolin K dan sitrinin (Blanc et al., 1998 ;
Lakrod et al., 2000).
Untuk memulai studi molekular terhadap enzim-enzim dan gen-gen PKS,
diperlukan sistem transformasi genetik yang efisien untuk M. purpureus.
Transformasi gen atau fragmen DNA dalam suatu vektor ke genom kapang
berfilamen dapat dilakukan melalui berbagai metode transformasi, seperti metode
protoplas-polietilenglikol (PEG), elektroporasi maupun transformasi DNA yang
dimediasi bakteri Agrobacterium tumefaciens. Selanjutnya sel transforman diseleksi
berdasarkan marka seleksi yang digunakan, baik berupa marka seleksi dominan (gen
resistensi antibiotik) atau melalui skrining positif terhadap mutan auksotrof yang
termutasi pada gen tertentu (S. Campoy et al., 2003).
II.2. Transformasi dan Kompetensi Sel
Transformasi DNA adalah proses pengambilan DNA asing dari lingkungan
oleh sel penerima, yang menghasilkan sel transforman atau sel rekombinan. Ada 2
jenis transformasi, yaitu transformasi alami dan transformasi buatan. Pada
transformasi alami, sel mengambil DNA asing dari lingkungan secara alami, karena
memiliki sel yang kompeten. Kompetensi atau kemampuan sel mengambil DNA
asing ini diregulasi oleh beberapa gen tertentu. Tetapi kebanyakan sel bakteri,
mikroorganisme eukariot, sel tanaman dan sel hewan mempunyai sel non kompeten,
sehingga harus diberi perlakuan khusus untuk menjadi sel kompeten dan
ditransformasi melalui transformasi buatan (L. Snyder & W. Champness, 1997).
Sel donor DNA bebas Sel penerima
Gambar II.2 Proses transformasi DNA dari sel donor ke sel penerima ()
12
DNA asing yang diambil oleh sel kompeten dapat berupa DNA bebas atau
DNA sisipan dalam suatu vektor. Vektor-vektor yang membawa DNA tersebut
terdiri dari plasmid, bakteriofaga dan kosmid (L. Snyder & W. Champness, 1997).
Plasmid adalah molekul DNA untai tunggal berbentuk sirkular berukuran 1
kb sampai lebih dari 500 kb, yang merupakan DNA ekstrakromosomal. Setiap
plasmid membawa sekuens origin of replication (ori), sehingga dapat bereplikasi
secara mandiri tanpa tergantung pada kromosom. Kemampuan plasmid bereplikasi
secara otonom, membuat molekul DNA ini digunakan sebagai vektor yang
membawa DNA sisipan (T.A. Brown, 1995).
Plasmid yang digunakan dalam proses kloning harus merupakan vektor
episomal atau vektor integratif, yaitu vektor yang dapat terintegrasi ke salah satu
kromosom sel penerima. Vektor-vektor integratif tersebut tersedia untuk berbagai
spesies sel penerima, termasuk jamur berfilamen seperti Aspergillus nidulans dan
Neurospora crassa (T.A. Brown, 1995).
Berbagai bakteri seperti Escerichia coli, Bacillus subtilis dan Agrobacterium
tumefasciens seringkali digunakan sebagai sel penerima. Plasmid yang digunakan
pada transformasi DNA yang dimediasi A. tumefasciens, harus mempunyai ori E.
coli maupun A. tumefasciens (shuttle cloning vector) (T.A. Brown, 1995).
Pada penelitian ini digunakan plasmid pUR5750 (15 kb), suatu plamid R
yang merupakan vektor biner E.coli-Agrobacterium yang membawa gen resistensi
higromisin (hph) dari E. coli, yang diinsersikan diantara promoter gdp dan terminator
trpC dari Aspergillus nidulans dan diapit oleh batas kiri dan batas kanan T-DNA.
II.3 Transformasi DNA melalui mediasi Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri berbentuk batang, Gram negatif,
tidak berspora dan motil, yang umumnya ditemukan di permukaan akar (rizosfir)
tanaman. Bakteri ini dapat menyebabkan crown gall tumour (tumor di daerah antara
akar dan batang) pada berbagai tanaman dikotil, terutama dari keluarga mawar-
mawaran. Tumor ini diinduksi oleh proses transfer dan integrasi fragmen T-DNA
(transferred DNA) dalam plasmid Ti (tumour inducing) dari sel A. tumefasciens ke
ke genom sel tanaman (J. Deacon et al., 2003).
13
Gambar II.3 Transformasi T-DNA dari sel A. tumefasciens ke sel tanaman (J.
Deacon et al., 2003)
Plasmid Ti merupakan mega plasmid konjugatif berukuran 200-800 kb, yang
mengandung daerah T-DNA sepanjang 12-24 kb. Di daerah T-DNA terdapat 2 tipe
gen, yaitu gen-gen onkogenik yang mengendalikan biosintesis auksin dan sitokinin
serta gen-gen yang mengendalikan biosintesis opin. Pada ujung 5’ T-DNA terdapat
sekuens batas kanan (right border), sedang pada di ujung 3’ terdapat sekuens batas
kiri (left border), yang keduanya tersusun dari unit berulang sepanjang 25 pb. Dalam
plasmid Ti, di luar T-DNA, terdapat gen-gen untuk katabolisme opin, gen-gen untuk
transfer plasmid Ti dari bakteri ke bakteri dan dari bakteri ke sel tanaman (gen-gen
vir). Proses transfer T-DNA dimediasi oleh protein yang dikode oleh gen-gen vir ini
(B.R. Glick & J.J. Pasternak, 1994 ; de la Riva et al, 2004).
Proses transfer dan integrasi T-DNA dari sel A. tumefaciens ke sel tanaman
berlangsung melalui beberapa tahap, yaitu kolonisasi bakteri, induksi sistem virulensi
bakteri, pembentukan kompleks transfer T-DNA, transfer T-DNA dan integrasi T-
DNA ke genom sel tanaman (de la Riva et al, 2004 ).
14
Gambar II.4 Skema plasmid Ti dari A. tumefasciens (B.R. Glick & J.J. Pasternak,
1994).
A. tumefasciens, baik yang memiliki atau kehilangan plasmid Ti, akan
bergerak ke situs luka pada jaringan tanaman sebagai respon terhadap senyawa-
senyawa fenolik, seperti acetosyringone maupun monosakarida tertentu yang
dikeluarkan luka tanaman. Tetapi galur yang memiliki plasmid Ti akan merespon
lebih kuat, karena adanya protein sensor transmembran dimerik yang spesifik, yaitu
VirA (dikode gen virA) yang dapat mengenali acetosyringone pada konsentrasi
sangat rendah (10-7 M) (J. Deacon et al., 2003)
O CH3
C
H3 CO OCH3
OH
Gambar II.5. Struktur molekul acetosyringone (B.R. Glick & J.J.Pasternak,
1994).
Proses integrasi T-DNA akan mengaktifkan gen-gen pengkode produksi
sitokinin, auksin dan opin. Produksi auksin dan sitokinin akan mengganggu
pertumbuhan normal sel tanaman dan menyebabkan terbentuknya crown gall
tumour. Sedangkan opin merupakan sumber karbon dan sumber energi utama bagi
A. tumefasciens (J. Deacon et al., ; B.R. Glick & J.J. Pasternak, 1994).
15
A. tumefasciens sering digunakan dalam pemuliaan tanaman (plant breeding),
terutama pada tanaman dikotil. Gen asing diinsersikan ke dalam T-DNA pada
plasmid Ti, lalu T-DNA dipotong, ditransfer dan berintegrasi ke genom sel tanaman
bersama-sama gen sisipannya (J. Deacon et al., 2003). Tetapi untuk digunakan
sebagai vektor kloning, plasmid Ti harus melalui beberapa proses rekayasa, yaitu
penghilangan gen pengkode auksin, sitokinin, dan segmen-segmen DNA dalam
plasmid Ti yang tidak diperlukan (temasuk gen-gen vir). Selanjutnya pada plasmid
Ti harus memiliki polylinker (multiple cloning site), origin of replication dari E. coli
dan gen marka seleksi (umumnya gen pengkode neomisin fosfotransferase, yang
menyebabkan resistensi kanamisin) (B.R. Glick & J.J. Pasternak, 1994).
Karena gen-gen vir dihilangkan, maka plasmid Ti hasil rekayasa tidak
mampu mentransfer dan mengintegrasi daerah T-DNA ke sel penerima. Untuk
mengatasi masalah tersebut, maka dilakukan 2 strategi (B.R. Glick & J.J. Pasternak,
1994), yaitu :
1. Strategi vektor biner
Gen asing dan gen marka seleksi disisipkan di daerah antara batas kiri dan batas
kanan T-DNA secara in vitro, ditransformasi ke sel E. coli, lalu ditransfer ke sel
A. tumefaciens memiliki plasmid Ti defektif (disarmed) melalui konjugasi.
Plasmid Ti defektif adalah plasmid Ti memiliki gen-gen vir, tetapi kehilangan
sebagian atau seluruh T-DNA.
2. Strategi vektor kointegratif
Insersi gen asing dan gen marka seleksi dilakukan secara in vitro dalam plasmid
yang memiliki sebagian kecil T-DNA. Plasmid tersebut ditransformasi ke sel E
coli, lalu dikonjugasikan ke sel A. tumefaciens yang memiliki plasmid Ti
defektif. Proses konjugasi berlangsung dengan bantuan plasmid konjugatif pRK
melalui prosedur triparental mating.
Prosedur transformasi DNA melalui mediasi Agrobacterium dilakukan
dengan mengkokultur sel A. tumefasciens, yang membawa vektor-gen sisipan,
dengan sel atau protoplas tanaman. Selanjutnya sel transforman diseleksi
menggunakan medium pertumbuhan yang mengandung antibiotik tertentu,
sedangkan sel bakteri dibunuh menggunakan antibiotik sefotaksim atau moksalatum.
Sel transforman akan membentuk kultur jaringan, lalu beregenerasi menjadi tanaman
16
dewasa (B.R. Glick & J.J. Pasternak, 1994; J. Deacon et al., 2003). Kelebihan
metode transformasi ini adalah menghasilkan efisiensi transformasi yang tinggi,
dengan mengurangi jumlah kopi (copy number) transgen (de la Riva et al, 2004 ).
II.4 Seleksi Sel Transforman
Selain metode transformasi, pencarian suatu sistem transformasi sangat
tergantung pada adanya vektor-vektor kloning yang membawa marka seleksi tertentu
untuk menyeleksi sel transforman. Ada 2 jenis marka seleksi yang umum digunakan
pada kapang berfilamen, yaitu marka dominan (gen resistensi terhadap inhibitor
metabolik atau antibiotik) serta marka yang menggunakan konversi mutasi auksotrof
pada gen-gen tertentu (M.J. Daboussi et al., 1989; Woloshuk et al., 1989).
Marka gen resistensi lebih sering digunakan dalam transformasi, karena
banyak galur kapang yang sensitif terhadap konsentrasi tertentu inhibitor metabolik
atau antibiotik. Gen resistensi tersebut umumnya mengkode suatu enzim yang dapat
menginaktifkan suatu antibiotik, sehingga transformasi gen tersebut ke sel kapang
yang sensitif akan mengubahnya menjadi sel yang resisten (M.J. Daboussi et al.,
1989 ; Woloshuk et al., 1989).
Berbagai penelitian melaporkan penggunaan marka gen resistensi antibiotik
higromisin B pada kapang berfilamen. Higromisin B adalah antibiotik golongan
aminoglikosida yang dihasilkan oleh Streptomyces hygroscopicus. Antibiotik ini
dapat menginhibisi sintesis protein dengan mengganggu proses translokasi dan
menyebabkan kesalahan translasi (mistranslation) pada ribosom 70S (Invivogen,
2004). Higromisin B direkomendasikan sebagai marka seleksi dan pemeliharaan sel
transforman (genetic selection marker) pada konsentrasi 100-800 µg/mL (Sigma-
Aldrich, 2004).
17
OH NHCH3
HO HO
O
OH
O NH2
OH O OH
O OH
H3C
OH
HC
OH
NH2
Gambar II.6 Struktur molekul higromisin (Sigma-Aldrich, 2004)
Keterangan : Formula empiris :C20H37N3O13, HCl
BM = 527,52
Resistensi terhadap higromisin disebabkan oleh adanya gen hph (higromisin B
fosfotrasferase) dari E. coli sepanjang 1026 pb (Invivogen, 2004).
181 atgaaaaagc ctgaactcac cgcgacgtct
241 gtcgagaagt ttctgatcga aaagttcgac agcgtctccg acctgatgca gctctcggag
301 ggcgaagaat ctcgtgcttt cagcttcgat gtaggagggc gtggatatgt cctgcgggta
361 aatagctgcg ccgatggttt ctacaaagat cgttatgttt atcggcactt tgcatcggcc
421 gcgctcccga ttccggaagt gcttgacatt ggggaattca gcgagagcct gacctattgc
481 atctcccgcc gtgcacaggg tgtcacgttg caagacctgc ctgaaaccga actgcccgct
541 gttctgcagc cggtcgcgga ggccatggat gcgatcgctg cggccgatct tagccagacg
601 agcgggttcg gcccattcgg accgcaagga atcggtcaat acactacatg gcgtgatttc
661 atatgcgcga ttgctgatcc ccatgtgtat cactggcaaa ctgtgatgga cgacaccgtc
721 agtgcgtccg tcgcgcaggc tctcgatgag ctgatgcttt gggccgagga ctgccccgaa
781 gtccggcacc tcgtgcacgc ggatttcggc tccaacaatg tcctgacgga caatggccgc
841 ataacagcgg tcattgactg gagcgaggcg atgttcgggg attcccaata cgaggtcgcc
901 aacatcttct tctggaggcc gtggttggct tgtatggagc agcagacgcg ctacttcgag
961 cggaggcatc cggagcttgc aggatcgccg cggctccggg cgtatatgct ccgcattggt
1021 cttgaccaac tctatcagag cttggttgac ggcaatttcg atgatgcagc ttgggcgcag
1081 ggtcgatgcg acgcaatcgt ccgatccgga gccgggactg tcgggcgtac acaaatcgcc
1141 cgcagaagcg cggccgtctg gaccgatggc tgtgtagaag tactcgccga tagtggaaac
1201 cgacgcccca gcactcgtcc gagggcaaag gaatag
Gambar II.7 Gen resistensi higromisin (hph, higromisin fosfotransferase) dari E.
coli (Gene Bank, K01193)
Setelah transformasi, dilakukan proses identifikasi sel transforman pada
medium yang mengandung higromisin B. Hanya sel yang memiliki kontruksi
plasmid-gen hph yang dapat tumbuh, sedangkan sel non transforman tidak dapat
18
tumbuh. Selanjutnya dilakukan deteksi gen tersebut dalam genom sel transforman
melalui metode deteksi tertentu (de la Riva et al, 2004 ).
II.5 Deteksi Gen Marka Seleksi dalam Sel Transforman
Deteksi vektor-gen sisipan dalam sel transforman dapat dilakukan dengan
mengampilifikasi sebagian atau seluruh vektor-gen sisipan secara in vitro melalui
metode Polymerase Chain Reaction (PCR). PCR adalah proses amplifikasi DNA
menggunakan sepasang primer yang memiliki urutan basa yang komplementer
terhadap urutan basa tertentu pada vektor-gen sisipan. Primer-primer tersebut
diperpanjang oleh enzim DNA polimerase, menggunakan monomer-monomer
deoksinukleotida trifosfat (dNTP) (Newton & Graham, 1984).
Melalui metode PCR, amplifikasi fragmen DNA dapat dilakukan secara
cepat, spesifik dan tidak memerlukan jumlah dan kualitas cetakan DNA yang tinggi.
Pada kapang berfilamen, cetakan DNA berupa DNA yang diisolasi dari spora atau
miselium, baik dari biakan segar, biakan beku atau dari herbarium. Tetapi tidak ada
protokol PCR yang dapat diterapkan pada setiap sampel, sehingga setiap aplikasi
PCR memerlukan tahap optimasi (Newton & Graham, 1984)
Amplifikasi dilakukan melalui inkubasi komponen-komponen reaksi PCR
dalam alat Thermalcycer selama beberapa siklus PCR. Setiap siklus terdiri dari tahap
denaturasi (pemisahan untai ganda DNA menjadi untai tunggal), tahap hibridisasi
(penempelan primer pada urutan basa yang komplementer) serta tahap
elongasi/polimerisasi (perpanjangan rantai DNA). Jumlah siklus PCR ditentukan
oleh panjang cetakan DNA yang diamplifikasi. Setelah sejumlah x cetakan DNA
diamplifikasi selama n siklus, maka dihasilkan (2n-2n)X amplikon (Newton &
Graham, 1984).
Siklus PCR biasanya diawali denaturasi awal pada suhu 93°C selama 3 menit,
dilanjutkan tahap denaturasi pada suhu 90-95°C selama 30 detik. Pada tahap
hibridisasi, primer akan menempel pada urutan DNA komplementer pada suhu 40-
46°C. Sedangkan tahap elongasi untai DNA berlangsung pada suhu 70-75°C, dengan
waktu inkubasi yang tergantung pada panjang DNA yang diamplifikasi (Newton &
Graham, 1984).
19
III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh metode transformasi gen resistensi
higromisin B (hph) dalam plasmid pUR5750 ke genom kapang M. purpureus mutan
albino melalui mediasi Agrobacterium tumefasciens LBA1100, yang menghasilkan
sel transforman yang stabil. Hasil penelitian ini merupakan suatu sistem transformasi
genetik untuk kapang M. purpureus, yang diperlukan untuk mengkarakterisasi gen-
gen PKS yang terlibat dalam biosintesis zat warna, Monakolin K dan sitrinin.
Jika gen-gen biosintesis ini telah dikarakterisasi, maka satu atau beberapa gen
dapat dinonaktifkan untuk memperoleh galur M. purpureus non produksi sitrinin.
Dengan menggunakan galur baru tersebut, maka zat warna Monascus dapat
dikembangkan menjadi zat warna alami yang aman untuk makanan dan kosmetik.
Sedangkan Monakolin K dapat dikembangkan sebagai obat antihiperkolesterolemia
alternatif bagi para penderita hiperkolesterolemia.
IV. METODE PENELITIAN
Higromisin B dengan variasi konsentrasi 10, 50, 100, 150 dan 200 µg/mL
masing-masing ditambahkan ke dalam 5 mL medium YMP padat yang masih cair.
Campuran tersebut dihomogenkan, dituang ke cawan-cawan petri, lalu dibiarkan
memadat pada suhu kamar. Sebanyak 107 spora M. purpureus ITBCC-HD-F002
dalam volume 100 µL diratakan di atas permukaan agar, lalu seluruh cawan
diinkubasi pada suhu 28°C selama 7-14 hari. Konsentrasi Hambat Minimum (KHM)
pleomisin terletak pada konsentrasi terkecil higromisin B yang masih dapat
menghambat pertumbuhan M. purpureus ITBCC-HD-F002. Dengan cara yang sama,
dilakukan penentuan KHM menggunakan konsentrasi higromisin sebesar 0, 2, 4, 6,
8 dan 10 µg/mL .
A. tumefaciens LBA1100 yang membawa plasmid pUR5750 ditumbuhkan di
medium LB padat yang ditambahkan kanamisin 100 µg/mL selama 48 jam pada suhu
28°C. Biakan padat disuspensikan dalam 10 medium LB cair yang mengandung
kanamisin 100 µg/mL, lalu dikocok pada kecepatan 200 rpm pada suhu 28°C selama
12 jam. Biakan cair diinokulasikan ke medium induksi bakteri (LB cair yang
mengandung acetosyringone 200 µM ) sampai tercapai kekeruhan pada OD600 = 0,2,
20
dan dikocok pada kecepatan 100 rpm selama 5-6 jam atau sampai OD600 = 0,8-1,0
(109 koloni/mL).
Biakan padat M. purpureus ITBCC-HD-F002 berumur 10-12 hari digerus
halus dan disuspensikan dalam NaCl fisiologis. Suspensi tersebut disaring
menggunakan kertas saring Whatman No. 1, lalu filtratnya disentrifugasi 5.000 rpm
selama 10 menit. Endapan spora diresuspensikan dalam air suling, lalu jumlah
sporanya dihitung menggunakan hemasitometer.
Sebanyak 5 mL susupensi spora M. purpureus ITBCC-HD-F002
ditambahkan pada 95 mL medium YMP cair, lalu dikocok dengan kecepatan 200
rpm pada suhu 28oC selama 20 jam. Biakan cair tersebut disaring dengan kertas
Whatman No 1, lalu endapan miseliumnya dicuci dua kali dengan air suling.
Sebanyak 1 gram miselium disuspensikan dalam 1 mL air suling ganda, sedangkan
sisa miselium digunakan untuk preparasi protoplas.
Untuk mendapatkan protoplas, miselium disuspensikan dalam 20 mL larutan
enzim pelisis (enzim pelisis dari T. harzianum 5 mg/mL, selulase 10 mg/mL dan
maserozim 10 mg/mL) dalam dapar PKM (dapar fosfat 50 mM pH 5,8, KCl 0,5 M
dan MgSO4 0,1 M), lalu dikocok dengan kecepatan 100 rpm selama 3 jam pada suhu
28°C. Pembentukan protoplas terus diamati di bawah mikroskop. Protoplas difilter
melalui kertas Whatman No.1, dipekatkan melalui sentrifugasi 3.000 rpm selama 20
menit. Endapan dicuci dan disuspensikan dalam 1 mL dapar Tris HCl pH 7,0 yang
mengandung kalsium klorida 50 mM. Jumlah protoplas yang diperoleh dihitung
menggunakan hemasitometer.
Transformasi dilakukan melalui kokultivasi 1 mL suspensi spora, 1 mL (1
gram/mL) miselium dan 1 mL protoplas M. purpureus ITBCC-HD-F002 masing-
masing dengan 1 mL biakan cair A. tumefaciens LBA1100. Sebanyak 100 µL hasil
kokultivasi diratakan di atas kertas Whatman No.1, yang diletakkan di atas di
medium YMP padat yang ditambah 200 µM acetosyringone (AS +) dan di atas
medium YMP padat saja (AS-). Seluruh cawan petri diinkubasi pada suhu 22-25°C
dan 26-28°C selama 72 jam. Kertas Whatman tersebut ditransfer ke medium seleksi
(YMP padat yang mengandung higromisin 50 µg/mL dan sefotaksim 400 µM).
Seluruh cawan petri diinkubasi pada suhu 28°C sampai tampak pertumbuhan koloni-
koloni transforman higromisin (7-14 hari). Kertas Whatman yang ditumbuhi koloni
21
tersebut ditransfer ke medium seleksi yang baru. Seluruh cawan petri diinkubasi pada
suhu 28°C sampai tampak pertumbuhan koloni-koloni transforman higromisin (7
hari). Koloni-koloni yang tumbuh di masing-masing cawan petri dihitung, lalu
ditentukan frekwensi transformasi berupa koloni transforman per 107 spora atau per
107 protoplas atau per gram miselium M. purpureus ITBCC-HD-F002.
Sekitar 50 transforman generasi kedua dipilih secara acak dari beberapa
proses transformasi, lalu ditumbuhkan dalam medium seleksi transformasi dan
medium non seleksi selama 7 hari pada suhu 28oC. Diameter koloni generasi ketiga
pada kedua medium diukur untuk mengetahui efek penambahan higromisin dan
sefotaksim terhadap laju pertumbuhan koloni. Koloni-koloni dari medium seleksi
ditumbuhkan kembali di medium seleksi baru (generasi keempat). Selanjutnya,
koloni-koloni yang bertahan hidup ditumbuhkan pada medium seleksi transformasi
yang mengandung higromisin sebanyak 200 µg/mL. Jumlah transforman yang
tumbuh pada generasi kelima dihitung, untuk menentukan stabilitas mitotik dari
transforman.
Untuk mendeteksi gen higromisin (hph) dalam sel transforman higromisin,
digunakan sepasang primer hph122U (5’-TTCGATGTAGGAGGGCGTGGAT-3’)
dan hph725L (5’-CGCGTCTGCTGCTCCATACAAG-3’) berdasarkan urutan
nukleotida gen hph dari E. coli (1.026 pb) pada Gene Bank. Primer-primer tersebut
dapat mengamplifiksi fragmen pada gen hph sepanjang 600 pb. Sintesis primer
dilakukan oleh Proligo-Sigma, Singapura.
Reaksi PCR dilakukan terhadap DNA genom dari transforman higromisin
yang dipilih secara acak, DNA plasmid pUR5750 sebagai kontrol positif dan DNA
genom M. purpureus ITBCC-HD-F002 sebagai kontrol negatif. Komponen PCR
terdiri dari 5 µL DNA genom, 0,5 µL primer hph122U 20 pmol/µL dan 0,5 µL
primer hph725L 20 pmol/µL, 0,5 µL deoksinukleotida trifosfat 20 mM, 0,2 µL Taq
DNA pol


Use: 0.0444