Strategi Produksi Polyhydroxybutyrate melalui Overekspresi Gen Pengkode PHB pada Kluyveromyves marxianus IFO 1735

LUCIA ARUM SEKAR MEYSARI, Ganies Riza Aristya, S.Si., M.Sc., Ph.D, Prof. Dr. Budi Setiadi Daryono, M.Agr.Sc.

2025 | Tesis | S2 Biologi

Permasalahan limbah plastik semakin meningkat tiap tahunnya, sehingga perlu ditemukan alternatif yang ramah lingkungan. Salah satu solusinya adalah plastik biodegradable berbasis mikroorganisme yang direkayasa dengan gen pengkode biosintesis polyhydroxybutyrate (PHB). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mempelajari kemampuan Kluyveromyces marxianus sebagai host dalam transformasi hasil konstruksi rekombinan plasmid pembawa gen pengkode PHB, mengevaluasi tingkat keefektifan rekombinasi genetik pada K. marxianus terhadap produktivitas PHB, serta mengetahui kuantitas tingkat produktivitas fermentasi engineered yeast menggunakan sumber karbon glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Transformasi dilakukan dengan metode elektroporasi, dan keberhasilan integrasi gen dikonfirmasi melalui pertumbuhan pada media YPG + ampicillin serta deteksi ukuran pita DNA masing-masing gen target: PhaA (1182 bp), PhaB (500 bp), dan PhaC (1770 bp). Validasi lebih lanjut menggunakan Sanger Sequencing menunjukkan bahwa ketiga gen berhasil terintegrasi ke dalam genom K. marxianus. Analisis ekspresi gen melalui RT qPCR menunjukkan peningkatan ekspresi sebesar 1,3 kali lipat dibandingkan kontrol non-transforman, yang mengindikasikan efektivitas rekombinasi genetik dalam mendukung biosintesis PHB. Hasil menunjukkan bahwa galaktosa dengan medium fermentasi buatan menghasilkan PHB concentration sebesar 0,885 g/L, content 16,076%, dan yield 22,133 g/g, yang lebih tinggi dibandingkan sumber karbon lainnya. Hasil ini menunjukkan bahwa K. marxianus engineered mampu memproduksi PHB secara efisien, dan galaktosa dapat dijadikan sumber karbon alternatif yang potensial untuk meningkatkan akumulasi biopolimer tersebut.

The issue of plastic waste continues to rise annually, necessitating the development of environmentally friendly alternatives. One promising solution is the use of biodegradable plastics produced by genetically engineered microorganisms capable of synthesizing polyhydroxybutyrate (PHB). This study aimed to evaluate the capability of Kluyveromyces marxianus as a host for the transformation of recombinant plasmids carrying PHB biosynthetic genes, assess the genetic recombination efficiency on PHB productivity, and quantify PHB production using different carbon sources: glucose, galactose, and fructose. Transformation of recombinant plasmids into competent K. marxianus cells was conducted via electroporation. Successful integration was confirmed by colony growth on YPG + ampicillin media and PCR amplification of target genes: PhaA (1182 bp), PhaB (500 bp), and PhaC (1770 bp). Further validation through Sanger Sequencing confirmed the integration of all three genes into the K. marxianus genome. Gene expression analysis using RT-qPCR revealed a 1.3-fold increase in expression compared to the non-transformed control, indicating the effectiveness of genetic recombination in enhancing PHB biosynthesis. Fermentation using defined media with galactose as a carbon source resulted in the highest PHB concentration (0.885 g/L), PHB content (16.076%), and PHB yield (22.133 g/g), outperforming other carbon sources. These findings demonstrate that engineered K. marxianus can efficiently produce PHB, and galactose serves as a promising alternative carbon source to enhance biopolymer accumulation. 

Kata Kunci : K. marxianus, plastik biodegradable, polyhydroxybutyrate, rekombinasi genetik