TANGGAPAN FISIOLOGIS RHIZOBAKTERI TERHADAP CEKAMAN OSMOTIK DAN KEASAMAN

Ali Ikhwan, Ir.,MP., Prof. Ir. Triwibowo Yuwono, PhD

2012 | Disertasi | S3 Bioteknologi

Pada saat menghadapi cekaman lingkungan rhizobakteri akan memberikan tanggapan (response) secara fisiologis dengan mensintesis beberapa protein dan metabolit spesifik yang berperan dalam toleransi cekaman. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui tanggapan fisiologi rhizobakteri dalam menghadapi cekaman osmotik dan cekaman keasaman. Untuk mencapai tujuan tersebut di atas, maka pendekatan penelitian disusun dalam 3 kajian besar yaitu: (a) seleksi dan identifikasi rhizobakteri toleran cekaman osmotik dan keasaman Al2(SO4)3 dengan pendekatan fenotipik dan analisis molekular 16S rDNA, (b) analisis profil protein spesifik rhizobakteri terhadap cekaman osmotik dan keasaman Al2(SO4)3 dengan slab gel SDS-PAGE 12% dilakukan pada aras protein intraselular, protein membran dan protein esktraselular dan (c) analisis metabolomik toleransi rhizobakteri terhadap cekaman osmotik dan keasaman Al2(SO4)3 dengan analisis metabolit menggunakan GC/MS Rxi-5MS baik pada aras metabolit polar maupun non-polar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, isolat IMRG-19 lebih toleran terhadap cekaman osmotik dan keasaman Al2(SO4)3 dibanding isolat yang lain (IMRG-5 dan IMRG-30). Isolat IMRG-19 yang toleran cekaman kemudian digunakan untuk kajian berikutnya. Berdasarkan karakterisasi fenotipik dan molekular isolat IMRG-19 mengarah pada Klebsiella pneumoniae dengan tingkat kepercayaan 97-99%. Hasil analisis protein menunjukkan ada perbedaan profil protein intrasellular, protein membran dan protein ekstraselular. Selain itu. terdapat protein spesifik yang disintesis pada masing-masing kondisi cekaman yang berperan dalam toleransi sel terhadap cekaman tersebut. Dalam kondisi cekaman osmotik, disintesis protein intraselular berukuran 42,7 kDa, dan protein membran berukuran 53,3 kDa. Di lain pihak, cekaman asam menghasilkan protein intraselular berukuran 54,7 kDa, 25,3 kDa, 14,2 kDa, dan satu protein membran berukuran 43,9 kDa, serta protein ekstraselular berukuran 17 – 29 kDa. Dalam kondisi cekaman ganda, terdeteksi satu protein intraselular spesifik berukuran 26,7 kDa dan satu protein membran berukuran 61,1 kDa. Di sisi lain hasil analisis metabolit terdapat perbedaan pola metabolit polar dan non-polar. Beberapa metabolit spesifik disintesis dalam cekaman osmotik dan keasaman Al2(SO4)3 berupa asam lemak (palmitic acid, oleic acid dan stearic acid), senyawa amida (octanamide, dodecanamide dan hexanamide) dan senyawa fenolik (octanol dan phenol). Metabolit tersebut dapat berperan ganda yaitu sebagai osmoprotektan atau pengatur cekaman osmotik (osmotic regulatory) dan sebagai agensia pengkhelat ion alumunium (Al3+). Khusus pada cekaman Al2(SO4)3 juga disintesis silicate anion tetramer dan silicone polymer yang efektif mengkhelat Al3+. Di samping itu, ada korelasi antara protein spesifik dan sintesis metabolit yaitu protein 13,9 kDa dan 46,1 kDa yang berperan dalam sintesis asam lemak, protein 30,1 kDa yang berperan dalam sintesis senyawa amida dan protein 85,5 kDa yang berperan dalam sintesis senyawa fenolik. Dengan demikian dalam kondisi cekaman osmotik dan keasaman Al2(SO4)3 rhizobakteri menyintesis protein dan metabolit spesifik yang berperan dalam toleransi terhadap cekaman dan beberapa protein spesifik tersebut berperan dalam sintesis metabolit.

Under environmental stress, rhizobacteria will give physiological response through changes of metabolism by synthesising some specific proteins and metabolites. This study aims at understanding physiological responses of rhizobacteria to osmotic and acidity stress. The study was conducted in three parts, i.e. (a) selection and identification of rhizobacteria tolerant to osmotic and acidity stress using phenotypic and molecular analysis of 16S rDNA, (b) analysis of specific intracellular, membrane and extracellular protein profiles by slab gel SDS-PAGE 12% and (c) analysis polar and non-polar metabolite profiles by using GC / MS RXi-5ms. The results showed that IMRG-19 isolate demonstrate higher tolerance to osmotic and acidity stress than the other isolates (IMRG-5 and IMRG-30). Based on phenotypic and molecular characterization, IMRG-19 was confirmed as Klebsiella pneumoniae with a confidence level of 97-99%. Analysis demonstrated that several intracellular, membrane, or extracellular proteins were synthesised under specific stress condition. Under osmotic stress, an intracellular protein of 42.7 kDa, and a membrane protein of 53.3 kDa were synthesised. Acid stress, on the other hand, resulted in the synthesis of intracellular proteins of 54.7 kDa, 25.3 kDa, and 14.2 kDa, and a 43.9 kDa membrane protein, and extracellular proteins of 17 – 29 kDa. Under osmotic and acidity stress condition, a specific intracellular protein of 26.7 kDa and a membrane protein of 61.1 kDa were detected. Analysis of polar and non-polar metabolite synthesis pattern, demonstrated that some specific metabolites were synthesized under osmotic and acidity stress in the form of fatty acids (palmitic acid, oleic acid and stearic acid), amide compounds (octanamide, dodecanamide and hexanamide) and phenolic compounds (octanol and phenol). Metabolites may have a double role either as osmoprotectant and as chelating agents for aluminum ions (Al3+). Under Al2(SO4)3 stress it was also observed that silicate anion tetramer and silicone polymer were synthesised. The two metabolites effectively binds Al3+. In addition, there is a correlation between proteins and metabolites. It was also observed that specific proteins related with the synthesis of specific metabolites responsible for tolerance to osmotic and acidity stress were also synthesised. Those proteins are 13,9 kDa and 46,1 kDa relating to synthesis of fatty acid, 30,1 kDa relating to synthesis of amide and 85,5 kDa for synthesis of phenolic compound

Kata Kunci : rhizobakteria, osmotik, keasaman, identifikasi dan fisiologi