BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumput laut merupakan salah satu sumber daya hayati yang potensial. Menurut data, produksi rumput laut di Indonesia pada tahun 2005 adalah sebesar 910.638 ton, pada tahun 2006 mencapai 1.079.850 ton, pada tahun 2007 mencapai 1.620.000 ton dan pada tahun 2009 mencapai 2.754.000 ton (Kementerian Kelautan Perikanan 2010). Kekayaan ini semakin penting artinya sekarang setelah ilmu pengetahuan dan teknologi mencapai derajat dengan akselerasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kemajuan ilmu dan teknologi di bidang bioteknologi telah membuka khasanah baru dalam memanfaatkan sumber daya hayati ini. Contohnya adalah dengan memanfaatkan sumber daya hayati secara genotip. Sumber-sumber gen dari berbagai organisme dapat dilacak dan dipindahkan ke organisme lain untuk tujuan perbaikan organisme tersebut (genetically modified organisms) (Angka dan Suhartono 2000). Jenis rumput laut yang banyak terdapat di perairan Indonesia adalah Gracilaria, Gelidium, Eucheuma, Hypnea, Sargassum dan Turbinaria. Beberapa jenis rumput laut tersebut telah dikembangkan menjadi ratusan jenis produk yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti industri pangan dan non pangan (Febriko 2008 dalam Ramadhan 2012). Salah satu pemanfaatan rumput laut adalah agar. Agar merupakan polisakarida yang diekstraksi dari dinding sel rumput laut merah, terutama genus Gelidium dan Gracilaria. Agar terdiri dari agarosa dan agaropektin yang dapat digunakan sebagai media pertumbuhan bakteri, jelly, permen dan kosmetik serta bahan campuran pada industri obat (Kobayashi 1997). Agar sering digunakan dalam salah satu unsur penyusunan media pertumbuhan mikroorganisme. Media dengan unsur agar lebih unggul karena mikroorganisme dapat tumbuh dengan lebih baik dan stabil serta lebih mudah dilakukan pengamatan karena bentuknya yang jelas pada media. 1
2 Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, agar dan komponennya dapat dihidrolisis untuk pemanfaatan lebih lanjut seperti NA2 (dineoagarooligosakarida) dan NA6 (heksaneoagarooligosakarida) yang berpotensi melembutkan, melembabkan dan memutihkan kulit serta NA4 (tetraneoagarooligosakarida) yang berpotensi tinggi sebagai antioksidan. Enzim yang digunakan untuk menghidrolisis agar tersebut dinamakan enzim agarase. Enzim agarase memungkinkan diversitas pemanfaatan agar. Agarosa (yang merupakan turunan agar) merupakan fraksi yang bebas sulfat sehingga agarosa bersifat netral. Karena sifatnya ini pemanfaatan agarosa jauh lebih luas daripada agarnya sendiri. Agarosa dimanfaatkan sebagai penyedia biomassa potensial, sebagai sumber oligosakarida, zat bioaktif dari rumput laut, seperti anti bakteri, anti kanker dan antioksidan, serta dapat mempengaruhi sel-sel melanoma sehingga dapat melembabkan dan memutihkan kulit (Kobayashi 1997). Dalam bidang bioteknologi, agarosa sering dimanfaatkan dalam proses elektroforesis, immunologi, kromatografi dan sistem immobilisasi (Rasyid 1999). Enzim agarase dapat meningkatkan nilai guna dan menambah potensi dari rumput laut. Polisakarida yang terkandung di dalam rumput laut merupakan sumber karbon krusial bagi sejumlah bakteri laut yang mensekresi enzim agarase. Gammaproteobacteria, Bacterioidetes dan Planctomycetes adalah bakteri yang berperan penting dalam siklus karbon global di lautan, dimana mereka mendegradasi dinding sel rumput laut melalui sekresi enzim glikosida hidrolase spesifik. Bakteri yang mendegradasi dinding sel rumput laut dan menghasilkan enzim agarase disebut bakteri agarolitik. Bakteri yang memproduksi enzim agarase pertama kali diisolasi dari air laut pada tahun 1902 oleh Gran. Sejak itu sejumlah bakteri agarolitik berhasil diisolasi terutama dari lingkungan laut, baik dari badan air, sedimen, maupun dengan yang berasosiasi dengan rumput laut merah (Michel 2006). Kelebihan agarase yang lain adalah produk dari bahan agarase lebih aman dari produk bahan kimia yang serupa karena agarase bersifat alamiah dan ramah lingkungan. Selain itu jika diproduksi massal, maka produk dari bahan agarase akan lebih murah dibanding produk serupa dari bahan kimia. Menurut Moo Kim Sang (2010), produksi oligosakarida oleh agar dengan memanfaatkan enzim agarase
3 memiliki lebih banyak keuntungan dibandingkan dengan menggunakan metode degradasi asam. Mengingat potensi dan manfaat dari enzim agarase, maka bakteri agarolitik sebaiknya diidentifikasi untuk mempermudah proses penyediaan enzim agarase secara massal. Pengidentifikasian tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan metode molekuler 16S rrna. 16S rrna merupakan salah satu penyusun sub-unit 30S yang penting untuk translasi protein pada bakteri dan terdiri dari 1542 pasangan basa (Clarridge 2004). 16S rrna adalah suatu jenis RNA yang dilibatkan dalam produksi protein. Analisis gen penyandi 16S rrna telah banyak digunakan untuk menentukan hubungan filogenetik bakteri dan menganalisis suatu ekosistem. 16S rrna dapat digunakan sebagai penanda molekuler karena molekul ini bersifat ubikuitus dengan fungsi yang identik pada seluruh organisme. 1.2 Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, dapat diketahui bahwa permasalahan yang dapat diteliti adalah : Adakah bakteri penghasil agarase pada rumput laut yang hidup di perairan Indonesia khususnya pesisir selatan Jawa? Pada jenis rumput laut apa yang terdapat aktivitas bakteri agarolitik tertinggi? Bakteri apa yang menghasilkan aktivitas agarase tertinggi? 1.3 Tujuan Penelitian Berdasarkan permasalahan yang teridentifikasi, penelitian ini bertujuan untuk : Mendapatkan dan mengetahui isolat yang memiliki aktivitas agarase tertinggi Mengetahui jenis bakteri agarolitik tersebut
4 1.4 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang jenis bakteri yang dapat menghasilkan agarase. Informasi tersebut diharapkan dapat dikelola dan dimanfaatkan secara berkesinambungan oleh pihak-pihak terkait untuk kehidupan masyarakat yang lebih baik dan tingkatan pengetahuan yang lebih tinggi. 1.5 Kerangka Pemikiran Rumput laut belum terlalu tereksplorasi selain hanya dimanfaatkan secara komersil sebagai makanan seperti agar-agar. Padahal rumput laut menyimpan potensi yang sangat besar untuk dimanfaatkan lebih lanjut. Salah satu potensi yang terdapat di dalam rumput laut merah seperti Gracilaria, Gelidium, Gelidiopsis dan Gelidiella adalah agarosa (Kadi 2004). Agarosa dimanfaatkan sebagai penyedia biomassa potensial, sebagai sumber oligosakarida, zat bioaktif dari rumput laut, seperti anti bakteri, anti kanker dan antioksidan, serta dapat mempengaruhi sel-sel melanoma sehingga dapat melembabkan serta memutihkan kulit (Kobayashi 1997). Tetapi biomassa rumput laut memiliki sifat sulit diuraikan karena kandungan selulosanya yang tinggi, sehingga limbah yang dihasilkan dari industri rumput laut sangat banyak. Enzim agarase juga digunakan untuk memperbaiki pertumbuhan juvenil abalon. Agarase dapat meningkatkan pertumbuhan biomassa abalon yang diberi bakteri agarolitik karena agarase bekerja untuk memecah kompleks polisakarida penyusun dinding sel pakan sehingga polisakarida menjadi sederhana dan dapat diserap oleh abalon (Faturahman 2012). Produksi oligosakarida oleh agar dengan memanfaatkan enzim agarase memiliki lebih banyak keuntungan dibandingkan dengan menggunakan metode degradasi asam. Beberapa kelebihan hidrolisis secara enzimatis antara lain : tingkat efisiensi yang tinggi, hasil produksi yang terkontrol, peralatan yang mudah ditemukan, hemat energi dan ramah lingkungan (Moo 2010). Pengembangan teknologi bioproses dengan menggunakan enzim pada proses hidrolisis diyakini sebagai suatu proses yang lebih ramah lingkungan.
5 Bakteri yang dapat menghasilkan enzim agarase jauh lebih efektif dalam pemanfaatan rumput laut. Selain lebih ramah lingkungan, pemanfaatan bakteri dapat menghasilkan jumlah agarase yang lebih banyak sehingga dapat diproduksi secara massal. Sejauh ini, agarase telah berhasil diisolasi dari berbagai genus bakteri yang terdapat di air laut, sedimen dasar laut dan berbagai biota laut seperti Alteromonas sp (Kirimura 1999 dan Wang 2006), Pseudoalteromonas (Vera 1998), Vibrio (Araki 1998), Cytophaga (Duckworth 1969) dan Thalassomonas (Ohta 2005). Agarase adalah enzim yang menghidrolisis agar sehingga sering ditemukan pada permukaan rumput laut yang telah membusuk seperti kasus di Pulau Hainan, Laut Cina Selatan (Wang 2006). Rumput laut yang digunakan sebagai sumber isolat adalah Gracilaria verrucosa dan bakteri agarolitik teridentifikasi adalah Alteromonas sp. (Wang 2006). Bakteri agarolitik sering ditemukan pada permukaan rumput laut merah yang mengandung banyak agar. Pada rumput laut ini sering terlihat adanya aktivitas agarolitik yang dikaitkan dengan penyakit rumput laut seperti bleaching (Fernandes, 2011). Suhu optimum untuk agarase adalah 30 C dan ph optimum adalah 8 (Sugano, dkk 1993). Sedangkan menurut Ohta (2005), enzim agarase yang dihasilkan oleh Thalassomonas sp. yang di-sampling dari sedimen laut, suhu optimum untuk pertumbuhannya adalah sekitar 45 C dan ph optimum adalah 8,5. Keberadaan bakteri agarolitik dapat diketahui dengan melakukan uji aktivitas agarase dengan meneteskan pereaksi Lugol Iodin Solution. Pereaksi ini dapat menunjukkan aktivitas bakteri dalam memproduksi agarase di atas wadah kultur dan dapat juga digunakan untuk mengidentifikasi pita protein dari aktivitas agarase setelah proses elektroforesis (Suzuki 2003). Industri agar telah berkembang di Indonesia baik industri rumah tangga maupun industri besar. Namun industri tersebut hanya menghasilkan agar dan belum sampai menghasilkan agarosa. Hal ini dikarenakan proses dan teknologi pengolahan agarosa lebih rumit. Industri agarosa belum ada di Indonesia bahkan di Asia Tenggara (Rachmat 2009 dalam Rasyid 1999).
6 Mengingat berbagai aplikasi potensial yang dimiliki oleh agarase, maka penelitian ini mengusulkan untuk menggali potensi bakteri yang dapat menghasilkan enzim agarase dari perairan Selatan Jawa. 1.6 Hipotesis Berdasarkan kerangka pemikiran, dapat ditarik hipotesis bahwa : Terdapat bakteri agarolitik pada sampel Potensi enzim agarase tertinggi terdapat pada bakteri agarolitik yang diisolasi dari rumput laut merah Gracilaria sp.