SELEKSI DAN PENGUJIAN BAKTERI ASAM LAKTAT KANDIDAT PROBIOTIK HASIL ISOLAT LOKAL SERTA KEMAMPUANNYA DALAM MENGHAMBAT SEKRESI INTERLEUKIN-8 DARI ALUR SEL HCT 116 EKO FARIDA SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : SELEKSI DAN PENGUJIAN BAKTERI ASAM LAKTAT KANDIDAT PROBIOTIK HASIL ISOLAT LOKAL SERTA KEMAMPUANNYA DALAM MENGHAMBAT SEKRESI INTERLEUKIN-8 DARI ALUR SEL HCT 116 Adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan diperiksa kebenarannya. Bogor, 8 Februari 2006 EkoFarida NRP.F 251024031
ABSTRAK EKO FARIDA. Seleksi dan Pengujian Bakteri Asam Laktat Kandidat Probiotik Hasil Isolat Lokal serta Kemampuannya dalam Menghambat Sekresi Interleukin -8 dari Alur Sel HCT 116. Dibimbing oleh DEDDY MUCHTADI dan RETNO DUMILAH ESTI WIDJAYANTI. Probiotik adalah sediaan sel mikroba hidup atau komponen dari sel mikroba yang memiliki pengaruh menguntungkan terhadap kesehatan dan kehidupan inangnya. Kelompok Bakteri Asam Laktat (BAL) merupakan salah satu kultur yang sering digunakan sebagai probiotik karena kebanyakan strainnya tidak patogen, bahkan beberapa strain telah mendapatkan status GRAS (Generally Recognized As Safe) dari FDA. Pada penelitian ini dilakuka n seleksi terhadap 20 isolat BAL hasil isolat lokal (susu kuda liar, feses bayi, whey dan tanah di sekitar kandang) yang berpotensi sebagai probiotik. Pengujian yang dilakukan meliputi ketahanan terhadap asam (ph 2,5), ketahanan terhadap garam empedu (bile salt), aktivitas antagonis terhadap bakteri patogen (Escherichia coli, Staphylococcus aureus dan Bacillus cereus) dan kemampuannya menempel pada permukaan stainless steel (SS). Enam belas isolat mampu tumbuh pada ph 2,5 selama 90 menit dan semua isolat mampu tumbuh pada garam empedu 1% dan 5% dengan ketahanan yang beragam untuk masing-masing isolat. Semua isolat juga mempunyai sifat antagonistik terhadap bakteri patogen enterik (Escherichia coli, Staphylococcus aureus dan Bacillus cereus) dengan derajat penghambatan yang berbeda. Dari ketiga uji tersebut, lima isolat BAL terpilih sebagai kandidat probiotik yaitu (SK2, SK3, WT1, WT2 dan FS1) dan diuji kemampuannya menempel pada permukaan SS. Hasilnya kelima isolat tersebut mampu menempel pada permukaan SS. Isolat SK3 dan WT1 diuji lebih lanjut untuk mengetahui kemampuannya sebagai imunomodulator. Parameter yang diamati adalah kemampuan isolat SK3 dan WT1 tersebut dalam menghambat sekresi interleukin-8 dari alur sel HCT 116. Hasilnya menunjukkan kecenderungan peningkatan kadar interleukin-8 dengan meningkatnya konsentrasi BAL yang ditambahkan. Kedua isolat, pada konsentrasi 10 7 dan 10 8 cfu/ml mampu menurunkan sekresi interleukin-8 jika dibandingkan dengan kontrol. Sebaliknya pada konsentrasi 10 9 cfu/ml, terjadi peningkatan sekresi interleukin-8. Pada penyakit tertentu dimana sel-sel berada dalam kondisi inflamasi (seperti pada kasus Inflamatory Bowel Disease), maka penurunan sekresi interleukin-8 lebih diharapkan. Pada kondisi tersebut, suplementasi probiotik dapat membantu mengatasi penyakit ini. Sedangkan pada saat kondisi tubuh melemah, maka pemberian probiotik pada dosis yang tepat dapat memacu peningkatan kekebalan tubuh. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa BAL hasil isolat lokal yang diisolasi dari berbagai sumber dapat dipertimbangkan sebagai kultur probiotik yang memiliki pengaruh yang menguntungkan sebagai imunomodulator, yaitu mampu menurunkan sekresi interleukin-8.
SELEKSI DAN PENGUJIAN BAKTERI ASAM LAKTAT KANDIDAT PROBIOTIK HASIL ISOLAT LOKAL SERTA KEMAMPUANNYA DALAM MENGHAMBAT SEKRESI INTERLEUKIN-8 DARI ALUR SEL HCT 116 EKO FARIDA Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Ilmu Pangan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
Judul Tesis : Seleksi dan Pengujian Bakteri Asam Laktat Kandidat Probiotik Hasil Isolat Lokal serta Kemampuannya dalam Menghambat Sekresi Interleukin -8 dari Alur Sel HCT 116 Nama Mahasiswa : Eko Farida NRP : F251024031 Program Studi : Ilmu Pangan Disetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Ir. Deddy Muchtadi, MS Ketua Dr. Ir. Retno Dumilah Esti Widjayanti Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana Prof. Dr. Ir. Betty Sri Laksmi Jenie, MS Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc Tanggal Lulus : 8 Februari 2006
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Semarang pada tanggal 13 Januari 1979 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara dengan orang tua Supadi Mardi Utomo dan Sri Dwiyanti. Penulis telah menikah dengan Edi Marwanto pada tahun 2005. Jenjang pendidikan yang ditempuh yaitu pada tahun 1997 lulus dari SMU Negeri 1 Semarang dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB mela lui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis diterima pada Program Studi Teknologi Pangan dan Gizi, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan lulus pada Oktober 2001. Pada tahun 2003, penulis mengikuti pendidikan Program Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan, Sekolah Pascasarjana IPB dengan melakukan penelitian yang bekerja sama dengan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Jakarta.
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya serta kemudahan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan, Sekolah Pascasarjana IPB. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Deddy Muchtadi, MS dan Ibu Dr. Ir. Retno Dumilah Esti Widjayanti selaku komisi pembimbing yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikirannya untuk membimbing dan mengarahkan penulis sejak awal penelitian hingga akhir penulisan tesis ini. 2. Ibu Dr. Ir. Harsi Dewantari Kusumaningrum, M.Sc selaku Dosen Penguji Luar yang telah bersedia meluangkan waktu dan pikiran untuk menguji dan memberikan arahan terhadap penulisan tesis ini. 3. Badan Pengka jian dan Penerapan Teknologi (BPPT) Jakarta yang telah memberikan dana penelitian ini. 4. Suamiku Edi Marwanto yang telah banyak membantu baik dalam bentuk moril maupun materiil, dan ananda Rafa (almarhum), semoga Allah SWT memberikan tempat yang terbaik di sisi-nya. Amin. 5. Keluarga besar Bpk. Supadi Mardi Utomo di Semarang dan Bpk. Sapon di Lampung atas doa yang tiada pernah putusnya kepada penulis. 6. Keluarga Ir. Joko Sutrisno dan Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si yang telah memberikan bantuan dana untuk penyelesaian studi selama ini. 7. Ibu Ida Susanti, Ibu Retno Windya K, Bpk. Karnadi, Mbak Fatim, Mas Udin dan seluruh warga Laboratorium Teknologi Bioproses, BPPT Serpong atas kebersamaan, bantuan dan doanya. 8. Mbak Ari dan teman-teman IPN serta semua pihak yang telah membantu penulis selama menyelesaikan penelitian dan tesis ini. Bogor, 8 Februari 2006 Eko Farida
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xi PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 5 Manfaat Penelitian... 5 TINJAUAN PUSTAKA Probiotik... 6 Bakteri Asam Laktat sebagai Probiotik... 8 Karakteristik Probiotik... 11 Aktivitas antagonis terhadap bakteri enterik patogen... 11 Ketahanan terhadap asam lambung... 16 Ketahanan terhadap garam empedu (bile salt)... 19 Penempelan bakteri pada permukaan padat... 22 Respon Imun... 26 Respon imun non spesifik... 27 Respon imun spesifik... 28 Reaksi Inflamasi... 29 Probiotik sebagai Imunomodulator... 31 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Penelitian... 38 Metode Penelitian... 40 Tahap persiapan... 40 Persiapan stok kultur... 40 Penentuan fase logaritmik bakteri patogen... 41
Seleksi Bakteri Asam Laktat Kandidat Probiotik... 41 Uji ketahanan terhadap asam... 42 Uji ketahanan terhadap garam empedu... 42 Uji antagonis terhadap bakteri enterik patogen... 43 Uji Kemampuan Penempelan secara In Vitro... 44 Persiapan lempeng Stainless steel... 44 Uji penempelan pada lempeng Stainless steel... 44 Pengaruh Bakteri Probiotik terhadap Sekresi Interleukin-8... 45 Persiapan kultur sel HCT 116... 45 Kurva relasi OD dengan jumlah sel bakteri probiotik... 46 Persiapan kultur bakteri probiotik... 47 Stimulasi sekresi interleukin-8 oleh bakteri probiotik... 47 Deteksi sekresi interleukin-8 dengan metode ELISA... 48 HASIL DAN PEMBAHASAN Ketahanan terhadap ph rendah... 50 Ketahanan terhadap garam empedu... 53 Aktivitas antagonistik BAL terhadap bakteri enterik patogen... 59 Pemilihan isolat untuk uji penempelan secara in vitro... 65 Uji penempelan pada lempeng stainless steel secara in vitro... 68 Pengaruh penambahan bakteri probiotik terhadap sekresi interleukin-8 70 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan... 74 Saran... 76 DAFTAR PUSTAKA... 77 LAMPIRAN... 83
DAFTAR TABEL Halaman 1 Populasi kelompok bakteri utama pada usus manusia... 21 2 Bakteri asam laktat yang digunakan... 39 3 Ketahanan bakteri asam laktat terhadap ph rendah... 51 4 Ketahanan bakteri asam laktat terhadap garam empedu 1%... 54 5 Ketahanan bakteri asam laktat terhadap garam empedu 5%... 56 6 Perbandingan ketahanan BAL terhadap garam empedu 1% dan 5%...57 7 Aktivitas antagonistik bakteri asam laktat terhadap Escherichia coli...60 8 Aktivitas antagonistik bakteri asam laktat terhadap S. aureus... 62 9 Aktivitas antagonistik bakteri asam laktat terhadap Bacillus cereus...63 10 Perbandingan diameter penghambatan antar bakteri enterik patogen...64 11 Urutan isolat berdasarkan rangking untuk setiap sifat yang diuji... 67 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur dinding sel bakteri gram negatif dan gram positif...13 2 Proses terjadinya inflamasi... 30 3 Penempelan bakteri asam laktat pada lempeng stainless steel...68 4 Konsentrasi interleukin-8 pada berbagai konsentrasi BAL... 71