Survey
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
Quorum Sensing: Sistem Komunikasi Bakteri Patogen Tumbuhan Roosmarrani Setiawati, SP. POPT Ahli Muda Apakah Anda berkomunikasi dengan teman Anda? Tentu, karena sebagai makhluk sosial kita diberi kemampuan untuk berinteraksi dan bersosialisasi dengan lingkungan kita, khususnya sesama manusia. Namun bagaimana halnya dengan sel bakteri? Apakah mereka juga memiliki perilaku sosial serta kemampuan berkomunikasi sebagaimana kita, manusia? Quorum Sensing Akhir-akhir ini timbul paradigma baru dalam pemahaman tentang perilaku sosial bakteri. Penelitian-penelitian terbaru membuktikan bahwa antarsel bakteri terjadi suatu perilaku sosial sebagai akibat dari adanya koordinasi dan aktivitas selsel secara individu. Bakteri ternyata mampu berkomunikasi melalui suatu mekanisme yang dikenal dengan Quorum Sensing (QS). Awalnya QS diteliti dan dijelaskan peranannya pada bakteri Vibrio fischeri dan Vibrio harveyi, keduanya merupakan bakteri laut bioluminesens. V. © Wiley-VCH fischeri mengkoloni organ bercahaya pada cumi- cumi Hawaii, Euprymma scolopes. Pada organ tersebut, sel bakteri mengkoloni dengan tingkat kepadatan tinggi dan menghasilkan senyawa kimia Gambar 1. Sistem Quorum Sensing yang kemudian diketahui sebagai N-acyl-homoserine lactone (AHL). Selain itu koloni bakteri tersebut juga mampu mengimbas ekspresi gen yang diperlukan dalam bioluminesens. Mekanisme QS Sistem QS dinyatakan dapat mengimbas ekspresi gen bila populasi sel bakteri telah mencapai tingkat kepadatan yang cukup dan tergantung pada sintesis molekul kecil yang dibebaskan oleh sel-sel bakteri sebagai sinyal komunikasi bakteri dan disebut otopengimbas (autoinducer). Menurut William et al. (2007), di samping sebagai otopengimbas, sinyal molekul kimia tersebut juga dapat berperan sebagai feromon. Pada bakteri gram negatif, AHL dibentuk oleh enzim homolog LuxI yang terkandung dalam supernatan biakan. Ketika konsentrasi AHL mencapai nilai ambang tertentu, ligan bakteri ini mengikat reseptor intraselular yang dikenal dengan sebutan homolog LuxR. LuxR inilah yang mengatur proses transkripsi yang memiliki aktivitas merubah pengikatan ligan AHL, sehingga merubah transkripsi gen. Tidak seperti bakteri gram negatif, bakteri gram positif tidak pernah dilaporkan menghasilkan senyawa AHL. Bakteri gram positif menggunakan molekul peptida atau protein dalam sistem QS.Sinyal molekul peptida ini akan berinteraksi dengan elemen sensor/reseptor spesifik sel dalam sistem sinyal transduksi. Sistem QS digunakan untuk mengatur kehidupan bakteri Bacillus subtilis dan Strepococcus pneumoniae, konjugasi dalam Enterococcus faecalis, serta virulensi Staphylococcus aereus. Kemampuan bakteri dalam menghasilkan senyawa AHL bervariasi dan erat hubungannya dengan virulensi. Bakteri patogen tumbuhan memiliki kemampuan yang lebih dalam menghasilkan AHL, sedangkan bakteri antagonis kurang memiliki kemampuan tersebut, bahkan ada yang tidak mampu sama sekali. Peran QS dalam proses infeksi bakteri pada inang QS sangat berperan dalam ekspresi gen yang mengatur segala aktivitas bakteri, seperti kelangsungan hidup bakteri di lingkungannya, virulensi bakteri, motilitas, mekanisme pengendalian hayati serta penghindaran kolonisasi oleh bakteri antagonis. banyak Peran QS dalam proses infeksi bakteri pada inang tumbuhan telah dilaporkan seperti ekspresi gen penyandi pembentukan senyawa eksopolisakarida, eksoenzim, antimikroba, biofilm, konjugasi Ti-plasmid serta motilitas. Sebagai contoh, bakteri Ralstonia solanacearum, penyebab penyakit layu pada lebih kurang 200 jenis tanaman dengan ekologi yang beragam, merupakan bakteri patogen yang bersifat kosmopolit. Infeksi bakteri melalui akar atau bagian tanaman lainnya. Setelah masuk, bakteri akan menyebar ke seluruh bagian tanaman lain melalui jaringan pembuluh xilem. Tanaman menjadi layu karena adanya gangguan sistem jaringan pengangkutan air. Gangguan tersebut disebabkan karena produksi eksopolisakarida (EPS) dan enzim eksraseluler yang dikeluarkan bakteri. Selain itu motilitas bakteri juga diketahui berpengaruh terhadap virulensi R. soalanacearum. Pengaturan ekspresi gen penyandi senyawa EPS, beberapa enzim ekstraseluler dan motilitas bakteri tersebut telah dilaporkan melibatkan sistem QS dengan sinyal kimia berupa AHL dan hydroxyl-palmitic acid methyl ester 3-OHPAME. Contoh lain, bakteri Agrobacterium tumefaciens merupakan bakteri patogen, penyebab penyakit puru mahkota (crown gall) pada beberapa tanaman inang. Infeksi bakteri A. tumefaciens pada inang melalui transfer DNA (T-DNA) dari Tiplasmid yang menstimulir terbentuknya tumor dalam jaringan inang. Dalam proses tersebut, selain gen vir yang diperlukan untuk transformasi Ti-plasmid ke dalam inang, bakteri tersebut juga mengekspresikan gen tra yang digunakan untuk transfer T-DNA antarsel bakteri. Konjugasi A. tumefaciens tersebut diatur melalui sistem QS yang melibatkan senyawa turunan AHL, N-3-oxo-octanoyl-L-homoserine lactone (3-oxo-C8-HSL). Peluang QS dalam strategi pengendalian penyakit tumbuhan Komunikasi antarsel bakteri dapat dihambat oleh senyawa tertentu. Caranya yaitu dengan menghalangi fungsi pengatur sinyal transkripsi atau reseptor. Janssens et al. (2008) membagi senyawa penghambat ini menjadi tiga kelompok berdasarkan strukturnya, yaitu senyawa analog AHL, 2(5H)-furanone, dan senyawa dengan struktur yang tidak berhubungan dengan AHL. Senyawa tersebut di atas dapat dikembangkan sebagai alternatif strategi dalam pengendalian penyakit tumbuhan. Lebih lanjut Czajkowski&Jafra (2009) menyatakan bila sistem QS dapat dihambat oleh enzim pendegradasi (penonaktifan) AHL yang kemudian dikenal dengan istilah Quorum Quenching(QQ). Enzim penonaktifan molekul sinyal AHL dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu AHL laktonase dan AHL asilase. Di samping itu, penelitian terbaru membuktikan adanya enzim penonaktifan AHL baru yaitu AHL oksireduktase yang mampu mendegradasi AHL sehingga tidak berfungsi lagi sebagai molekul sinyal QS. Bakteri antagonis, ganggang dan tanaman transgenik memiliki kemampuan untuk menghasilkan senyawa spesifik pendegradasi molekul sinyal QS, sehingga dapat merusak sistem QS. Para peneliti menyebut senyawa tersebut dengan istilah QS mimics.Contohnya yaitu bakteri Pseudomonas fluorescens 2P24, P. aureofaciens 30-84, ganggang merah Delisea pulchra dan tanaman transegenik yang disisipi gen tertentu sehingga mampu menghasilkan senyawa AHL. Oleh karena itu, pemahaman tentang peran QS dalam proses infeksi patogen, virulensi patogen serta tanggapan tanaman terhadap sinyal QS dapat dimanfaatkan sebagai dasar pengembangan teknik pengendalian hayati penyakit tumbuhan yang disebabkan oleh bakteri. (Rs) Pustaka Czaikowski, R. and S. Jafra. 2009. Quenching of Acyl-homoserine Lactonedependent Quorum Sensing by Enzymatic Disruption of Signal Molecules. Acta Biochimica Polonica 56 : 1-16. de Kievit, T.R. And B.H. Iglewski. 2000. Bacterial Quorum Sensing in Pathogenic Relationships. Infect.Immum 68 (9): 4839-4849. Hayward, A.C. 2000. Ralstonia solanacearum. In J. Lederberg (ed.), Encyclopedia of Microbiology (Vol.4). Academic Press., San Diego, California. Janssens J.C., S.C. de Keersmaecker, D.E. de Vos, and J. Vanderleyden. 2008. Small Molecules for Interference wiyh Cell-cell-communication Systems in Gram-negative Bacteria. Current Medicinal Chemistry 15: 2144-2156. Soto M.J., J.Sanjuan, and J. Olivares. 2006. Rhizobia and Plant-pathogenic Bacteria: Common Infection Weapons. Microbiology 152: 3167-3174. White, C.E. and S.C. Winans. 2007. Cell-cell Communication in The Plant Pathogen Agrobacterium tumefaciens. Philosophical Transactions of The Royal Society London. B. Biological Sciences 362: 1135-1148. William, P., K. Winzer, W.C. Chan, and M. Camara. 2007. Look Who’s Talking: Communication and Quorum Sensing in Bacterial World. Philosophical Transactions of The Royal Society London. B. Biological Sciences 362: 11191134.