Download Quorum Sensing: Sistem Komunikasi Bakteri Patogen Tumbuhan

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.