(Jurnal Review): Aktivitas Antibakteri/Antijamur dari Kitosan yang diekstraksi dari Kecoa Amerika (Dictyoptera: Blattidae) dan Kecoa Jerman (Blattodea: Blattellidae)

(Jurnal Review): Aktivitas Antibakteri/Antijamur dari Kitosan yang diekstraksi dari Kecoa Amerika (Dictyoptera: Blattidae) dan Kecoa Jerman (Blattodea: Blattellidae)
07
Selasa, 7 Mei 2024

Pendahuluan Penelitian

Kitin dan turunannya yang dideasetilasi, kitosan, merupakan polimer alami yang menunjukkan beragam sifat dengan berbagai aplikasi khususnya dalam ilmu biomedis.

Kitosan merupakan biopolimer dengan jumlah terbesar kedua setelah selulosa kitin yang terdapat pada artropoda.

Eksoskeleton krustasea dan serangga sebagian besar dibuat oleh kitosan. Kitosan mempunyai struktur hidrofilik yang berasal dari polisakarida kitin.

Adsorpsi kitosan bergantung pada kepadatan muatan pada permukaan sel dan dengan meningkatkan adsorpsi kitosan, permeabilitas membran sel diperkuat dan struktur membran bakteri juga berubah (Huang et al. 2017).

Cara kerja ini mungkin menggambarkan aktivitas antibakteri kitosan yang bergantung pada mikroorganisme inang.

Selain itu, kitosan disebutkan mampu menembus inti mikroorganisme dan berikatan dengan DNA atau menghambat aktivitas mRNA sehingga mengganggu sintesis protein.

Molekul kitosan umumnya mempunyai sifat bakterisida dan fungisida. Berat molekul (MW) dan derajat asetilasi (DA) penting untuk aktivitas kitosan.

Secara umum, kitosan dianggap bersifat bakterisidal atau bakteriostatik (penghambat pertumbuhan). Kitosan yang berasal dari alam seperti artropoda laut banyak tersedia.

Tindakan bakterisida kitosan bergantung pada interaksi muatan positifnya dengan membran negatif sel mikroba. Interaksi ini menyebabkan protonasi gugus amonia, mengikatnya pada residu negatif melalui gaya elektrostatis. Akibatnya, permeabilitas dinding bakteri berubah sehingga mengganggu keseimbangan osmotik dan menghambat pertumbuhan bakteri

Telah dikemukakan bahwa kitosan berfungsi dengan mengganggu membran luar daripada menembusnya.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan jumlah kitosan yang diperoleh dari kecoa dewasa dan nimfa kecoa Amerika, Periplaneta americana (Dictyoptera: Blattaria, Blattidae) atau kecoa Jerman, Blattella germanica (Dictyoptera: Blattellidae, Blattidae) dan mengkarakterisasi beberapa sifat fisikokimia. kitin dan kitosan yang diekstraksi dari kecoa Amerika dan Jerman dewasa sebagai alternatif sumber kitin dan kitosan setelahnya. Selain itu, sifat antimikroba dan antijamur dari kitosan yang diperoleh dari kedua kecoa juga dibandingkan

Metode Penelitian

Kecoa dipelihara dalam insektarium pada suhu 25 ± 2°C dengan rasio terang/gelap 12 jam, dan diberi makan roti kering, kurma, dan air. 

Nimfa dewasa dan tahap terakhir dari koloni Jerman dan Amerika kelaparan selama 48 jam untuk mengosongkan isi usus. Serangga tersebut kemudian dibunuh dengan cara dibekukan pada suhu -20°C dan sisa-sisanya dicuci dengan air. 

Kecoa yang mati dikeringkan dengan cara dipanaskan pada suhu 50°C selama 24 jam kemudian seluruh tubuhnya digiling secara mekanis dan disaring dengan ukuran 20 mesh. Terakhir, 5 g bubuk dari masing-masing spesies kecoa digunakan untuk ekstraksi kitosan.

Extraction of Chitin and Chitosan:

  • Prosesnya meliputi deproteinisasi dan demineralisasi bubuk kecoa untuk menghasilkan kitin dan kitosan. Mula-mula, 5 g bubuk kecoa diolah dengan HCl 1M pada suhu 100°C selama 24 jam, kemudian disaring dan dicuci dengan air suling.

  • Selanjutnya diolah dengan 50 ml asam oksalat 1% selama 3 jam pada suhu kamar.

  • Demineralisasi diikuti, sampel yang telah diberi perlakuan disaring dan dicuci, kemudian dicampur dengan 50 ml larutan natrium hipoklorit 1% selama 3 jam untuk menghilangkan warna.

  • Kitin yang dihasilkan disaring, dicuci, dan dikeringkan pada suhu 60°C semalaman.

  • Untuk menghilangkan gugus asetil dan memperoleh kitosan, hasil diolah dengan NaOH 50% pada suhu 100°C selama 4 jam, dicuci dengan air suling dan etanol, dan dibiarkan kering pada suhu kamar.

  • Keseluruhan proses ini diulangi tiga kali untuk menyiapkan kitin dan kitosan dari kumpulan kecoa.

Analisis Spektrum Inframerah

  • Untuk mengkarakterisasi komposisi kitin dan kitosan serta derajat asetilasi (DA), sampel dianalisis dengan spektrofotometri inframerah (IR) pada 4.000–500 cm−1 dengan pelet kalium bromida (KBr).

  • Kitin dan kitosan komersial dari Sigma–Aldrich digunakan sebagai standar.

  • Selain itu, tingkat deasetilasi kitin (DD) diukur menggunakan spektrum spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) (Perkin-Elmer, Norwalk, CA). Kisaran panjang gelombang adalah 4000–500 cm−1 pada resolusi 4 cm−1 dan membandingkan serapan puncak dengan puncak referensi pada A1655/A3450.

Analisis Difraksi Sinar-X:

  • Analisis XRD digunakan untuk mendeteksi kristalinitas kitin dan kitosan yang diekstraksi menggunakan difraktometer sinar-X Bruker AXS D8 Advance yang dilengkapi dengan radiasi Cu Kα berfilter Ni (λ = 1,5406 Å).

  • Pengukuran XRD pada sampel bubuk dilakukan pada 5°–40° dengan langkah 0,1°. Indeks kristalin (CrI; %) diperoleh dengan persamaan berikut: CrI020 = (I020 − Iam) × 100/I020.

Strain Bakteri dan Jamur:

  • Strain bakteri termasuk Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, E. coli, dan Micrococcus luteus diperoleh oleh Organisasi Riset Industri Iran.

  • Jamur Candida albicans, Candida auris, Aspergillus flavus, dan Aspergillus albican diambil dari laboratorium Mikologi, Fakultas Kesehatan Masyarakat, Kesehatan Masyarakat Universitas Teheran.

  • Setiap bakteri diinokulasi ke dalam labu Erlenmeyer yang berisi 100 ml kaldu nutrisi steril (pepton 1%, ekstrak daging sapi 0,5%, NaCl 0,5%, pH 6) dan diinkubasi pada suhu 37°C selama 24 jam. Media Steril Mueller Hinton Agar (MHA, Himedia) disiapkan dalam cawan Petri steril, diinkubasi pada suhu 37°C selama 24 jam, dan digunakan untuk uji aktivitas antibakteri

Uji Antibakteri dan Antijamur:

  • Sifat antibakteri dan antijamur kitosan dinilai menggunakan metode standar. Untuk pengujian antibakteri, bakteri yang tersuspensi dalam kaldu nutrisi cair diinkubasi pada pelat agar Mueller-Hinton.

  • Lubang-lubang dibuat pada agar-agar, yang kemudian ditambahkan larutan kitosan.

  • Setelah inkubasi, diameter zona hambat di sekitar masing-masing sumur diukur. Larutan kitosan dibuat dengan konsentrasi 10 mg/ml dalam asam asetat 0,1%, pH = 6.

  • Untuk evaluasi antijamur, jamur yang dipanen dari Sabouraud Dextrose Agar disuspensikan dalam larutan garam dan diinkubasi pada piring agar.

  • Larutan kitosan ditambahkan ke lubang yang dimasukkan ke dalam agar, dan diameter zona hambat diukur setelah beberapa hari inkubasi.

  • Kedua percobaan dilakukan dalam rangkap tiga untuk memastikan keandalan hasil.

Hasil Penelitian

Untuk hasil penelitian dari Ekstraksi Kitin dan Kitosan adalah sebagai berikut:

  • Rasio Hasil: Jumlah kitosan yang diekstraksi dari kecoa Amerika dan Jerman kira-kira setengah dari berat kitin pada kedua spesies.

  • Derajat Deasetilasi (DD): Derajat deasetilasi bervariasi antara tahap nimfa dan dewasa dari kedua spesies. Nimfa kecoa Amerika menunjukkan DD yang lebih tinggi dibandingkan nimfa kecoa Jerman, sedangkan DD antar tahap dewasa relatif sama antara kedua spesies.

  • Spektrum IR: Meskipun karakteristik keseluruhan kitin dan kitosan serupa pada kedua spesies, terdapat sedikit perbedaan pada pita serapan dalam spektrum IR, yang menunjukkan variasi struktur molekul antara kitosan yang diekstraksi dari kecoak Amerika dan Jerman.

  • Kehadiran Pita Penyerapan Spesifik: Kehadiran pita serapan spesifik, khususnya pada sampel kitosan, sedikit berbeda antara kedua spesies, menunjukkan perbedaan halus dalam komposisi molekul kitosan yang berasal dari kecoa Amerika dan Jerman.

  • Secara keseluruhan, meskipun sifat umum kitin dan kitosan serupa pada kecoa Amerika dan Jerman, terdapat sedikit variasi dalam karakteristik molekulernya, yang mungkin disebabkan oleh perbedaan spesifik spesies atau faktor lingkungan.

Analisis Difraksi Sinar-X:

  • Kemudian menunjukkan pola XRD untuk α-kitin, dengan pantulan tinggi pada 9,0° dan 19,9°, dan sedikit pantulan pada 12,7°, 24,8° dan 26,1° (Liu dkk. 2012).

  • Kedua sampel kecoa memiliki pola XRD serupa dengan munculnya puncak kecil tambahan pada 22,5°. Puncak ini mengkonfirmasi adanya kitosan

Uji Antibakteri dan Antijamur:

  • Aktivitas bakterisida dan fungisida dari kitosan yang diperoleh disajikan pada Tabel 3 dan 4. Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasil kitosan yang diperoleh dari kedua spesies kecoa mempengaruhi Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, dan E. coli tetapi tidak mempengaruhi M. luteus.

  • Bila dibandingkan dengan kitosan komersial, kitosan yang diperoleh dari kecoa dewasa dan nimfa kecoa Jerman menunjukkan aktivitas penghambatan yang relatif tinggi yaitu lebih dari 10 mm zona bening terhadap E. coli dan lebih sedikit zona hambat yaitu 7 hingga 10 mm terhadap S. aureus dan P. aeruginosa. , sedangkan tidak ada aktivitas melawan M. Luteus.

  • Zona penghambatan dengan diameter lebih dari 10 mm diamati terhadap E. coli, S. aureus, dan P. aeruginosa dalam kitosan yang diekstraksi dari kecoak dewasa dan nimfa Amerika, sedangkan tidak ada aktivitas penghambatan yang terlihat terhadap M. Luteus.

  • Semua kitosan yang diperoleh dari kecoa dewasa dan nimfa kedua kecoa tidak menunjukkan aktivitas fungisida terhadap C. albicans maupun C. auris. Kitosan dewasa dan nimfa kecoa Jerman menunjukkan aktivitas penghambatan zona bening 7 hingga 10 mm terhadap A. flavus dan A. albican.

  • Zona hambat sebesar 7 hingga 10 mm terlihat pada kitosan yang diekstraksi dari nimfa kecoa Amerika, sedangkan jika dibandingkan dengan kitosan komersial, kitosan dewasa menunjukkan aktivitas penghambatan yang relatif baik yaitu lebih dari 10 mm zona bening terhadap A. flavus dan A. Albican.

Pembahasan Penelitian

Dalam penelitian ini, kitin dan kitosan dewasa dan nimfa kecoa Amerika dan Jerman disiapkan dan dikarakterisasi sebagian dan DD dihitung. Selanjutnya, aktivitas bakterisida dan fungisida dari hasil kitosan diselidiki.

Penelitian tersebut membandingkan kitosan dari berbagai serangga dengan kitosan cangkang udang, dan menemukan perbedaan aktivitas antimikroba. Aktivitas antimikroba bervariasi antar spesies kecoa, dan perbedaan derajat polimerisasi dan kristalinitas diamati pada kitin dan kitosan dari kecoa Amerika dan Jerman. 

Viskositas kitosan dan aktivitas antimikroba bergantung pada derajat deasetilasi (DD), dengan kitosan serangga umumnya lebih kental dibandingkan kitosan cangkang udang. Integumen serangga yang kaya akan kitin merupakan sumber alternatif yang efektif untuk ekstraksi kitosan. 

Meskipun serangga seperti kecoa menawarkan sumber kitin dan kitosan yang kaya, tantangan dalam membesarkan mereka mungkin membatasi industrialisasi. Namun, kitin kecoa menunjukkan sifat fisiologis serupa, menunjukkan kesesuaian untuk produksi kitosan.

Dalam penelitian ini, 5 g bubuk dari kecoa dewasa dan nimfa setiap kecoa digunakan untuk mengekstrak kitosan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen dan kemurnian kitosan yang diekstraksi dari 5 g kitin kecoa Amerika bergantung pada tahap perkembangan serangga, sedangkan tidak ditemukan perbedaan nyata antara jumlah kitosan yang diperoleh dari 5 g kitin kecoa dewasa dan nimfa. dari kecoa Jerman. Hasil ini mungkin disebabkan oleh struktur kitin pada kutikula kecoa.

Kemudian di dalam penelitian ini, kitosan yang diekstraksi dari kedua spesies kecoa menunjukkan aktivitas antimikroba terhadap bakteri Gram positif dan Gram negatif, serta jamur. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan aktivitas ini antara lain berat molekul kitosan, derajat deasetilasi (DD), konsentrasi dalam larutan, dan pH medium. 

Oligomer kitosan dengan berat molekul di bawah 5000 kDa menunjukkan efek antimikroba, sedangkan kitosan kecoa Amerika dilaporkan memiliki berat molekul antara 212 dan 230 kDa.

Meskipun kemanjuran antibakteri lebih bergantung pada berat molekul kitosan dibandingkan DD-nya, kitosan dengan berat molekul rendah menunjukkan penghambatan yang lebih besar terhadap bakteri dan ragi. 

Meskipun DD kitosan kecoa Amerika lebih rendah dibandingkan dengan kitosan kecoa Jerman, hal ini menunjukkan penghambatan yang sedikit lebih kuat terhadap P. aeruginosa dan S. aureus, kemungkinan karena perbedaan struktur molekul antara kitosan dari kedua spesies kecoa.

Sifat antimikroba dan antijamur kitosan dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor, sehingga menghasilkan hasil yang berbeda antar penelitian. Meskipun beberapa penelitian menunjukkan bahwa kitosan lebih efektif melawan bakteri Gram positif, penelitian lain berpendapat bahwa bakteri Gram negatif lebih sensitif karena sifat hidrofilisitas kitosan. Dalam penelitian ini, kitosan kecoa menunjukkan sensitivitas yang tinggi terhadap bakteri Gram-negatif, kemungkinan karena tingkat deasetilasinya yang tinggi.

Dalam penelitian ini, peneliti mengamati aktivitas penghambatan kitosan yang diekstraksi terhadap A. flavus dan A. albican tetapi tidak terhadap ragi C. albicans dan C. auris. Penelitian sebelumnya telah melaporkan aktivitas fungistatik kitosan terhadap berbagai spesies Aspergillus. 

Kitosan umumnya dianggap efektif melawan jamur tanaman, karena menembus hifa jamur dan menghambat aktivitas enzim penting yang penting untuk pertumbuhan jamur. Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas degradasi kitosan pada jamur antara lain pH, konsentrasi kitosan, dan derajat deasetilasi.

Kesimpulan Penelitian

Dalam penelitian ini, kami menemukan tingkat deasetilasi kitosan yang relatif tinggi yang diperoleh dari kecoa Jerman, Blattela germanica dan kecoa Amerika, Periplaneta americana. Bobot hasil kitosan serta derajat deasetilasi bergantung pada stadium serangga dan spesies. 

Kami menemukan bahwa kitosan kecoa memiliki aktivitas yang lebih kuat melawan bakteri dibandingkan jamur. Selain itu, aktivitas bakterisida dan fungisida dari kitosan, serta rendemennya, cukup besar, sehingga kitosan kecoa dapat digunakan sebagai agen antimikroba alami yang kuat dan aman.

Demikian ulasan mengenai jurnal yang dapat menjadi informasi menarik.

Jika Anda tengah mencari lembaga bidang riset terhadap produk pestisida pertanian, Intan Mandiri Lestari atau IML Research adalah lembaga independent yang bisa kamu pilih.

Di sini menyediakan berbagai jenis pengujian di antaranya terdapat uji pestisida dengan jenis pengujian meliputi:

  • Uji Toksisitas Akut dan Oral Dermal,

  • Uji Iritasi,Uji Sensitisasi,

  • Uji Inhalasi, dan sebagainya.

Untuk informasi lebih lanjut silahkan menghubungi kami melalui +62 813-1353-8831.

Semoga informasi di atas dapat bermanfaat ya.

Referensi

Aktivitas Antibakteri/Antijamur dari Kitosan yang diekstraksi dari Kecoa Amerika (Dictyoptera: Blattidae) dan Kecoa Jerman (Blattodea: Blattellidae). Hamidreza Basseri, Ronak  Bakhtiyari, Sayed Jamal  Hashemi, Mojgan Baniardelani, Hadi  Shahraki, and Laila  Hosainpour. 2019.

Konsultasikan Kebutuhan Anda