BAKTERI ENTOMOPATOGEN Oleh : Irda Safni

SILABUS Bakteri Entomopatogen Bakteri Entomopatogen (lanjutan) Virus Entomopatogen Virus entomopatogen (lanjutan) Journal Club (Topik Bakteri Entomopatogen & Virus Entomopatogrn)

PENDAHULUAN Bakteri adalah mikroorganisme prokaryota bersel tunggal yang tidak memiliki membran inti sel yang memisahkan bahan genetik dari sitoplasma dan badan-badan sel lainnya.

Dinding Sel Gram Negatif & Gram Positif

Keragaman Bentuk Sel Bakteri Sel berbeda-beda bentuknya Kebanyakan sel berbentuk kubus (cuboidal) atau bulat (spherical)

Bentuk Sel (Morfologi) Makteri

The Three-Domain System

The Three-Domain System

Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology IDENTIFIKASI Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology Karakteristik Morfologi Kehadiran beberapa enzim Serological tests (using known antibodies) Phage typing Profil asam lemak (Fatty acid profiles) Uji Molekular (DNA finger printing, sequence of ribosomal RNA)

Metode Identifikasi Karakteristik Morfologi: Berguna untuk mengidentifikasi prokaryota & eukaryota Pewarnaan Differensial: Gram staining, acid-fast staining Uji Biokimia: Menentukan kehadiran enzim bakteri A dichotomous key

Uji Biokimia Uji Enzim Tunggal: Uji Katalase Uji Koagulase Uji Oksidase Uji Indole Uji Dnase Uji Urease

Contoh Tes Biokimia Lain untuk Identifikasi Bakteri Starch hydrolysis test Utilization of sugar test API 20 NE test

Uji Molekuler Polymerase chain reaction (PCR) Hybridization assay Microarrays Southern blotting Northern blotting Fluorescence in situ hybridization (FISH) Sequencing

Uji Molekuler Keuntungan menggunakan uji molekuler: Target lebih stabil Bersifat objektif Tidak membutuhkan syarat pertumbuhan tertentu Lebih mudah untuk dibuat menjadi standar

PENDAHULUAN Bakteri dapat diisolasi dari berbagai jenis lingkungan. Bakteri memiliki masa regenerasi yang cepat, yang juga menyebabkan keragaman genetik yang tinggi. Bakteri memiliki keragaman genetik yang tinggi, yang berasal dari mutasi, seleksi bahan genetik dari lingkungan (transformasi), bakteriophage (transduksi), atau bakteri lain (konjugasi).

Pertumbuhan Populasi Mikroba

Kurva pertumbuhan mikroba

PENDAHULUAN Bakteri dan serangga telah lama dijumpai membangun interaksi kompleks, termasuk komensalisme, atau parasitisme/patogenesis, selama lebih dari 250 juta tahun. Hubungan bakteri dengan inangnya dipengaruhi oleh keragaman genetika dan diatur oleh tekanan seleksi alam.

Senjata Patogen Mekanis untuk patogen yang besar Kimia/Enzimatik

Mechanical Weapons Fungi Want Fruiting Structures Above Surface Hyphae, Fruiting Structures Push Outward Cells Walls & Cuticle Expand Rise as Blister & Finally Break

The Most Common Method of Attack Secretions Enzymes Soft Rots Toxins Victoria Oats Blight Growth Regulators Crown Gall Polysaccharides

Why Excrete the Chemicals? Enzymes Disintegrate Cell Structures Interfere With Cell Functions Toxins Interfere With Membrane Permeability, Functions Growth Regulators Increase or Decrease Ability to Divide & Enlarge Polysaccharides Vascular Pathogens Block Translocation of Water May Be Used as Toxin

Enzymes Large Protein Molecules Catalyze Reactions in Living Cells Already Present or Induced Glucose Suppresses Production of Cutinase

Toxins Extremely Poisonous Effective in Low concentrations Injure Host Cells Affect membrane permeability Deactivate or inhibit enzymes Induce Deficiency of essential growth factors – Toxins may/may not be host specific

Growth Regulators Hormones Growth Stimulation or Growth Inhibition Auxins, Gibberellins, Cytokinins, Ethylene Powerful at Low Concentrations – Slight Deviation From Normal May Cause May Promote Synthesis of mRNA Molecules – Trigger Formation of Enzymes to Control Plant Biochemistry or Physiology

Polysaccharides Used by Vascular Pathogens to Block Translocation of Water May Be Used as Toxin

PENDAHULUAN Penemuan bakteri yang memiliki aktivitas insektisida spesifik: tahun 1911, yaitu bakteri Bacillus thuringiensis (Bt). Pada tahun 1930-an Bt digunakan pertama sekali untuk pengendalian biologi hama tanaman. Saat ini Bt telah diperdagangkan dan digunakan secara luas sebagai bioinsektisida.

PENDAHULUAN Keuntungan utama penggunaan bioinsektisida dibandingkan dengan insektisida kimia adalah sifat kekhususannya yang tinggi, sehingga mengurangi kerusakan terhadap flora dan fauna non-target.

Data Perbandingan Biologi Kelompok Utama Serangga Patogen Viruses Bacteria Fungi Protozoa Nematoda Kisaran Inang Lepidoptera & Hymenoptera; sering genus atau spesies spesific Lepidoptera, Coleoptera & Diptera. Kespesifikan strain. Sangat luas. Kespesifikan strain Kespesifikan luas pada tingkat famili Sangat luas Cara masuk Oral Melalui kutikula Melalui lubang alami atau kutikula Kecepatan membunuh 3-10 hari; sangat lama bagi virusOryctes 30 menit - 1 hari 4-7 hari Kronis (daripada mematikan) 1-5 hari

Jenis Bakteri Entomopatogen Bakteri yang tidak membentuk spora Bakteri yang membentuk spora Walaupun sebagian besar bakteri yang diisolasi dari serangga yang terinfeksi adalah bakteri yang tidak membentuk spora, akan tetapi bakteri yang membentuk spora dari genus Bacillus adalah yang paling penting untuk pengendalian hayati.

Bakteri yang tidak membentuk spora Karena tidak adanya struktur untuk bertahan hidup (spora), jenis bakteri ini bergantung terhadap perubahan lingkungan. Saluran pencernaan banyak serangga mengandung banyak bakteri yang tidak membentuk spora. Bakteri jenis ini tidak berbahaya hanya berada di dalam usus serangga, tetapi jika sudah berada di dalam darah serangga bakteri jenis ini menjadi sangat patogenik dan menyebabkan bacterial septicemia (blood poisining).

Bakteri yang tidak membentuk spora Faktor-faktor stress yang menyebabkan bakteri masuk ke dalam homocoel adalah: - Suhu yang ekstrim - Luka mekanis - Patogen lain - Parasit - Kualitas makanan yang rendah

Bakteri yang tidak membentuk spora Walaupun bakteri jenis ini merupakan faktor penting penyebab kematian serangga secara alami, akan tetapi bakteri ini sulit untuk digunakan sebagai agens pengendali hayati. Hal ini karena tenaga menyerangnya yang terbatas  bergantung pada faktor-faktor tertentu untuk dapat masuk ke dalam homocoel dan menyebabkan kematian.

Bakteri yang tidak membentuk spora Kebanyakan bakteri yang tidak membentuk spora yang diisolasi dari serangga adalah famili Enterobacteriacease dan Pseudomonaceae Contoh : Photorhabdus sp. & Xenorhabdus sp. Serratia sp. Yersinia entomophaga (patogen ulat rumput New Zealand) Pseudomonas entomophila Melissococcus pluton the Rickettsiella  Wolbachia sp.

Bakteri yang tidak membentuk spora Photorhabdus sp. & Xenorhabdus sp. Bakteri Photorhabdus sp. dan Xenorhabdus sp. banyak menarik perhatian akhir-akhir ini karena merupakan endosimbion bakteri dengan nematoda yang bersifat insektisida. Bakteri Photorhabdus sp. berasosiasi dengan nematoda Heterorhabditis sp. Bakteri Xenorhandus sp. bersimbiosis dengan nematoda Steinernema carpocapsae. Kedua bakteri ini tidak terdapat hidup bebas di lingkungan, kecuali di dalam tubuh nematoda simbion-nya.

Photorhabdus sp. & Xenorhabdus sp. Setelah nematoda menginfeksi serangga yang peka, bakteri yang bersimbiosis akan keluar ke dalam hemoecoel serangga dan membunuh inang serangga tersebut.

Photorhabdus luminescens Figure 1(A) shows the bioluminescence of Photorhabdus luminescens. It was taken with film 72 hours after the bacteria infected Galleria mellonella (waxworms).(Image courtesy Todd Ciche/California Institute of Technology),Figure 1(B) shows GFP-labeled Photorhabdus luminescens in the intestine of the Heterorhabditis bacteriophora nematode.(Image courtesy Todd Ciche,Department of Microbiology and Molecular Genetics, Michigan State University, East Lansing, MI 48824 USA)

Figure 2:Photorhabdus luminescens on an insect midgut under the collagen sheath. Photorhabdus luminescens produces toxins that could potentially be used as insecticides.  Figure 3: Caterpillar on the left is infected with Photorhabdus luminescens bacteria and dies due to loss of body turgor within 24 hours.(Courtesy R. ffrench-Constant & copyright (2002) National Academy of Sciences, U.S.A.)

Bakteri yang tidak membentuk spora Pseudomonas entomophila Bakteri dari famili Pseudomonadaceae bersifat aerob, berbentuk batang, bergerak dengan flagella. Tersebar luas di lingkungan, dan sering di-isolasi dari tubuh serangga yang mati dan terinfeksi penyakit. Bakteri P. entomophila di-isolasi dari dalam tanah, dan menunjukkan aktifitas insektisida spesifik. Sangat patogenik terhadap larva dan serangga dewasa lalat Drosophila melanogangster.

Bakteri yang tidak membentuk spora Serratia sp. Genus Serratia yang termasuk bakteri entomopatogen adalah: Serratia entomophila, S. marcescens, S. proteamaculans. Bakteri S. entomophila dapat mengendalikan serangga Costelytra zealandica (Coleoptera), hama perusak rumput, dan berbagai akar tanaman di Selandia Baru. Bakteri S. entomophila dapat menghentikan proses makan serangga.

Bakteri S. marcescens memiliki target serangga yang luas Bakteri ini dapat menyerang haemocoel serangga, yang akhirnya menyebabkan luka dan stress.

Yersinia pestis Bakteri yang tidak membentuk spora Genus Yersinia Bakteri Yersinia pestis dapat mengkolonisasi saluran cerna kutu tikus (Xenopsylla cheopsis) dan juga menginfeksi manusia (penyakit pes). Bakteri berbentuk coccobacillus, anaerob fakultatif.

Yersinia entomophaga Spesies lain yang merupakan entomopatogen adalah: Y. entomophaga Bakteri Gram-Negatif berbentuk batang, tidak membetuk spora, dan bergerak dengan 3 peritrichous flagella. Bakteri di-isolasi dari kumbang rumput New Zealand (Costelytra zealandica) Dapat mengendalikan serangga dari genera Lepidoptera, Coleoptera dan Orthoptera.

Bakteri yang tidak membentuk spora Genus Rickettsiella Patogen intraseluler obligat dengan dinding sel yang khas, tidak memiliki flagella. Beberapa jenis spesies yang merupakan entomopatogen: Rickettsiella popilliae, R. grylli, R. chironomi. Bakteri ini merupakan entopatogen terhadap beberapa jenis serangga Arthropoda.

Simbiosis bakteri Ricketsiella dengan kutu daun pada tanaman kacang Figure 1 : The green pea aphid (left) is, although genetically identical to the red aphid (right), infected with a novel symbiont of the genus Rickettsiella, which modifies the aphid body color from red to green. Figure 2 : From left to right: aphids of the CGt10 strain 0, 4, 11, and 15 days after birth: The body color changes from red to green during the developmental process.

Terima Kasih