BAKTERI ENTOMOPATOGEN (Lanjutan) Oleh Irda Safni

Bakteri yang membentuk spora Ordo: Bacillales Termasuk bakteri yang membentuk spora (spore-forming bacteria) Gram-positif yang berbentuk batang (rods) dan bentuk bulat (cocci), yang biasanya tersusun dalam bentuk rantai. Pada kondisi lingkungan yang ekstrim, bakteri melakukan sporulasi membentuk 1 spora yang berbentuk oval per 1 sel. Bakteri entomopatogen penting pada kelompok ini adalah genus Bacillus dan Paenibacillus.

Bacillus thuringiensis (Bt) Bt adalah bakteri fakultatif-anaerobik, membentuk spora. Terdapat di tanah secara alami. Kespesifikan bakteri ini adalah pembentukan protein yang mengkristal (insecticidal crystal protein/ ICPs) yang mengandung endotoksin insektisida khusus, disebut Cry toxin atau Bt toxin. Kristal (cry) mempunyai berbagai bentuk (bipyramidal, cuboidal, flat rhomboid, spherical atau komposisi dengan 2 jenis kristal), tergantung komposisi ICP.

Klasifikasi gen ICP menurut (Höfte & Whiteley, 1989): - Lepidoptera (cry I) - Diptera dan Lepidoptera (cry II) - Coleoptera (cry III) - Diptera (cry IV) - Coleoptera dan Lepidoptera (cry V)

Bacillus thuringiensis (Bt) Pertama sekali diisolasi pada tahun 1901 pada larva Bombyx mori yang sudah mengering oleh Ishiwata (Jepang). Tetapi dideskripsikan secara formal oleh Berliner dari Jerman pada tahun 1915 setelah mengisolasi Bt dari larva Ephestia kuehniella pada tahun 1911 yang dijumpai memiliki kemampuan untuk membunuh serangga tertentu. Bt alami bersifat sangat spesifik, beracun hanya untuk beberapa spesies kelompok serangga: Lepidoptera (kupu- kupu, ngengat), Coleoptera (kumbang), Diptera (lalat, nyamuk), Hymenoptera (tawon, lebah, semut, dll).

Target insects for Bt toxin Cry toxins have specific activities against insect species of the orders Lepidoptera (moths and butterflies), Diptera (flies and mosquitoes), Coleoptera (beetles), Hymenoptera (wasps, bees, ants and sawflies) and nematodes.

Bacillus thuringiensis (Bt) Sampai saat ini > 50 subspesies Bt telah ditemukan, yang diisolasi dari berbagai jenis habitat (69 Bt subspesies dan 82 Bt serovar). > 100 gen protein kristal telah di-sequensing. Toksisitas protein kristal ini terhadap serangga tertentu yang menyebabkan pengembangan bio-insektisida. Sejak tahun 1930, Bt telah digunakan sebagai alternatif insektisida DDT dan organophosphat.

Klasifikasi Bt Bt diklasifikasikan berdasarkan karakteristik sel, biokimia, dan genetikanya. Bt termasuk anggota kelompok Bacillus cereus (Bc), termasuk B. cereus, B. mycoides dan B. anthracis. Bt dan Bc tidak dapat dibedakan oleh karakteristik fenotip (morfologi dan penggunaan bahan organik), karakteristik asam lemak, gula, elektroforesis enzim multilokus, juga karakteristik genotip (analisa homologi DNA, sekuensing 16S rDNA, dll). Bt hanya dapat dibedakan dari Bc oleh produksi salah satu badan inklusi selama proses sporulasi.

Siklus Hidup Bacillus thuringiensis

Klasifikasi subspesies Bt Hingga akhir tahun 1998, terdapat 67 subspesies Bt yang berhasil diidentifikasi. Identifikasi subspesies Bt berdasarkan analisa serologi antigen flagella (de Barjac & Bonnefoi, 1962).

Cara kerja Bt pada serangga target

Kristal Endotoksin Bt

Cara kerja Bt pada serangga target Spora ICP ditelan oleh serangga larva yang rentan. Di dalam usus, kristal ICP berdisiosiasi menjadi bentuk protoksin, kemudian protoksin diaktivasi menjadi holotoksin oleh enzim protease usus. Usus menjadi lumpuh, dan serangga berhenti makan.

Habitat B. thuringiensis Di dalam tubuh serangga inang Beberapa jenis Bt telah diisolasi dalam tubuh serangga, termasuk Coleoptera, Diptera, dan Lepidoptera, dapat berkembang biak di dalam tubuh serangga inangnya. Bangkai serangga yang terinfeksi biasanya mengandung spora dan kristal dalam jumlah besar, yang kemudian dapat dilepaskan di lingkungan.

Di dalam tanah Spora Bt dapat bertahan di dalam tanah dan pertumbuhan vegetatif terjadi jika nutrisi telah tersedia. Hasil penelitian di Amerika, 0,5 – 0,005% spesies Bt diisolasi dari sampel tanah (DeLucca et al.1981). Di atas permukaan tanaman Sejumlah subspesies Bt dijumpai di permukaan tanaman (phylloplane), seperti pohon coniferous, pohon deciduous, sayur-sayuran, dan tanaman herbal (Smith & Couche, 1991; Damgaard et al., 1997) Bt juga diisolasi dari produk biji-bijan yang disimpan (Meadows et al., 1992).

Bt toxin dari B. thuringiensis subsp Bt toxin dari B. thuringiensis subsp. kurstaki dikenal dengan nama dagang: Dipel, Sok-Bt, Thuricide, Certan, dan Bactospeine.

Bt toxin dari B. thuringiensis subsp Bt toxin dari B. thuringiensis subsp. israelensis (Bti) dikenal dengan nama dagang: Bactimos, Bacticide, BMC, Teknar, dan Vektobak.

Pengaruh Bt terhadap organisme non-target dan manusia Hasil penelitian Bt tidak memiliki dampak terhadap beberapa mamalia, burung, ikan dan beberapa vertebrata air di laboratorium. Aplikasi Bt juga tidak dijumpai membahayakan manusia/pekerja.

Lysinibacillus (formerly Bacillus) sphaericus Bakteri berbentuk bulat (spherical), aerob, dan dijumpai secara alami di dalam tanah. Terkenal dengan istilah : Jurasic Park Bacterium, karena berhasil diisolasi dari dalam usus lebah yang sudah punah yang berusia 25- 40 juta tahun (Proplebia dominicana).

Lysinibacillus sphaericus Bakteri ini membentuk protein kristal selama proses sporulasi. Toksin L. sphaericus, yang disebut : Potent Binary Protein Toxins (Bin), secara spesifik dapat membunuh larva nyamuk, terutama yang berada di dalam air, sehingga dapat digunakan sebagai bio-insektisida. Sel vegetatif strain bakteri tertentu menghasilkan mosquitocidal toxins (Mtx proteins)

Cara kerja insektisida: merusak sel epitel mikrovillar di dalam usus. Toksin L. sphaericus dikenal dengan nama dagang: Spic Biomass. Target utama formulasi komersil L. sphaericus: nyamuk dan lalat hitam. Tidak berbahaya bagi organisme non-target, seperti binatang piaraan, burung, ikan, juga manusia.

Lysinibacillus sphaericus Bentuk vegetatif bakteri B. sphaericus SEM bakteri B. sphaericus

Paenibacillus (formerly Bacillus) popilliae Bakteri ini berbentuk batang, membentuk spora. Bakteri P. popilliae merupakan bakteri entomopatogen pertama didaftarkan di Amerika. Awalnya spora bakteri yang seperti susu (milky spore bacteria) diisolasi dari tubuh kumbang Jepang (Popillia japonica) yang secara tidak sengaja masuk ke Amerika tahun 1916. Larva kumbang Jepang yang terinfeksi bakteri P. popilliae menjadi putih seperi susu, disebut “Milky Disease”.

Paenibacillus popilliae Kumbang Jepang dewasa Larva kumbang Jepang yang sehat Larva kumbang Jepang yang terinfeksi

Paenibacillus popilliae Hingga saat ini toksin P. popilliae memiliki inang yang terbatas, yaitu hanya efektif membunuh kumbang Jepang (Japanese beetle) Bio insektisida P. popilliae aman bagi manusia dan vertebrata lain.

Brevibacillus laterosporus (formerly Bacillus orpheus) Bakteri berbentuk batang, membentuk endopsora. Spesies ini terdapat di berbagai habitat, termasuk di dalam tanah, pada batu permata, di dalam air tawar, air laut, tubuh serangga, permukaan daun, tanah kompos, susu, keju, madu, makanan berpati, burung puyuh, atau wol binatang.

Brevibacillus laterosporus Bakteri ini merupakan agen pengendali hayati yang potensial terhadap berbagai serangga genera Coleoptera, Lepidoptera, dan Diptera (nyamuk Aedes aegypti, lalat), juga terhadap nematoda dan moluska. Bakteri B. laterosporus juga patogenik terhadap beberapa jenis bakteri dan jamur. Racun yang di-sekresikan bakteri B. laterosporus (insecticidal secreted protein/ ISP) memiliki daya racun yang sama dengan Bt.

Clostiridium bifermentans Strain C. bifermentans serovar malaysia (Cbm), yang diisolasi di Malaysia, menunjukkan toksisitas yang tinggi terhadap nyamuk dan lalat hitam. Selama sporulasi, bakteri ini menghasilkan 3 protein utama yang berperan pada kerja insektisida. Salah satu protein adalah mosquitocidal protein Cbm71, yang menunjukkan homologi terhadap delta endotoksin Bt.

Penggunaan Bakteri Entomopatogen pada Pengendalian Hama Terpadu

Bakteri entomopatogen dan produk turunannya mewakili bahan aktif dari beberapa “biopestisida”. Bahan aktif biopestisida ini termasuk: 1. Organisme hidup yang diperbanyak secara massal (musuh alami predator dan parasitoid) 2.Nematoda dan mikroorganisme (bakteri, jamur, microsporidia, virus) 3. Bahan alami dari ekstrak tanaman dan semi-kimia (cth. pheromones). Pada negara yang mengizinkan, biopestida termasuk tanaman yang direkayasa yang mengekspresikan gen yang membawa ketahanan terhadap hama atau penyakit.

Agens biokontrol, seperti bakteri entomopatpgen, biasanya bahan yang rendah resiko dibanding pestisida kimia konvensional. Cara kerjanya biasanya lebih kompleks daripada kimia konvensional, men-target tempat kerja yang beragam, sehingga kecil kemungkinan untuk perkembangan hama resisten. Walaupun bakteri entomopatogen dapat digunakan sebagai produk tunggal untuk pengendalian hama, sangat disarankan untuk menggunakannya secara rotasi dan kombinasi dengan pestisida kimia untuk mencapai efikasi yang penuh dan kestabilan ekologi.

Keefektifan bakteri entomopatogen sering berhubungan dengan cara aplikasi yang tepat di lapangan. Contoh, produk yang cara kerjanya dimakan (seperti produk Bt), waktu aplikasi sangat penting untuk memastikan racun bakteri tetap stabil di lingkungan sampai mereka dimakan serangga target. Aspek lain adalah memastikan cakupan substrat (cth. daun) sering dimakan serangga target. Telah dikembangkan proses dan formulasi khusus dari biopestisida berbahan aktif bakteri. Formulasi padat dan cair telah tersedia di pasar.

Di samping mengoptimumkan keefikasiannya, strategi pengendalian hama modern juga meminimalisasi dampaknya terhadap lingkungan dan organisme non- target  sejalan dengan peraturan “the maximum residue levels (MRLs)” untuk pestisida sintetik. Pasar dunia untuk pestisida, termasuk segmen pestisida sintetik dan biopestisida diestimasikan meningkat 6.3% per tahun dan target $ 80 juta pada tahun 2019 (Ruiu, 2015). Segmen pasar biopestida diperkirakan mengalami peningkatan sebanyak 4% dibanding pestisida sintetik. Kategori lain adalah Biosida, termasuk produk untuk kesehatan masyarakat, seperti mikroba yang membunuh nyamuk dan lalat. Pasar ini juga diprediksikan meningkat di masa yang akan datang.

Ketahanan Serangga Terhadap Cry Toxins Sejak penggunaan formulasi Bt secara komersil sebagai biopestisida 50-70 tahun yang lalu, Bt telah digunakan secara ekonomis mengendalikan berbagai serangga hama di seluruh dunia. Saat ini beberapa tanaman pertanian yang mengandung Cry toxins mulai menunjukkan keresistenan terhadap serangga.

Terima Kasih