2. CARA KERJA BAKTERI ENTOMOPATOGEN Oleh: Irda Safni

Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen 1). Penetrasi Pada serangga sehat, bakteri biasanya berada pada belakang saluran pencernaan (posterior gut) Bakteri tidak bisa berpenetrasi langsung ke dalam kutikula serangga, tetapi hanya menginvasi hemocoel setelah menghadapi penghalang epitel usus.

Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen 1). Penetrasi Cara pertama bakteri menginfeksi serangga adalah menuju ke haemolymph. Ada 3 mekanisme penetrasi bakteri ke dalam tubuh serangga, yaitu invasi ke dalam tubuh melalui: Vektor nematoda Luka Makanan terinfeksi yang dimakan serangga.

Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen Jalur masuk utama bakteri  rongga mulut serangga atau melalui trakea atau telur nematoda

Gambar 1. Rangkuman cara masuk bakteri ke dalam usus serangga

Mekanisme Infeksi Bakteri Entomopatogen Contoh infeksi melalui vektor nematoda: Bakteri Photorhabdus luminescence & Xenorhabdus nematophila yang menginfeksi serangga dengan mengkolonisasi usus nematoda dengan proses simbiosis. Nematoda kemudian menginfeksi serangga dan melepas bakteri ke dalam tubuh serangga. Kemudian bakteri membunuh serangga, dan memberi makan nematoda.

Replikasi Bakteri

Gambar 2. Replikasi bakteri intraseluler di dalam tubuh parasit dengan menggunakan mikroskop fluorescence

2). Persisten & Kolonisasi Bakteri Di Dalam Tubuh Serangga Ada 3 mekanisme, yaitu: Sekresi enzim yang menetralkan produksi usus serangga Pembentukan biofilm Memodifikasi usus inang

3). Menghindari Pertahanan Diri Inang (Serangga) Cara bakteri menghindari diri dari sistem kekebalan (immune system) serangga inangnya adalah: 1. Menghindari bisa terdeteksi oleh sistem kekebalan 2. Menekan respon kekebalan

3). Menghindari Pertahanan Diri Inang (Serangga) Mekanisme yang digunakan serangga untuk mencegah infeksi adalah menghasilkan reactive oxygen species (ROS’s) dan anti-microbe peptide (AMP’s). Bakteri menghasilkan protein yang melindunginya dari pengaruh bahan yang di-degradasi di dalam usus serangga.

4). Toksin dan Kematian Serangga Inang Serangga inang dapat mati disebabkan perkembang-biakan bakteri di dalam tubuh serangga atau toksin/enzim yang disekresikan bakteri, yang dapat merusak tubuh serangga dengan menginvasi hemocoel  menyebabkan septicemia (keracunan pada darah). Contoh pengaruh toksin: Cry toxin oleh bakteri Bacillus thuringinesis. Contoh degradasi enzim: enzim protease, lipase, dan haemolysin (metalloprotease) yang dihasilkan oleh bakteri Serratia marcescens.

Organism identified in Other producer organisms Tabel 1. Contoh Toksin yang dikeluarkan Bakteri Toxin Organism identified in Other producer organisms Insecticidal toxin complexes (Tc-toxin) Photorhabdus spp. Xenorhabdus spp. Serratia entomophila Yersinia spp. Pseudomonas spp. Fibrobacter succinogenes Paenibacillus nematophila Cyt & Cry toxin Bacillus thuringiensis Dickeya dadantii Binary toxin (BinAB) Bacillus sphaericus Makes caterpillar floppy (Mcf) Binary toxins (PirAB)

Bt Toxin Bakteri Bt menghasilkan kristal paraspora endotoksin yang disintesa sewaktu proses sporulasi Bt toksin disebut dengan “Cry Protein” atau “Insecticidal Cry Protein (ICPs)”. Kristal adalah kumpulan dari satu jenis protein yang dapat dipisahkan dengan perlakuan basa sedang untuk menghasilkan 130 kDa.

Bt Toxin Kristal paraspora Bacillus thuringiensis Struktur endotoksin Bacillus thuringiensis

Bt Toxin Dari berbagai strain bakteri Bt, > 100 kristal protein gen telah berhasil di-sequence. Bt toxin ini bersifat sangat spesifik terhadap serangga target. Mis. Jenis ‘kurstaki’ efektif untuk ulat; jenis ‘israelensis’ efektif untuk nyamuk dan lalat. Karena kespesifikannya yang tinggi menyebabkan perkembangan penggunan Bt toxin sebagai bio- insektisida untuk mengendalikan serangga hama Lepidoptera, Coleoptera dan Diptera.

Table 1. Some properties of the insecticidal toxins from various strains of B. thuringiensis Strain/subsp. Protein size Target Insects Cry # berliner 130-140 kDa Lepidoptera CryI kurstaki KTP, HD1 entomocidus 6.01 aizawai 7.29 aizawai IC 1 135 kDa Lepidoptera, Diptera CryII kurstaki HD-1 71 kDa tenebrionis (sd) 66-73 kDa Coleoptera CryIII morrisoni PG14 125-145 kDa Diptera CryIV israelensis 68 kDa

Cara Kerja Bt Toxin BT SPORES BT crystalline Toxin 200px. Normal gut bacteria BT crystalline Toxin 200px.

Cara Kerja Bt Toxin Cara Kerja Bt Toxin Kristal paraspora bukan bahan aktif insektisida, tapi suatu protoksin, yang merupakan prekursor toksin yang aktif. Bt hanya efektif jika dimakan oleh serangga spesifik, yaitu: - Memiliki usus dengan pH basa (7.5-8). Memiliki struktur membran usus yang spesifik yang diperlukan untuk mengikat toksin. Memiliki enzim protease di dalam usus.

Cara Kerja Bt Toxin Serangga target , harus pada masa perkembangan yang tepat dan bakteri yang dimakan harus dalam jumlah yang cukup. Ketika Bt ditelan oleh serangga target, spora bakteri memakan tumbuhan alami yang ada di dalam usus  mengeluarkan kristal protein toksin  merusak dinding usus  sehingga menyebabkan kondisi usus yang bocor.

Cara Kerja Bt Toxin Toksin aktif mengikat mengikat reseptor protein pada membran sel epitel usus serangga. Kemudian toksin membentuk suatu jalur ion antara sitoplasma sel dengan lingkungan luar, yang menyebabkan kehilangan ATP sel dan serangga mati. Serangga yang terinfeksi berhenti makan, dan akhirnya mati karena kombinasi efek kelaparan, kerusakan jaringan, dan infeksi usus bagian dalam oleh patogen lain, seperti bakteri dan jamur. Kematian dapat terjadi dalam waktu beberapa jam atau beberapa minggu.

Cara Kerja Bt Toxin Figure 1. The toxin is inserted in gut epithelial cell membranes of the insect and forms an ion channel between the cell cytoplasm and the external environment, leading to loss of cellular ATP and insect death.

Cara Kerja Bt Toxin Fig. 2. Histopatologi usus tengah ulat yang terinfeksi B. thuringiensis subsp. israelensis

Strategi untuk meningkatkan keefektifan insektisida Bt Modifikasi genetika plasmid Bt Modifikasi genetika tanaman untuk menghasilkan Bt

Modifikasi Genetika Plasmid Bt Bergantung pada transfer plasmid pada proses konjugasi. Strain Bt yang menunjukkan aktifitas rendah terhadap spektrum serangga yang luas. Strain Bt yang yang berpotensi tinggi tetapi aktifitasnya berspektrum sempit, dipilih sebagai “donor”. Setelah proses konjugasi, potensi strain bakteri terhadap serangga dengan spektrum luas akan meningkat.

Modifikasi Genetika Tanaman untuk Menghasilkan Bt Tanaman dimodifikasi genetika dengan gen Bt toxin, sehingga dapat menghasilkan Bt toxin di dalam jaringannya. Serangga kemudian mati setelah memakan jaringan tanaman tersebut. Aplikasi ini dikenal dengan nama: tanaman transgenik Bt yang tahan terhadap serangga Tanaman transgenik Bt telah diaplikasikan pada tanaman jagung, kapas, kacang kedelai, kentang, tomat, dan tembakau.

Bt corn, for example, was produced by incorporating genetic material from a bacterium (Bacillus Thuringiensis) into the genetic material of corn.

Cara Kerja Tanaman yang dimodifikasi genetika dengan Bt Jaringan tanaman menghasilkan Cry proteins/ICPs dalam bentuk yang mudah larut ICPs yang aktif menyebrangi membran peritrophik dan menempel pada reseptor spesifik sel epitelium usus serangga Bt membentuk spora Sel mengalami lysis Usus tengah serangga menjadi bocor Serangga mati

Terima Kasih