Biotransformasi
adalah suatu teknik yang menggunakan enzim pada suatu sel tanaman untuk
mengubah kelompok fungsioinal eksternal suatu senyawa kimia yang telah
disediakan. Biotransformasi ini digunakan pada banyak kasus untuk meningkatkan
aktivitas biologik dari suatu struktur kimia dan biasanya melibatkan aksi dari
salah satu atau beberapa enzim yang digabungkan dalam sequence untuk melakukan
suatu reaksi kimia khusus. Dalam suatu sistem seperti metabolisme primer dari
sel-sel tumbuhan dimanfaatkan sedemikian rupa untuk menyediakan sebuah
mekanisem untuk regernerasi yang sesuai co-enzim / co-factor yang diperlukan untuk
mempertahankan katalisis. Biotransformasi oleh komponen sel tumbuhan dapat
diambil 2 bentuk
a. Penggunaan seluruh sel dimana sel-sel
tersebut dapat berupa suspensi sel bebas yang lengkap, atau dukungan eksternal
dari sel immobil
b. Penggunaan komponen persiapan sel
immobil, dimana enzim spesifik yang bersangkutan terisolasi, dimurnikan dan
dukungan eksternal sel immobil.
III.
Tujuan Biotransformasi
Biotransformasi ini bertujuan untuk menghasilkan
senyawa baru yang memiliki efek farmakologi, memiliki stabilitas dari senyawa
awalnya. Dihasilkan senyawa baru yang unik aktivitas biologinya. Maka senyawa
baru yang dihasilkan tersebut haruslah memiliki harga yang lebih mahal.
Besar potensi biokimia sel tanaman untuk melakukan
biotransformasi spesifik di alam atau sintetis substrat untuk menghasilkan
zat-zat yang lebih berguna yang mengarah pada beberapa kemungkinan aplikasi.
Dalam kasus senyawa sintetis, analog yang intermediet atau produk dari spesies
lain yang biasanya tidak tersedia dalam tanaman dapat digunakan sebagai
substrat untuk menghasilkan senyawa baru yang unik aktivitas biologis.
Intermediet alami dari tanaman juga dapat digunakan untuk menghasilkan
senyawa-senyawa dari kegiatan serupa dengan yang diperoleh dari tanaman yang
ditanam di ladang.
IV.
Kaitan Biotransformasi Dengan Kultur Jaringan Tanaman
Hubungan atau kaitan biotransformasi dengan KJT
yaitu dalam menghasilkan senyawa baru tersebut digunakan kultur suspensi sel,
serta sel yang digunakan adalah sel tanaman. Dimana kultur suspensi sel ini
dipelajari dalam kultur jaringan tanaman.
V.
Rancangan Proses Biotransformasi
Langkah pertama
yang perlu dilakukan dalam melaksanakan proses biotransformasi adalah menemukan
mikroorganisme yang dapat mengkatalisis reaksi yang digunakan dengan hasil yang
tinggi. Biasanya perlu skrinning yang luas terhadap kultur murni yang banyak
yang bisa didapat dari koleksi kultur umum atau diisolasi dari alam.
Untuk menghindari skrinning yang terlalu luas, lebih
dianjurkan untuk memeriksa mikroorganisme yang telah diketahui berperan dalam
reaksi yang dikehendaki pada senyawa dengan struktur tertentu. Pada percobaan
skrinning, mikroorganisme ditumbuhkan dalam medium yang sesuai dalam botol dan
digojog. Senyawa yang akan ditransformasikan ditambahkan selama atau sesudah
selesai pertumbuhan. Sesudah inkubasi biomassa dipisahkan dengan pemusingan
atau penyaringan ( dalam bentuk kultur suspensi sel) dan filtrat disiapkan
untuk analisis.
Reaksi biotransformasi biasanya bersifat
stereospesifik, dan melibatkan proses/ reaksi seperti oksidasi, reduksi,
hidroksilasi, metilasi, demetilasi, glikosilasi, esterifikasi, epoxidasi,
isomerisasi dan saponifikasi. Struktur kimia yang dapat mengalami
biotransformasi juga bervariasi, dan dapat dilihat pada struktur aromatik,
steroid, kumarin, terpenoid, dan alkaloid.Sejumlah media basal yang berbeda
telah digunakan dalam studi biotransformasi, termasuk Murashige Skoog,
Linsmeier and Skoog, Gamborg dan Nitsch and Nitsch. Di kebanyakan kasus, ini
memberikan nutrisi untuk pertumbuhan sel sebelum mereka digunakan untuk
modifikasi dalam reaksi kimia, meskipun dengan pengecualian konversi oleh sel
digitoxin pada Digitalis lanata, mereka tidak memiliki pengaruh pada jalannya
reaksi kinetika.
VI. Contoh proses biotransformasi
Biotransformasi dari Glikosida steroid (Digitilis) Suatu
sistem yang baik dan dapat digunakan untuk mengilustrasikan bagaiman proses
biotransformasi dapat meningkatkan aktivitas dari senyawa yang dipusatkan
dengan konversi dari digitoxin menjadi digoxin oleh sel Digitalis lanata. Digitoksin dan digoksin merupakan kelompok
glikosida steroid yang biasa dikenal dengan ‘cardenolides’ dan digunakan dalam
dunia medis untuk pengobatan penyakit jantung kronis. Keduanya menempati
peringkat ke 6 dan ke 8 dalam obat-obatan yang sering diresepkan di USA,
kemudian menjelaskna pentingnya modifikasi senyawa kimia potensial dari kedua
obat tersebut. Komponen dari keduanya merupakan ektraks alami dari tanaman..
Situasi ini telah menyebabkan kekurangan digoxin, senyawa aktivitas
farmakologis unggulan, sementara mengakibatkan semakin meningkat tumpukan
digitoxin lebih beracun.
Transformasi
digitoksin dengan suatu β-12 hidroksilasi reaksi, dipengaruhi oleh enzim yang
terletak di sel-sel D.lanata, telah dirintis oleh Alfermann dan Rheinharrd di
Republik Federal Jerman, dan telah melibatkan teknik menggunakan suspensi sel,
dan seluruh sel amobil. Dilakukan dalam 250 ml Erlenmeyer termos, sebagian
besar pekerjaan telah selesai dilakukan dengan menggunakan pipa aliran udara
reaktor memiliki volume kerja 20 liter. Sistem ini yang dikenal untuk
memberikan agitasi lembut sensitif suspensi sel tumbuhan, tanpa menyebabkan kerusakan
serius akibat stres fisik.Dalam praktek, derivat digitoxin yaitu β-methyl
digitoxin digunakan sebagai substrat dalam proses, karena dia mampu memberikan
transformasi stereospesifik dengan sedikit produk samping. Sebagai panduan mengikuti eksperimen
Alfermann,dkk.
1. Penumbuhan sel Digitalis lanata
selama 5 hari dalam media MS (dengan 2%b/v glukosa sebagai sumber karbon) dalam
20 liter dengan suhu 24oC dalam alat fermentor. Alat diset dengan densitas sel
dalam reaksi 0,8 gram berat kering sel per liter dan kecepatan ventilasi 350
udara per jam, juga diatur pH nya yaitu 5-6. Biomassa maksimum dari eksperimen
ini adalah 10 g berat kering/liter.
2. Setelah 5 hari, siapkan larutan
β-methyl digitoxin dalam metanol (10 ml, 40mg/ml) dan diinjeksikan dalam reaksi,
diulangi tiap 2x/hari. Dengan kondisi tersebut β-methyl digoxin yang akan
diproduksi sel adalah 475mg/l setealah 14 hari, juga diperoleh hasil sampingan
berupa glukosida purpurea A dan deasetil lanatosida C.
3. Pemisahan komponen dari sampel hasil
kultur fermentasi dengan ekstraksi sel dan cairannya menggunakan asetonitril
kemudian di HPLC. Contoh lain, yaitu digunakannya KSS dari sel Eucalyptus
perriniana kemudian dibuat sel amobil. Dimana nantinya sel tersebut mampu
mengglikosilasi senyawa thymol,carvacrol,dan eugenol menjadi bentuk glikosida.
VII. Keuntungan Dan Kekurangan
Biotransformasi
Keuntungan yaitu: dihasilkan senyawa baru, dimana
senyawa tersebut tidak mungkin dihasilkan dalam proses yang normal, didapatkan
senyawa baru yang unik aktivitas biologinya, punya efek farmakologi, senyawa
baru yang dihasilkan memiliki harga yang lebih tinggi (mahal), dan senyawa yang
lebih baik dari senyawa awalnya, baik dlam hal stabilitasnya, kelarutan ,dll. Kekurangannya
yaitu: biayanya mahal, prosesnya / tahapannya susah (rumit), dan untuk dapat
berhasil diperlukan percobaan- percobaan, tidak serta merta langsung berhasil.