Dalam dekade terakhir, eksplorasi metabolit sekunder dari mikroorganisme telah mengalami kemajuan pesat dengan penerapan berbagai pendekatan genomik dan metagenomik. Genome mining menjadi salah satu teknik utama yang memungkinkan identifikasi biosynthetic gene cluster (BGC) yang berpotensi menghasilkan senyawa bioaktif baru. Dengan metode ini, para peneliti dapat menemukan dan mengkarakterisasi jalur biosintetik yang sebelumnya tidak terdeteksi melalui pendekatan konvensional berbasis kultur.
BGC merupakan sekumpulan gen yang berperan dalam biosintesis metabolit sekunder. Identifikasi dan analisis BGC menjadi langkah penting dalam memahami jalur biosintetik suatu organisme. Teknologi bioinformatika seperti antiSMASH dan basic local alignment search tool (BLAST) banyak digunakan dalam pencarian otomatis terhadap klaster gen dengan pola sekuens yang khas. Sebagai contoh, dalam studi terhadap jamur endofit Shiraia sp. Slf14, ditemukan gen tipe III PKS yang bertanggung jawab dalam biosintesis 5-alk(en)ylresorcinol, yang dikonfirmasi melalui ekspresi heterolog dalam Escherichia coli dan Saccharomyces cerevisiae. Keberhasilan ini menunjukkan bahwa pendekatan genome mining dapat digunakan untuk menemukan enzim baru dengan potensi aplikasi industri.
Dalam elucidation biosynthetic pathway, pendekatan eksperimental diperlukan untuk menghubungkan gen dengan produk metabolitnya. Sebagai contoh, studi terhadap biosintesis leucinostatin dalam Purpureocillium lilacinum menunjukkan bahwa kombinasi quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) dan RNA sequencing (RNAseq) dapat digunakan untuk menentukan batasan BGC serta mengidentifikasi regulator spesifik yang mengendalikan ekspresi gen dalam klaster tersebut. Studi lain pada jamur endofit Aspergillus versicolor 0312 menunjukkan bahwa kombinasi ekspresi heterolog dan pemberian substrat eksogen dapat membantu memahami urutan reaksi dalam biosintesis chevalone E dan turunannya.
Metode culture-dependent dan culture-independent telah banyak diterapkan dalam eksplorasi metabolit sekunder. Teknik culture-dependent melibatkan isolasi dan kultivasi mikroorganisme dalam kondisi laboratorium untuk menginduksi ekspresi jalur biosintetik tertentu. Namun, banyak mikroorganisme yang sulit dikultivasi karena kebutuhan nutrisi yang kompleks atau regulasi genetik yang ketat. Salah satu solusi untuk mengatasi keterbatasan ini adalah strategi One Strain Many Compounds (OSMAC), di mana berbagai kondisi kultur diterapkan untuk mengaktifkan BGC yang tersembunyi.
Di sisi lain, metode culture-independent semakin mendapat perhatian dalam penelitian mikrobioma lingkungan. Metagenomik memungkinkan karakterisasi mikroorganisme langsung dari sampel lingkungan tanpa perlu isolasi individu. Dengan shotgun sequencing, para peneliti dapat merekonstruksi genom dan mengidentifikasi BGC dalam komunitas mikroba secara langsung. Sebagai contoh, teknik metagenomik telah digunakan untuk menemukan BGC swainsonine dalam beberapa jamur endofit yang sebelumnya tidak dapat dikultivasi, mengungkap hubungan filogenetik antar spesies yang menghasilkan metabolit yang sama.
Teknik lain yang berkembang dalam eksplorasi metabolit sekunder adalah pendekatan metabolomik, yang memungkinkan identifikasi langsung produk metabolit dari suatu organisme atau komunitas mikroba. Kombinasi antara metabolomik dan genome mining telah membantu mengidentifikasi jalur biosintetik baru dengan pendekatan berbasis prediksi enzimatik. Dalam beberapa kasus, analisis perbandingan antara data transkriptomik dan metabolomik memungkinkan penyusunan model regulasi biosintetik yang lebih akurat.
Kemajuan dalam genome mining dan elucidation biosynthetic pathway tidak hanya berkontribusi terhadap penemuan metabolit sekunder baru, tetapi juga membuka peluang dalam rekayasa biosintetik. Dengan adanya teknik seperti Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-associated protein 9 (CRISPR/Cas9) dan ekspresi heterolog dalam inang yang lebih mudah dikendalikan, seperti Aspergillus oryzae atau Saccharomyces cerevisiae, ilmuwan kini dapat merekonstruksi atau mendesain ulang jalur biosintetik untuk menghasilkan senyawa dengan efisiensi yang lebih tinggi. Misalnya, penggunaan platform ekspresi heterolog seperti HEx dalam S. cerevisiae telah memungkinkan produksi senyawa bioaktif dari klaster gen yang sebelumnya tidak aktif dalam inangnya.
Dalam konteks eksplorasi sumber daya alam, pendekatan genome mining dan teknik bioinformatika lainnya memberikan prospek besar dalam pencarian senyawa bioaktif dari jamur endofit. Keberagaman ekologi jamur endofit yang luas menunjukkan bahwa masih banyak jalur biosintetik baru yang belum terungkap. Oleh karena itu, pengembangan metode yang lebih canggih dalam integrasi data genetik, metabolomik, dan eksperimental menjadi langkah penting untuk masa depan penemuan obat dan aplikasi bioteknologi lainnya.
Sumber:
Leave a Reply