Pengklonan Gen Penyandi Peptida Sinyal Pln A Dan Ekspresi Pln E Dan Pln F Ekstraseluler Pada Lactococcus Lactis Nz3900.

PENGKLONAN GEN PENYANDI PEPTIDA SINYAL Pln A DAN
EKSPRESI Pln E DAN Pln F EKSTRASELULER
PADA Lactococcus lactis NZ3900

HIDAYAH MURTIYANINGSIH

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pengklonan Gen
Penyandi Peptida Sinyal Pln A dan Ekspresi Pln E dan Pln F Ekstraseluler pada
Lactococcus lactis NZ3900 adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor dan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.
Bogor, Oktober 2015
Hidayah Murtiyaningsih
NIM P051130281

RINGKASAN
HIDAYAH MURTIYANINGSIH. Pengklonan Gen Penyandi Peptida Sinyal Pln
A dan Ekspresi Pln E dan Pln F Ekstraseluler pada Lactococcus lactis NZ3900.
Dibimbing oleh SUHARSONO dan APON ZAENAL MUSTOPA.
Lactobacillus plantarum S34 dan S31 yang diisolasi dari Bekasam
(fermentasi daging sapi) mampu menghasilkan bakteriosin jenis plantarisin.
Plantarisin tersebut memiliki aktivitas penghambatan terhadap beberapa bakteri
patogen. Plantarisin disandikan oleh gen pln dan tersebar pada beberapa operon
yang masing-masing memiliki fungsi tersendiri dalam sistem biosintesis
plantarisin. Terdapat lima operon yang terdiri dari plnABCD, plnEFI, plnJKLR,
plnMNOP dan plnGHSTUVW. Operon plnABCD, plnEFI, plnJKLR menyandikan
protein yang berperan sebagai regulator dan senyawa antimikroba. Plantarisin EF
adalah bakteriosin dua peptida yang termasuk dalam kelas IIa dan kebanyakan
diaplikasikan pada pengawetan pangan. Sedangkan pln A merupakan peptida
feromon yang memiliki peran sebagai induser dalam sintesis plantarisin.

Penelitian ini bertujuan untuk mengklon gen penyandi peptida sinyal pln A
(SPplnA) dan mengkonstruksi vektor ekspresi untuk fusi gen pln E dan pln F
secara ekstraseluler. Selain itu penelitian ini juga bertujuan untuk
mengekspresikan gen penyandi pln E dan pln F secara eksraseluler pada inang L.
lactis NZ3900.
Penelitian ini dimulai dari amplifikasi gen pln A dari DNA kromosom L.
plantarum S31, kemudian mengklonnya ke dalam vektor kloning pGEM-T Easy.
Selanjutnya plasmid rekobinan pGEM-T plnA digunakan sebagai sumber untuk
memperoleh sekuen peptida sinyal pln A (SPplnA). Sementara itu gen plnEF
didapatkan dari sumber pGEM-T plnEF S34 (penelitian terdahulu). Fusi keduanya
dilakukan dengan teknik PCR overlapping sehingga menghasilkan fusi gen dan
dikloning ke dalam vektor ekspresi pNZ8148. Vektor ekspresi yang telah
membawa fusi gen pln E dan pln F diintroduksikan ke L. lactis NZ3900
menggunakan teknik elektroporasi. Analisis ekspresi Pln E dan pln F dilihat dari
level transkripsi maupun translasi dibawah pengaruh konsentrasi nisin dalam
menginduksi L. lactis. Aktivitas dari pln E dan pln F dapat dilihat dari ada
tidaknya daya penghambatan terhadap bakteri patogen.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa fragmen DNA pln A berukuran 300 pb
berhasil teramplifikasi dari DNA kromosom L. plantarum S31. Karakterisasi dari
sekuen pln A (300 pb) tersebut mengandung 66 pb SPplnA (22 asam amino).

Peptida sinyal yang terdapat pada bagian N-terminal memiliki dua bagian
pemotongan oleh peptidase yaitu pada glisin21 dan glisin22. Gen yang akan
difusikan masing-masing berukuran 66 pb untuk peptida sinyal, 102 pb untuk pln
E dan 105 pb untuk pln F. Hasil fusi didapatkan ukuran 168 pb (pln E) dan 171 pb
(pln F). Fusi gen kemudian disisipkan pada vektor pNZ8148 diantara Nco1-Pst1
(untuk pln F) dan Nco1-HindIII (untuk pln E) sehingga terbentuk plasmid
pNZ8148 rekombinan. Hasil konfirmasi PCR menggunakan primer F/R (promotor
/terminator) pada L. lactis rekombinan terlihat bahwa L. lactis rekombinan
memiliki ukuran yang lebih tinggi apabila dibandingkan dengan kontrol (450 pb).
Fusi plantarisin E dan plantarisin F telah berhasil diekspresikan dalam tahap
transkripsi maupun translasi dengan sistim induksi nisin pada L. lactis. Hasil

mRNA dari pln E dan pln F dilakukan transkripsi balik kemudian diamplifikasi
sehingga menghasilkan pita pada ukuran 168 pb dan 171 pb. Selanjutnya analisis
SDS-PAGE dari supernatan pln E dan pln F menunjukkan adanya pita protein
pada ukuran 3.7 dan 3.85 kDa pada sampel induksi 0.5 ng/ml, 1 ng/ml dan 5
ng/ml nisin. Hal tersebut menunjukkan bahwa pln EF telah disekresikan ke luar
sel. Plantarisin E dan plantarisin F sama-sama memiliki aktivitas antimikroba
pada patogen E. coli ATCC 8739, S. aureus ATCC 6539, L. monocytogen BTCC
B693. Pada kedua plantarisin E dan F zona penghambatan terbesar pada ketiga

strain indikator terdapat pada sampel dengan induksi 5 ng/ml.
Kata kunci: Plantarisin, PlnEF, pNZ8148, L. lactis, Fusi gen

SUMMARY
HIDAYAH MURTIYANINGSIH. Cloning of Gene Encoding PlnA Signal
Peptide and Extracelluler Expression of Plantaricin E and Plantaricin F in
Lactococcus lactis NZ3900. Supervised by SUHARSONO dan APON ZAENAL
MUSTOPA.
Lactobacillus plantarum S34 and S31, isolated from Bekasam (fermented
beef), are able to produces plantaricin, a type of bacteriocins. Plantaricin has
inhibitory activity against several bacterial pathogens. Plantaricin is encoded by
pln genes and it extend among several operons, plnABCD, plnEFI, plnJKLR,
plnMNOP and plnGHSTUVW. Each operon has its own function on the
biosynthesis of plantaricin. PlnABCD, plnEFI, and plnJKLR operons encode a
proteins which has a role as a regulator and an antimicrobial compounds.
Plantaricin EF is a two peptide bacteriocins and it was classified as a class IIa
bacteriocin and mostly applied on food preservation. Pln A is a pheromone
peptide, and it has a role as an inducer in the synthesis of plantaricin. The aim of
this study was to clone a pln A signal peptide gene and to construct an
extracelullar expression vector of pln E and pln F in Lactococcus lactis.

The study start from the amplification of pln A gene from chromosomal
DNA of L. plantarum S31, then the gene was cloned into the cloning vector
pGEM-T Easy. The cloning vector pGEM-T pln A was a source to obtain the
signal peptide pln A (SPplnA) and plnEF genes were obtained from pGEM-T pln
EF on previous study. The fusion of pln A and pln EF was perform using an
overlapping PCR techniques. Then the fused genes was cloned into the expression
vector pNZ8148 and then introduced into L. Lactis NZ3900. The introduction was
perform using electroporation techniques. The expression of pln EF was analyzed
on transcription and translation level. The functional properties of pln EF were
verified from the absence of inhibition zone of pathogenic bacteria.
The results showed that a 300 bp DNA fragment containing the SPplnA
gene and mature plnA were successfully amplified from chromosomal DNA of L.
plantarum S31. It contains 66 bp which encode of SPplnA proteins. The pln A
sequence analysis showed that it contains 22 amino acid of signal peptide
followed by mature pln A from the 23 rd amino acid residue. The signal peptide
located at the N-terminal has two peptidase cutting section, the glisin21 and
glisin22. The fused genes were a 66 bp signal peptide, a 102 bp plnE and a 105 bp
plnF. The results are a 168 bp pln E fusion gene and a 171 bp pln F fusion gene.
Furthermore, a fused gene was inserted into pNZ8148 vector to generate a
pNZ8148 SPplnA-plnE/F expression vector. PCR confirmation (using primers F/R;

promotor/terminator) results showed that the recombinant L.lactis has a higher
size than the control (450 bp).
The fusion of Plantaricin E and F has been succesfully expressed on L.
lactis in both transcriptional and translational stage with an induction system of
nisin.The reverse transcription and amplification process of the Pln EF mRNA
produces a 168 bp and a 171 bp bands. The SDS-PAGE analysis of pln E and F
supernatant indicate the presence of protein bands sized 3.7 and 3.8 kDa on the
isolates that were induced by 5 ng/ml nisin. The research indicate that plantaricin
EF was secreted out of the cell. Both plantaricin E and F have the same

antimicrobial activity on indicator strain E.coli ATCC 8739, S.aureus ATCC
6539, L. monocytogenes BTCC B693. The biggest inhibition zone on both
plantaricin were visible on 5 ng/ml induced samples.
Keywords: Plantaricin, PlnEF, pNZ8148, L. lactis, gen fusion

© Hak Cipta Milik IPB dan LIPI, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau

tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB dan LIPI.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB dan LIPI

PENGKLONAN GEN PENYANDI PEPTIDA SINYAL Pln A
DAN EKSPRESI Pln E DAN Pln F EKSTRASELULER
PADA Lactococcus lactis NZ3900

HIDAYAH MURTIYANINGSIH

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Bioteknologi

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

2015

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Iman Rusmana, MSi

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu Wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini adalah “Pengklonan Gen Penyandi Peptida Sinyal Pln
A dan Ekspresi Pln E dan Pln F Ekstraseluler pada Lactococcus lactis NZ3900”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Suharsono, DEA
dan Bapak Dr Apon Zaenal Mustopa, MSi selaku komisi pembimbing, yang telah
memberikan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk menyempurnakan
tesis ini. Terima kasih juga kepada Dr Ir Iman Rusmana, MSi selaku penguji luar
komisi dan kepada DIKTI melalui program BPPDN 2013 yang telah memberikan
dana selama penulis melaksanakan perkuliahan di IPB. Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Dr Ir Bambang Sunarko selaku
Kepala Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI yang telah mengizinkan penulis untuk
melakukan penelitian di Laboratorium Rekayasa Genetika Terapan dan Disain
Protein, Puslit Bioteknologi LIPI Cibinong.
Terima kasih kepada Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia atas bantuan

Program Riset KKP3N 2014-2015 yang telah membantu membiayai penelitian ini
atas nama Dr Apon Zaenal Mustopa, MSi. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada keluarga terutama kedua orang tua saya Bpk. Mulyani dan
Almarhumah Ibu Endang S, adik saya Ach. Musthofa, kakak sepupu saya Emi
Fadillah W, para rekan se-laboratorium Bioteknologi LIPI, Prof Dr Bambang
Sugiharto, teman kuliah Bioteknologi 2013, teman alumni UNEJ di Bogor dan
seluruh pihak yang membantu atas segala doa, kasih sayang dan dukungannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Oktober 2015
Hidayah Murtiyaningsih

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

V

DAFTAR GAMBAR

V

DAFTAR LAMPIRAN

V

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
2 TINJAUAN PUSTAKA
Lactobacillus plantarum
Bakteriosin
Peptida sinyal
Ekspresi protein heterolog di L. lactis
3 METODE
Bahan
Tempat dan Waktu Penelitian
Prosedur Kerja
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penyisipan Gen plnA dari L. plantarum S31 ke pGEM-T Easy
Konstruksi Vektor Ekspresi dari Gen PlnE dan PlnF Ekstraseluler

Ekspresi plantarisin E dan plantarisin F
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

1
2
3
3
4
6
6
8
8
8
9
13
13
14
17
21
21
21
22
26
30

DAFTAR TABEL
1
2
3
4

Plasmid dan strain bakteri
Primer yang digunakan untuk amplifikasi fusi gen
Kondisi reaksi PCR
Aktivitas antimikroba dari plantarisin E dan F

8
9
10
20

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Lokus-lokus plantarisin pada beberapa strain L. plantarum
Peta vektor kloning pGEM-Teasy dan vektor ekspresi pNZ8148
Hasil amplifikasi PCR gen plantarisin A (300bp)
Analisis sekuen gen pln A pada vektor rekombinan
Skema prosedur konstruksi pNZ8148 SPplnA-plnF
Hasil amplifikasi fusi pln F dan konfirmasi transformasi pada
Lactococcus lactis NZ3900
Analisis sekuen fusi gen plnF pada vektor pNZ8148
Hasil amplifikasi fusi pln E dan konfirmasi transformasi pada
Lactococcus lactis NZ3900
Analisis sekuen fusi gen plnE pada vektor pNZ8148
Hasil amplifikasi fusi gen E dan F dari cetakan cDNA L. lactis
Profil SDS-PAGE dari ekspresi pln F di L. lactis
Profil SDS-PAGE dari ekspresi pln E di L. lactis
Contoh aktivitas antimikroba pln F terhadap E. coli ATCC 8739 dari
supernatan L.lactis rekombinan

5
8
13
14
15
16
16
17
17
18
19
19
20

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7

Komposisi media pertumbuhan de Man, Rogosa, Sharpe (MRS)
Komposisi media pertumbuhan Luria-Bertani (LB)
Komposisi media pertumbuhan M17
Komposisi Buffer TBE
Komposisi larutan dalam SDS-PAGE
Komposisi Bufer Elektroforesis SDS-PAGE
Komposisi Larutan Silver Staining

26
26
26
26
27
28
29

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mikroorganisme mampu memproduksi berbagai macam senyawa yang
memiliki kemampuan sebagai antibakteri. Salah satu grup dari senyawa tersebut
adalah bakteriosin yang merupakan peptida atau protein berukuran kecil (20 – 70
asam amino) yang disintesis di ribosom dan dikeluarkan secara ekstraseluler oleh
bakteri Gram positif maupun Gram negatif. Bakteriosin dapat menghambat atau
mematikan sel dengan cara menurunkan stabilitas dari membran sel (Sabo &
Vitolo 2014).
Beberapa jenis mikroba mampu menghasilkan bakteriosin seperti bakteri
asam laktat (BAL). Lactobacillus plantarum merupakan salah satu jenis BAL
yang menghasilkan bakteriosin dengan nama plantarisin. Pada penelitian
sebelumnya telah berhasil diisolasi L. plantarum S34 dan S31 dari bekasam
(fermentasi daging sapi) sebagai sumber penghasil plantarisin (Mustopa et al.
2010, Mustopa & Fatimah 2014). Isolat tersebut diketahui memiliki aktivitas
penghambatan terhadap beberapa patogen dan telah dikarakterisasi mengenai
mekanisme aksinya (Mustopa 2013), selain itu juga memiliki aktivitas protease
(Budiarto et al. 2015). Mustopa et al. (2014) dan Kusdianawati et al. (2015) juga
telah melakukan kloning dan ekspresi Plantarisin E dan F ke dalam inang E. coli.
Bakteriosin yang dihasilkan oleh L. plantarum, khususnya pada kelas II
seperti plantarisin EF kebanyakan diaplikasikan pada pengawetan bahan pangan.
Plantarisin EF adalah bakteriosin dua peptida yang diproduksi oleh bakteri asam
laktat L. plantarum C11. Kedua peptida ini merupakan bakteriosin yang biasa
disebut Plantarisin E (PlnE) dan Plantarisin F (PlnF) (Pal & Sheela 2013).
Bakteriosin memiliki potensi yang besar untuk digunakan dalam keamanan
pangan, probiotik dan terapeutik karena bersifat alami, nontoksik, tidak hanya
menghambat spesies berkerabat dekat namun juga pada patogen lain dan mudah
didegradasi oleh protease pada saluran pencernaan manusia. Beberapa bakteriosin
seperti nisin, pediosin dan enterosin yang dihasilkan oleh L. lactis dan
Enterococcus sp. merupakan beberapa contoh bakteriosin yang telah diproduksi
secara komersial untuk bahan pengawet (Martin et al. 2007; Borrero et al. 2011).
Produksi plantarisin pada sel inang bakteri asam laktat (native) memiliki
beberapa kelemahan antaralain rendemen yang rendah dan aktivitas biologis yang
tidak stabil. Masalah tersebut dapat ditangani melalui teknik DNA rekombinan,
yaitu dengan mengekspresikan gen penyandi plantarisin pada inang lain seperti
Escherichia coli (Fimland et al. 2008, Pal & Sheela 2013). Namun, Demain dan
Vaishnav (2009) menjelaskan bahwa terdapat beberapa kerugian dalam
penggunaan E. coli sebagai inang, diantaranya adalah terbentuknya badan inklusi
(inclusion bodies), serta protein yang dihasilkan memiliki hasil samping yang
bersifat endotoksin. Hal tersebut membuat dibutuhkannya penanganan lebih lanjut
pada proses hilir untuk mengatasi dampak negatif yang terjadi selama proses
produksi, terutama apabila berkaitan dengan keamanan pangan dan kesehatan.
Oleh karena itu, dibutuhkan bakteri inang yang memenuhi kriteria aman pangan
dan kesehatan serta mampu menghasilkan protein rekombinan dengan tingkat
kestabilan aktivitas yang cukup tinggi.

2
Sel inang yang aman dan telah memiliki status GRAS (Generally
Recognized as Safe) yang sering digunakan dalam mengekspresikan protein
rekombinan adalah Lactococcus lactis (Mierau et al. 2005). Selain aman,
penggunaan L. lactis juga dikarenakan inang tersebut mudah ditangani, telah
dikarakterisasi sebagai mikroorganisme yang baik untuk industri dan mampu
mensekresikan protein rekombinan pada media pertumbuhannya sehingga produk
yang dihasilkan bebas dari endotoksin. Terdapat banyak penelitian yang telah
dikembangkan dengan menggunakan inang L. lactis misalnya produksi protease,
amilase dan bakteriosin sendiri (Martin et al. 2007; Liang et al. 2010; Jorgensen
et al. 2013; Wu et al. 2013 dan Lages et al. 2015). Selain dengan menggunakan
inang yang aman, untuk meningkatkan sekresi protein rekombinan pada media
pertumbuhanya dapat digunakan gen penyandi peptida sinyal dan difusikan pada
gen target.
Sebagian besar bakteriosin yang dihasilkan oleh BAL disintesis dalam
bentuk prekursor atau prepeptida yang mengandung penambahan pada Nterminalnya, seperti pada enterosin dan hirasin (Borero et al. 2010). Penambahan
tersebut sering disebut dengan leader sequence (tipe double glycine) yang akan
mengenali ATP-binding cassette transporter (ABC transporter) kemudian secara
bersamaan akan terpotong apabila peptida telah melewati membran sitoplasma.
Seperti bakteriosin lainnya, plantarisin A yang dihasilkan oleh L. plantarum S31
diduga memiliki leader sequence. Hal tersebut karena plantarisin A merupakan
peptida feromon, dapat menginduksi produksi bakteriosin pada strain tertentu dan
memiliki efek antimikroba (Hauge et al. 1998; Sand et al. 2010; Sand et al. 2013).
Asseldonk et al. (1993) menyatakan bahwa gen penyandi leader sequence atau
peptida sinyal dari L. lactis mampu difusikan dengan gen lain, misalnya difusikan
dengan amilase atau jenis enterosin lainnya (Martin et al. 2007; Borrero et al.
2011).
Dari penjelasan di atas dapat dirumuskan bahwa pln EF dari L. plantarum
S34 telah berhasil diekspresikan di inang E. coli namun belum diekspresikan ke
dalam inang yang aman seperti L. lactis. Maka dalam penelitian ini selain
mengganti inang dari E. coli ke L. lactis juga dilakukan pengklonan peptida sinyal
pln A dari L. plantarum S31, penggantian peptida sinyal dari pln E dan pln F
dengan peptida sinyal pln A. Hal tersebut bertujuan agar ekspresi ekstraseluler
dari pln E dan pln F oleh inang L. lactis lebih meningkat.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengklon gen penyandi peptida sinyal pln A
dan mengkonstruksi vektor ekspresi untuk fusi gen pln E dan pln F secara
ekstraseluler. Selain itu penelitian ini juga bertujuan untuk mengekspresikan fusi
gen penyandi pln E dan pln F secara ekstraseluler pada inang L. lactis NZ3900.

3

2 TINJAUAN PUSTAKA
Lactobacillus plantarum
Kelompok bakteri asam laktat (BAL) yang terkait dengan makanan
berfermentasi meliputi 11 genus, antara lain Carnobacterium, Enterococcus,
Lactococcus, Lactobacillus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus,
Pediococcus, Streptococcus, Vagococcus, dan Weissella (Vries et al. 2006).
Mikroorganisme ini termasuk dalam Gram positif (+), tidak bersporulasi,
katalasenya negatif, tahan terhadap asam, pH optimum untuk tumbuh antara 4,0 4,5, anaerobik aerotoleran, suhu optimum untuk tumbuh adalah 30 °C (mesofilik)
atau 42 °C (termofilik) dan memiliki berbagai bentuk, seperti batang (bacil) dan
bola (coccus) (Todorov et al. 2010).
Di antara beberapa BAL, kelompok terbesar adalah genus Lactobacillus,
yang terdiri lebih dari 150 spesies yang berbeda (Siezen et al. 2010).
Lactobacillus plantarum merupakan spesies yang penyebarannya paling luas
sehingga dapat ditemukan di berbagai makanan berfermentasi (Kleerebezem et al.
2003). Bakteri ini dapat ditemukan pada fermentasi dengan bahan
bertepung/sereal, daging, produk susu, sayuran, buah-buahan dan minuman
(Brinques et al. 2010; Ricciardi et al. 2012). Menurut Todorov et al. (2010) strain
yang berbeda telah diisolasi dari berbagai relung, seperti fermentasi susu, keju,
mentimun, zaitun, nanas, jus jeruk, sorgum bir dan molase. Selain itu di Indonesia,
Mustopa dan Fatimah (2014) juga telah mengisolasi berbagai strain L. plantarum
dari tempoyak, bekasam dan tape. L. plantarum strain S31 dan S34 merupakan
contoh strain yang di isolasi dari bekasam (fermentasi daging sapi), dan telah
dideteksi mampu menghasilkan plantarisin (Mustopa et al. 2014; Kusdianawati et
al. 2015).
L. plantarum adalah bakteri asam laktat yang memiliki sifat fakultatif
heterofermentatif, umumnya memfermentasi karbohidrat dengan jalur
phosphoketolase (PKP). Fermentasi pentosa (xylosa, ribosa) mengarah pada
pembentukan piruvat dan asetil-P dan selanjutnya dikonversi menjadi laktat dan
asetat. Kemudian heksosa (glukosa, fruktosa, manosa) dapat dikonversi menjadi
laktat, CO2, dan etanol. Selain itu, genom pada bakteri ini mengkodekan semua
enzim yang dibutuhkan untuk jalur glikolisis dan phosphoketolase (Todorov et al.
2010).
Sebagai spesies heterogenus, L. plantarum diketahui memiliki tingkat
kekerabatan yang cukup dekat dengan Lactobacillus pentosus, Lactobacillus
paraplantarum dan Lactobacillus fabifermentans melalui homologi sekuen 16s
rDNA. DNA genom dari beberapa strain L. plantarum juga telah berhasil
disekuensing sehingga dapat diketahui karakteristik genetik yang dimilikinya
(Parente et al. 2010; Siezen & Van 2011). L. plantarum merupakan bakteri yang
sangat adaptif, dapat ditemukan di berbagai macam kondisi ekologis lingkungan,
bahkan pada saluran pencernaan hewan dan manusia. Kemampuan hidup di
berbagai tipe habitat ini dikarenakan L. plantarum mampu memanfaatkan karbon
dari berbagai sumber (Prins et al. 2010).
L. plantarum banyak digunakan sebagai kultur starter dalam proses
pembuatan pangan fermentasi. Selain itu, L. plantarum juga telah dikembangkan

4
sebagai produk probiotik, salah satu strain yang telah dikomersialkan adalah L.
plantarum 299v (Siezen & Van 2011). Konsorsium bakteri ini dapat
meningkatkan nilai organoleptik pangan fermentasi dengan cara mensekresikan
enzim-enzim glikolitik, lipolitik dan proteolitik yang akan mempengaruhi struktur,
aroma dan cita rasa produk tersebut (Todorov et al. 2012).
L. plantarum juga digunakan secara alami pada makanan fermentasi
sehubungan dengan timbulnya cita rasa asam (asidifikasi) akibat dari produksi
asam laktat dan asetat. Efek asam tersebut diakibatkan adanya konversi
karbohidrat selama fermentasi. Hal tersebut merupakan karakteristik penting guna
memperpanjang masa simpan dan keamanan produk. Perlindungan makanan dari
kebusukan dan mikroorganisme patogen oleh bakteri asam laktat (BAL) adalah
melalui produksi asam organik, hidrogen peroksida, diasetil, komponen anti jamur
seperti asam laktat atau asam fenulaktik dan bakteriosin (Sabo & Vitolo 2014).
Bakteriosin
Bakteriosin adalah peptida atau protein antimikroba yang disintesis di
ribosom dan dikeluarkan ke ekstraseluler oleh mikroorganisme Gram positif (+)
dan Gram negative (-). Sejarah dari bakeriosin sebagai antimikroba diawali
dengan adanya penelitian pada tahun 1925 mengenai zat antibakteri. André Gratia
menerbitkan sebuah artikel mengenai kapasitas penghambatan E. coli pada strain
lain dari spesies yang sama. Senyawa yang dihasilkan memiliki efek
penghambatan dan disebut colicin. Nama tersebut mengacu pada mikroorganisme
yang menghasilkannya (Collins et al. 2010). Pada tahun 1928, dilaporkan
mengenai kemampuan strain Lactococci untuk menghambat strain LAB lainnya.
Kemudian pada tahun 1947, Mattick dan Hirsh melaporkan mengenai zat
penghambat yang diisolasi dari strain Lactococcus lactis subsp. lactis, disebut
nisin (Cotter et al. 2005). Bakteriosin jenis nisin ini kemudian dimurnikan dan
dipasarkan pada tahun 1953 di Inggris. Pada tahun 1969, nisin dianggap aman
untuk digunakan dalam produk makanan oleh Joint Food and Agriculture
Organization (Organisasi Kesehatan Dunia/Ahli Food Additives). Pada tahun
yang sama istilah bakteriosin diusulkan sebagai peptida antimikroba yang
dihasilkan oleh mikroorganisme.
Bakteriosin dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas berdasarkan struktur
primer, berat molekul, stabilitas terhadap panas dan modifikasi dari molekul lain.
Kelas I (lantibiotik): terdiri dari peptida linear (tipe A) dan globuler (tipe B),
dengan berat molekul rendah (