Analisis Struktur dan Fungsional Protein (2)

Analisis Struktur dan Fungsional Protein Antifungal (PAF)
dari Penicillium chrysogenum

PAPER

Karya tulis yang disusun untuk
memenuhi salah satu tugas
Bioinformatika

Oleh:
KENNIS ROZANA
NIM: 21116012

PROGRAM STUDI BIOTEKNOLOGI
SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2017

Analisis Struktur dan Fungsional Protein Antifungal (PAF)
dari Penicillium chrysogenum
I.


PENDAHULUAN
Penicillium sudah sejak dulu dikenal sebagai penghasil antibiotik yang memiliki

keunggulan dibandingkan penghasil antibiotik lainnya. Seiring dengan perkembangan
ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat, antibiotik khususnya protein
antifungal yang dihasilkan oleh beberapa spesies Penicillium mulai dikembangkan dalam
dunia bioteknologi untuk memaksimalkan potensi dari protein antifungal tersebut dalam
mengatasi berbagai permasalahan di berbagai aspek kehidupan. Aplikasi protein
antifungal dari Penicillium sebagai produk bioteknologi membutuhkan analisis secara
menyeluruh dan spesifik terkait karakteristik dasar dari protein antifungal tersebut.
Penelitian terkait analisis menyeluruh tersebut dapat dilakukan dengan memanfaatkan
integrasi dari beberapa program dalam bioinformatika karena analisis tersebut tidak
dapat bergantung sepenuhnya pada eksperimen di laboratorium. Bioinformatika akan
membantu melakukan sekuensing, menentukan lokasi protein, membantu memberi
informasi terkait struktur dan fungsi dari protein tersebut, memvisualisasikan struktur
motif dari protein yang tidak dapat dilihat secara langsung, serta membantu menentukan
tingkat kekerabatan protein dengan protein lain yang memiliki beberapa kesamaan
karakteristik. Pada analisis struktur dan fungsional protein antifungal (PAF) kali ini
digunakan organisme Penicillium chrysogenum yang dikenal memiliki kemampuan

untuk menghasilkan antifungal lebih banyak dan lebih baik dalam menghambat
pertumbuhan fungi patogen seperti Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, Aspergillus
nidulans, dan patogen lainnya (Binder et al., 2010; Marx et al., 2008). Analisis struktur

dan fungsional protein antifungal dari Penicillium chrysogenum tersebut dilakukan
dengan mendeteksi domain dan motif dari protein antifungal tersebut hingga analisis
perbandingan protein antifungal dari Penicillium chrysogenum dengan protein antifungal
dari beberapa spesies Penicillium lainnya untuk mengetahui kekerabatan protein
antifungal tersebut yang ditandai dengan tingkat kemiripan beberapa karakteristik dasar
antar protein antifungal tersebut.

II. METODE
a. Deteksi Domain dan Motif Protein Antifungal dari Penicillium chrysogenum
Pada analisis deteksi motif protein dilakukan pencarian sekuens protein antifungal
dari Penicillium chrysogenum pada NCBI. Sekuens protein antifungal yang didapat
lalu disimpan dalam format .fasta untuk digunakan dalam analisis selanjutnya. Pada
analisis domain dan motif dilakukan secara terintegrasi dengan memanfaatkan
beberapa program seperti CDD NCBI, CDART NCBI, SMART, PFAM, dan
Interpro-Scan untuk mendapatkan informasi terkait protein antifungal tersebut secara
lengkap dan menyeluruh. Analisis dilakukan dengan memasukkan data sekuens

protein antifungal yang diperlukan pada masing- masing halaman website program
tersebut.
b. Deteksi

motif

protein

antifungal

dari

beberapa

spesies

Penicillium

menggunakan HMM (Hidden Markov Model) dan T-coffe
Pada analisis deteksi motif protein antifungal dari beberapa spesies Penicillium

dilakukan dengan metode MSA (Multiple Sequence Alignment) `dari beberapa
sekuens protein antifungal Penicillium dengan menggunakan program T-Coffe.
Setelah diperoleh hasil MSA (Multiple Sequence Alignment) dalam format
clustalw_aln_file dilanjutkan dengan pembuatan profil HMM serperti HMM Build
dan

HMM

Search

pada

website

HMM

https://npsa-

prabi.ibcp.fr/cgibin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_server.html.
III. HASIL

Berdasarkan analisis deteksi domain dan motif yang dilakukan dengan menggunakan
bantuan beberapa program bioinformatika seperti CDD NCBI CDART NCBI, SMART,
PFAM, Interpro-Scan, dan HMM diperoleh beberapa informasi terkait beberapa
karakteristik penting dari protein antifungal Penicillium chrysogenum sebagai berikut.

 Protein antifungal dari Penicillium chrysogenum terdiri dari 92 asam amino.

 Sekuens lengkap dari protein antifungal Penicillium chrysogenum tersebut adalah
MQITTVALFLFAAMGGVATPIESVSNDLDARAEAGVLAKYTGKCTKSKNEC
KYKNDAGKDTFIKCPKFDNKKCTKDNNKCTVDTYNNAVDCD

 Kemudian dilakukan analisis domain dan struktur menggunakan CDD NCBI yang
melakukan prediksi motif berdasarkan sumber database model domain yang terdapat
pada NCBI dengan memanfaatkan struktur tiga dimensi untuk memberikan informasi
terkait hubungan sekuens, struktur, ataupun fungsi suatu protein tertentu.

 Domain yang terdapat pada protein antifungal (PAF) dari Penicillium chrysogenum
ada 1 domain yaitu domain “antifungal_prot superfamily” dengan motif dasar
domain tersebut sebagai berikut.
39 KYTGKCTKSKNECKYKNDaGKDTFIKCPKFDNKKCTKDNNKCTVDTYNNAV 89

1 KYGGKCTKKDNTCKYKKQ-GKTVIVKCPSSANKRCTKDGNHCEYDSYHGKV 50

 Terdapat 1 domain protein yang sangat mirip dengan domain protein antifungal
(PAF) dari Penicillium yaitu ditemukan pada organisme Opisthokonta. Domain
protein tersebut terletak pada posisi sekuens yang sama yaitu pada sekuens 39-89.
Berdasarkan literatur, protein antifungal meski hanya memiliki satu domain saja
yaitu superfamili protein antifungal tetap dapat bekerja karena setiap domain dapat
bekerja secara independen dan tidak terikat secara fungsional sehingga meski domain
tersebut berdiri sendiri, domain tersebut masih bisa bekerja (Marx et al., 2008)

 Berdasarkan hasil analisis menggunakan SMART diketahui bahwa protein antifungal
dari Penicillium chrysogenum termasuk protein ekstraseluler yang ditandai dengan
adanya sinyal peptida pada sekuens 1 – 18. Sinyal peptida tersebut pada umumnya
hanya ditemukan pada protein ekstraseluler karena fungsinya untuk memberi arah
pada protein agar dapat menentukan lokasi protein tersebut seharusnya berada. Sinyal
peptida bersifat spesifik untuk setiap jenis protein ekstraseluler sehingga mencegah
kesalahan dalam translokasi protein (Binder et al., 2010).

 Berdasarkan hasil analisis menggunakan SMART juga diketahui bahwa daerah “low
complexity” yang memiliki tingkat kekompleksan rendah terdapat pada daerah ke 69


sampai 81. Protein antifungal dari Penicillium chrysogenum tidak memiliki daerah
internal repeat. Hal ini dapat disebabkan oleh domain dari protein antifungal yang

tidak banyak dan kurang bervariasi (Sonderegger et al., 2016).

 Pada hasil HMM logo dapat diketahui sekuens yang conserved dari beberapa protein
antifungal yang berasal dari beberapa spesies Penicillium. Tingkat conserved dapat

diketahui dari ukuran huruf yang bervariasi, dimana semakin besar ukuran hurufnya
maka semakin conserved, sebaliknya semakin kecil ukuran hurufnya maka
menunjukkan semakin tidak conserved.

 Berdasarkan hasil analisis PFAM terdapat 32 sekuens yang memiliki arsitektur sama
dengan protein antifungal dari Penicillium chrysogenum, seperti sekuens dari
Penicillium expansum, Penicillium italicum, Penicillium brasilianum, dan beberapa

sekuens organisme lainnya.

 Berdasarkan hasil analisis PFAM juga diketahui karakteristik dasar dan struktur tiga

dimensi dari protein antifungal Penicillium chrysogenum. Protein antifungal terdiri
dari lima rantai strand beta yang tersusun secara antiparalel, kemudian membentuk
putaran sehingga menghasilkan beta barrel yang distabilisasi dengan empat jembatan

disulfida internal. Sisi kation yang menghubungkan daerah hidrofobik pada
permukaan protein tersebut kemungkinan membentuk fosfolipid. Protein antifungal
tersebut membunuh fungi dengan merangsang apoptosis atau pembentukan pori pada
membran sel sehingga sel kehilangan permeabilitasnya.

 Berdasarkan hasil analisis PFAM juga dapat diketahui tingkat kekerabatan protein
antifungal yang ditandai dengan jarak cabang pada pohon filogenetik tersebut.
Dimana semakin jauh jarak cabang suatu sekuens dengan sekuens lain maka
menunjukkan semakin jauhnya kekerabatannya, sebaliknya semakin dekat cabang
suatu sekuens dengan sekuens lain maka semakin dekat kekerabatannya.

 Berdasarkan hasil analisis PFAM juga dapat diketahui beberapa organisme yang
memiliki protein antifungal yang sama dengan protein antifungal dari Penicillium
chrysogenum.

 Berdasarkan hasil analisis PFAM juga dapat diketahui profil informasi HMM seperti

Gathering cut-off pada sekuens 25.0 dan pada domain 25.0, Trusted cut-off pada

sekuens 29.1 dan pada domain 28.7, Noise cut-off pada sekuens 22.5 dan pada
domain 21.5 dengan panjang model 50.

 Berdasarkan hasil analisis InterPro-Scan diketahui daerah domain dan repeat dari
protein antifungal Penicillium chrysogenum. Terdapat pula informasi terkait detail
domain protein antifungal, lokasi binding site-nya, daerah yang tidak terintegrasi, dan
residu anotasi dari protein antifungal.

 Berdasarkan hasil analisis T-Coffe diketahui daerah yang conserved dari beberapa
sekuens protein antifungal yang berasal dari beberapa spesies Penicillium. Pada
analisis daerah conserved menggunakan T-Coffe mudah dipahami karena
menggunakan warna yang berbeda untuk menentukan tingkat conserved dari suatu
sekuens. Warna biru menunjukkan kualitas conserved yang sangat buruk, warna hijau
menunjukkan daerah conserved yang buruk, warna kuning menunjukkan daerah
conserved yang rata-rata, warna pink muda menunjukkan daerah conserved yang
baik, dan warna pink tua menunjukkan daerah conserved yang sangat baik. Selain itu,
daerah conserved dari semua sekuens protein yang dianalisis juga ditandai dengan
tanda asterisk (*) di bagian bawah.


 Berdasarkan hasil clustalw diketahui bahwa sebenarnya perbedaan antara hasil Tcoffe dalam hasil sebelumnya dan hasil setelah disimpan dalam format clustalw

adalah tidak adanya warna yang memudahkan visualisasi. Akan tetapi hasil clustalw
tersebut diperlukan untuk analisis HMM Build dan HMM search.

 Berdasarkan hasil analisis Pro-Dom dapat diketahui struktur motif dari protein
antifungal dengan bagian-bagian yang diberi warna berbeda. Pada daerah ungu
menunjukkan B-sheet, garis merah menunjukkan loops, dan garis kuning
menunjukkan jembatan disulfida.
IV. KESIMPULAN
 Protein antifungal (PAF) dari Penicillium chrysogenum merupakan protein
ekstraseluler yang terdiri dari 92 asam amino dan memiliki domain superfamili
protein antifungal. Berdasarkan analisis domain dan motif dari SMART, domain


superfamili protein antifungal tersebut juga dimiliki oleh Opisthokonta.
Protein antifungal dari beberapa spesies Penicillium memiliki daerah sekuens yang
conserved pada beberapa daerah tertentu pada hasil multiple sequence alignment.
Adanya daerah sekuens yang conserved tersebut dapat menunjukkan adanya

hubungan kekerabatan antara protein antifungal dari satu spesies Penicillium dengan
protein antifungal dari spesies Penicillium lainnya.

V. REFERENSI
Binder, Ulrike, Meiling Chu, Nick D. Read, Florentine Marx. 2010. The antifungal activity of the
Penicillium chrysogenum protein PAF distrupts calcium homeostasis in Neurospora
crassa . Eukaryot Cell 9 (9):1374-1382

Marx, Florentine, Ulrike Binder, Leiter, Pocsi. 2008. The Penicillium chrysogenum antifungal
protein PAF, a promising tool for the development of new antifungal therapies and
fungal cell biology studies. Cell Mol Life Sci 65 (3):45-54
Sonderegger, Christoph, Laszio Galgoczy, Sandra Garrigues, Adam Fizil, Attila Borics, Paloma
Manzarenes. 2016. A Penicillium chrysogenum-based expression system for the
production of small, cysteine-rich antifungal proteins for strutural and functional
analyses. Microbial Cell Factories 15: 192

Dokumen yang terkait

Keanekaragaman Makrofauna Tanah Daerah Pertanian Apel Semi Organik dan Pertanian Apel Non Organik Kecamatan Bumiaji Kota Batu sebagai Bahan Ajar Biologi SMA

26 317 36

FREKUENSI KEMUNCULAN TOKOH KARAKTER ANTAGONIS DAN PROTAGONIS PADA SINETRON (Analisis Isi Pada Sinetron Munajah Cinta di RCTI dan Sinetron Cinta Fitri di SCTV)

27 310 2

FREKWENSI PESAN PEMELIHARAAN KESEHATAN DALAM IKLAN LAYANAN MASYARAKAT Analisis Isi pada Empat Versi ILM Televisi Tanggap Flu Burung Milik Komnas FBPI

10 189 3

Analisis Sistem Pengendalian Mutu dan Perencanaan Penugasan Audit pada Kantor Akuntan Publik. (Suatu Studi Kasus pada Kantor Akuntan Publik Jamaludin, Aria, Sukimto dan Rekan)

136 695 18

DOMESTIFIKASI PEREMPUAN DALAM IKLAN Studi Semiotika pada Iklan "Mama Suka", "Mama Lemon", dan "BuKrim"

133 700 21

KONSTRUKSI MEDIA TENTANG KETERLIBATAN POLITISI PARTAI DEMOKRAT ANAS URBANINGRUM PADA KASUS KORUPSI PROYEK PEMBANGUNAN KOMPLEK OLAHRAGA DI BUKIT HAMBALANG (Analisis Wacana Koran Harian Pagi Surya edisi 9-12, 16, 18 dan 23 Februari 2013 )

64 565 20

PENERAPAN MEDIA LITERASI DI KALANGAN JURNALIS KAMPUS (Studi pada Jurnalis Unit Aktivitas Pers Kampus Mahasiswa (UKPM) Kavling 10, Koran Bestari, dan Unit Kegitan Pers Mahasiswa (UKPM) Civitas)

105 442 24

Pencerahan dan Pemberdayaan (Enlightening & Empowering)

0 64 2

KEABSAHAN STATUS PERNIKAHAN SUAMI ATAU ISTRI YANG MURTAD (Studi Komparatif Ulama Klasik dan Kontemporer)

5 102 24

Analisis Penyerapan Tenaga Kerja Pada Industri Kerajinan Tangan Di Desa Tutul Kecamatan Balung Kabupaten Jember.

7 76 65