Homology Modelling - Bacteriocin

7/23/2019 Homology Modelling - Bacteriocin

1/13

UNIVERSITAS INDONESIA

HOMOLOGY MODELLING BAKTERIOSIN NOVELGARVIECIN LG34 OLEH LACTOCOCCUS GARVIEAEYANG

DIISOLASI DARI MENTIMUN CINA TRADISIONAL HASIL

FERMENTASI

Etri Dian Kamila (1206212533)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2014


2/13

ii Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

BAB 1 ..................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN .................................................................................................. 11.1 Bacteriocin Garviecin LG34..................................................................... 1

1.2 Homology Modeling ................................................................................ 2

BAB 2 ..................................................................................................................... 3

HOMOLOGY MODELING ................................................................................... 3

2.1 Identifikasi Protein Target (Garviecin LG34) .......................................... 3

2.2 Sequence Alignment Protein Target dengan Protein Template

menggunakan BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) dan ClustalX ..... 3

2.2.1 BLAST .............................................................................................. 3

2.2.2 ClustalX ............................................................................................ 6

2.3 Prediksi Struktur Garviecin LG34 dengan Bacteriocin Sakacin P

menggunakan Swiss Model................................................................................. 7KESIMPULAN ..................................................................................................... 10

REFERENSI ......................................................................................................... 11


3/13

1

Universitas Indonesia

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Bacteriocin Garviecin LG34

Bakteriosin merupakan senyawa protein yang diproduksi oleh suatu bakteri

dengan aktivitas antimikroba spesies bakteri yang memiliki kekerabatan dekat

dengan bakteri tersebut (Cintas, Casaus, Herranz, Nes, & Hernandez, 2001). Di

antara sekian banyak tipe bakteriosin, bakteri asam laktat memproduksi

bakteriosin yang banyak digunakan sebagai pengawet makanan. Bakteri asam

laktat penghasil bakteriosin antara lain Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc,

danPediococcus spp. yang telah diisolasi dari berbagai macam varian makanan.

Mentimun cina tradisional hasil fermentasi merupakan makanan tradisional

yang dimanufaktur dari mentimun hijau melalui fermentasi spontan dengan

bantuan berbagai jenis bakteri asam laktat. Bakteri asam laktat penghasil

bakteriosin, seperti Pediococcus acidilactici CFR K7, Lactobacillus sakei JCM

1157, dan P. pentosaceus FBB61 dan L7230 telah diisolasi dari mentimun cina

tradisional hasil fermentasi dan belum pernah ada publikasi sebelumnya yang

menyatakan bahwa isolatLactococcus garvieae dari mentimun cina menghasilkan

bakteriosin.

Lactococcus garviae yang diisolasi dari makanan lain, seperti dari susu sapi

mentah, bebek Mallard, dan sosis babi hasil fermentasi, telah terbukti

menghasilkan bakteriosin, diantaranya garviecin L1-5, garvicin ML, dan

garvieacin Q. Namun, bakteriosin-bakteriosin tersebut hanya menginhihibisi

bakteri Gram-positif saja, tetapi tidak dengan bakteri Gram-negatif. Bakteriosin

Garviecin LG34 merupakan bakteriosin novel dengan kemampuan inhibisi broadspectrum (bukan hanya menginhibisi bakteri Gram-positif saja, melainkan juga

bakteri Gram-negatif) yang diproduksi oleh L. garvieae pada mentimun cina

tradisional hasil fermentasi.

Garviecin LG34 memiliki resistensi terhadap panas dan pH rendah, serta

sensitif terhadap enzim proteolitik, tetapi tidak dengan lipase dan amilase. Berat

molekul dan spektrum antimikrobanya berbeda dengan ketiga bakteriosin yang

diproduksi oleh L. garvieae lainnya. Sekuens asam amino Bakteriosin Garviecin


4/13

2


LG34 yang berbeda dengan bakteriosin kelas II lainnya membuat Garviecin LG34

memiliki broad inhibitory spectrum dan berpotensial untuk digunakan sebagai

biopreservatif makanan (Yurang Gao, et. al., 2014).

1.2 Homology Modeling

Tujuan utama dari protein modeling adalah untuk memprediksi struktur

dari sekuens protein yang diketahui dengan keakurasian yang bisa dibandingkan

dengan hasil eksperimen terbaik. Istilah homology modeling, yang juga disebut

sebagai comparative modeling atau template-based modeling (TBM), mengacu

pada memodelkan struktur 3D protein dengan menggunakan struktur protein

homolog yang telah diketahui secara eksperimen sebagai template. Strukturprotein diteliti karena berkaitan dengan fungsi protein, dinamika, interaksi antara

ligan dan protein lain, dan bahkan desain obat bagi industri farmasi.

Homology modeling membantu molekuler biologis dan biokimiawan

dengan menyediakan struktur dengan resolusi rendah, yang mengandung

informasi mengenai penataan spasial dari residu penting pada protein, yang mana

akan menuntun sebuah desain eksperimen baru. Homology modeling

membutuhkan tiga input:

1. Sekuens protein yang struktur 3D nya tidak diketahui, disebut sebagai

protein target

2. Template 3D yang dipilih dari kemiripan identitas sekuens yang paling

tinggi. Struktur 3D template harus ditentukan berdasarkan metode empiris,

seperti crystallography atau NMR spektroskopi

3. Sebuah alignment antara sekuens protein target dan sekuens protein

template


5/13

3


BAB 2

HOMOLOGY MODELING

2.1 Identifikasi Protein Target (Garviecin LG34)

Langkah pertama dalam menentukan struktur 3D dari bakteriosin Garviecin

LG34 adalah mencari sekuens asam amino lengkap dari bakteriosin tersebut, yang

kemudian akan dilihat kecocokan alignment nya dengan protein template yang

ada di database.

Sekuens asam amino dari Garviecin LG34 diperoleh dari jurnal Garviecin

LG34, a novel bacteriocin produced by Lactococcus garvieae isolated from

traditional Chinese fermented cucumber oleh Yurang Gao, dkk. (2014). Berikut

adalah urutan asam amino Garviecin LG34 yang oleh Yurang Gao, dkk. (2014)

diperoleh dari degradasi Edman.

LAMVKYYGNGVSCNWRKHSCKKGLSVDWVYFGLLHNLGALRWYQHR

Urutan asam amino Garviecin LG34 ini kemudian di-input ke dalam BLAST

untuk dicocokkan dengan protein template yang identik.

2.2 Sequence Alignment Protein Target dengan Protein Template

menggunakan BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) dan ClustalX

Langkah kedua dalam menentukan struktur 3D dari protein target adalah

dengan menemukan protein template yang struktur 3D nya telah diketahui dan

memiliki persentase kecocokan (identik) yang tinggi dengan protein target

berdasarkan sekuens asam aminonya. Prosedur ini disebut dengan sequencealignment.

2.2.1 BLAST

Salah satu algoritma yang paling banyak digunakan untuk melakukan

komparasi sekuens biologis primer, seperti sekuens asam amino, adalah

BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). BLAST memungkinkan

peneliti untuk membandingkan sekuens yang hendak diteliti strukturnya


6/13

4


dengan sekuens dari suatu basis data, dan mengidentifikasi sekuens dari basis

data yang memiliki kemiripan dengan sekuens tak diketahui strukturnya

berdasarkan threshold(batasan) tertentu.

Sequence alignment dengan menggunakan BLAST dapat dilakukan

dengan membuka tautan online BLAST terlebih dahulu di

http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi dan kemudian mengklik Protein

BLAST. Lalu setelah halaman Protein BLAST telah muncul, yang dilakukan

selanjutnya adalah:

1. Memasukkan sekuens asam amino Garviecin LG34 pada kolom sekuens

yang disediakan (Langkah 1 pada Gambar 2.1)

-

Selain meng-input urutan asam amino secara langsung, sekuens asam

amino Garviecin LG34 dapat diinput melalui pengunggahan file

FASTA (apabila dimiliki).

2. Memilih Protein Data Bank proteins pada kolom Database (Langkah 2

pada Gambar 2.1)

3. Mengklik tombol BLAST (Langkah 3 pada Gambar 2.1)

Gambar 2.1 Protein BLAST

(Sumber: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)

1

2

3


7/13

5


Hasil Protein BLAST dari Garviecin LG34 adalah sebagai berikut.

Gambar 2.2 Hasil protein BLAST dari Garviecin LG34

(Sumber: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)

Dari hasil Protein BLAST Garviecin LG34, didapatkan daftar

protein yang memiliki kemiripan dengan rentang persentase yang

bervariasi. Di antara protein-protein tersebut, protein Sakacin P atau sakP

(Lectobacillus sakei) memiliki kecocokan alignment paling tinggi

dibandingkan dengan protein lain, dengan skor maksimum dan skor total

sebesar 28,9, nilai query cover dan identity sebesar 82% dan 49%, serta

nilai E sebesar 0,037, sehingga cocok digunakan sebagai protein template

bagi penentuan struktur Garviecin LG34.

Sakacin P merupakan peptida kecil, stabil terhadap panas, dan

disintesis secara ribosomal oleh beberapa strain tertentu dari Lactobacillus

sakei. Sakacin P menginhibisi pertumbuhan beberapa bakteri Gram-positif,

termasukListeria monocytogenes.

File FASTA dari protein Sakacin P kemudian diunduh untuk dilihat

lagi alignmentnya dengan Garviecin LG34 secara lebih jelas melalui

software ClustalX.


8/13

6


Gambar 2.3 Karakteristik protein Sakacin P sebagai protein template

(Sumber: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)

2.2.2ClustalX

Clustal series merupakan program untuk melakukan alignment yang

melibatkan lebih dari dua nukleotida (multiple sequence alignment). Namun,

Clustal juga bisa digunakan untuk melihat alignment secara lebih jelas dan

akurat dari dua sekuens, seperti pada alignment Garviecin LG34 dan Sakacin

P berikut ini.


9/13

7


Gambar 2.4 Sequence alignment Garviecin

(Sumber: ClustalX)

2.3 Prediksi Struktur Garviecin LG34 dengan Bacteriocin Sakacin P

menggunakan Swiss Model

Swiss Model adalah server aplikasi untuk model tiga dimensi struktur protein

secara otomatis. Pemodelan homologi saat ini metode yang paling akurat untuk

menghasilkan model struktur protein tiga dimensi yang handal dan secara rutin

digunakan dalam berbagai aplikasi praktis.

Dalam pemodelan ini, saya menggunakan first mode approachdari Swiss-

Model. Pemodelan dimulai dengan mamsukkan data .fasta target (Garviecin

LG34) atau memasukkan sekuens Garviecin LG34 langsung ke dalam kolom

target pada Swiss Model dan template (Sakacin P) ke dalam kolom template.

Namun, struktur 3D dari sekuens Sakacin P yang diperoleh dari GenBank

(BLAST) belum tersedia di database Swiss Model, sehingga protein template

yang digunakan berasal dari pencarian template terlebih dahulu (Search fot

Templates) dan ditemukan Sakacin P yang telah memiliki struktur 3D bersumber

dari database Swiss Model.

Setelah beberapa saat SWISS-MODEL akan menampilkan laporan

pemodelan dengan detail struktur, nilai QMEAN Torsion, dsb. Terlihat bahwa Z-

score bernilai agak kecil dimana nilai ini berarti pemodelan kurang baik atau biasa

saja.


10/13

8


Gambar 2.5 Hasil model Garviecin dari Swiss Model beserta alignmentnya dengan Sakaricin P

(Sumber: http://swissmodel.expasy.org/interactive/EGVQNQ/models/)

Gambar 2.6 Hasil pemodelan struktur Garviecin LG34 dari Swiss Model

(Sumber: http://swissmodel.expasy.org/interactive/EGVQNQ/models/)

Kemudian apabila file PDB dari hasil Swiss Model diunduh dan dibuka

dalam PyMOL, maka hasilnya akan terlihat seperti dibawah ini.


11/13

9


Gambar 2.5 Garviecin LG34.pdb dalam PyMOL

(Sumber: PyMOL)


12/13

10


KESIMPULAN

Homology modellingmerupakan metode untuk memprediksi struktur protein

berdasarkan homologi sekuens dengan protein yang telah diketahui

strukturnya.

Bacteriocin Garviecin LG34 dari Lactococcus garvieae homolog dengan

peptida antimikroba Sakacin P dari Lactobacillus sakei dengan persentase

45.71% (Swiss Model)


13/13

11


REFERENSI

Gao, Yurong, et al. 2014. Garviecin LG34, a novel bacteriocin produced by

Lactococcus garvieae isolated from traditional Chinese fermented

cucumber. Elsevier, November 2014.

Moretro, T., et al. 2001. Production of sakacin P by Lactobacillus sakei in a

completely defined medium. Journal of Applied Microbiology, March 2000.

Xiong, Jin. 2006. Essential Bioinformatics. Cambridge : Cambridge University

Press.

Homology Modelling - Bacteriocin

Documents

Transcript of Homology Modelling - Bacteriocin