Wart a Tumbuhan Obat IndonesiTHE JOURNAL ON INDONESIAN MEDICINAL PLANTS VOLUME 4
1998
PRODUK ALAM BAHARI DAN PEMANFAATANNYA IWANGSOEDIRO* *JURUSAN FARMASI, FMIPA-ITB, BANDUNC. PENDAHULUAN
ANUSIA telah menggunakan produksi alam bahari sejak zaman dahulu untuk memenuhi kebutuhan hidup. Selain pemanfaatan di bidang pangan yang telah berabad-abad diketahui orang, penggunaan produk alam bahari di bidang kesehatan dewasa ini semakin berkembang sebagai bahan obat untuk mengatasi berbagai penyakit infeksi, non-infeksi, dan penyakit karena kelainan organ. Di bidang pertanian produk alam bahari dapat dimanfaatkan sebagai bahan pestisida dan pupuk. Demikian pula dalam segi lingkungan, beberapa jenis organisme dapat dijadikan indikator adanya polusi bahari atau produk organisme bahari dapat digunakan sebagai bahan untuk mengolah limbah industri. Sekitar 70% permukaan bumi dan wilayah RepublikIndonesia adalah bahari yang mengandung organisme h~mbuhandan hewan dari permukaan sampai parit-parit di dasar bahari sampai kedalaman sekitar 10.000 m. Bahan alam bahari yang dimanfaatkan untuk bidang kesehatan, pertanian dan lingkungan tersebut di atas umumnya bersumber dari organisme hayati (tumbuhan dan hewan). Bahari merupakan ekosistem yang terdiri dari berbagai organisme hidup dan berbagai faktor lingkungannya yang saling berinteraksi. Didasarkan pada peran utama organisme tersebut yang merupakan hasil keseluruhan dari kehidupan dan kegiatan dalam rantai pangan, diketahui tiga kategori organisme, yaitu organisme produsen, konsumen, dan produsen. Faktor lingkungan tersebut berpengaruh terhadap kehidupan, kegiatan, proses metabolisme dan metabolit yang dihasilkan oleh setiap organisme bahari yang bersangkutan. Eksplorasi flora dan fauna bahari pada dua puluh tahunan terakhir ini makin intensif sebagai akibat dari perkembangan alat penyelam yang makin modern. Penelitian di bidang bahan alam bahari telah berkembang dari hanya isolasi dan karakterisasi metabolit sekunder sampai kepada isolasi senyawa aktif farmakologi, dilengkapi dengan uji hayati dan telaah hubungan struktur dan aktifitasnya. Lebih dari itu kerjasama antarapara ahli di b idang bio~ l o g ibahe~ r i ,kimia dan farm~ a k o l o g i1:elah men€5enmbangk;m tipe riset tersebut untuk menjela!jkan peran t alam di lingkung;an bahari. 3 --..-I?"-.. Liillyitn s ~ ~ ~ y aktifyallg awa ullaurual unl I vullulr aluiri "dhari, yang seringkali dapat menimbulkan efek menyolok terhadap organisme lain dalam masyarakat organisme bahari, menarik perhatian peneliti. Dalam kaitan ini dapat dibedakan antara senyawa bioaktif dan biotoksin. Senyawa bioixktif adalali senyawa Yang mempengaruhi fungsi danI struktur c)rganisme lain, sedangkan
M
senyawa biotoksin bersifat toksik terhadap organisme lain. Dari sekian banyak organisme bahari yang mengandung zat toksik, hanya sekitar beberapa persen yang telah diteliti aktifitas biologinya dan beberapa di antaranya diketahui sifat kimia dan aktifitas farmakologinya Di samping toksin, banyak organisme bahari yang mengandung bisa. Seperti halnya dari organisme daratan, bisa dari organisme bahari merupakan campuran senyawa yang setiap komponennya mempunyai aktifitas farmakologi kuat. Lautan merupakan reservoir sangat besar dari semuametabolit yang dimasukkan ke dalamnya oleh penghuninya. Di samping itu, adanya rantai pangan dalam bahari menyebabkan terdapatnya banyak interaksi penting, saling ketergantungan antara organsime dan berbagai kemampuan biogenetik dari berbagai organisme bahari. Saling ketergantungan tersebut menjadi faktor penting yang perlu diperhatikan sehingga pada usaha eksploitasinya bagi kepentingan manusia tidak sampai merusak ekosistem yang telah ada. Dalam makalah ini selanjutnya akan dikemukakan secara singkat tentang produk alam bahari, terutama dari organisme bahari, dan pemanfaatannya, terutama dalam bidang kesehatan sebaeai bahan obat. SUMBER DAN F SERTA PEMANFAATANNYA Sumber alam hayati yang berupa organisme penghuni bahari hidup dalam lingkungan lebih meratadan stabil dibandingkandengan organisme daratan karena adanya perubahan yang relatif kecil dalam salinitas, pH, dan suhu pada lingkungan bahari. Sebagian besar organisme ini adalah bentik dan hanya sekitar 2% adalah pelagik. Meskipun jenis tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme bahari sulit diperkirakan jumlahnya, tetapi dapat diduga, bahwa ganggang ada dalam jumlah sekitar 30.000 jenis. Dalam dunia hewan, sebanyak 26 dari 28 fila hidup di lingkungan berair dan 8 fila secara eksklusif adalah hewan air, yang di antaranya adalah Coelenterata,Echinodermata dan filum besar, yaitu Molusca dengan sekitar 75.000jenis. Habitat sebagian besar golongan organisme ini adalah air asin. Lebih dari 95%jenis hewan adalah Invertebrata dan menurut perkiraan kasar ada lebih dari 200.000 jenis ditemukan dalamsamuderadi dunia Tumbuhan bahari hidup sampai kedalaman yang dapat dicapai matahari, antara lain dijumpaijenis alga (makro dan mikroalga), dan di pantai, di daerah pasangsurut sekitar muara sungai, kehidupan tumbuhan didominasi oleh tumbuhan tinggi.
2
Warta Tumbuhan Obat Indonesia
Dibandingkan dengan organisme darat, perhatian peneliti terhadap aspek kimiadan aktifitas farmakologimetabolit sekunder dari organisme bahari relatif masih sangat baru. Perhatian tersebut terlihat sangat meningkat pada kurun waktu duapuluh tahun terakhir ini. Banyak produk alam hayati berupamolekul metabolit sekunder dengan struktur yang unik dapat diisolasi dari organisme bahari telah menjadi perhatian ahli kimia bahan alam. Molekul baru dan unik tersebutjuga telah menarik perhatian ahli kimia sintesis untuk mensintesanya.Penelitian yangmengutamakan karakterisasi kimia secara rinci dari metabolit sekunder pada beberapa tahun terakhir telah merubah orientasi ke arah potensi penggunaan sebagai obat. Seperti yang terjadi pada tumbuhan darat, penelitian terhadap organisme bahari pada saat ini dan yang akan datang adalah untuk mencari metabolit sekunder yang mempunyai manfaat untuk mengobati penyakit padamanusiadan hewantemak, sertadi bidang pertanian untuk memperoleh pestisida atau pupuk yang aman terhadap lingkungan untuk tujuan meningkatkan kualitas dan kuantitas produk pertanian. Penelitian di bidang farmakologi terhadap produk alam hayati bahari pada kurun waktu duapuluh tahun terakhir ini berkembang ke arah penemuan senyawa sitotoksik,antitumor,antikanker, antibiotik, antivirus,antiparasitosis, dan senyawauntuk mengatasi penyakit akibat gangguan fisiologis atau kelainan fungsi organ serta untuk mencegah penyakit atau untuk memelihara kesehatan tubuh. Antaratahun 1977-1987 telah dilaporkan sekitar 2.500 senyawa metabolit baru dari berbagai organisme bahari tumbuhan dan hewan. Metabolit tersebut terdistribusi mulai dari mikroba prokariotik dan Invertebrata sampai ke jenis Vertebrata seperti ikan. Sekitar 93% dari senyawa metabolit sekunder tersebut tersebar ke dalam empat golongan organisme, yaitu makroalga, Coelenterata, Echinodermata, dan bunga karang. Pada pemantauan yang dilakukan antara 1986-1987 terlihat bahwa penelitian terhadap senyawametabolit sekunder dari bunga karang cenderung naik dibandingkan dengan makroalga. Sumbangan mikroalga sebagai sumber telaah metabolit sekunder bioaktifmakin meriurun dan penurunan ini terlihat sampai saat ini. Dibandingkan dengan sumber lain, kenaikan jumlah telaah senyawa metabolit sekunder pada golongan bunga karang disebabkan oleh beberapa hal, antara lain: (a) relatifmudah memperoleh bahan percobaan: (b) tipe struktur molekul senyawametabolit sekunder pada bunga karang dan aktifitas yang lebih beragamlvariasi; (c) kemampuan biosintesis metabolit sekunder yanglebih luas pada golongan bunga karang. Jumlah senyawa yang dilaporkan dari Echinodermata juga cenderung naik secara pesat. Hal ini disebabkan oleh penelitian terakhir yang komprehensifdari saponinyang dihasilkan oleh bintang laut. Meskipun penelitian terhadap Tunicata dan mikroba bahari meningkat, tetapi telaah kandungan kimia terhadap keduagolongan organisme tersebut masih kecil dibandingkan dengan golongan organisme bahari lain. Meskipun demikian dari Trididemnum solidum (Tunicata dari Karibia) telah dapat diisolasi senyawa sitotoksik kuat, didemnin B yang dapat dikembangkan menjadi antikanker dan telah dicoba secara klinik. Actinomycetesadalah bakteri yang merupakan sumberantibiotik baru potensial serta telah dibudidaya. Golongan mikroba ini nampaknya akan memegang peran penting bagi peneliti untuk dikaji bahan aktifnya. Antibiotik yang ditemukan dari organisme bahari
1998
dan merupakan senyawa bioaktifpertama yang digunakan sampai sekarang adalah turunan sefalosporin C dari Cephalosporium acremonium, suatu jamur laut. Dari senyawa ini kemudian dibuat turunan semisintetiknya Meskipun perkembangan tumbuhan bahari tidak sepesat tumbuhan darat, tetapi apabila dilihat lebih dari sekitar 3.600 makroalga atau rumput laut, maka tidak mustahil, bahwa di antara alga (ganggang) tersebut dapat ditemukan senyawa yang mempunyai aktifitas farmakologi dan bermanfaat dalam bidang pengobatan. Adalah menarik, bahwa beberapa aktifitas farmakologi tersebut disebabkan oleh polisakarida, terutarna yang tersulfatkan yang dikandung oleh makroalgatersebut. Sejak lebih dari 35 tahun yang lalu telah dihasilkan banyaktulisan, paten, dan artikel tentang telaah farmakologi secara rinci dari golongan makroalga. Empat belas makroalga utama adalah dari golongan Rhodophyta, Phaeophyta, Chlorophyta, dan Cyanophyta. Dewasa ini hanya makroalga merah dan coklat yang merupakan bahan penting dari polisakarida komersial. Karagenan dan agar sertaisolat agarosa-nya yangmumi, diperoleh dari ganggangmerah, tetapi bukan dari marga yang sama. Algin diperoleh dari banyak jenis ganggang coklat. Alginat, yaitu garam dari asam alginat atau algin tersusun dari satuan asam D-manuronat dan L-guluronat. Karagenan adalah senyawa kompleks polisakarida tersulfatkan dengan satuan struktur dasar karabiosa, yang terdiri dari rangkaian secara bergantian disakarida D-galaktosa dan 3,6-anhidro-Dgalaktosa. Gel kappa-karagenan dengan adanya ion kalium membentuk gel sangat kaku, sedangkan lambda-karagenan tidak membentuk gel, tetapi larutan kental. Iota karagenan dengan adanyaion kalsium membentukgel elastis. Tipe-tipe karagenan ini mempunyai sifat anionik kuat sehingga menunjukkan derajat reaktifitas tinggi terhadap protein. Agar-agar, campuran polisakarida yang diekstraksi dari ganggang merah tertentu telah mempunyai kedudukan berarti dalarn perdagangan, karena kemampuannya membentuk gel dalam air pada konsentrasi rendah. Agarobiosa, disakarida yangmembentuk agarosa terdiri dari D-galaktosa dan 3,6-anhidro-L-galaktosa. Pada kurun waktu 10 tahun terakhir ini banyak dilaporkan organisme bahari sebagai sumber senyawa antitumor, antikanker, dan antivirus. Senyawa antitumor misalnya mersenen dari Merceneia sp, Loligo sp, dan halotoksin dari Halictona viridis (karang). Senyawa antivirus paolin-2 ditemukan padaLoligosp, Haliotis sp, Strombus sp, Tegula sp, Codakia sp, dan tiram lainnya. Karagenan yang semuladigunakan untuk bahan penolong padapembuatan bentuk sediaan obat dan sediaan makanan hasil olahan, mulai dikemukakan aktifitasnya sebagai antivirus. Pada United States-Japan Seminar on Bioorganic Chemistry tahun 1990, banyak dikemukakan hasil penelitian tentang senyawa alam bahari antikanker seperti didemnin dan turunannya, turunan alkaloid piridin (nifatesin), turunan bromotirosin (purealin-A), amfidinolid-E, bromoisokumarin, 13-deoksitedanolid, dan sebagainya.Padaseminar ini dikemukakanjuga senyawa anti-HIV (Human Immunodeficiency Virus) yang dikembangkan dari senyawa metabolit sekunder antivirus dari bahari. Misalnya dari karagenan adalah lambda-karagenan yang diperoleh dari ganggang bahari Chondrus sp. dan ganggang lain seperti Schizimenia pacifica yang ekstraknya di laporkan sebagai inhibitor sangat kuat dan selektifterhadapreplikasi HIV padakultur T4-limfosit. Sampai saat ini belum diketahui senyawa aktif dari ekstrak tersebut. Rumput laut (ganggang merah, coklat, hi.jau) yang
Volume 4 No. 1
Warta Tumbuhan Obat Indonesia
mengandung alginat, agar dan karagenan dilaporkan menumnkan kadar kolesterol darah. Sargassum tortile (ganggang coklat) mempunyai aktifitas antileukemia dengan senyawa aktifnya dihidroksisargakuinon. Jenis rumput laut seperti Gelidium spp., Gracilaria spp., Hypnea spp., Chondrus crispus, dan Eucheuma cottoniimasih merupakan sumber utamametabolit nonaktifyang digunakan sebagai bahan penolong padapembuatan sediaan obat dan bahan makanan. Tetapi karagenen dari Chondrus crispus dilaporkan mempunyai aktifitas antipeptik, antiulser, antrikoagulan, antitrombik, dan antivirus. Acosta, dkk (1992) menyatakan, bahwajenis hewan golongan invertebrata terutama jenis yang dapat menetap, dapat mengeluarkan senyawa-senyawa untuk pertahanan diri. Karena invertebrata tidak memproduksi antibodi, maka mekanisme pertahanan dirinya terutamadidasarkanatas fagositosis oleh leukosit yang dibantu oleh eksudasi alam zat non protein berbobot molekul rendah. Senyawa ini mempunyai aktifitas dengan tingkat sitospesifitas tinggi terhadap sel ganas dibandingkan terhadap sel normal. OIeh karena itu senyawa tersebut bisa dijadikan model untuk sintesis antikankerbaru. Sebagai contoh, bunga karang abadi dari ordo Verongid telah dikenal kemampuannyamemproduksi alkaloid turunan bromotirosin. Banyak di antaranya merupakan antibiotikkuat atau senyawaantitumor h a t . Serangkaian metabolit sekunder yang mengandung sampai 4 residu bromotirosin telah diisolasi dari bunga karang yang termasuk invertebratayangmeliputi marga Aplysina, Verongula, Pseudoceralina, Psammaphysilla,dan Lanthella. Metabolit sekunder dengan ikatan disulfida telah dihasilkanjuga oleh jenis hewan invertebrata ini. Molinski (1993) menemukan, bahwa kebanyakan sterol hewan invertebrata mempunyai aktifitas antifungi yang sama dengan antibiotik makrolida poliena yang mematikan jamur (fungi) melalui ikatan dengan ergosterol yang merupakan sterol utama pada membran sel fungi itu. Aktifitas antihngi tersebut dapat digunakan terhadap "disseminated mycosis" yang seringditemukan pada pasien AIDS.
EKSTRAKSI, ISOLASI, DAN IDENTIFIKASI SENYAWA BIOAKTIF DARI ORGANISME BAHARI Berbagai golongan senyawa telah diisolasi dari organisme bahari, mulai dari senyawadengan struktur sederhana sampai yang rumit. Berdasarkan biosintesisnya, senyawa itu dapat digolongkan ke dalam golongan isoprenoid (terpenoid), fenil propanoid, asetogenin, poliketida, turunan sikimat, alkaloid dan campuran. Hal yang mencolok ialah banyak senyawa terhalogenasi dan di samping itu ditemukan senyawa yang struktumya belum pemah ditemukan pada makhluk darat. Sebelum ekstraksi bahan dikumpulkan dengan berbagai cara: (a)' dengan mengarungi pantai yang dangkal; atau (b) untukdaerah yang lebih dalam dilakukan dengan penyelaman; atau (c) untuk daerah yang lebih dalam lagi dilakukan dengan bantuan ruang selam khusus atau dengan alat yangdapat dikendalikan darijauh. Bahan yang dukumpulkan pada umumnya harus dibekukan pada suhu 20°C atau dapat dianalisis langsung pada suhu biasa. Hewan biasanya dikeringbekukan ("freeze drying"). Pada umumnya pengumpulan bahan percobaan organisme bahari lebih sukar daripada pengumpulan bahan tumbuhan darat. Sebelum dianalisis perlu dilakukan determinasi untuk menentukan
3
identitas bahan percobaan. Ekstraksi dapat dilakukan dengan pelarut organik terhadap bahan segar atau bahan kering atau bahan yang telah dikeringbekukan. Apabila digunakan biakan mikroalga, maka ekstraksi dilakukan terhadap medium biakan. Padaprinsipnya senyawa polar diekstraksi dengan pelarut polar dan senyawa nonpolar dengan pelarut nonpolar. Bergantung dari kestabilan senyawa yang akan diisolasi, ekstraksi dapat dilakukan pada suhu ka s maserasi, perkolasi, atau maserasi-perkolasi. Den: cara yang digunakan adalah ekstraksi sinambung me: alat refluks atau Soxhlet. Karena senyawa alam bioaktif Ilmumnya kurang stabil, maka dianjurkan menggunakan cara ekstraksi pada s,uhu kamar Khususnya untuk bahan segar, ekstraksi d;apat dilaku kan dengarI menggunakan pelumat atau homogenizer. Ekstrak kasar ("crude extract") yang diperoleh dari proses ekstraksi dianalisis lebih lanjut. Ekstrak awal ini dapat dipisah kandungan kimianya dengan cara pengocokan atau dapat langsung dikromatografi kolom. Co11 (1986) telah mengembangkan cara kromatografi cair vakum yang hemat pelarut untuk memisahkan terpen yang diisolasi dari karang. Untukpemumian dapat digunakan kromatograficair tekanan pertengahan (medium atau kromatografi cair kinerja tinggi preparatif). Umumnya identifikasi dilakukan dengan cara kimia. Dewasa ini digunakan cara gabungan kimia dan spektrometri. Sebelum diidentifikasi, senyawa hams mumi. Karena itu kemumian senyawa itu hams diuji dengan cara rekristalisasi dan u.ji suhu lebur yang tidak berubah lagi. Uji kemumian dapat dilakukan puladengan cara kromatografi menggunakan 2-3 sistem yang berlainan. Apabila senyawa itu menunjukkan satu bercak atau satu puncak, maka senyawa dapat dianggap murni. Langkah selanjutnya adalah analisisunsur dan penentuan bobot molekul. Dari dua data ini dapat diperoleh rumus molekul. Selanjutnya ditentukan gugus hngsi baik secara kualitatif maupun kuantitatif,misalnya gugus fungsi hidroksil, karbonil, lakton, metoksi dan ikatan rangkap. Seringkali dilakukan pula reaksi penguraian untuk menetapkan kerangka molekul. Dari kepingan informasi disusun struktur molekul yang mungkin dan struktur ini dipastikan dengan mensintesanya Sifat kedua senyawa isolat dan hasil sintesis, hams sama untuk dapat membenarkan dugaan struktur molekul isolat. Dengan perkembangan analisis secara spektrometri, informasi di atas yang diperoleh dengan cara spektrometri. Analisis unsur diganti dengan spektrometri massa resolusi tinggi yang dapat menghasilkan bobot molekul dan rumus molekul. Informasi mengenai gugus fungsi dapat diperoleh dari spektrometri inframerah (hidroksi, aromatik, karbonil, ikatan rangkap, amina, amida, karboksilat), ultraviolet (karbonil terkonyugasi, ikatan rangkap terkonyugasi), resonansi magnet inti (karbonil, karboksilat, hidroksi, ikatan rangkap, metoksi, N-metil, C-metil), dan spektrum massa (hidroksi, karbonil). Dari spektrum massa seringkali dapat ditentukan pula kerangkamolekul. Pada beberapa ha1 kadang-kadang diperlukan defraksi sinar-x, yaitu untuk menentukan molekul yangrumit danjumlahnyasedikit.
PENUTUP Eksploitasi sumber bahan alam hayati bahari terutama masih untuktujuan memperoleh bahan pangan. Penerapan teknologi pasca
