Yarrowia Lipolytica

Tugas Mikrobiologi Pangan

Yarrowia Lipolytica

Oleh :

                                                Sani Rachmawati        22030110120003

     Nirmaya Esthi W.        22030110120056                        

     Dea Mustika                22030110141021

     Lidyawati                    22030110141016

PROGRAM STUDI ILMU GIZI

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2012

Yarrowia Lipolytica

I.         Pendahuluan

Yeast secara normal hidup di alam, juga berada pada permukaan dan di dalam tubuh manusia. Seperti pada mikroorganisme yang lain bakteri dan yeast dapat hidup pada rongga mulut yang sehat, usus dan kulit baik manusia maupun hewan. Akan tetapi banyak juga yang berhubungan dengan penyakit pada manusia terutama yeast yang termasuk yeast yang patogen misalnya: Candida albicans, C. glabrata dan Cryptococcus neoformans. Sedangkan yeast yang muncul sebagai patogen baru adalah Rhodotorula rubra, Trichosporon beigelii, dan Candida spp. Disamping itu tentunya banyak yeast yang tidak berbahaya seperti: Klyuveromyces marxianus, Candida catenulata, Pichia anomala, Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces dan Kloeckera apiculata.

Kehadiran yeast dalam suatu produk makanan fermentasi misalnya: keju, mentega, yogurt, susu fermentasi, mayonaise, sosis kering, salami dan lain-lain kebanyakan merupakan mikroflora kontaminan yang telah banyak diteliti sebagai pemberi citarasa dan mempercepat kematangan produk. Salah satu khamir yang berperan penting dalam proses pembuatan keju adalah Yarrowia lipolytica yang dapat menghasilkan dan mengubah L-methionin menjadi VSC (Volatile Sulphur compounds) yang mempengaruhi rasa keju. Namun Y. Lipolytica tidak dapat mengasimilasi laktat ketika ada L-methionine pada media ”calon” keju.

II.      Isi

Yarrowia lipolytica adalah ragi ascomycetes yang ditetapkan ke dalam keluarga Dipodascaceae, selain Yarrowia yang termasuk didalamnya adalah Dipodascus, Galactomyces, Sporopachyderma, Stephanoascus, Wickerhamiella dan Zygoascus.  Dengan analisis dari domain D1/D2 dari 26s rDNA-urutan ragi ascomycetous, Yarrowia lipolytica ditempatkan bersama dengan Arxula dan beberapa spesies Candida, dalam clade Metschnikowia / Stephanoascus. Spesies ini awalnya diklasifikasikan sebagai Candida, karena tidak memiliki alat perkembangbiakan seksual. Namun penelitian lebih lanjut pada pertengahan 60an diketahui bahwa Y. Lipolytica memiliki satu sampai empat spora dari berbagai ukuran dan bentuk yang dapat diisolasi dari ASCI ini, tetapi viabilitas spora yang ditemukan sangat rendah. Dua jenis alat perkembangbiakan seksual disebut A dan B yang diidentifikasi pada keturunannya. Meskipun demikian Yarrowia lipolytica tidak seperti C. albicans dan C. tropicalis, karena tidak bersifat patogen.

         

Gambar 1. Bentuk Yarrowia lipolytica

Sistem klasifikasi dari Y. lipolytica adalah sebagai berikut :
Kingdom         : Fungi
Subkingdom    : Dikarya
Domain           : Ascomycota
Phylum             : Saccharomycotina
Class                : Saccharomycetes
Ordo                : Saccharomycetales
Family             : Dipodascaceae
Genus              : Yarrowia
Species            : Yarrowia lipolytica
Temperatur tumbuh : 250C-370C

Karakteristik yang dimiliki oleh Y. lipolytica antara lain :

• Khamir dimorfik
• Aerobik (membutuhkan oksigen)
• Non-Pathogenik
• Dapat memetabolisme  alkana & asam lemak
• Biogenesis peroksisom
• Sekresi intraseluler dan ekstraseluler
• Proses glikosilasinya hampir sama dengan mamalia
• Protein yang disekresi dalam bentuk  aktif (active form)

Gambar 2. Khamir dimorfik Y. lipolytica

Beberapa keuntungan menggunakan Y. lipolytica antara lain :

1. Aman (Sudah diklasifikasikan ke dalam GRAS oleh FDA)
2. Sederhana.
3. Mudah dilakukan manipulasi.
4. Stabil.
5. Reliabel.
6. Fleksibel.
7. Kemampuan untuk tumbuh tinggi, kapasitas sekresi dan hasil produk tinggi.
8. Produksi dalam jumlah banyak.
9. Mudah dilakukan Hiperglikosilasi.

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa Y. lipolytica berbeda jauh dari ragi ascomycetous lain yaitu dalam hal : kandungan GC-nya yang tinggi , struktur yang tidak biasa dari gen rDNA dengan kurangnya urutan RNA polimerase I yang ditemukan dalam ragi lainnya, eukariotik yang lebih tinggi seperti ukuran snRNA, dan RNA 7S. Gen homolog cenderung menampilkan rendahnya tingkat kesamaan (biasanya dalam kisaran 50-60% pada tingkat asam amino) dengan S. cerevisiae, K. lactis atau C. albicans, sehingga menghambat pengkloningan gen homolog dengan cara hibridisasi.

Yarrowia lipolytica adalah ragi yang digunakan sebagai model untuk mempelajari sekresi protein, biogenesis Peroksisom, dimorfisme, degradasi substrat hidrofobik (HS). Pada pertengahan tahun 80 Yarrowia lipolytica dalam fermentasi skala besar digunakan untuk produksi sel tunggal (PST). Beberapa strain tidak dapat tumbuh di atas 32​​°C dan sifatnya sangat aerobik. Ragi ini dapat diisolasi dari substrat yang kaya lipid dan protein seperti produk susu, keju atau sosis. Sehingga ragi ini sering dimanfaatkan dalam industri agro makanan yakni berperan dalam pematangan, produksi atau pembusukan pada produk susu tradisional misalnya pada keju dan yoghurt, serta sosis dan produk daging lainnya.

Peran dan pengaruh Yarrowia lipolytica pada pembentukan pigmen selama produksi keju baru-baru ini mulai diteliti. Yarrowia lipolytica diakui berkontribusi pada pematangan keju. Penambahan Yarrowia lipolytica ditujukan untuk mempercepat pematangan untuk meningkatkan kualitas keju. Selain Debaryomyces hansenii, Yarrowia lipolytica juga merupakan bagian dari kultur starter untuk produksi keju Cheddar matan dan diaplikasikan juga untuk produksi minyak sel tunggal, salah satunya pengganti mentega.

Yarrowia lipolytica berkorelasi dengan aktivitas lipolitik ekstraselulernya dan proteolitik, dan tumbuh dengan cepat pada suhu 5-10 ° C. Pertumbuhan Y. lipolytica menjadi  ragi atau bentuk hifa tergantung pada kondisi lingkungan saat tumbuh.

Gambar3. Struktur kristal lipase Yarrowia lipolytica

Selain itu, Yarrowia lipolytica merupakan salah satu jenis ragi nonkonvensional. Ragi Y. lipolytica diduga dapat dipakai sebagai biosorben karena memiliki banyak kelebihan dibandingkan ragi jenis lainnya, antara lain: tidak patogen, tumbuh sangat baik dalam substrat hidrofob seperti alkana dan lemak, produksi protein yang bernilai ekonomis dalam jumlah besar, serta dapat menggunakan alkohol, alkana, trigliserida dan asam asetat sebagai sumber karbon. Yarrowia lipolytica tidak hanya menarik untuk penelitian dasar, tetapi juga untuk aplikasi bioteknologi.

Strain Y. lipolytica tidak hanya dapat diisolasi dari produk susu, tetapi juga dari shoyu atau dari salad yang mengandung daging atau udang. Namun, ketidakmampuan ragi ini untuk bertahan hidup dalam kondisi anaerobik memungkinkan ragi ini mudah hilang dari produk susu.

Y. lipolytica dapat menggunakan n-alkana dan 1-alkena sebagai sumber karbon. Selain itu Y. Lipolytica juga menggunakan lisin baik sebagai nitrogen dan sebagai sumber karbon, melalui N-6-acetyllysine-5 jalur aminovalerate, seperti Hansenula Saturnus. Langkah pertama dalam asimilasi dari sumber karbon kemungkinan menjadi emulsifikasi pada permukaan sel untuk membentuk tetesan kecil yang dapat diinternalisasikan. Emulsifier ekstraseluler 27 kDa yang disebut liposan, diinduksi dalam sel yang tumbuh di n-alkana. Strain Y. lipolytica tumbuh di n-alkana dengan adanya pasokan tiamin terbatas (vitamin tidak disintesis oleh ragi ini, tetapi diperlukan untuk α-ketoglutarat dehidrogenase aktivitas)akan  mensekresi sejumlah besar α-ketoglutarat.  Y. lipolytica tidak menghasilkan etanol, tetapi menggunakan etanol sebagai sumber karbon pada konsentrasi hingga 3%. Konsentrasi etanol yang lebih tinggi beracun. Sebagian besar strain Y. lipolytica tumbuh sangat efisien pada asetat sebagai sumber karbon tunggal. Konsentrasi sampai natrium asetat 0,4% yang ditoleransi dengan baik, konsentrasi yang lebih tinggi mengurangi tingkat pertumbuhan dan konsentrasi di atas 1,0% menghambat pertumbuhan.

Tipe strain liar Y. lipolytica menunjukkan berbagai jenis bentuk koloni, mulai dari halus dan berkilau hingga yang tergulung dan kesat. Morfologi dari koloni ditentukan dari kondisi pertumbuhan (aerasi, karbon, nitrogen, pH, dll) dan dengan latar belakang genetik dari strain. Tipe isolat liar dapat menimbulkan berbagai jenis kolonial, sehingga masing-masing dapat menimbulkan jenis yang lain. Proporsi bentuk sel berbeda tergantung pada strain yang digunakan, dimana perbedaan morfologis dapat diamati dari tingkat koloni. Kondisi tertentu diketahui menyebabkan pembentukan preferensial sel ragi atau menginduksi perkembangan miselium.

Yarrowia lipolytica adalah jamur dimorfik alami, yang membentuk sel-sel ragi pseudohifa, dan septat hifa. Miselium sejati terdiri dai septat hifa yang lebarnya 3 sampai 5 pM dann panjangnya sampai beberapa mm. Sel-sel apikal sering melebihi 100 m, sedangkan panjang segmen mencapai 50-70 pM. Pada tiap segmen terdapat inti tunggal.

Jenis perkawinan Y.lipolytica ditentukan oleh dua alel yaitu MATA dan MATB. Alel MATA telah dikloning mirip dengan strain heterothalik dari S. cerevisiae dan sel diploid vegetatif stabil. Strain diploid spontan bersporulasi selama masa penyimpanan pada media yang lengkap. Oleh karena itu, dianjurkan untuk mempersiapkan strain diploid segar untuk analisis genetik. Frekuensi kawin tergantung pada beberapa parameter selain latar belakang genetik dari strain yaitu sedang, kepadatan sel, fase pertumbuhan, dan suhu.

Yarrowia lipolytica tidak memerlukan pembatasan nitrogen untuk induksi sporulasi. Strain diploid bersporulasi pada medium padat atau cair ketika glukosa habis. Frekuensi sporulasi tertinggi diperoleh banyak strain jika natrium sitrat 1,5% digunakan sebagai sumber karbon pada suhu 20⁰ C sampai 30⁰ C. Beberapa isolat alami Y. lipolytica bersporulasi cukup baik setelah kawin tetapi hanya jenis inbred membentuk proporsi tinggi tetrad lengkap dan memiliki tingkat yang sempurna spora berkecambah.

Data genetik dan hibridisasi kromosom terpisah menunjukkan bahwa kebanyakan isolat dari Y. lipolytica terdiri dari beberapa unit rDNA yang terletak pada 1-4. Semua isolat menunjukkan struktur rDNA polimorfik, tetapi satu strain dilaporkan mengandung satu jenis unit. Rekombinasi genetik dalam kelompok terjadi selama meiosis yang menyebabkan ekspansi atau pengurangan kelompok individu.

Partikel sinyal sekresi yang diterima oleh Yarrowia lipolytica terdiri dari RNA 7S khas yang dapat menjadi imunopresipitasi pada anti SRP antibodi manusia. RNA 7S yang khas ini dikodekan oleh dua gen yang tidak terhubung, yaitu SCR1 dan SCR2 yang memproduksi 94% bagian identitas. Kedua gen ini dapat dihapus, akan tetapi penghapusan keduanya dapat menyebabkan kematian pada Y. lipolytica, hal ini menunjukkan bahwa sekresi protein esensial pada Y. lipolytica memerlukan jalur  SRP (Signal Recognition Particle) untuk sekresi.

Sebuah retrotranspotor yang disebut Ylt1, terdeteksi dalam genom Y.lipolytica. Ylt1 ini memiliki panjang 9,4 kb dan dapat mengubah genom. Retrotransposon ini dibatasi oleh long terminal repeat (LTR) dan elemen zeta, yang memiliki panjang 714 bp, sangat kekal, dan bisa juga dalam bentuk elemen tunggal. Ylt1 termasuk dalam kelompok Ty3/gypsy dari retrotransposon dan berisi dua frame besar (YltA dan YltB). Produk gen YltA diprediksi menunjukkan kesamaan yang tinggi dengan protein Gag retrovira. YltB mengkode domain protein dengan beberapa persamaan dengan produk gen retroviral yang dikodekan oleh gen pol. Pada gen YltB, produk ini diperkirakan terjadi di protease, reverse transkriptase, RNase dan integrasi. Salah satu gen yang mengkode faktor transkripsi adalah CRF1. Kebanyakan gen Y.lipolytica menunjukkan sinyal khas untuk penghentian transkripsi TAG.TA(T)GT.TTT, yang terletak di atas pada tempat tambahan poly A. Penggunaan kodon pada Y.lipolytica berbeda dengan S. cereviseae tapi mirip dengan Aspergillus.

Genom mitokondria Y. lipolytica memiliki kepadatan apung dari 1,687 g cm^-3 dan kandungan GC 24,9%. Genom ini terdiri dari sebuah molekul sirkuler 14,5 mm pada regangan W29. Beberapa gen mitokondria termasuk subunit, ATPase 68dan 9, subunit sitokrom oksidase 3, NADH oksidoreduktase subunit 4 dan gen tRNA, telah dikloning.

III.   Kesimpulan

Yarrowia lipolytica adalah ragi nonkonvensional jenis ascomycetes yang ditetapkan ke dalam keluarga Dipodascaceae yang merupakan jamur dimorfik alami, yang membentuk sel-sel ragi pseudohifa, dan septat hifa. Y. lipolytica memiliki peran dalam proses pematangan, produksi atau pembusukan pada produk susu tradisional misalnya pada keju dan yoghurt, serta sosis dan produk daging lainnya.

Spesies ini awalnya diklasifikasikan sebagai Candida, karena tidak memiliki alat perkembangbiakan seksual. Namun penelitian lebih lanjut pada pertengahan 60an diketahui bahwa Y. Lipolytica memiliki satu sampai empat spora dari berbagai ukuran dan bentuk yang dapat diisolasi dari ASCI ini, tetapi viabilitas spora yang ditemukan sangat rendah. Dua jenis alat perkembangbiakan seksual disebut A dan B yang diidentifikasi pada keturunannya. Meskipun demikian Yarrowia lipolytica tidak seperti C. albicans dan C. tropicalis, karena tidak bersifat patogen.

Daftar Pustaka

1.      Fickers, P., Benetti, P.-H., Waché, Y., Marty, A., Mauersberger, S., Smit, M. and Nicaud, J.-M. (2005), Hydrophobic substrate utilisation by the yeast Yarrowia lipolytica, and its potential applications. FEMS Yeast Research, 5: 527–543.

2.      Barth, G. and Gaillardin, C. (1997), Physiology and genetics of the dimorphic fungus Yarrowia lipolytica. FEMS Microbiology Reviews, 19: 219–237.

3.      Balia, Roositta and Harlia, Ellin, Keberadaan Yeast dalam Produk Makanan sebagai Penghantar Penyakit pada Manusia (Foodborne Yeast), Department of Food Science and Technology, University of New South Wales, Australia.

4.      Barth, G., Beckerich, J.M., Dominguez, A., Kerscher, S., Ogrydziak, D., Titorenko, V., Gaillardin, C. Functional genetics of Yarrowia lipolytica. de Winde, J.H., Ed. Functional Genetics of Industrial Yeasts. (2003) Springer, Berlin, Heidelberg, New York 227–271.