CYANOBACTERIA SEBAGAI SUMBER SENYAWA BIOAKTIF Oleh Dr.rer.nat.
Elmi Nurhaidah Zainuddin, DES. Division Cyanophyta (blue-green
algae) memiliki hanya 1 class, Cyanophyceae . Cyanophyta merupakan
phototrophic prokaryotes yang mempunyai alat photosynthetic yang
structure dan fungsinya sama seperti chloroplast eukaryotes.
Kemampuannya menghasilkan oxygenic photosynthesis dan morfologinya
yang seperti alga, membuat taxonomic cyanophyceans didasarkan pada
aturan International Code of Botanical Nomenclatur [1972]. Karena
struktur dan fungsi sel cyanophyceans berbeda dengan algae lainnya,
membuat taxonomical blue-green algae dipisahkan pada kelas atau
divisi tersendiri [Skulberg et al., 1993]. Divisi Cyanophyta
termasuk dalam kingdom Eubacteria, yang bersama dengan
Archaebacteria masuk dalam kelompok Prokaryota. Prokaryotes adalah
organisms yang selnya tidak mempunyai nuclei, badan golgi,
mitochondria, endoplasmic reticulum dan plastids. Bentuk seperti
bakteri yang dimiliki oleh blue-green algae, membuat klasifikasi
didasarkan pada International Code of Nomenclatur of Bacteria
[1975]. Taxonomy dan nomenclature cyanophyceans berada pada dilema
karena cocok pada kedua klasifikasi di atas. Alternatif terbaru
adalah memberi nama baru bluegreen algae menjadi cyanobacteria,
yang mewakili 2 aspek yaitu algae dan Eubacteria [Anagnostidis and
Komrek, 1985] [Castenholz and Waterbury, 1989]. Pigments
photosynthetic dari cyanobacteria berada dalam thylakoids.
Thylakoids hanya mengandung chlorophyll a, tanpa chlorophyll b dan
c. Sel umumnya berwarna blue-green sampai violet, kadang merah atau
hijau. Warna hijau dari chlorophyll tertutup oleh pigments warna
biru, phycocyanin dan allophycocyanin, dan pigmen merah
phycoerythrin. Phycocyanin, allophycocyanin dan phycoerythrin
adalah phycobiliproteins yang berada pada phycobilisomes, yaitu
bentuk hemidiscoidal atau hemispherical yang berukuran kecil yang
menempel pada permukaan thylakoids. Klass Cyanophyceae mengandung
150 genera dan 2000 species [Fott, 1971]. Cyanophyceae dibagi atas
5 ordo sesuai International Code of Nomenclatur of Bacteria [1975],
yaitu Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales, Nostocales
and Stigonematales. Klasifikasi ini sama dengan modern botanical
taxonomy [Anagnostidis and Komrek, 1985]. Bentuk cyanobacteria ada
yang unicellular, colonial, dan filamentous.
Order Chroococcales Terdiri dari unicellular dan sel terbentuk
oleh mucilaginous polysaccharides. Reproduction terjadi dengan cara
pembelahan sel, termasuk pembentukan nanocytes, dan dengan budding.
Ordo ini memiliki 7 genera: Cyanothece, Aphanothece, Merismopedia,
Chroococcus, Gloeocapsa, Microcystis dan Chamaesiphon. Order
Pleurocapsales Species dari order ini adalah unicellular atau
membentuk colonies dari beberapa cells, atau terdiri dari irregular
aggregates dari cells yang membentuk short, branched atau
unbranched filaments; yang bersatu dalam suatu pseudoparenchyma.
Reproduction terjadi dengan cell division dan membentuk endospores.
Hanya 2 genera yang masuk dalam ordo ini: Cyanocystis dan
Pleurocapsa. Order Oscillatoriales Filamentous blue-green algae
bereproduksi dengan membentuk hormogonia. Tipe percabangan terjadi
secara false branching, dan baik heterocysts dan akinetes tidak
ada. Ordo ini terdiri dari 3 genera: Oscillatoria, Lyngbya dan
Microcoleus. Order Nostocales Berbentuk filamentous dan reproduksi
dengan cara membentuk hormogonia. Terjadi false branching dan
memproduksi heterocysts dan akinetes. Ordo ini memiliki genera:
Nostoc, Anabaena, Aphanizomenon, Scytonema dan Rivularia. Order
Stigonematales Filaments sering multiseriate, yaitu dengan beberapa
susunan cells. Reproduction terjadi dengan pembentukan hormogonia.
Terdapat genuine branching, heterocysts dan akinetes. Hanya
memiliki genus Stigonema Cyanobacteria (blue-green algae) ditemukan
di berbagai habitats: di air tawar, laut, tanah perpolusi, tempat
yang ekstrim dan tak berpenghuni seperti glaciers, deserts and hot
springs. Mastigocladus laminosus and Phormidium laminosum adalah 2
jenis cyanobacteria yang dapat hidup pada hot springs, pada
temperatur sekitar 50C sampai 70C. Jenis ini biasa ditemukan
sebagai phytoplankton air tawar yang menetap atau bergerak lamban.
Biasanya melimpah pada akhir musim semi awal musim panas (contohnya
dari bentuk filamen seperti Anabaena atau Aphanizomenon ) sementara
dipertengahan musim panas (seperti Microcystis aeruginosa ).
Cyanobacteria dapat mengontrol buoyancynya, dan mengatur posisinya
dalam perairan dengan bantuan gas vacuoles. Beberapa species,
utamanya yang memiliki gas vacuoles dalam cellnya biasanya
membentuk water bloom pada permukaan air tawar atau di laut. Marine
phytoplankton yang berupa cyanobacteria masuk dalam kelompok
picoplankton, yaitu berukuran sangat kecil (cells 0.2-2 m).
Picoplanktonic cyanobacteria terdiri dari bentuk unicellular dan
coccoid. Coccoid cyanobacteria tampak ubiquitous pada daerah
perairan laut yang temperate dan tropical dan berkontribusi dalam
photosynthetic primary production [Fogg, 1987] [Johnson and
Sieburth, 1979]. Beberapa planktonic cyanobacteria memiliki tidak
hanya gas vacuoles tetapi juga heterocysts: yaitu sel yang
mengalami differentiated dengan interior yang tak berwarna, dinding
yang tebal dan dapat menangkap atmospheric nitrogen. Cyanobacteria
yang mempunyai heterocysts dapat menyediakan kebutuhan nitrogennya
meskipun dalam perairan jumlah nitrate atau ammonium rendah.
Cyanobacteria adalah satu-satunya organisme yang mampu menyediakan
sendiri baik carbon dioxide (in the presence of light) dan
nitrogen. Di negara tropis, species Anabaena penting karena
berkontribusi dalam penyediaan nitrogen untuk tanaman padi yang
tumbuh pada ladang yang selalu tergenang. Ladang sawah yang
diberikan strain cyanobacteria dapat menangkap nitrogen lebih
sebesar 40 kg N per hektar per tahun. Pertumbuhan tanaman air
Azolla, yang menyimpan nitrogen-fixing Anabaena dalam cavities
daunnya, terbukti menambah 120-310 kg N/ha/year di ladang sawah
[Fay, 1983]. Beberapa blue-green algae hidup sebagai symbionts
bersama atau dalam tanaman lain pada lichens, akar Cycas (contohnya
Nostoc), cavities daun Azolla (Anabaena), dan dalam unicellular
fungus Geosiphon [Fay, 1983].
Senyawa Toxic and Cytotoxic Laporan tentang toxic algae di
daerah perairan tawar selalu disebabkan oleh jenis cyanobacteria
dan ini sudah dikenal sejak 19th century [Carmichael et al., 1990].
Dari 50 genera cyanobacteria, paling sedikit 9 memperlihatkan
aktivitas toksisitas yaitu Anabaena, Aphanizomenon, Coelosphaerium,
Gloeotrichia, Lyngbya, Nostoc, Microcystis, Nodularia,
Synechocystis, Hormothamnion and Oscillatoria. Genus ini
terdistribusi di perairan air tawar, air payau dan air laut dan
umumnya menyebabkan waterblooms di perairan air tawar dan di laut
[Nagle and Paul, 1999] [Moore, 1977]. Toxins yang dihasilkan
cyanobacteria menimbulkan problem kesehatan yang serius baik
terhadap hewan maupun manusia. Penyakit dan kematian sering
diakibatkan karena terminum air yang mengandung sel toksik dari
cyanobacteria atau dari media dimana toksik dikeluarkan oleh sel
cyanobacteria yang telah tua. Cyanobacteria mensynthesa racun
sebagai pertahanan terhadap spesies plankton lainnya
(zooplankton).
Carmichael [1994] menemukan bahwa cyanobacterial neurotoxins and
hepatotoxins dapat berakibat fatal terhadap kehidupan zooplankton
diperairan laut. DeMott et al. [1991] menemukan bahwa species
zooplankton umumnya tidak memakan cyanobacteria yang memproduksi
toxins, kecuali tidak ada lagi makanan yang tersedia, dan dalam
jumlah yang tidak bersifat letal. Toxigenic cyanophyceans terdiri
dari 40 species, dan toksinnya terdiri dari peptides, alkaloids dan
phenols [Campbell, 1984]. Toxins dari cyanobacteria dikelompokkan
dalam 2 kelompok utama, biotoxins dan cytotoxins berdasarkan tipe
bioassays yang digunakan untuk mengskrining aktivitasnya. Biotoxins
dinamakan karena percobaannya menggunakan hewan laboratorium,
sementara cytotoxins dinamakan karena bioassaynya menggunakan sel
kultur mamalia, algae, fungi dll. Biotoxins larut di air dan tahan
panas dan biasanya dihasilkan karena sel menjadi tua atau telah
mati. Dalam ukuran toksisitas, biotoxins dikenal sebagai supertoxic
atau acute lethal toxic. Secara umum ada dua kelompok biotoxins,
alkaloid neurotoxins dan peptide hepatotoxins. Uji toksisitas
terhadap spesies penyebab water blooms umumnya positive terhadap
kedua groups biotoxins. Paling sedikit 50% dari cyanobacterial
blooms mengandung toxin jenis ini [Lawton et al. 1994a]. Peptide
hepatotoxins dari jenis cyanobacteria air tawar dan air payau
umumnya mempunyai kesamaan baik secara toxicology dan chemistry.
Hepatotoxic cyclic heptapeptides microcystins diisolasi dari
Microcystis juga ditemukan pada strains Anabaena, Nostoc and
Oscillatoria [Rouhiainen et al., 1995] [Bagchi, 1996]. Bentuk
toxicitynya dikenal sebagai hepatotoxicity dengan mouse tests,
perubahan pathological adalah terjadinya extensive haemorrhage ke
dalam liver and hepatocyte necrosis [Falconer et al., 1981]
[Rinehart et al., 1988] [Eriksson, 1990]. Kematian akut disebabkan
karena shock akibat kehilangan darah, dan meningkatnya berat liver
sampai 60% karena terakumulasinya darah [Hooser et al., 1989].
Lebih dari 60 jenis microcystins telah diisolasi dari species
cyanobacterial dan microcystinLR adalah yang paling terkenal.
Hepatotoxic nodularins adalah cyclic pentapeptides diproduksi
oleh Nodularia spiumigena yang selalu menyebabkan blooming di
perairan air payau seperti di Baltic Sea [Sivonen et al., 1989].
Dibandingkan microcystins, hanya 4 nodularins yang telah diisolasi
[Rinehart et al., 1988] [Namikoshi et al., 1994]. Kedua kelompok
hepatotoxins (microcystins and nodularins) juga memproduksi efek
toksik dengan cara menghambat secara spesifik enzim yang mengatur
sel, yaitu protein phosphatases 1 (PP1) and 2A (PP2A) [MacKintosh
et al., 1990]. Enzim PP1 and PP2A adalah 2 dari protein
phosphatases dalam sel eukaryotic yang berperan sebagai enzim pada
tumour promotion [Lawton et al., 1994] [Rouhiainen et al., 1995].
Berbagai strain Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria and
Trichodesmium memproduksi
neurotoxic alkaloids [Carmichael et al., 1990] [Skulberg et al.,
1992] [Mahmood and Carmichael, 1986b] [Hawser et al., 1991] seperti
anatoxin-a, anatoxin-a(s), homo anatoxin-a, aphantoxin I
(neosaxitoxin), dan aphantoxin II (saxitoxin) [Rouhiainen et al.,
1995] [Carmichael et al., 1990]. Oscillatoria rubescens memproduksi
methylene derivative dari anatoxin-a disebut homo anatoxin-a
[Skulberg et al., 1992]. Anatoxin-a(s) diisolasi pertamakali dari
Anabaena flos-aquae strain NRC-525-
17 dan memproduksi berbagai tanda neurotoxicosis, contohnya
profuse salivation (s= salivation factor) [Mahmood and Carmichael,
1986b]. Anatoxin-a(s) adalah guanidinium methyl phosphate ester
(mw: 252) berpotensi sebagai penghambat cholinesterase [Matsunaga
et al., 1989]. LD50 i.p mouse untuk anatoxin-a(s) sekitar 20 g/kg,
10 kali lebih toksik dari pada anatoxin-a. Sawyer et al. [1988]
pertama kali menemukan aphantoxins pada freshwater filamentous
cyanobacterium Aphanizomenon flos-aquae. Hasil chromatographic and
pharmacological menyebutkan aphantoxins terdiri atas 2 neurotoxic
alkaloids yang mirip saxitoxin dan neosaxitoxin, yaitu 2 toksin
penyebab red-tide paralytic shellfish poison (PSP) yang diproduksi
oleh marine dinoflagellate Gonyaulax catenella [Sasner et al,
1984]. Toxins ini menghambat transmission of nervous impulses dan
menyebabkan kematian akibat berhentinya sistim pernapasan.
Oscillatoxin A dan 3 toksin lainnya merupakan toksin mengandung
bromine yang diisolasi dari campuran Oscillatoria nigroviridis dan
Schizothrix calcicola dari Enewetak. Oscillatoxin A (I) dan
turunannya memperlihatkan aktivitas sebagai tumour promoters dan
fish poisons [Mynderse and Moore, 1978a]. Cytotoxic antibiotic
tubercidine yang telah dikenal dari Streptomyces tubercidicus
diisolasi dari Tolypothrix byssoidea (Scytonemataceae) dan
berpotensi sebagai tumour promoter [Barchi et al., 1983] dan juga
mempunyai aktivitas antimycotic [Stewart et al., 1988].
Me
Me
Me O
NOM e OH
NH 2 N N
HO O H O CH2 O
O O O Me
H OH 2CI
O
Me
OH OH
Endotoxins, lipopolysacharides (LPS), diisolasi dari Anabaena
flos-aquae, A cylindrical, Oscillatoria tenuis, dan O. brevis.
Walaupunn endotoxins ini menyebabkan water-borne gastroenteritis
pada manusia tetapi kurang membahayakan dibandingkan endotoxins
dari Gram-negative bacteria [Keleti et al., 1979]. Selain khusus
cyanobacterial toxins, berbagai senyawa aktif cytotoxic dan
antineoplastic telah diisolasi dari cyanobacteria. Senyawa-senyawa
ini tidak bersifat toksik terhadap hewan uji tetapi memperlihatkan
bioaktivitas yang selektif, seperti anticancer, antifungal,
antimalaria, anti-HIV, antimicrobial, dan cytotoxic. Ordo utama
dari cyanobacteria yang ditemukan memproduksi senyawa cytotoxic
adalah Nostocales dan Stigonematales. Macrolides dengan C21-lacton
ring, scytophycins A, B, C, D, and E (I-V), diisolasi dari
terrestrial cyanobacterium Scytonema pseudohofmanni [Moore et al.,
1986]. Scytophycins memperlihatkan potensi cytotoxicity terhadap
sel KB dan NIH/3T3 dan aktivitas antineoplastic terhadap P388
lymphocytic leukaemia dan Lewis lung carcinoma [Ishibashi et al.,
1986] [Moore et al., 1986]. Scytophycins secara struktur mirip
dengan swinholide A, ulapualides A and B, dan kabiramide C.
Swinholide A adalah senyawa antifungal yang diisolasi dari Red sea
sponge Theonella swinhoei yang hidup bersimbiosis dengan
unicellular blue green alga [Carmeli and Kashman, 1985]. Sementara
ulapualides and kabiramides adalah cytotoxic and antifungal
macrolides yang telah diisolasi dari nudibranches [Roesener and
Scheuer, 1986] [Matsunaga et al., 1986].R R1 OMe Me O OMe OMe Me Me
O OH O OH Me Me Me N R 2 R3 OMe Me O H
I, RR 1 =CH 2 O, R 2 =H, R 3 =OH II, RR 1 =CH 2 O, R 2 R 3 =O
III, R=Me, R 1 =H, R 2 R 3 =O IV , R=Me, R 1 =OH, R 2 R 3 =O V ,
R=CH 2 OH, R 1 =H, R 2 R 3 =O
Scytophycins A-E (I-V)
Tolytoxin adalah macrocyclic lactone dengan aktivitas
antineoplastic dan antifungal yang diisolasi dari Tolypothrix
conglutinate var. colorata [Moore et al., 1989b]. Tolytoxin
menghambat actin polymerization dan mengganggu microfilament dalam
sel eukaryotic [Patterson and Carmeli, 1992] [Patterson et al.,
1993a].
O OMe O OMe OMe OH O OMe O23
OH
OTolytoxin
OMe
Me N CHO
Acutiphycins dari Oscillatoria acutissima adalah macrolides,
yang memperlihatkan cytotoxicity tinggi terhadap sel KB dan NIH/3T3
dan aktivitas antineoplastic secara in vivo terhadap Lewis lung
carcinoma [Barchi et al., 1984]. Hormothamnin A yang diisolasi dari
tropical marine cyanobacterium, Hormothamnion enteromorphoides,
adalah lipopeptide yang memproduksi antimicrobial dan cytotoxic
[Gerwick et al., 1989]
OHHOH2C COHN NH OC R O N H CO N
OH CH2OH CONH CONH Ph CONH OC HN H N O NHCO H H NHCO
O
O OH H O HO
O20 21
R = -(CH2)4CH3
Borophycin adalah metabolit yang mengandung boron diisolasi dari
marine strains cyanobacteria Nostoc linckia and Nostoc
spongiaeforme var. tenue memperlihatkan potensi cytotoxicity
terhadap human epidermoid carcinoma (LoVo) dan human colorectal
adenocarcinoma (KB) cell lines, dan terakhir ditemukan juga
memiliki aktivitas antimicrobial [Davidson, 1995] [Banker and
Carmeli, 1998] .
Borophycin
Senyawa Antimikroba Meskipun kebanyakan struktur dan identitas
dari senyawa aktifnya belum diketahui, sejumlah cyanobacterial
extracts telah ditemukan memiliki aktivitas antimicrobial
(antibacterial, antifungal, antialgal, antiprotozoal). Selain
biomassa selnya, senyawa antibiotics juga diproduksi dari larutan
kultur cyanobacteria. Screening larutan kultur (extracellular
products) dari 36 strains Nostocaceae, Microchaetaceae dan
Scytonemataceae, yang diisolasi dari Argentine paddy fields
memperlihatkan 20 strains menghambat S. aureus, 12 terhadap C.
albicans dan hanya 5 menghambat kedua jenis pathogens [De Caire et
al., 1993]. Thermophilic dan thermotolerant cyanobacterial
Phormidium memproduksi senyawa antimicrobial extracellular yang
menghambat secara luas pertumbuhan Gram-positive dan Gram-negative
heterotrophic bacteria, Candida albicans and Cladosporium resinae
[Fish and Codd, 1994]. Senyawa antibacterial dan antifungal yang
telah teridentifikasi dari cyanobacteria adalah termasuk fatty
acids dan acids [Ohta et al., 1995] [Mundt et al., 2003] [Gerwick
et al., 1987], lactone [Cardellina et al., 1979c], phenolic
compounds [DeCano et al., 1990], bromophenols [Pedersn and DaSilva,
1973], terpenoids [Jaki et al., 1999b], N-glycosides [Bonjouklian
et al., 1991], peptides and lipopeptides [Carter et al., 1984]
[MacMillan, et al., 2002] dan isonitrile-containing indole
alkaloids [Moore et al., 1984] [Moore et al., 1987]. Kebanyakan uji
aktivitas antimicrobial hanya menggunakan in vitro assays, dan
umumnya senyawa ini hanya sedikit yang termanfaatkan dalam
pengobatan klinis karena bersifat toksik atau inactive secara in
vivo. Meskipun demikian dapat digunakan sebagai contoh struktur
untuk
pengembangan antibiotik sintetik yang baru atau sebagai produk
dalam bidang pertanian [Reichelt and Borowitzka, 1984]. Contohnya
tjipanazoles, yang diisolasi dari cyanobacterium, Tolypothrix
tjipanensis, yaitu indolo [2,3-a] carbazoles, mirip dengan yang
ditemukan pada actinomycetes dan slime moulds [Bonjouklian et al.,
1991]. Meskipun hanya sedikit memiliki aktivitas cytotoxicity dan
tidak aktif secara in vivo terhadap Candida albicans, tjipanazole
A1 dan A2 memperlihatkan fungicidal activity terhadap rice blast
dan leaf rust wheat infections. 1994]. Schizotrin A antimicrobial
cyclic undecapeptide yang diisolasi dari kultur Schizothrix sp.
(TAU strain IL-89-2) [Pergament and Carmeli,
Schizotrin A
Tjipanazol eN H
Cl
N Cl
H
Cryptophycin I pertamakali diisolasi dari Nostoc sp. ATCC 53789
oleh peneliti Merck, dan ditemukan berpotensi fungicide [Schwartz
et al., 1990] [Hirsch et al., 1990]. Tapi ditemukan terlalu toksik
untuk menjadi kandidat secara klinis. Selanjutnya Moore dkk. [Moore
et al., 1996] [Barrow et al., 1995] [Trimurtulu et al., 1995]
berkerjasama dengan Carmichael mengisolasi senyawa yang sama dari
Nostoc sp. GSV 224 dan mengembangkan semi-synthetic analogous
cryptophycin 8 yang terbukti mempunyai efisiensi therapi yang besar
dan toxicity rendah dibandingkan cryptophycin I secara in vivo.
Sejauh ini telah teridentifikasi 50 cryptophycins yang berbeda.
Bentuk diterpenoids pada cyanobacteria adalah tidak umum. 5
metabolit extracellular baru dengan unprecedented diterpenoid
skeleton, comnostins A-E, telah diisolasi dari media culture
terrestrial cyanobacterium Nostoc commune Vaucher (EAWAG 122b)
dengan cara bioassay-guided isolation. Aktivitas antibacterial yang
moderate terhadap Bacillus cereus terdeteksi pada comnostins A-E,
terhadap S. epidermidis untuk comnostins A-D, dan terhadap E. coli
untuk comnostins A, B, dan D [Jaki et al., 2000]. Glycosylated
lipopeptide hassallidin A diisolasi dari epilithic cyanobacterium
dikoleksi di Bellano, Italy, Hassallia sp. (diidentifikasi sebagai
jenisTolypothrix) memperlihatkan aktivitas antifungal terhadap
Aspergillus fumigatus dan Candida albicans dengan nilai MIC 4.8
g/mL [Neuhof et al., 2005]. Cyanobacterin meskipun sangat keras
menghambat pertumbuhan cyanobacteria lainnya dan green algae,
tetapi mempunyai efek terbatas pada bakteri non-photosynthetic atau
protozoans [Gleason and Paulson, 1984]. Senyawa ini telah
dipatenkan sebagai herbicide dan dapat digunakan untuk mengontrol
algal blooms [Gleason et al., 1986].R2 OHCyanobacterin
R1 O Cl
O
MeO
R1, R2 = -OCH2O-
Dari enam bi-indol yang diisolasi dari marine Rivularia firma,
rivularin D3 memperlihatkan antiinflammatory activity [Norton and
Wells, 1982].O HO O O OH H
Rivularin D3
Senyawa Antiviral Isolasi sulfated polysaccharides dan senyawa
lainnya dari algae dengan aktivitas antiviral terhadap HIV, HSV
type 1 and 2, influenza A virus, RSV, SIV, pseudorabies virus,
bovine herpes virus dan human cyatomegalovirus (HCMV), membuat
pentingnya algae sebagai sumber senyawa antiviral. Senyawa ini
berperan dalam mengganggu penempelan virus terhadap sel targetnya,
sehingga menghambat fusi virus dengan sel (yaitu masuknya virus
dalam sel inang). Porphyridium polysaccharide memperlihatkan aksi
pleiotropic terhadap HSV and VZV viruses, yaitu memblokir berbagai
tahap siklus hidup virus HSV and VZV dengan cara mengintervensi dan
memblokir adsorption dan penetration virus ke dalam sel inang
[Huheihel et al., 2001]. Sulfated polysaccharides dan sulfated
polyanions lainnya dapat menghambat aktivitas dari reverse
transcriptase (RT) and RNase H, yang berperan dalam replikasi
retrovirus [Biesert et al., 1990] [Moelling et al., 1989]
[Nakashima et al., 1987]. Meskipun sejumlah algal polysaccharides
ditemukan berpotensi sebagai bahan antiviral sudah sejak lama
[Ehresmann et al., 1979] [Hatch et al., 1979] [Neushul, 1990],
tetapi belum dikembangkan untuk penggunaan secara klinis, karena
beberapa alasan yaitu : (a) berat moleculesnya sangat tinggi;
sehingga agak susah untuk melewati berbagai barriers dari tubuh
atau membranes cell. (b) tidak adanya enzymes yang mampu mencerna
molekul yang besar dan kompleks, sehingga dapat terakumulasi dalam
tubuh dan mengakibatkan efek cytotoxic. (c) mekanisme aksinya belum
teridentifikasi [Huheihel et al., 2001]. Dilema ini juga dilaporkan
oleh Cardellina et al. [1993] pada screening AIDS-antiviral dari
tanaman terrestrial, cyanobacteria, marine invertebrates dan algae
untuk activitas HIV-antiviral di National Cancer Institute. Dari
1754 cyanobacteria yang diuji, 26 (1.5%) organic acid dan 124
(7.1%) aqueous extracts dipilih untuk dilanjutkan. 99 dari 150
extracts (66%) dieliminasi karena mengandung polysaccharides, dan
43 (29%) supernatants active dilanjutkan untuk diteliti lebih
lanjut. Patterson et al.
[1993b] menemukan sekitar 10% dari extracts cyanobacteria yang
dikultur memperlihatkan activitas antiviral terhadap HSV-2, dan
sekitar 2% mempunyai aktivitas terhadap respiratory syncytial virus
(RSV). Lau et al. (1993) mengskrining extracts dari 900 strains
cyanobacteria untuk penghambatan reverse transcriptase dari avian
myeloblastosis virus dan HIV-1, dan menemukan 2% dari cyanobacteria
memperlihatkan potensi. Spirulina platensis (Nordst.) Geitl.
(Arthrospira) adalah blue-green alga (cyanobacteria) yang tumbuh di
beberapa danau yang kaya akan garam di Afrika dan di Amerika Tengah
dan Selatan. Karena jumlah good-quality protein, carotenoids,
vitamins, dan minerals tinggi, serta rendah cholesterol dan berefek
hypotensive, membuat Spirulina umumnya digunakan sebagai makanan
supplement. Pada pengujian dengan hewan, Spirulina yang diberikan
sebagai makanan dapat meningkatkan aktivitas phagocytic, produksi
antibody, akumulasi NK cells dan menggerakkan sel T dan B ke dalam
darah [Luescher-Mattli, 2003]. Aqueous extracts dari Spirulina
platensis ditemukan menghambat replication HSV-1 [Hayashi et al.,
1993]. Pada konsentrasi yang tidak toxic terhadap sel manusia,
aqueous extract dari S. platensis menghambat formasi syncytium dan
replication HIV-1 dalam T-cell manusia, peripheral blood
mononuclear cells (PBMC), dan langerhans cells (LC) [Ayehunie et
al., 1998]. Hot water extract (HWE) dariSpirulina maxima
memperlihatkan activity antiviral terhadap beberapa virus
menggunakan microplate inhibition assay. HWE menghambat infection
dari herpes simplex virus type 2 (HSV-2), pseudorabies virus (PRV),
human cytomegalovirus (HCMV), dan HSV1. Untuk adenovirus
penghambatan kurang dari 20%, dan tidak ada penghambatan ditemukan
untuk measles virus, sub-acute sclerosing panencephalitis virus
(SSPE), vesicular stomatitis virus (VSV), poliovirus 1 dan
rotavirus SA-11 [Hernandez-Corona et al., 2002]. Isolasi senyawa
antiviral dari S. platensis menghasilkan calcium spirulan (Ca-SP),
sulfated polysaccharide sebagai senyawa aktif terhadap virus (cell
culture): HSV-1 (HeLa), HCMV (HEL), measles (Vero), mumps (Vero),
influenza (MDCK), polio (Vero), coxsackie (Vero), and HIV-1 (MT-4)
[Hayashi et al., 1996a] [Hayashi et al., 1996b]. Sejumlah spesies
cyanobacteria (Phomidium tenue, Oscillatoria trichoides dan O.
limnetica) ditemukan memproduksi glycolipids dengan aktivitas
anti-HIV yang spesifik yaitu menghambat DNA polymerase dari HIV-1
RT [Gustafson et al., 1989] [Reshef et al., 1997] [Loya et al.,
1998].
Produk bahan alam yang sedang terkenal untuk chemotherapy
infeksi human immunodeficiency virus (HIV) adalah cyanovirin-N
(CV-N), yaitu peptide dengan 101 amino acid. Senyawa ini awalnya
diisolasi dari aqueous extract cyanobacterium Nostoc ellipsosporum
[Boyd et al., 1996]. CV-N berpotensi terhadap semua
immunodeficiency viruses (HIV-1, HIV-2, SIV (simian) dan FIV
(feline) [Blakeslee, 1998]. Effect virucidal dari CV-N adalah
mengganggu tahapan dalam process fusion setelah terikatnya virus ke
cells target [Gustafson et al., 1997] [Bewley et al., 1998].
Cyanovirin-N, adalah protein11-kDa yang secara irreversibly
menginactivekan HIV dan juga menggagalkan cell-to-cell fusion dan
transmission dari HIV, dikarenakan interaction high-affinity dengan
viral envelope glycoprotein gp120 [Botos-Istvan et al., 2002].
Kemanjuran secara in vivo dari gel CV-N dalam vagina dan tidak
cytotoxic atau clinical adverse effect baik secara in vitro atau in
vivo, memperlihatkan bahwa CV-N adalah candidate yang bagus untuk
diujikan pada manusia sebagai anti-HIV topical microbicide [Tsai et
al., 2004]. -carboline alkaloids yang mengandung chlor (bauerines
A-C), diisolasi dari terrestrial bluegreen algae Dichothrix
baueriana memperlihatkan activitas terhadap herpes simplex virus
type 2 (HSV2) [Larsen et al., 1994].Me Cl NCl
Cl
MeCl
Me N
O NH
N
N
N
Cl
Bauerine A
Bauerine B
Bauerine C
Indolocarbazoles yang diisolasi dari Nostoc sphaericum
berpotensi antiviral activity terhadap HSV-2 dan cytotoxicity lemah
terhadap KB dan LoVo human carcinoma cell lines [Knubel et al.,
1990].
6-cyano-5-methoxy-12methylindolo[2,3-a]carbazole
Me N
HNH N
HN
6-cyano-5-methoxyindolo [2,3-a]carbazoleCN
CN OMeOMe
Microcolin A and B, yang diisolasi dari ekstrak ethanol
blue-green alga Microcoleus lyngbyaceus, mempunyai aktivitas
antitumor, antiviral HSV-1, dan immunomodulatory [Koehn et al.,
1992].
OAc R S H N
i-Bu S O
O R Me
OAc R S H N
i-Bu S O
O R Me
Me Me
N Me
MeBu-n
N Me
N O Me S O N N S S O OH S
O
R Me
Me N S N S O O
R Me
Bu-n
Pr-i
i-Pr
O
Me S
N
O
Didemnin A, cyclodepsipeptide antibiotic diisolasi aktivitas
antiviral dan antitumour [Rinehart et al., 1981b].OMe Me N O O Me R
N CONH O O N H H OH O H N O
dari Trididemnum sp. memperlihatkan
H
Didemnin A
H O O
NH
13
O
R = H
Schizopeptin 791, penghambat trypsin baru yang structural mirip
dengan cyclic anabaenopeptins, yang diisolasi dari hydrophilic
extract dari cultured terrestrial cyanobacterium Schizothrix sp.
[Reshef et al., 2002].
Senyawa Bioaktif dari Genus Lyngbya Oscillatoriales memproduksi
banyak sekali metabolit sekunder, sejauh ini ada 197 senyawa hanya
dari 15 species yang telah diisolasi. Species dari ordo
Oscillatoriales yang telah terbukti kaya akan senyawa aktif yang
baru adalah Lyngbya majuscula, yaitu benthic cyanobacterium yang
melimpah di laut. Filamentous cyanobacterium ini ditemukan hampir
disemua wilayah perairan tropical dan subtropical di dunia. Ada
sekitar 30% dari semua bahan alam yang diisolasi dari marine
cyanobacteria (yaitu 113 secondary metabolites) bersumber dari
cyanobacterium ini [Burja et al., 2001]. Sekitar 75% dari senyawa
itu telah diuji mempunyai beberapa aktivitas biologis termasuk
antibiotic (7%), anticancer (antiproliferative) (14%), antifungal
(10%), antiviral (3%), cytotoxic (49%) dan beberapa aktivitas baru
lainnya, seperti immunosuppressants, tumor promoters, antifeedants
and antimitotic agents (17%). Analysis 113 senyawa dari L.
majuscula , memperlihatkan 58% adalah lipopeptides (cyclic or
linear) [amino acid-derived compounds], 2% murni komposisi asam
amino, 11% adalah asam lemak, 6% lactone, 5% alkaloid, 6% amide dan
12% pyrroles. Dari senyawa lipopeptida, 43% bersifat cytotoxic dan
22% tidak mempunyai aktivitas, sisanya 35% terdiri dari antibiotic,
anticancer (antiproliferative), antifungal, antiviral dan
activities lainnya [Burja et al., 2001]. Lipid extract dari
Madagascan Lyngbya majuscula menghasilkan 2 malyngamides baru,
malyngamides Q and R (I and II, respectively), dan kedua amides
dari 7-methoxytetradec-4-enoic acid. Malyngamide R (II) bersifat
modestly toxic pada brine shrimp bioassay [Milligan et al.,
2000a].
OH O N MeO R Cl OMe O I Me II R=H R=Me O N OMe
Malyngamide Q (I) dan R (II)
Marine cyanobacterium Lyngbya majuscula koleksi Papua New Guinea
menghasilkan 2 bahan toxic hermitamides A and B. Hermitamides A and
B memperlihatkan toxicity pada brine shrimp bioassay and
cytotoxicity terhadap Neuro-2a neuroblastoma cells pada tissue
culture. Hermitamide A juga bersifat ichthyotoxic sedang terhadap
gold fish [Tan et al., 2000].
Hermitamide A
Hermitamide B
Apratoxin A, cytotoxin dengan cyclic depsipeptide diisolasi dari
marine cyanobacterium Lyngbya majuscula Harvey ex Gomont ditemukan
berpotensi cytotoxicity terhadap sel kanker KB (IC50= 0.52 nM) dan
LoVo (IC50= 0.36 nM); Namun hanya memiliki aktivitas yang rendah
secara in vivo terhadap colon tumor dan ineffective terhadap
mammary tumor [Luesch et al., 2001a]. Meningkatnya fakta, bahwa
asal sebenarnya metabolites yang diisolasi dari beberapa marine
macroorganisms, adalah berasal dari cyanobacterial. Sebagai contoh,
beberapa metabolit cyanobacterial, yang analog dengan anticancer
dolastatins, sebenarnya berasal dari Indian Ocean sea hare,
Dolabella auricularia dan sekarang ditemukan pada marine
cyanobacteria, Lyngbya majuscula dan Symploca hydnoides. Hasil
penelitian ini memperlihatkan bahwa senyawa dolastatin yang
diisolasi dari D. auricularia adalah berasal dari makananya
[Harrigan et al., 2000] [Luesch et al., 2002b]. 2
cyclic depsipeptides, lyngbyastatin 2 dan norlyngbyastatin 2,
analogues dari dolastatin G and nordolastatin G telah diisolasi
sebagai senyawa dari marine cyanobacterium Lyngbya majuscula asal
Guamanian. Metabolites baru ini mirip dengan senyawa yang berasal
dari sea hare Dolabella auricularia [Luesch et al., 1999].
Lyngbyastatin
Norlyngbyastatin 2
Guineamides cyclic depsipeptides diisolasi dari L. majuscula
koleksi Papua New Guinea. amino acid 2-methyl-3-aminopentanoic acid
yang unik pada guineamide A juga telah dilaporkan sebagai bagian
dari beberapa metabolites marine molluscan khususnya dari Dolabella
auricularia. Guineamides B and C memiliki moderate cytotoxicity
terhadap cell neuroblastoma mouse dengan nilai IC 50 15 dan 16 M
[Tan et al., 2003].
Lyngbyabellins A (I) dan B (II) adalah lipopeptides yang
berpotensi cytotoxic [Yokokawa et al., 2002]. Lyngbyabellin A (I)
yang diisolasi dari Lyngbya majuscula strain Guamanian [Luesch et
al., 2000a] secara structurally mirip dolabellin, yang diisolasi
dari sea hare Dolabella auricularia dan berpotensi merusak kerja
microfilamen sel [Luesch et al., 2000a]. Lyngbyabellin B (II),
cyclic depsipeptide baru yang diisolasi dari Lyngbya majuscule
koleksi dari Dry Tortugas National Park, Florida, memperlihatkan
potensi toxicity terhadap brine shrimp dan fungus Candida albicans
[Milligan et al., 2000b].O Me H Me
HN
HN O S N
S Me HO Me
N O O Me Me O Me Me HN HN O N S O O Cl Cl Me I
S Me HO Me
N O O Me Me O O Cl Cl Me II
Lyngbyabellin A (I) dan B (II)
Hectochlorin diisolasi dari marine Lyngbya majuscula yang
dikoleksi dari Hector Bay, Jamaica, dan Boca Del Drago Beach, Bocas
del Toro, Panama. Hectochlorin memperlihatkan cytotoxicity dan
potensi aktivitas penghambatan terhadap fungus Candida albicans.
Secara structur, hectochlorin mirip dolabellin dan lyngbyabellin
[Marquez et al., 2002].
S Me Cl Cl Me O O N O O N S O I Me Me O O O Me
Hectochlorin
Me HO Me
Cyclodepsipeptides baru, pitipeptolides A (I) and B (II)
diisolasi dari marine cyanobacterium Lyngbya majuscula yang
dikoleksi pada Piti Bomb Holes, Guam. I dan II memperlihatkan
cytotoxicity terhadap sel cancer LoVo, tetapi memiliki aktivitas
moderate antimycobacterial dan menstimulasi aktivitas enzim
elastase [Luesch et al., 2001b].R Me O O O Me Me O HN N H Me H Me N
O N H O O Me
Me N
O
O Me H Me I II R= R= C CH C H C H2
Pitipeptolides A (I) dan B (II)
Palau'amide yang diisolasi dari species Lyngbya asal Palau
memperlihatkan potensi sitotoksik terhadap sel KB dengan nilai IC50
13 nM [Williams et al., 2003a]. Lyngbya majuscula dari Palau juga
mengandung peptides dolastatin 3, homodolastatin 3, dan koraramide
[Mitchell et al., 2000] dan glycoside macrolide lyngbyaloside B (I)
[Luesch et al., 2002a].
E Me MeO S S MeO S S O R R O H OH Me S O R H Me S R O R R OH OH
O Me
E Br
Palauamide
Lyngbyaloside
Marine cyanobacterium Lyngbya sp. koleksi Palauan yang
memproduksi apratoxin [Luesch et al., 2002c] juga menghasilkan
lyngbyabellin C yaitu cytotoxic macrolide yang mirip
lyngbyabellins, dolabellin dan hectochlorin. Sebagai tambahan
terhadap lyngbyapeptin A, 2 modified tetrapeptides baru juga telah
diisolasi dari Lyngbya sp. koleksi Palauan, yaitu lyngbyapeptins B
and C, demikian pula dengan cytotoxic N-acylpyrrolinone
palau'imide.S HO N Cl Cl HN O Me Pr-i O O (C H 2 ) 3 Me O Bu-n
OMe
MeO Et N O S O O Me OH Me
O S
Me N
i-Pr S O
O S N Me E O MeMe
N S S N H
N Me
R N S
OMe
O
Ph
MeO
OMe
Lyngbyabellin C
Lyngbyapeptin B
Palauimide
Majusculoic acid (I), brominated cyclopropyl fatty acid
diisolasi dari mat assemblage marine cyanobacterial Lyngbya
majuscula dan memperlihatkan aktivitas antifungal terhadap Candida
albicans ATCC 14503 [MacMillan and Molinski 2005].CH CH HH
Majusculoic acid
M e C H2 C H2 C Br
CH
C H2 C H2
C H2 C H2 C O2 R I
Selain L. majuscula, beberapa strains dari genus Lyngbya juga
memproduksi senyawa bioaktif seperti lipopeptides lobocyclamides
A-C yang diisolasi dari Lyngbya confervoides. Lobocyclamides A (I)
dan B (II) memperlihatkan activity antifungal moderate terhadap
Candida spp. Jika diujikan dalam bentuk campuran, I dan II
memperlihatkan activity antifungal synergistic secara in vitro
[MacMillan et al., 2002].
4 depsipeptides baru, wewakpeptins A-D telah diisolasi dari
marine cyanobacterium L. semiplena yang dikoleksi dari Papua New
Guinea. Wewakpeptin A dan B yang paling cytotoxic diantara ke 4
depsipeptides, dengan nilai LC50 0.4 M terhadap NCI-H460 human lung
tumor dan neuro-2a mouse neuroblastoma cell lines [Han et al.,
2005]. Brine shrimp toxicity guided fractionation dari extracts
campuran cyanobacteria Lyngbya majuscula and Schizothrix sp. yang
dikoleksi dari Fijian menghasilkan 11 chlorinated lipids,
taveuniamides A-K. Taveuniamides F, G and K (I, II, and III,
respectively) berpotensi toksik terhadap brine shrimp dengan LD50s
antara 1.7-1.9 g/mL [Williamson et al., 2004].
Cl
H N C O C H3 H N C O C H3 C H C l2 C H C l2 II I
Cl Cl Cl Cl
H N C O C H3
Cl III
Taveuniamides F (I), G (II) dan K (III)
Ulongapeptin, cytotoxic cyclic depsipeptide diisolasi dari
marine cyanobacterium Lyngbya sp. asal Palau, bersifat cytotoxic
terhadap sel KB dengan nilai IC50 0.63 M [Williams et al., 2003b].
Cyanobacterium Lyngbya sp. juga menghasilkan lyngbyabellin D
memperlihatkan nilai IC50 0.1 M terhadap sel KB.
Lyngbyabelli nD
Dua koleksi marine cyanobacterium Lyngbya sp. dari Guam dan
Palau menghasilkan depsipeptides apratoxin A (1) apratoxins B (2)
and C (3), yang diuji cytotoxicity secara in vitro bersama dengan
semi-synthetic E-dehydroapratoxin A (4) untuk mengidentifikasi
struktur elemen yang bertanggung jawab terhadap cytotoxicity.
Senyawa 2-4 memperlihatkan cytotoxicity lebih lemah daripada 1,
tetapi dengan tingkat yang berbeda. Senyawa 3 mempunyai
cytotoxicity yang hampir mirip senyawa 1. Sementara senyawa 2 dan 4
memperlihatkan aktivitas signifikan yang lebih rendah [Luesch
et al., 2002d].
Obyanamide, novel cytotoxic cyclic depsipeptide diisolasi dari
strain marine
cyanobacterium L. confervoides dikoleksi dari Saipan,
Commonwealth of the Northern Mariana Islands, bersifat cytotoxic
terhadap sel KB dengan nilai IC50 0.58 g/mL [Williams et al.,
2002].
Obyanamide
