Rekayasa protein merupakan teknologi kekinian yang dapat meningkatkan fungsi protein saat diaplikasikan di industri, salah satunya adalah rekayasa protein biokatalis yaitu enzim. Carbohydrate binding domain (CBM) mampu meningkatkan sisi pengikatan kelompok carbohydrate-active enzyme (CAZy) ke target polisakarida sehingga memudahkan enzim kontak dengan substratnya. Lakase, suatu metaloenzim yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi lignin. Enzim lignoselulotik ini bekerja dengan merusak struktur matrik pada ikatan selulosa-hemiselulosa-lignin pada produk samping agro-industri. Karena kemampuannya tersebut, enzim lakase dapat menjadi pengganti penggunaan bahan kimia seperti Sodium Hidroksida (NaOH) dan Asam Klorida (HCl) pada proses penghilangan lignin dari bahan produk samping hasil pertanian, yaitu lignoselulosa. Oleh karena itu, lakase merupakan salah satu enzim penting dalam tahap delignifikasi pada industri kertas. Enzim ini dapat meningkatkan kualitas produk, proses industri dengan teknologi yang ramah lingkungan.

Kelompok peneliti proteomik di PUI-PT Pusat Riset Rekaya Molekul Hayati [Research Center for Bio-Molecule Engineering (BIOME)] Universitas Airlangga berhasil mengisolasi, mengkarakterisasi gen penyandi carbohydrate binding module (CBM) dari bakteri termofil lokal Geobacillus thermoleovorans IT-08. CBM juga telah berhasil diekspresikan di sel inang heterologous Escherichia coli dan Saccharomyces cerevisiae. CBM tersebut merupakan bagian dari domain non-katalitik pada enzim β-xilosidase43B dari sumber yang sama. Keberhasilan memisahkan CBM dari unit katalitik enzim xilosidase sangat menguntungkan untuk membantu meningkatkan kestabilan dan aktivitas beberapa enzim industri, diantaranya lakase. Konstruksi fusi gen penyandi CBM dengan gen penyandi biokatalis lakase dilakukan dengan metode overlapping PCR, dan telah berhasil diekspresikan ke dalam sel inang  heterologous Escherichia coli dan Saccharomyces cerevisiae. Mengapa dipilih enzim lakase? Dalam pengembangan green technology, produk samping agro-industri yaitu biomass, khususnya produk samping agro-industri kelapa sawit, berupa tandan kosong kelapa sawit (TKKS) kaya akan sumber energi berbasis polisakarida selulosa dan hemiselulosa. Sumber energi kaya polisakarida tersebut dapat digunakan sebagai pakan ternak alternatif, namun keberadaan lignin akan sangat mengganggu organoleptis TKKS sebagai nilai tambah sumber pakan ternak alternatif. Untuk itu penghilangan lignin ramah lingkungan dapat dilakukan dengan penambahan enzim lakase. 

Keberhasilan dalam riset ini, telah menghasilkan chimere dua protein melalui rekayasa biokatalis anatara gen penyandi novel CBM36 dari β-Xylosidase B (GbtXyl43B)  Geobacillus thermoleovorans IT-08 and laccase (LCC2) dari Pleurotus salmoneostramineus dengan metode overlapping polymerase chain reaction (PCR), kemudian diinsersikan ke dalam vector ekspresi pET-32a and pYHM1 untuk heterologous sel inang  Escherichia coli BL21 codon plus dan Saccharomyces cerevisiae BJ1824. Hasil protein fusi, Cbm36-Lcc2, telah berhasil diekspresikan baik di E. coli maupun S. ceerevisiae dan menunjukkan pH dan suhu optimum berturut-turut 5.0 dan 60℃, serta 6.0 dan 60℃ menggunakan 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate; ABTS) sebagai substrat. Stabilitas suhu dan pH menunjukkan Cbm36-Lcc2 yang diekspresikan di S. cerevisiae BJ1824 lebih stabil dibandingkan ekspresi di E.coli BL21 codon plus. Aktivitas lakase Cbm36-Lcc2 juga menunjukkan dua sampai tiga kali lebih tinggi dibandingkan lakase (Lcc2) itu sendiri. Riset ini memberikan wawasan baru bahwa protein fusi novel Cbm36 ke dalam Lcc2 dapat meningkatkan kestabilan suhu dari Lcc2 di dalam struktur chimere Cbm36-Lcc2 dibandingkan dengan Lcc2 itu sendiri. Hasil ini menjadi peluang aplikasi protein chimeric tersebut di agro-industri untuk mendukung green-industry.

Penulis: Ni Nyoman Tri Puspaningsih

Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di: 

https://doi.org/10.1016/j.bcab.2022.102377

Anita Kurniati, Ni Nyoman Tri Puspaningsih, Kartika Dwi Asni Putri, Mamik Damayanti, Ni Nyoman Purwani, Sylvia Aulia Rahmah, Purkan,Kazuhito Fujiyama, Makiko Sakka, Kazuo Sakka, Tetsuya Kimura, Ali Rohman, Afaf Baktir, Rahmat Eko Sanjaya (2022). Heterologous fusion gene expression and characterization of a novel carbohydrate binding module (Cbm36) to laccase (Lcc2). Biocatalysis and Agricultural Biotechnology 42 (2022) 102377