Skripsi

ANALISIS DAN PEMETAAN SEKUENS GEN ERG11 CANDIDA KRUSEI PENGODE RESISTENSI AZOL = ANALYSIS AND MAPPING OF AZOLE RESISTENCE CODER ERG11 GENE SEQUENCE IN CANDIDA KRUSEI.

Latar Belakang Candida spp. merupakan penyebab kandidiasis yang berspektrum infeksi luas. Kandidiasis sistemik yang invasif memiliki prevalensi yang kian meningkat dengan tingkat mortalitas yang tinggi. Meskipun Candida albicans merupakan patogen paling umum dalam menyebabkan infeksi, terdapat peningkatan kandidiasis non-albicans yang salah satunya disebabkan oleh Candida krusei. Candida krusei memiliki resistensi intrinsik terhadap golongan azol yang menyebabkan hambatan pada terapi. Resistensi terhadap azol terjadi melalui mekanisme alterasi atau ekspresi berlebih gen pengode enzim lanosterol 14-alpha-demethylase yang merupakan target dari azol. Analisis dan pemetaan sekuens gen ERG11 dan protein ERG11 diharapkan memberikan pemahaman mendalam terkait mekanisme resistensi azol pada Candida krusei Metode Penelitian deskriptif observasional ini menganalisis karakteristik sekuens whole-genome dari 16 spesimen Candida krusei dari basis data BioProject NCBI. Sekuens asam amino protein ERG11 dari basis data UniProtKB digunakan sebagai query untuk menemukan sekuens gen dan asam amino ERG11 pada sekuens genom melalui fitur BLAST tblastn. Homolog dari protein ERG11 terhadap spesies Candida albicans, Candida parapsilosis, Candida tropicalis dan Candida glabrata dianalisis menggunakan fitur BLAST blastp. Analisis hubungan filogenetik melalui pohon filogeni dan kalkulasi pairwise distance antara protein ERG11 dan homolognya dilakukan pada program MEGA11. Struktur tiga dimensi protein ERG11 didapatkan dengan dua situs, SWISS-MODEL dan Phyre2. Prediksi efek dari perubahan asam amino pada protein ERG11 didapatkan dengan analisis heatmap dan tabel hasil prediksi pada situs SNAP2 Hasil Hasil persentase identitas yang tinggi terhadap sekuens gen ERG11 pengode protein ERG11 ditemukan pada sembilan sekuens Candida krusei dengan panjang 528 asam amino dan kecocokan identitas 99.621% hingga 99.811%. Homolog protein ERG11 didapatkan pada keempat spesies Candida lainnya dan analisis filogeni menunjukkan hubungan diantaranya. Pemodelan tiga dimensi menghasilkan struktur dengan kemiripan identitas 99.81% berkualitas tinggi (GMQE 0.92) dengan dua segmen transmembran dan situs pengikatan Fe dari heme. Ditemukan 7,746% prediksi perubahan fungsi protein dengan efek kuat akibat substitusi asam amino, dengan skor terbesar pada posisi asam amino 477 namun belum dapat dijelaskan kaitannya dengan resistensi azol. Kesimpulan Terdapat kekerabatan genetik antara protein ERG11 Candida krusei dengan homolog dari spesies Candida lainnya. Masih dibutuhkan penelusuran lebih lanjut untuk memahami hubungan mutasi pada gen ERG11 dan protein ERG11 dalam menyebabkan resistensi azol pada Candida krusei
Kata Kunci: bioinformatika, Candida krusei, Candida spp., filogenetik, homologi protein, resistensi azol


Introduction Candida spp. is a genus of pathogen that causes candidiasis, an infection with a broad spectrum. Systemic and invasive candidiasis has a growing prevalence with a high mortality rate. Although Candida albicans is the leading pathogen that causes infection, there has been a significant rise in cases of non-albicans candidiasis, including Candida krusei. Candida krusei has an intrinsic resistance towards azoles, which occurs through alteration or upregulation of the gene that codes lanosterol 14-alpha-demethylase enzyme, the main target of azoles. Analysis and mapping of the ERG11 gene and protein might give a deeper understanding of the azole resistance mechanism in Candida krusei. Method This descriptive observational study analyzed 16 whole genome sequences of Candida krusei from the BioProject NCBI database. The amino acid sequence of ERG11 protein from UniProtKB was used as a query to locate the ERG11 gene sequence and ERG11 amino acid sequence in the genome sequences using the BLAST tblastn feature. Homologs of ERG11 protein from Candida albicans, Candida parapsilosis, Candida tropicalis, and Candida glabrata were generated with BLAST blastp. Phylogeny tree and pairwise distance calculation between ERG11 protein and its homologs were analyzed using the MEGA11 program. Three-dimensional structures of ERG11 protein were constructed using SWISS-MODEL and Phyre2. The predicted effects of amino acid changes in ERG11 protein were processed using the SNAP2 site. Results High identity percentage of ERG11 protein coder, ERG11 gene sequence, was discovered in nine Candida krusei sequences with the length of 528 amino acids and identity percentage ranging from 99.621% to 99.811%. Homologs of ERG11 protein were found in every analyzed Candida species with phylogenic relations between them. Threedimensional models of ERG11 protein showed an identity match of 99.81% with a highquality template (GMQE 0.92) containing two transmembrane segments and a binding site for heme iron. 7,746% of strongly predicted effects due to amino acid changes were identified in the ERG11 protein, with the highest score calculated in the 477th amino acid. The causality between the point mutation and azole resistance could not yet be identified. Conclusion There is a genetic relation between the Candida krusei ERG11 protein and its homologs from various Candida species. Further research is needed to fully understand the underlying mechanism of azole resistance in Candida krusei and its connection to mutation in ERG11 gene and ERG11 protein.
Keywords: bioinformatics, Candida krusei, Candida spp., phylogenetic, Protein homology, azole resistance