MAKALAH BIOTEKNOLOGI AKUATIK
Disusun untuk memenuhi tugas Matakuliah Bioteknologi yang dibina oleh Bapak Prof. Dr. Agr. Mohamad Amin, S.Pd, M.Si
Oleh: Kelompok 7/Kelas C
Alifa Robitah
120341521868
Farida Nurlaila Zunaidah
120341521858
Hijrah Sudrajat
120341521875
UNIVERSITAS NEGERI MALANG PROGRAM PASCASARJANA PROGRAM STUDI MAGISTER PENDIDIKAN BIOLOGI Maret 2013
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Hampir 75% permukaan bumi ditutupi oleh air, sehingga sudah tidak asing bagi kita untuk mengetahui bahwa perairan merupakan lingkungan yang kaya akan sumber aplikasi bioteknologi dan memberikan solusi potensial beberapa masalah penting. Organisme akuatik dapat hidup pada rentangan kondisi ekstrim, seperti pada laut kutub yang sangat dingin, tekanan yang sangat tinggi pada dasar laut dalam, salinitas tinggi, temperatur yang tinggi, dan kondisi minim sinar matahari. Berdasarkan hal tersebut, organisme akuatik berkembang melalui jalur metabolisme yang menakjubkan, mekanisme reproduksi dan adaptasi sensori. Organisme ini memiliki kekayaan informasi genetik unik dan aplikasi yang potensial. Terdapat beberapa potensi masa depan dalam kajian bioteknologi akuatik karena perairan merupakan salah satu area bioprospek kajian global dalam upaya menemukan spesies akuatik yang belum pernah terungkap sebelumnya yang mungkin memiliki nilai komersil. Lingkungan perairan seperti lautan dunia merupakan sumber kekayaan keanekaragaman hayati yang sangat luar biasa; untuk dapat bertahan hidup organisme laut harus mampu mengatasi tekanan ekstrim, suhu yang tinggi, salinitas, dan kondisi lingkungan lainnya. Oleh karena itu potensi untuk menemukan protein baru dan senyawa bioaktif yang memiliki potensi komersil pada organisme laut ini sangat tinggi. ting gi. Sebagai contoh, conto h, lebih dari 40 perusahaan melakukan bioprospek di benua Artik, dan berharap dapat memanfaatkan kekayaan baru organisme Artik dalam es, air dan tanah dibawah lapisan es. Sektor perikanan secara praktis mengembangkan spesies ikan dengan modifikasi genetik, akan terus berlanjut untuk mengembangkan area bioteknologi akuatik untuk memberikan ketersediaan sumber makanan dengan protein tinggi. Dalam bahasan ini, kita menyadari banyaknya aspek mengagumkan dari bioteknologi akuatik dengan mengeksplor bagaimana organisme perairan tawar dan laut dapat digunakan untuk aplikasi bioteknologi. Olehkarena itu dai dalam
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Hampir 75% permukaan bumi ditutupi oleh air, sehingga sudah tidak asing bagi kita untuk mengetahui bahwa perairan merupakan lingkungan yang kaya akan sumber aplikasi bioteknologi dan memberikan solusi potensial beberapa masalah penting. Organisme akuatik dapat hidup pada rentangan kondisi ekstrim, seperti pada laut kutub yang sangat dingin, tekanan yang sangat tinggi pada dasar laut dalam, salinitas tinggi, temperatur yang tinggi, dan kondisi minim sinar matahari. Berdasarkan hal tersebut, organisme akuatik berkembang melalui jalur metabolisme yang menakjubkan, mekanisme reproduksi dan adaptasi sensori. Organisme ini memiliki kekayaan informasi genetik unik dan aplikasi yang potensial. Terdapat beberapa potensi masa depan dalam kajian bioteknologi akuatik karena perairan merupakan salah satu area bioprospek kajian global dalam upaya menemukan spesies akuatik yang belum pernah terungkap sebelumnya yang mungkin memiliki nilai komersil. Lingkungan perairan seperti lautan dunia merupakan sumber kekayaan keanekaragaman hayati yang sangat luar biasa; untuk dapat bertahan hidup organisme laut harus mampu mengatasi tekanan ekstrim, suhu yang tinggi, salinitas, dan kondisi lingkungan lainnya. Oleh karena itu potensi untuk menemukan protein baru dan senyawa bioaktif yang memiliki potensi komersil pada organisme laut ini sangat tinggi. ting gi. Sebagai contoh, conto h, lebih dari 40 perusahaan melakukan bioprospek di benua Artik, dan berharap dapat memanfaatkan kekayaan baru organisme Artik dalam es, air dan tanah dibawah lapisan es. Sektor perikanan secara praktis mengembangkan spesies ikan dengan modifikasi genetik, akan terus berlanjut untuk mengembangkan area bioteknologi akuatik untuk memberikan ketersediaan sumber makanan dengan protein tinggi. Dalam bahasan ini, kita menyadari banyaknya aspek mengagumkan dari bioteknologi akuatik dengan mengeksplor bagaimana organisme perairan tawar dan laut dapat digunakan untuk aplikasi bioteknologi. Olehkarena itu dai dalam
makalah ini akan dibahas lebih lanjut hal yang berkaitan dengan pentingnya bioteknologi akuatik serta s erta aplikasinnya.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah fokus kajian bioteknologi akuatik? 2. Bagaimanakah peran akuakultur (budidaya perairan) dalam meningkatkan suplai sumber pangan dunia melalui aplikasi bioteknologi serta nilai ekonomisnya? 3. Bagaimanakah praktik budidaya perikanan serta inovasi untuk meningkatkan kualitas akuakultur? 4. Bagaimanakah halangan dan keterbatasan akuakultur? 5. Bagaimanakah perkembangan akuakultur masa kini dan masa depan serta teknik aplikasinya? 6. Bagaimanakah aplikasi bioteknologi akuatik dalam bidang kesehatan dan lingkungan? C. Tujuan
1. Menjelaskan fokus kajian bioteknologi akuatik 2. Menjelaskan peran akuakultur (budidaya perairan) dalam meningkatkan suplai sumber pangan dunia melalui aplikasi bioteknologi serta nilai ekonomisnya 3. Menjelaskan praktik budidaya perikanan serta inovasi untuk meningkatkan kualitas akuakultur 4. Menjelaskan halangan dan keterbatasan akuakultur 5. Memaparkan perkembangan akuakultur masa kini dan masa depan serta teknik aplikasinya 6. Menjelaskan aplikasi bioteknologi akuatik dalam bidang kesehatan dan lingkungan
BAB II ISI
A. Fokus Kajian Bioteknologi Akuatik
Lautan telah menjadi sumber makanan dan sumber daya alam selama ribuan tahun. Akan tetapi, pertumbuhan polulasi manusia, penangkapan ikan secara besar-besaran, dan penurunan kondisi lingkungan telah menyebabkan jatuhnya industri perikanan, per ikanan, yang turut memberikan memb erikan tekanan bagi beberapa b eberapa spesies dan strain sumber daya laut. Meskipun ilmuwan telah mempelajari banyak hal tentang biologi kelautan, organisme laut yang sangat luas bahkan sampai mikroorganisme yang ada didalamya, masih belum banyak yang teridentifikasi. Diperkirakan sekitar 80% organisme di bumi hidup dalam ekosistem akuatik. Hal ini jelas menunjukakn bahwa perlu adanya banyak penelitian lebih lanjut mengenai kekayaan potensi laut yang dikombinasikan dengan keadaan semakin meningkatnya populasi manusia, kebutuhan medis, dan fokus lingkungan terhadap bumi membuat sains akuatik menjadi kajian yang menarik untuk diteliti lebih lanjut. Ekosistem akuatik mungkin memiliki jawaban atas beberapa masalah global. Kajian bioteknologi akuatik di Amerika serikat memprioritaskan penelitian untuk mengeksplorasi pemanfaatan organisme akuatik diantaranya untuk:
Meningkatan suplai sumber pangan dunia
Pemugaran dan perlindungan ekosistem laut
Mengidentifikasi senyawa baru yang berguna untuk kesehatan manusia dan perawatan medis
Meningkatkan keamanan dan kualitas makanan laut
Menemukan dan mengembangkan produk baru dan aplikasinya dalam indusri kimia
Mencari pendekatan baru untuk monitoring dan pengobatan penyakit
Meningkatkan pengetahuan proses biologi dan geokimia lingkungan perairan.
B. Aquaculture (budidaya perairan): Meningkatkan Suplai Sumber Pangan Dunia melalui Aplikasi Bioteknologi
Populasi manusia saat ini mencapai 6,9 milyar jiwa dan diperkirakan berpotensi untuk terus bertambah hingga mencapai 9,3 milyar di tahun 2050. Kehidupan manusia yang terus meningkat menyebabkan semakin meningkatnya gaya hidup berstandar tinggi untuk memenuhi kebutuhannya sehingga saat ini muncul banyak kecenderungan untuk mendapatkan makanan bergizi tinggi seperti daging dan seafood. Permintaan dunia terhadap hasil aquaculture diperkirakan akan meningkat 70% selama 30 tahun terakhir. Aquaculture (budidaya perairan) merupakan pengolahan hasil perairan, seperti pengolahan ikan, kerang dan tumbuhan akuatik untuk tujuan rekreasi atau komersil. Khususnya, marine aquaculture (budidaya kelautan) disebut mariculture . Kebutuhan akan hasil laut terus meningkat baik untuk seafood ataupun hasil lainnya selama 30 tahun terakhir ini dan untuk mencukupinya dibutuhkan sekitar 50-80 juta ton. Hal tersebut menyebabkan, penagkapan ikan yang berlebihan, peruskaan habitat dan eksploitasi hasil laut oleh perusahaan perikanan berdampak pada penurunaan produksi laut dunia dan ketersediaan pangan. Menurut organisasi pangan dunia (FAO), diperkirakan sekitar setengah dari persediaan ikan telah dianggap tereksploitasi penuh dan sekitar 30% dianggap mengalami overeksploitasi, habis dan mengalami pemulihan. Apabila permintaan terus berkelanjutan dan terus meningkat maka akan mengakibatkan penurunan kualitas lingkungan perairan yang dapat berakibat kekurangan ikan dan kerangkerang konsumsi. Melalui akuakultur diharapkan dapat menciptakan kondisi lingkungan perairan yang tetap terjaga dengan melakukan upaya pengolahan sumber daya laut yang lebih baik sehingga dapat mengatasi masalah ini.
Nilai ekonomi akuakultur
Akuakultur di Amerika merupakan salah satu industri yang mengalami pertimbuhan lebih dari $ 1 milyar setiap tahunnya, yang hanya mencukupi 5% kebutuhan suplai makanan laut dunia. Akuakultur di Amerika mengalami peningkatan dua kalilipat pada 10 tahun terakhir dan menghasilkan 100 tumbuhan
dan hewan laut yang berbeda. Beberapa negara di dunia juga secara aktif mengembangkan akuakultur secara praktis. China merupakan negara nomer 1 yang memproduksi hasil laut, diikuti oleh India, Vietnam, Indonesia, Thailnd, Bangladesh, Norwegia, Chilie, Filipina, Jepang, Mesir, dan Myanmar, perikanan Yunani memproduksi sea bass lebih dari 100.000 ton setiap tahun. Norwegia merupakan negara pemroduksi salmon terbesar di dunia. Kanada memproduksi lebih dari 70.000 ton salmon dari lautan atlantik dan pasifik yang setiap tahunya menghasilkan keuntungan sekitar $450 milyar. Industri perikanan memiliki nilai eknonomis lebih tinggi dibandingkan dengan peternakan, sebagai contoh dalam peternakan sapi membutuhkan 7 pon batang padi sebagai pakan untuk menghasilkan 1 pon daging, sedangkan di perikananan hanya membutuhkan 2 pon makanan ikan untuk dapat menghasilkan 1 pon daging ikan. Contoh lainnya dengan melakukan aquakultur, ikan catfish yang dibudidayakan dapat tumbuh hampir 20% lebih cepat dibandingkan dengan pertumbuhan ikan catfish di kondisi alaminya. Meskipun demikain ada juga beberapa ikan yang tidak bisa dibudidayakan tetapi lebih baik tumbuh di alam seperti ikan tuna dan ikan todak yang hidup berkelompok di lautan bebas. Berdasarkan paparan statistik tentang perkembangan industri perikanan dunia saat ini, menunjukkan bahwa akuakultur merupakan industri yang penting dan potensial di masa mendatang.
C. Praktik Budidaya Perikanan
Tujuan utama akuakultur adalah untuk membudidayakan ikan-ikan konsumsi manusia. Suatu organisme parairan ditumbuhkan untuk banyak tujuan, misalnya ikan-ikan kecil dibudidayakan untuk dijual sebagai umpan ikan atau tujuan rekreasi (sebagai ikan hias). Ikan kecil seperti ikan haring dan sarden dipanen dalam jumlah besar dimanfaatkan untuk makanan ikan, minyaknya digunakan untuk makanan ternak, seperti ternak sapi, babi dan ikan lainnya. Untuk membuat mutiara, maka dibudidayakan kerang laut yang diisolasi dengan agen tertentu agar terbentuk sekret dan menghasilkan mutiara, persilangan ikan
jenis tertentu untuk menghasilkan bibit unggul, penyebaran stok ikan semua contoh tersebut merupakan aplikasi dari akuakultur. Aplikasi akuakultur sangat bervariasi dan hel tersebut tergantung pada faktor-faktor seperti spesies apa yang ingin dibudidayakan, faktor siklus hidup suatu spesies, faktor lingkungan yang dibutuhkan untuk tumbuh, dan waktu yang dibutuhkan untuk mempersiapkan kematangan ikan hingga siap dijual di pasar. Sebagai contoh telur-telur ikan salmon dan spermanya diambil secara manual dari stok benih ikan salmon dewasa. Hal tersebut dilakukan sebagai upaya untuk mengontrol kualitas dan kesehatan ikan yang diproduksi. Pertumbuhan ikan, kesehatan, kualitas dan warna daging ikan merupakan hal-hal yang perlu diperhatikan oleh pembudidaya ikan. Dalam praktik pembudidayaan ikan biasanya telur-telur ikan akan difertilisasikan di dalam sebuah wadah sampai embrio menetas yang disebut “fry”, kemudian dipindahkan di akuarium yang lebih besar dengan air mengalir.
Kebanyakan inisiasi pembudidayan ikan didalam ruangan dalam rangka “perawatan”. Ikan biasanya dapat lepas dari perawatan intensif apabila sudah
mencapai ukuran sebesar jari manusia atau biasa disebut smolts yang selanjutnya akan dipindahkan pada wadah konsentrasi yang disebut raceways dan bisa diletakkan di dalam ruangan atau diluar ruangan (Gambar 1). Raceways biasanya merupakan tangki yang didesain saling terhubung dan dialairi air secara terus menerus. Tipe raceways seperti ini sangat penting untuk budidaya ikan salmon dan ikan trout (semacam ikan air tawar) yang biasanya bertahan hidup dengan melawan arus. Dengan membuat lingkungan mini yang mirip aslinya, akuakultur berusaha memberikan lingkungan alami bagi ikan sehingga mendukung pertumbuhan karakter fisik yang sama dengan ikan di alam, seperti perkembangan sistem otot dan instingnya. Beberapa spesies ikan dibesarkan dalam tangki raceways hingga mencapai ukuran yang bisa dijual di pasaran, atau bisa juga dipindahkan ke kolam dangkal kecil untuk pertumbuhan lebih lanjut sebelum dipanen. Untuk spesies tertentu termasuk salmon, setelah ikan mencapai ukuran sedang. Ikan tersebut dibesarkan hingga mencapai kematangan seksual di dalam kandang berjaring, atau tanah
berpagar yang tampak seperti danau, kolam kecil atau estuaria. Peternak kerang umumnya menggunakan sistem kandang berjaring sebagai tempat pembibitan
dengan sejumlah besar perawatan intesnsif untuk kerang yang belum matang Gambar 1. Cara pembudidayaan ikan seperti tiram atau remis yang menempel di rak-rak. Rak yang diletakkan di lingkungan estuaria sangat mendukung pertumbuhan dam kematangan seksual kerang dalam kondisi lingkungan laut yang alami (Gambar 2). Biasanya dengan membudidayakan kerang dalam rak-rak ini dapat meningkatkan produksi kerang dibandingkan jika kerang hidup di lingkungan alami. Jadi upaya yang dilakukan dalam akuakultur bisanya dilakukan dengan merubah beberapa teknik budidaya sebagai usaha untuk meingkatkan hasil dan untuk meminimalisir biaya produksi.
Peternakan salmon merupakan contoh yang sangat bagus untuk proses perbesaran. Telur dan sperma dari indukan unggul dibiakkan untuk pertumbuhan yang cepat selam fertilisasi, dan menghasilkan embrio yang kemudian dipelihara selama 12 sampai 18 bulan di dalam tanki sampai mencapai ukurang sebesar jari manusia. Selanjutnya ikan dengan ukuran tersebut dipindahkan kesuatu tempat berjading yang terletak di laut atau teluk dekan garis pantai. Selama proses ini, pakan salmon biasanya berupa pelet yang terbuat dari campuran ikan haring, minyak ikan dan produk ternak (seperti tulang, sisa daging, dan sejenisnya). Pakan yang diberikan juga mengandung antibiotik, dan pewarna tambahan sehingga dapat membuat salmon tanpak kemerahan, kemudian ikan juga diletakkan di bak yang mengandung pestisida untuk menghilangkan kutu dan parasit laut. Dalam pembudidayaan ikan juga dapat dilakukan modifikasi pakan misalnya pakan yang terbuat dari sayuran yang kemudian dapat dibandingkan kefektifannya dalam produksi ikan.
Inovasi dalam budidaya perikanan
Banyak pendekatan inovatif yang dapat digunakan untuk pertumbuhan ikan sampai sekarang masih terus dikembangkan. Sebagai contoh di Virginia barat, biologiwan memanfaatkan sisa sumber tambang batubara yang melimpah dari gunung setempat. Air yang dingin dari pegunungan tersebut dan air tawar selama musim semi dilewatkan jalur tertentu untuk mengisi beberapa sisa sumber batubara, sehingga menyediakan lingkungan yang bagus untuk pertumbuhan ikan forel pelangi (rainbow trout). Pendekatan ini juga penting untuk pengolahan lingkungan
akibat
penambangan
batubara
yang
pada
umumnya
kurang
bermanfaat. Upaya inovasi budidaya ikan lainnya dapat dilakukan dengan polikultur, atau biasa disebut akuakultur terintegrasi, yaitu budidaya yang membiakkan lebih dari satu spesies pada lingkungan terkontrol yang sama. Pembiakan spesies yang memiliki kebutuahan nutrisi yang sama dalam satu habitat adalah salah satu cara yang dapat mengoptimalkan sumber air. Polikultur secara praktis dapat juga menggunakan spesies yang sangat berbeda seperti dengan membiakkan ikan
dengan kerang bersama-sama, atau ikan dengan tumbuhan laut tertentu. Sebagai contoh, membudidayakan ikan gurame bersama dengan selada air merupakan salah satu pendekatan polikultur yang efektif. Akar dari selada air menyerap nutrisi dan produk sisa ikan (seperti nitrogen) dari air yang dimanfaatkan sebagai pupuk alami untuk mendukung pertumbuhan selada air. Pendekatan budidaya melalui polikultur juga bisa dilakukan dengan sistem hidroponik, yaitu suatu sistem yang menggunakan sedikit air yang terus mengalir untuk menumbuhkan tanaman sayur (seperti tomat dan brokoli) atau herbs (kemangi dan lokio) yang dikultur di rak-rak dimana air sisa dari tanki ikan dapat dialirkan. Polikultur dan hidroponik seringkali digunakan bersama ketika ikan gurame atau lele dibiakkan bersama tumbuhan tilapia. Selain itu inovasi dalam budidaya perikan dapat dilakukan dengan upaya berikut: a.
Meningkatkan kualitas strain untuk akuakultur
Salah satu strategi yang digunakan untuk meningkatkan kualitas budidaya ikan adalah dengan menungkatkan kualitas strain. Peningkatan kualitas strain ikan dapat dilakukan pada tingkat molekuler materi genetik ikan. Saat ini upaya yang dilakukan para ilmuawan adalah dengan mempelajari mekanisme ekspresi gen terutama dalam reproduksi ikan, pertumbuhan dan perkembangan. Teknik cryopreservation dan penyimpanan sampel jaringan dan sel dilakukan pada temperatur yang sangat rendah (biasanya antara -20°C dan -50°C); dan biasanya diberi stimulasi hormon untuk menginduksi ikan bertelur dan meningkatkan pertumbuhan ikan. Sebagai contoh, ikan dan kerang dapat ditingkatkan kualitasnya dengan persilangan bibit-bibit unggul yang telah mengalami seleksi. Petani ikan dan ilmjuwan dapat bekerja sama untuk menentukan karakteristik ikan unggul yang diharapkan, misalnya dalam populasi ikan lele, tidak semua individu mempunyai laju pertumbuhan dan karakteristik fisik yang sama, seperti masa otot yang dibandingkan dengan presentase lemak tubuh. Ilmuwan dapat menggunakan banyak teknik untuk mengidentifikasi ikan yang dapat tumbuh dengan cepat dan memiliki massa otot yang berat. Mereka dapat menggunakan teknik suara ultara untuk mengukur massa otot. Ikan yang memiliki hasil massa otot terberat
kemudian dibiakkan untuk menghasilkan keturunan yang memiliki peningkatan massa otot. Di Arizona, peneliti telah mengembangkan pembiakan seletif untuk mengidentifikasi udang yang diaklimatisasi untuk ditumbuhkan di air dengan salinitas rendah. Dimulai dengan penumbuhan larva udang di dalam air tawar yang ditambahkan garam, kemudian ilmuwan mengkultur udang-udang ini di dalam tanki yang secara perlahan diberi konsentrasi garam sedikit demi sedikit. Teknik ini dapat menghasilkan udang berkualitas tinggi, tanpa membutuhkan air asin, dan air dengan konsentrasi rendah garam dapat dimanfaatkan dan diolah kembali untuk irigasi lahan buah dan sayuran. Budidaya udang di Arizona dengan teknik ini memungkinkan produksi udang diwilayah yang jauh dari laut.
b. Meningkatkan kualitas dan keamanan seafood
Teknik pembudidayaan ikan dapat dikombinasi dengan teknik biologi molekuler untuk menciptakan ikan dan kerang yang memiliki warna, rasa, dan tekstur yang diinginkan konsumen. Olehkaren itu ilmuwan saat ini banyak mengembangkan keamanan seafood yang bebas dari patigen dan kontaminan kimia. Pusat bioteknologi di Columbia, menggunakan teknik kloning gen untuk memproduksi astaxanthin , yaitu pigmen yang memberi warna pink pada udang. Dengan merekombinasi astaxantin dalam makanan ikan ilmuwan juga bisa mebghasilkan warna merah cerah pada ikan salmon untuk memenuhi selera konsumen. Para ilmuawan bioteknologi akuatik bekerja dengan berbagai macam teknik inovatif, seperti dengan memproduksi fragmen restriksi polimorfisme (RFLP) berbasis chip DNA yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi spesies ikan konsumsi. Ilmuwan biologi molekuler juga menggunakan teknik molekuler untuk mengidentifiksi dan mempelajari lebih lanjut tentang gan yang mengkode toksin organisme laut. Studi ini dapat membatu kita untuk mengerti bagaimana toksin yang menyebabkan penyakit sehingga kemudian dapat diminimalisir dampak negatifnya bagi kesehatan manusia.
Penyelidikan
molelular dan tes PCR telah dikembangkan untuk
mendeteksi bakteri, virus, dan parasit yang menginfeksi kerang atau ikan konsumsi. Peyelidikan gen telah dikembangkan untuk mendeteksi penyakit yang disebabkan oleh infeksi virus pada udang serta menggunakan penyeidikan gen untuk mengetahui dampak stres lingkungan terhadap pertumbuhan ikan. Peralatan tes antibodi juga telah dikembangkan untuk mendeteksi adanya Vibrio cholerae pada tiram. Tes ini menggunakan antibodi untuk mendeteksi protein dari V. cholerae, yang merupakan bakteri penyebab kolera dan biasanya banyak
menjangkiti negara berkembang dengan suplai air yang telah terkontaminasi karena fasilitas pengolahan kotoran yang kurang baik. Peralatan lain yang dikembangakan para ahli bioteknologi akuatik adalah dengan membuat vaksin untk banyak patogen yang menyerang ikan dan kerang budidaya. Sebagai contoh di California, Idaho, Oregon dan Washington telah mengembangkan vaksin untuk virus yang menyebabkan infeksi homopoietik nekrosis (IHN), yang banyak menyebabkan kematian pada budidaya ikan salmon per tahunnya. Vaksin ini dikembangkan dari protein IHN yang diekspresikan pada bakteri. Vaksin ini berfungsi melindungi ikan dari serangan infeksi IHN, vaksin ini disuntikkan pada ikan untuk menstimulasi produsi antibodi yang menyerang virus IHN.
D. Halangan dan keterbatasan Akuakultur
Meskipun telah banyak dikembangkan teknik dan aplikasi bioteknologi dalam industri perikanan namun tetap ada hambatan dan keterbatasannya. Tidak semua spesies dapat dibudidayakan secara ideal melalui akuakultur, kualitas air yang semakin menurun juga berpotensi menjadi masalah dalam budidaya ikan. Untuk beberapa spesies ikan, sangat sulit untuk mempertahankan aliran air dengan konsentrasi nutrisi yang cukup dan dapat mengalirkan sampah secara cepat. Hal ini banyak terjadi pada spesies ikan laut yang membutuhkan area yang luas untuk penjelajahan dan tidak dapat bertahan hidup ketika berada pada area terbatas. Organisme laut biasanya juga memiliki siklus hidup yang panjang dan kompleks termasuk tahap larva, yang masing-masing tahapan membutuhkan jenis
makanan yang berbeda sebelum mencapai ukuran yang dapat dijual dipasaran. Selama siklus hidupnya banyak sekali ikan yang masih seukuran jari tidak dapat bertahan hidup karena perubahan lingkungan yang tidak menentu. Dalam budidaya perikanan juga mengalami masalah tentang bagaimana meminimalisir efek penyakit bagi polulasi ikan. Dalam kolam perbesaran ikan yang padat infeksi bakteri, virus atau patogen dapat secara cepat menyebar, karena sebagian besar ikan budidaya memiliki resistensi yang sama pada penyakit tertentu. Masalah lain yaitu berkaitan dengan pembuangan feses hewan dan sampah dari pertanian tradisional berdampak serius pada lingkungan perairan. Sampah yang ikut mengalir bersama air ke laut mengandung feses yang tidak terolah, urin, makanan yang terbuang, sampah tersebut banyak mengandung nitrogen dan kaya akan fosfor sehingga dapat memicu ledakan pertumbuhan alga dan masalah lainnya. Banyaknya tumpukan alga yang mati dapat mengurangai konsentrasi oksigen sehingga berpotensi membunuh ikan.
E. Masa Depan Akuakultur Dan Teknologi Pengembangan Apa yang terletak pada arah industri budidaya perikanan? Banyak dari
arah masa depan akan melibatkan dalam mengatasi beberapa hambatan dan keterbatasan yang dijelaskan sebelumnya. Untuk mengurangi kekhawatiran tentang umpan yang melebihi batas populasi untuk digunakan dalam tepung ikan, budidaya perikanan banyak mengeksplorasi cara untuk menumbuhkan spesies pada sumber-sumber makanan yang berbeda yang membutuhkan tepung ikan liar sedikit atau tidak ada dan minyak. kemajuan dalam budidaya ikan kemungkinan akan meminimalkan pembuangan limbah dari fasilitas budidaya perairan dan mengurangi penggunaan antibiotik, pestisida, dan bahan kimia lain yang digunakan untuk mengobati spesies pertanian. Hal ini juga kemungkinan bahwa pendekatan polikultur akan menjadi lebih populer sebagai budidaya perikanan berusaha untuk memaksimalkan sumber daya air. Seperti yang kita bahas di bagian berikutnya, molekul pendekatan genetik akan memiliki dampak yang kuat pada budidaya perikanan di masa depan. Menggunakan banyak strategi yang disajikan dalam bab ini, bersama dengan rekombinan teknologi DNA,
bioteknologi air akan bekerja untuk meningkatkan pertumbuhan dan produktivitas spesies meningkatkan ketahanan terhadap penyakit dan komposisi genetik dari spesies makanan penting. biologi molekular akan memiliki dampak yang kuat pada budidaya perikanan, dari mengidentifikasi gen yang mengontrol reproduksi dan tempat bertelur ikan dan kerang untuk penciptaan spesies secara genetik dimodifikasi dengan karakteristik yang diinginkan. Bekerja
pada
pemahaman
kondisi
yang
mempengaruhi
kematian
organisme laut selama masa kritis dalam memimpin pengembangan awal untuk praktek pemeliharaan baru yang dapat meningkatkan produktivitas spesies ternak. Banyak negara secara aktif terlibat dalam penelitian yang berkaitan dengan pertanian spesies lain yang sulit untuk dinaikkan oleh budidaya. Misalnya. dengan Departemen Sumber Daya Alam Carolina Selatan yang bereksperimen dengan teknik budidaya untuk meningkatkan tongkol, ikan yang sangat populer memiliki nilai komersial tinggi. tongkol berkeliaran dalam air terbuka wilayah laut, membuat mereka sulit untuk meningkatkan keterbatasan kondisi. Sejauh ini kita telah mengambil potret untuk melihat industri budidaya perikanan-salah satu aplikasi tertua dari bioteknologi perairan. Pada bagian ini, kita telah melihat bahwa budidaya perikanan tidak berbeda dengan banyak industri: itu manfaat bagi masyarakat tetapi juga menimbulkan beberapa masalah. Pada bagian berikutnya, kami menjelajahi daerah yang dalam masa pertumbuhan: genetika molekuler organisme perairan.
Teknologi Genetik dan Organisme Perairan
pengetahuan dasar ekspresi gen dan regulasi pada organisme perairan dan pemahaman tentang gen yang terlibat dalam proses seperti reproduksi, pertumbuhan, perkembangan, dan kelangsungan hidup dalam kondisi lingkungan yang ekstrim akan menjadi penting untuk aplikasi seperti menjaga populasi spesies laut yang terancam punah, membatasi populasi spesies berbahaya, dan memajukan manipulasi genetik organisme perairan pengetahuan dasar ekspresi gen dan regulasi pada organisme perairan dan pemahaman tentang gen yang terlibat dalam proses seperti reproduksi, pertumbuhan, perkembangan, dan
kelangsungan hidup dalam kondisi lingkungan yang ekstrim akan menjadi penting untuk aplikasi seperti menjaga populasi spesies laut yang terancam punah, membatasi populasi spesies berbahaya, dan memajukan manipulasi genetik organisme perairan. Di samping itu, patogen yang mempengaruhi hasil sirip dan kulit ikan pada kerugian besar dalam keuangan setiap tahun. Para ilmuwan yang bekerja untuk meningkatkan kelangsungan hidup dan pertumbuhan spesies budidaya perikanan, dan biologi molekuler yang digunakan untuk mempelajari lebih lanjut tentang sistem kekebalan tubuh spesies air dan kerentanan mereka dan ketahanan terhadap organisme penyebab penyakit, termasuk transmisi penyakit dan siklus hidup dari patogen sendiri. karena Anda akan segera belajar, salah satu aplikasi akhir untuk meningkatkan pemahaman kita tentang genom organisme akuatik melibatkan manipulasi genetika dari spesies laut.
Penemuan Dan Kloning Gen Baru
Penemuan gen proses organisme perairan mencakup banyak daerah yang menarik. Sebagai contoh, banyak penelitian didedikasikan untuk mengidentifikasi gen baru, belajar tentang faktor lingkungan yang mengontrol ekspresi gen, seperti efek dari suhu ekstrim dan tekanan dalam laut, identifikasi dasar molekuler adaptasi yang unik, dan mempelajari genetik dan molekuler faktor-faktor seperti hormon yang mengontrol reproduksi, pertumbuhan, dan perkembangan organisme perairan. Selain untuk mengidentifikasi gen baru, banyak kelompok peneliti yang terlibat dalam mengidentifikasi mutasi yang terkait dengan penyakit pada ikan. Akhirnya, informasi akan digunakan dalam pengembangan bebas penyakit pada stok peternak ikan dengan karakteristik yang dipilih untuk penetasan di AS. Dengan mengidentifikasi gen perusak yang mungkin memiliki pengaruh negatif pada ikan, kesehatan, pertumbuhan, dan panjang umur, ilmuwan mengantisipasi bahwa banyak gen ini dapat diubah atau dihilangkan untuk menghasilkan spesies yang dapat ditingkatkan untuk budidaya. Menemukan gen yang dapat digunakan
sebagai penyelidikan untuk identifikasi organisme laut mikroskopis seperti fitoplankton dan zooplankton-sumber makanan penting bagi banyak spesies-akan membantu para ilmuwan kelautan melihat dampak lingkungan pada genetika mikroorganisme ini. Ini adalah masalah yang sangat penting untuk memahami bagaimana organisme mikroskopis mempengaruhi organisme lebih tinggi dalam rantai makanan. Gen sedang diidentifikasi sebagai penanda DNA yang dapat digunakan untuk membedakan persediaan ikan liar dari tempat penetasan-penyediaan tempat. Ahli biologi tertarik dalam menggunakan tanda tersebut untuk mengidentifikasi strain yang lebih tahan terhadap penyakit dan menerima budidaya ikan. Tanda tersebut juga akan memainkan peran penting sebagai ilmuwan mencoba untuk menentukan dampak dari pelarian tambak pada persediaan asli. Banyak dari gen penanda adalah spesies-spesifik, dan mereka telah memungkinkan petugas ikan dan satwa liar untuk menerapkan teknik PCR dalam menyelidiki kasus panen ilegal dan ikan eceran yang memiliki jatah. Sebagai contoh, di Amerika Serikat timur laut, blackfish dihargai tabel tarif. Namun pemanenan yang berlebihan dari blackfish telah menghasilkan batas ukuran yang ketat dan tanggal musiman untuk panen blackfish. Jika pejabat satwa liar bertemu seseorang yang mereka curigai sebagai pemburu blackfish dan memanen selama musim tertutup namun pemburu hanya memiliki potongan di perahu dan bangkai tidak utuh, bagaimana bisa para pejabat menentukan potongan spesies tersebut? Menggunakan blackfish-spesifik primer, PCR dapat dijalankan pada DNA diisolasi dari potongan untuk menentukan apakah potongan tersebut dari blackfish atau tidak. Kloning gen untuk hormon pertumbuhan (GH) adalah contoh yang sangat baik bagaimana proses penemuan gen dapat mengarah pada kemajuan di bidang bioteknologi kelautan. Kita telah membahas bagaimana kloning manusia GH menyebabkan pengobatan untuk kekerdilan (Bab 3). Ingatlah bahwa GH adalah hormon yang diproduksi oleh kelenjar pituitari yang distimulasi oleh pertumbuhan tulang dan sel-sel otot selama masa remaja. Kloning gen salmon GH telah menyebabkan perkembangan spesies transgenik salmon yang menunjukkan tingkat pertumbuhan sangat dipercepat dibandingkan dengan strain asli. Kami
menganggap contoh GH secara lebih rinci dalam bagian berikutnya. Sebagai contoh lain, Universitas Alabama-Birmingham peneliti telah melakukan kloning gen untuk molt-inhibiting hormon (MIH) dari kepiting biru. Molting (shedding) dipicu oleh penurunan MIH, menyebabkan produksi kepiting soka yang dapat dimakan utuh. saat penelitian sedang berjalan untuk memblokir pelepasan MIH sebagai cara untuk menghasilkan kepiting lunak pada permintaan untuk industri makanan laut.
Protein Antibeku
Salah satu contoh paling sukses dari identifikasi gen baru dengan aplikasi menjanjikan melibatkan gen untuk protein antibeku (AFPs). Sebuah Protein A/ F, dari Massachusetts Inc,, adalah pemimpin dalam produksi protein antibeku. Banyak AFPs pertama diisolasi dari yang spesies ikan tinggal di bawah seperti cod utara, yang hidup di lepas pantai timur Kanada, dan ikan Antartika disebut teleosts, yang tinggal di air sarat es yang dingin-beberapa lingkungan yang paling parah pada bumi. Selanjutnya, AFPs telah diisolasi dari sejumlah spesies air dingin lainnya, termasuk winter flounder (Pleuronectes americanus), sculpin ( Myoxocephalus Scorpius), ocean pout ( Marcrozoarces americanus), smelt (Osmerus mordax), dan ikan haring (Clupea harengus ). Menariknya, protein serupa telah ditemukan pada serangga, bakteri. dan organisme lain yang dapat bertahan hidup pada suhu dingin. Beberapa jenis AFPs telah ditemukan. Secara struktural, AFPs paling memiliki heliks alfa yang luas dan diselenggarakan bersama-sama oleh sejumlah besar jembatan disulfida. AFPs berfungsi untuk menurunkan suhu pembekuan darah ikan dan cairan ekstraselular, sehingga melindungi ikan dari pembekuan di perairan laut dingin. Air laut membeku di sekitar -1.8oC. AFPS yang biasanya lebih rendah titik beku dari cairan tubuh ikan sekitar 2oC sampai 3oC. Saat ini, sebagian besar AFPs terisolasi dari darah ikan. Untuk memenuhi tuntutan yang berat yang diharapkan untuk aplikasi dari AFPs, ilmuwan bekerja pada produksi rekombinan AFP dalam sel bakteri dan mamalia untuk mengakomodasi kebutuhan masa depan diantisipasi untuk AFPs di seluruh dunia.
AFPs melindungi organisme hidup dari pembekuan dalam berbagai cara. Mereka dapat mengikat permukaan kristal es untuk memodifikasi atau memblokir pembentukan kristal es, pembekuan cairan pada suhu yang rendah secara biologis, dan melindungi membran sel dari kerusakan akibat dingin. Karena kemampuan ini unik, sejumlah aplikasi inovatif untuk protein tertentu sedang dikembangkan. AFPs yang digunakan untuk membuat ikan dan tanaman transgenik dengan ditingkatkan ketahanan terhadap suhu dingin dan beku. Misalnya, salmon tidak dapat menghasilkan molekul antibeku, sehingga mereka mati bila terkena air hampir membeku. Perairan pesisir dari Kanada timur, terlalu dingin untuk spesies liar salmon, sedang dipertimbangkan sebagai potensi budidaya habitat tahan beku spesies salmon transgenik yang mengandung gen AFP. Urutan gen promoter AFT juga sedang digunakan dalam percobaan DNA rekombinan untuk merangsang ekspresi transgenik, termasuk GH dalam salmon. Transkripsi dari urutan promotor AFP dirangsang oleh suhu dingin. Dengan ligating gen sampai ujung 3’ urutan promotor AFP, promotor AFP dapat
digunakan untuk merangsang transkripsi "dowtrstream" ini cairan gen di bawah air dingin (Gambar 10.5). Jadi konstruksi promotor gen AFP dapat berfungsi sebagai vektor transkripsi sangat efektif untuk menuliskan gen asing, yang mengarah ke peningkatan produksi protein. Konstruksi tersebut mungkin sangat efektif untuk rekayasa genetika ikan, seperti yang kita bahas dalam bagian berikutnya. AFPs telah diperkenalkan ke tanaman seperti tomat untuk menghasilkan strain transgenik tahan dingin, tetapi ini belum banyak tersedia. Beberapa tanaman-tanaman komersial memproduksi protein ciyoprotective selefektif AFPs dari ikan. Untuk tanaman populer seperti gandum, kopi, buah (misalnya, jeruk, apel, pir, ceri, dan Persik), kedelai, jagung, dan kentang, kerusakan tanaman akibat suhu dingin adalah masalah seluruh dunia. Cryoprotection sel manusia, jaringan, dan organ adalah aplikasi medis menjanjikan AFPs. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 10.6, tempat penyimpanan dingin oosit in vitro yang digunakan untuk pembuahan adalah salah satu aplikasi yang potensial. AFPs mungkin berguna untuk menyimpan sejumlah jaringan
manusia, termasuk darah, dan untuk pengembangan protokol baru untuk penyimpanan kriogenik organ tubuh manusia seperti jantung dan hati sebelum penggunaannya dalam transplantasi bedah.
GAMBAR 10.5 AFP Promotor Merangsang Ekspresi Gen pada ikan transgenik
Sebuah DNA rekombinan plasmid membangun mengandung protein antibeku promotor gen dari ocean pout melekat pada cDNA untuk hormon pertumbuhan salmon dapat digunakan untuk memproduksi ikan cepat berkembang untuk budidaya. Transkripsi dari promotor AFP distimulasi oleh kondisi dingin, sehingga ikan transgenik yang mengandung konstruksi ini mensintesis sejumlah besar hormon pertumbuhan ketika mereka dibesarkan di air dingin. Peningkatan produksi hormon pertumbuhan menyebabkan ikan transgenik tumbuh lebih cepat dari strain nontransgenic asli.
GAMBAR 10.6 AFPs sebagai krioprotektan dari Jaringan Manusia oosit Bovine
diinkubasi selama 24 jam pada suhu 4oC dalam tidak adanya (kontrol) atau adanya berbagai jenis AFPs atau glikoprotein antibeku (AFGP), jenis karbohidrat yang kaya AFP, dan kemudian dibuahi dengan sperma sapi. Perhatikan bagaimana oosit AFT-dan AFGP-diobati menunjukkan tingkat pemupukan mirip dengan oosit segar, sehingga menunjukkan bahwa AFPs dapat memberikan perlindungan dingin oosit yang akan mempertahankan kemampuan mereka untuk dibuahi.
Akhirnya, para ilmuwan sedang menyelidiki cara-cara yang AFPs dapat digunakan untuk meningkatkan umur simpan dan kualitas makanan beku,
termasuk es krim. Perubahan dalam kualitas makanan beku sering terjadi selama pencairan dan refreezing, seperti ketika Anda membawa makanan pulang dari toko dan memasukkannya ke dalam fieezer rumah Anda. Ada kemungkinan bahwa AFPs dapat digunakan untuk mengubah sifat kristalisasi es makanan beku untuk meningkatkan kualitas mereka secara keseluruhan. ilmuwan bahkan mengusulkan menggunakan AFPs untuk mengontrol informasi es pada pesawat dan jalan raya. Seperti yang Anda lihat, AFPs mungkin berguna untuk beberapa aplikasi menarik. Niscaya banyak spesies laut yang mengandung banyak gen baru yang bisa dieksploitasi untuk mendapatkan keuntungan bioteknologi di masa depan.
Gen Hijau
Sebuah contoh luar biasa dari aplikasi penelitian yang melibatkan sebuah bentuk baru dari gen organisme perairan melibatkan ubur-ubur bercahaya Aequorea victoria. A. victoria dapat berpendar dan bersinar dalam gelap karena
gen yang mengkode protein yang disebut protein fluorescent hijau (GFP). GFP menghasilkan cahaya hijau terang saat terkena sinar ultraviolet. telah diperkirakan bahwa hampir tiga perempat dari semua organisme laut memiliki kemampuan bioluminescent. Bioluminescence sering digunakan sebagai cara untuk ikan dan organisme lain untuk menemukan satu sama lain dalam lingkungan laut yang gelap selama kegiatan kawin. Gen untuk merah, oranye, dan protein fluorescent kuning telah dikloning dari anemon laut, memperluas palet warna protein yang tersedia bagi para peneliti. Sebelumnya, kami menyebutkan bahwa fluoresensi dari beberapa spesies laut yang dibuat oleh bakteri bercahaya seperti Vibrio harveyi dan Vibrio fischeri (Chapter 5). Osama Shimomura, Martin Chalfie, dan
Rogei Tsien berbagi hadiah Nobel tahun 2008 dalam Kimia untuk penemuan dan pengembangan GFP. Para ilmuwan telah mengambil keuntungan dari sifat neon GFP dan protein lain yang serupa untuk membuat konstruksi reporter gen yang unik. Gen Reporter memungkinkan peneliti untuk mendeteksi kepentingan ekspresi gen dalam tabung reaksi, sel, atau bahkan seluruh organ. Reporter gen plasmid
diciptakan oleh ligating gen GFP ke gen yang diinginkan dan kemudian memperkenalkan reporter plasmid ke dalam jenis sel pilihan. Setelah di dalam sel, plasmid ini ditranskripsi dan diterjemahkan untuk menghasilkan protein fusi yang berfluoresensi kemudian terkena sinar ultraviolet. Hanya sel yang memproduksi protein fusi GFP yang berpendar. Dengan cara ini, para plasmid berfungsi untuk mendeteksi atau "laporan”,di mana gen diungkapkan.
Pendekatan ini telah banyak digunakan untuk mempelajari proses dasar ekspresi gen dan regulasi. Ahli biologi telah menggunakan menggunakan GFP-sel induk embrionik untuk melacak diferensiasi mereka menjadi jenis sel yang berbeda selama pengembangan embrio. Para ilmuwan juga telah menggunakan konstruksi reporter gen GFP dengan cara inovatif yang menjanjikan untuk memajukan diagnose awal medis dan pengobatan (Gambar 10.7b). Misalnya, gen GFP telah digunakan untuk menentukan pembentukan tumor pada tikus, untuk mengikuti perkembangan infeksi bakteri dalam usus, untuk memantau kematian bakteri setelah perawatan antibiotik, dan mempelajari keberadaan kontaminasi makanan oleh mikroorganisme dalam saluran pencernaan manusia (Gambar 10.7c).
GAMBAR 10.7 Gen GFP Adalah Gen Reporter yang berharga (a) konstruksi reporter
gen GFP dapat dibuat dalam plasmid dengan ligating gen GFP ke gen yang diinginkan. Dalam contoh ini, gen manusia pengkode protein yang dihasilkan oleh neuron melekat pada gen GFP dan plasmid diperkenalkan ke dalam sel di cutture. Ini Celtic kemudian akan mengekspresikan molekul mRNA, yang akan diterjemahkan untuk menghasilkan protein fusi di mana GFP melekat ke protein manusia hasil kloning. Sel ini memproduksi protein fusi akan berpendar bila terkena sinar ultraviolet, "melaporkan" Location dari protein diekspresikan. (b) Sebuah gen reporter GFP digunakan untuk mendeteksi Protein dalam neuron manusia yang mungkin bertanggung jawab atas kondisi neurodegenerative disebut penyakit Huntington. (c) plasmid reporter GFP juga telah digunakan untuk mendeteksi bakteri penyebab penyakit dalam saluran pencernaan manusia, seperti spesies Campylobocter jejuni ditampilkan di sini menginfeksi sel-sel usus manusia. C. jejuni adalah contarninant umum ayam, menyebabkan kurang lebih 2,4 juta kasus keracunan makanan di Amerika Serikat setiap Tahun.
Kloning pathogen genom perairan
Ahli biologi kelautan tertarik pada kloning genom dari berbagai patogen laut yang mempengaruhi spesies liar dan ternak sebagai cara untuk belajar tentang gen organisme ini digunakan untuk mereproduksi dan menyebabkan penyakit. Pada tahun 2001, para ilmuwan Chili menguraikan genom dari bakteri Piscirikettsia salmonis. P. salmonis menginfeksi salmon dan menyebabkan
penyakit yang disebut sindrom rickettsial, yang mempengaruhi hati salmon terinfeksi, menyebabkan kematian mereka. Memerangi Sindrom ini adalah masalah di seluruh dunia bagi petani salmon. Saat ini, tidak ada pengobatan yang efektif. Dalam industri salmon Chile saja, sindrom ini menyebabkan kerugian
keuangan sekitar $ 100 juta per tahun. Berbekal informasi tentang genom patogen, para ilmuwan berusaha untuk meningkatkan sistem kekebalan tubuh spesies budidaya untuk meningkatkan ketahanan terhadap patogen. Sebagai contoh, dimungkinkan untuk menyuntikkan gen atau protein dari P. salmonis ke salmon sebagai vaksin untuk merangsang sistem kekebalan tubuh mereka untuk mempertahankan terhadap infeksi oleh bakteri. Penelitian genom yang sama berada di bawah cara untuk memperjelas genetika Pfiesteria piscicida, sebuah dinoflagellata beracun yang beberapa ilmuwan percaya bertanggung jawab untuk membunuh ikan besar dan penyakit kerang di muara Carolina Utara. P. piscicida juga menyebabkan kematian dan penyakit ikan pada budidaya perikanan dari pertengahan Atlantik ke Gulf Coast. Pada ikan, P. pisicicida menyebabkan lesi, pendarahan, dan gejala lain yang dapat menyebabkan kematian ikan yang terinfeksi. Satu alasan patogen ini telah menarik begitu banyak perhatian, berbatasan dengan histeria di beberapa masyarakat pesisir dipengaruhi oleh pembunuhan ikan besar, karena bukti menunjukkan bahwa racun P. piscicida juga dapat memiliki efek kesehatan yang serius pada manusia. Para ilmuwan bekerja pada cara untuk menggunakan pendekatan molekuler dalam pertempuran melawan penyakit dan parasit yang pada dasarnya menghilangkan penangkapan ikan komersial untuk tiram di beberapa daerah di Amerika Serikat. Di seluruh negeri, tiram sudah dikepung. Sebagai hasil dari pemanenan yang berlebihan, polusi, perusakan habitat, parasit dan virus, penyimpanan tiram yang tidak ada di banyak daerah yang sebelumnya dikenal sebagai sumber yang kaya tiram untuk konsumsi manusia. protozoa telah menyebabkan kerusakan besar untuk populasi tiram di Amerika Serikat bagian timur. Parasit Dermo ( perkinsus marinus), SSO ( Haplosporidium costale ), dan MSX ( Haplospoidium nelsoni ) telah menghancurkan tiram bagian timur (Crassos trea virginica) papulasi di banyak daerah di negeri ini , seperti Teluk Chesapeake
di Maryland dan Teluk Delaware di New Jersey. Masalah serupa telah terjadi sepanjang cekungan teluk dan California.
Sampai saat ini, bagian dari kesulitan dalam memerangi penyakit ini adalah kurangnya jumlah yang cukup dari parasit untuk belajar. Teknik kultur sel telah digunakan untuk mengatasi masalah ini, dan peneliti sekarang belajar banyak tentang biologi molekuler dari Dermo, SSO, dan MSX. Teknik molekuler telah digunakan untuk mempelajari siklus hidup parasit, dan penyelidikan molekuler sekarang tersedia untuk mereka deteksi di lapangan dan di fasilitas budidaya perikanan. Untuk contohnya, pendekatan berbasis PCR telah terbukti sangat efektif untuk deteksi cepat dan sensitif pada Dermo, SSO, dan MSX, memungkinkan budidaya perikanan untuk mengidentifikasi tiram berpenyakit sebelum infeksi meluas terjadi (Gambar 10.8). Sebuah pemahaman yang lebih besar gen yang terlibat dalam sistem kekebalan tiram juga telah menyebabkan strategi baru untuk mentransfer gen untuk resistensi penyakit dari spesies seperti tiram Pasifik (Crassostrea gigas) ke spesies lebih rentan tiram Timur, seperti C. virginica. Dalam masa depan dimungkinkan untuk membuat spesies tiram transgenik dengan gen yang akan memberikan perlawanan terhadap kerusakan oleh parasit ini dan lainnya.
GAMBAR 10.8 PCR Bisa Digunakan untuk Mendeteksi DNA dari Patogen tiram
Dermo, SSO, dan MSX merupakan penyebab signifikan kematian pada tiram. PCR dapat digunakan untuk mendeteksi DNA dari patogen dalam jaringan tiram, membantu para ilmuwan menentukan kapan parasit ini hadir dalam upaya untuk mengendalikan infeksi tiram yang dapat memusnahkan populasi besar kerang tersebut. Dalam contoh ini, perhatikan bahwa DNA sampel dari saluran pencernaan dan insang tiram menunjukkan adanya DNA untuk Dermo (ditunjukkan oleh panah). M, DNA penanda ukuran.
Genomik dan organisme perairan
Tidak mengherankan, pendekatan genomik yang digunakan untuk menganalisis genom dari sejumlah spesies air. Sebuah tim ilmuwan internasional telah menyelesaikan sekuensing genom landak laut. Bulu babi adalah binatang berkulit lunak, kelompok hewan laut yang mencakup bintang laut dan teripang. Landak yang diyakini berasal lebih dari 540 juta tahun yang lalu. Genom mereka telah menarik bagi ahli biologi molekular karena landak berbagi nenek moyang yang sama dengan manusia. Dari nenek moyang ini superfilum hewan disebut deuterostoma muncul, termasuk dalam filum ini adalah binatang berkulit lunak, manusia, dan vertebrata lainnya. Karena deuterostoma lebih erat terkait satu sama lain daripada binatang tidak superfilum ini, para ilmuwan genom diharapkan landak laut akan bergenetik mirip dengan manusia. studi genomik komparatif telah menunjukkan bahwa kita berbagi sekitar 7.000 gen dengan landak, termasuk gen yang terlibat dalam pendengaran, keseimbangan, pengembangan imunitas. Oleh karena itu kami berharap bahwa landak akan terus menjadi organisme model yang sangat berharga dalam bereksperimen untuk mempelajari biologi molekuler genom baik perairan dan genom manusia.
Manipulasi Genetik dari ikan bersirip dan kerang-kerangan
Para ahli biologi di seluruh dunia menggunakan teknik genetika untuk menciptakan keturunan ikan bersirip dan kerang-kerangan dengan karakteristik yang diinginkan seperti meningkatkan tingkat pertumbuhan dan resistansi penyakit.Table 10.2 menunjukkan contoh dari spesies yang berbeda yang telah direkayasa secara genetis untuk berbagai keperluan.
Rekayasa genetic spesies: transgenik dan triploids
Kami telah membahas bagaimana organisme transgenik (transgenik) dapat dibuat. Ikan transgenik, seperti transgenik lainnya, mengandung DNA dari spesies lain, dan minat ikan transgenik telah meningkat seiring dengan industri budidaya perikanan. Budidaya perikanan tertarik menggunakan teknik DNA rekombinan untuk mengatur genetic ikan yang dirancang untuk tumbuh lebih cepat dan sehat. Seperti terlihat pada Tabel 10.3, banyak spesies telah dimodifikasi secara genetik untuk aplikasi potensial dalam industri budidaya perikanan. Gen asing telah dimasukkan ke ikan bersirip dan kerang-kerangan untuk mempercepat pertumbuhan, meningkatkan toleransi dingin dan ketahanan terhadap penyakit, dan mengubah kualitas daging untuk meningkatkan kualitas. Meskipun transgenik strain jagung, kedelai, dan tomat telah digunakan di Amerika Serikat selama bertahun-tahun, tidak ada ikan transgenik telah disetujui oleh FDA untuk konsumsi manusia. Sebuah Protein A/F, Inc, telah meminta persetujuan dari badan ke pasar ikan transgenik yang mengandung gen AFP. Banyak perusahaan lain juga mencari persetujuan FDA untuk penjualan ikan transgenik. Kuba adalah negara yang paling progresif di dunia ketika datang ke penggunaan makanan yang
dimodifikasi secara genetik, khususnya seafood. Nila hasil rekayasa genetika sudah dijual untuk konsumsi manusia di Kuba. Demikian pula, perusahaan Norwegia telah mengembangkan rekayasa genetika peternakan-mengangkat ikan nila yang tumbuh hampir dua kali lebih cepat dari nila liar. Teknologi Bounty Aqua di Massachusetts telah menghasilkan transgenik salmon Atlantik yang mengandung gen GH dan urutan gen dari salmon Chinook (Oncorhynchus
tshawytscha)-spesies
yang
menunjukkan
kemampuan
pertumbuhan yang lebih cepat dan lebih besar ukurannya daripada kebanyakan salmon Atlantik, serta peraturan urutan dari organisme mirip belut yang disebut ocean pout. Salmon Atlantik biasanya berhenti tumbuh di musim dingin, tidak begitu dengan transgenik yang tumbuh hampir 400% sampai 600% lebih cepat dari salmon nontransgenic (Gambar 10.9). Ikan tersebut mencapai ukuran pasar dalam 18 bulan bukan 30 bulan pada umunya. Bounty Aqua telah berusaha selama lebih dari 30 tahun untuk mendapatkan persetujuan FDA untuk salmon ini meskipun data menunjukkan tidak ada perbedaan dalam nilai gizi, penampilan, atau rasa ikan ini dibandingkan dengan salmon liar. Pada tahun 2009, FDA mengklasifikasikan perubahan rekayasa genetika pada hewan dan obat-obatan hewan. Pada awal tahun 2011, FDA masih mempertimbangkan persetujuan mengenai salmon transgenik. Kekhawatiran risiko utama terus menjadi dampak ekologi dari salmon tersebut. Bounty Aqua mengatakan bahwa semua salmon transgenik adalah betina dan sekitar 99,8% dari mereka adalah triploids steril (lihat pembahasan dari triploids dimulai pada halaman berikutnya).
GAMBAR 10.9 Salmon transgenik salmon transgenik, gen hormon pertumbuhan
supercepat, menunjukkan sangat dipercepat tingkat pertumbuhan dibandingkan dengan strain liar dan strain dalam negeri salmon nontransgenic. Rata-rata, para strain salmon transgenic beratnya hampir 10 kali lebih banyak daripada salmon nontransgenic.
Pada tahun 2004, Yorktown Industries dari Austin, Texas, menjadi berita utama berita populer ketika mereka mengumumkan mereka telah menciptakan GloFish, strain transgenik yang mengandung gen protein merah fluolescent ikan zebra dari anemon laut. Ketika sinar ultraviolet menerangi GloFish, mereka berpendar merah muda cerah, mereka diperkenalkan sebagai hewan peliharaan rekayasa genetika pertama kali dijual di Amerika Serikat. Sejumlah kelompok antibiotechnology menyuarakan protes mereka tentang penggunaan baru dari rekayasa genetika. Meskipun spesies transgenik adalah jenis yang paling umum dari spesies laut rekayasa genetika, sejumlah spesies polyploid telah diciptakan. Polyploids adalah organisme dengan peningkatan jumlah menyelesaikan set kromosom. Seperti yang telah kita bahas, kebanyakan hewan dan tanaman spesies diploid (disingkat 2n, dimana n = jumlah kromosom), yang berarti bahwa mereka memiliki dua set kromosom X dalam sel somatic mereka dan satu nomor, atau haploid (n), kromosom dalam gamet mereka. Pada manusia, jumlah haploid kromosom adalah 23, sehingga jumlah diploid kromosom dalam sel somatik manusia adalah 46 (2n = 46). Gambar 10.10 adalah representasi sederhana dari perbedaan antara haploid, diploid, dan spesies polyploid. Sebagian besar spesies laut polyploid diciptakan sampai saat ini adalah spesies triploid. Organisme triploid mengandung tiga set kromosom (3n). Sejumlah teknik yang berbeda dapat digunakan untuk membuat triploids. Triploids yang biasanya diturunkan dengan menundukkan telur ikan terhadap perubahan suhu atau perawatan kimia untuk mengganggu pembelahan sel telur. Telur diperlakukan dengan cara ini matang dengan set ekstra kromosom. Misalnya, merawat telur dengan colchicine, bahan kimia yang berasal dari crocus flower (Colchicum autumnale ), merupakan salah satu pendekatan umum untuk menciptakan polypioids (Gambar 10.11a). blok Colchicine pembelahan sel
dengan
mengganggu
pembentukan
mikrotubulus
yang
diperlukan
untuk
pembelahan sel. Akibatnya, para chromosomes bereplikasi dalam sel telur diobati, tetapi sel-sel ini tidak mampu membagi. Oleh karena itu telur ini memiliki jumlah kromosom diploid, kromosom dua kali lebih banyak seperti biasa. Pemupukan seperti sel telur oleh sperma hasil normal sel haploid dalam organisme triploid. Pendekatan lain untuk memproduksi triploids melibatkan pemupukan telur haploid normal dengan dua spermatozoa (Gambar 10.11b) Embrio yang dihasilkan adalah mengandung triploid satu set kromosom dari sel telur dan satu set dari masing-masing dua sperma yang berbeda. Poliploidi biasanya mempengaruhi sifat pertumbuhan suatu orginisme. Misalnya, tipe triploids berkembang lebih pesat, di sebagian besar spesies 10% sampai 50% lebih cepat dan lebih besar dari sesama diploid normal. Tapi triploids lebih steril karena mereka menghasilkan gamets dengan jumlah kromosom abnormal, dalam beberapa kasus triploids mungkin tidak menghasilkan gamet. Salah satu strain pertama triploid banyak digunakan ikan adalah grass carp triploid (Ctenopharyngodon idella ). Grass carp memiliki nafsu rakus untuk berbagai jenis vegetasi air. Pada awal 1960-an, ikan U.S dan Layanan kehidupan liar Grass carp diploid yang asli diimpor ke Malaysia. Pada awal 1980-an, ikan mas triploid dikembangkan dengan telur suhu ekstrim untuk membuat telur diploid dan pemupukan telur ini dengan sperma hapioid normal. Triploids tumbuh dengan cepat dan dapat melebihi 25 pon. Karena kemampuan mereka untuk mengkonsumsi sejumlah besar vegetasi, ikan mas menjadi sangat populer untuk mengendalikan pertumbuhan gulma air di kolam air tawar dan danau di seluruh Amerika Serikat. Grass carp triploid menjadi favorit di kalangan manajer kolam dan danau, yang bisa persediaan ikan-ikan di danau sebagai cara "alami” untuk mengendalikan
pertumbuhan
gulma,
meminimalkan
kebutuhan
untuk
menggunakan dosis besar herbisida kimia. Tidak semua orang telah senang dengan grass carp triploid. Dalam beberapa saluran air, karena grass carp melebihi populasi (grass carp memiliki beberapa predator alami) mereka telah begitu efektif makan melalui vegetasi akuatik bahwa kualitas air telah berubah secara substansial. Penurunan dramatis
dalam gulma digunakan sebagai habitat oleh ikan, seperti trout dan bass, telah menyebabkan penurunan memancing di perairan perikanan yang sebelumnya produktif. Triploid juga telah melarikan diri ke perairan yang berdekatan dengan habitat asli mereka, yang menyebabkan hilangnya vegetasi di daerah seperti rawarawa dan danau alam awalnya tidak ditargetkan untuk control gulma. Akhirnya, reproduksi dari ikan-ikan mungkin steril juga telah didokumentasikan. Kisah sukses poliploidi melibatkan tiram triploid, dikreditkan dengan menghidupkan kembali, mengurangi industri tiram di Pantai Barat. Produksi tiram musiman karena sangat dipengaruhi oleh cuaca, pola pembibitan, dan habitat. Tidak hanya memiliki pengembangan strain triploid dari tiram pacific disediakan untuk sepanjang tahun panen, tetapi triploid tiram tumbuh secara substansial lebih besar dari sesama diploid mereka. Diploid biasanya menyimpan gula dalam jaringan mereka dan kemudian menjadi ramping di musim panas sambil mengeluarkan energi untuk bertelur. Tiram ramping tidak diinginkan untuk dijual pasar. Karena triploids tidak bertelur, mereka tumbuh gemuk sepanjang musim panas, membuat mereka siap memasarkan Dalam bagian selanjutnya kita memperkenalkan Anda kepada beberapa yang berharga cara di mana organisme akuatik yang digunakan untuk aplikasi medis yang penting.
GAMBAR 10.10
Spesies Polyptoid Apakah Variasi Set Comptete sel somatik
Kromosom dari banyak hewan dan sel tumbuhan memiliki jumlah kromosom diploid, sedangkan gamet memiliki satu set, atau jumlah haploid, kromosom. Polyploids mengandung tiga atau lebih set kromosom. Kromosom dari suatu organisme dengan
jumlah diploid (2n) dari delapan kromosom yang ditampilkan. Meskipun tetraptoid (4n) dan pentaptoid (5n) organisme dapat dibuat, sebagian besar spesies laut yang polyploid triploids (3n).
GAMBAR 10.11 menghasilkan triploid (a) sel telur dapat diolah secara kimia untuk
memblokir gerakan kromosom selama pembelahan sel untuk menghasilkan telur diploid. (b) ketika sel telur dibuahi oleh sel sperma haproid normaI, keturunan triploid diproduksi. Triptoid A juga dapat dibuat dengan pembuahan telur haploid normal dengan dua sperma haploid normal. F. Aplikasi Bioteknologi Akuatik
Aplikasi Medis Bioteknologi Aquatik
Produk medis yang dihasilkan dari perairan relative sedikit, namun hal ini secara cepat akan berubah. Ilmuwan percaya bahwa habitat air laut dan air tawar menawarkan kesempatan yang tak terbatas untuk identifikasi produk medis. Di masa depan, golongan obat-obat baru dan penting akan berasal dari organisme air, yang digunakan untuk kepentingan manusia dan dapat digunakan untuk biomedis, seperti mendiagnosa dan mengobati penyakit. Penelitian bioprospecting spesies laut sedang berlangsung di seluruh dunia dan hal ini memberikan keyakinan bahwa perairan akan menghasilkan obat medis baru.
Bioprospecting untuk Isolat Obat dari Laut Beberapa macam spesies laut diduga mengandung kenyawa penting
biomedis, termasuk antibiotic, molekul antiviral, senyawa anti kanker, dan insektisida. Sepesies ini termasuk spons laut, anggota phylum Cnadaria (hydras, ubur-ubur, anemone laut, dan berbagai karang), anggota Phylum Molusca (siput, tiram, kerang, gurita dan cumi-cumi), dan spesies-speies yang lainnya. Kekayaan organisme laut yang diteliti
sangat banyak dan mengesankan. Berikut ini
beberapa aplikasi potensial medis yang bersal dari produk akuatik. Osteoporosis, yaitu suatu kondisi yang ditandai dengan hilangnya progresif massa tulang, yang membuat keropos dan rapuh tulang. Lebih dari 90% dari sekitar 25 juta orang amerika terkena osteoporosis adalah perempuan. Pengobatan yang umum dilakukan adalah dengan terapi estrogen, namun obat ini tidak efektif bagi banyak perempuan dan efek jangka panjang dalam hal kesehatan dari terapi estrogen adalah yang menjadi perhatiannya. Pengobatan yang lainnya dengan kalsitonin manusia rekombinan, hormone tiroid yang merangsang penyerapan kalsium dan kalsifikasi yang menghambat perusakan tulang atau osteoklas. Para peneliti telah menemukan bahwa beberapa spesies salmon menghasilkan bentuk kasitonin dengan bioaktivitas yang 20 kalo lebih tinggi dari kalsitonin manusia. Bentuk cloning kalsitonin salmon sekarang tersedia dalam bentuk injeksi dan obat semprot hidung (inhalasi). Pola indah terumbu karang di seuruh dunia diciptakan oleh terumbu karang. Struktur ini sebagian terdiri dari hidroksiapatit (HA), sebuah komponen penting dari matriks tulang rawan hewan termasuk manusia. Perusahan bioteknologi interpore internasional telah mengembangkan teknologi yang memungkinkan HA di implant kedalam tubuh dalam bentuk balok kecil yang digunakan untuk mengisi bagian tulang yang retak. Balok-balok ini kemudian direspon oleh sel-sel local pada jaringan ikat yang memungkinkan percepatan perbaikan tulang. Akibatnya, pasien tidak perlu melakukan pencangkokan tulang yang bersal dari bagian lain tubuh mereka. Implant ini dapat berfungsi untuk mengisi bahan tulang yang hilang disekitar akar gigi.
Demikian juga, sejumlah perekat telah diidetifkiasi seperti resin yang dihasilkan oleh kerang-kerang lainnya. Kerang yang berada diantara bebatuan dan digoncang oleh ombak yang kasar mampu bertahan dikarenakan mempunyai bentuk protein yang unik yang disebut serat basal (basal fiber). Gambar 10.12. serat basal beberapa kali lebih keras dan lebih extensible dari tendon manusia yang lebih keras dari baja. Memerlukan biaya yang tinggi untuk mengisolasi serat basal dari kerang secara langsung (hampir 10.000 kerang yang diperlukan untuk 1 gram perekat), para ilmuwan menggunakan teknik DNA rekombinan untuk mengekspresikan gen serat basal pada bakteri dan ragi untuk memproduksi protein perekat pada skala besar. Meskpun masih beberapa tahun pengembangan protein ini, namun banyak pertimbangan penggunaan protein ini untuk beragam keperluan seperti untuk ban mobil, sepatu, perbaikan gigi, dan pelindung tubuh yang lunak untuk tentara. Potensi penggunaan yang lainnya adalah untuk benang jahit untuk proses pembedahan dan tendon buatan dan digunakan untuk cangkok ligament.
GAMBAR 10.12 Mussels menghasilkan perekat unik yang disebut dengan serat
basal. Salah satu katagori obat dari laut yang ada untuk menyediakan aplikasi medis menjanjikan pada bioteknologi peraitan adalah identifikasi antiinflamasi, senyawa analgesic (penghilang rasa sakit), dan anti kanker yang digunakan untuk pengobatan manusia. Lebih dari selusin senyawa anti kanker yang berbeda telah diisolasi dari invertebrate laut, terutama spons laut, tunicates, dan moluska. Banyak dari senyawa ini dari berbagai tahap uji klinis idealnya akan digunakan
sebagai obat baru dan efektif di pasaran. Beberapa kelompok peneliti sedang mempelajari makhuk laut berbisa dengan harapan mengidentifikasi zat yang dapat digunakan untuk mengobati gangguan system saraf. Siput kerucut laut, spesies yang berpotensi memetikan menghasilkan konotksin, molekul yang dapat menargetkan reseptor nurotransmiter tertentu dalam system saraf. Pada tahun 2004, aplikasi FDA obat Prialt (Ziconotide), suatu peptide conotoxin dimurnikan dari Conus magus siput kerucut laut oleh Elan Corporatiaon Irlandia. Conotoksin seperti Prialt merupakan sumber baru yang menjanjikan neurotoksin dengan kemampuan sebagi obat penghilang rasa sakit yang kuat dengan memblokir jalur saraf yang menyampaikan pesan rsa sakit ke otak. Prialt telah berhasil digunakan untuk mengobati penyakit kronis seperti sakit punggung. Yondelis (trabectedin atau ectinascidin), sebuah obat anti tumor diisolasi dari gurita laut Ectenascidia turbinate, telah diberikan status obat orphan (tunggal) oleh Komisi Eropa dan FDA untuk pengobatan sarcoma jaringan lunak
dan kanker ovarium. Yondelis juga dalam percobaan fase II untuk pengobatan prstat dan kanker payudara. Yondelis mengikat dalam alur kecil DNA dan menghambat pembelahan sel dengan memblokir protein transkripsi DNA. Penelitia juga meniliti senyawa antiinflamasi yang ditemukan dalam ekstrak karang. Senyawa tersebut dapat menyebabkan strategi pengobatan batu untuk iritasi kulit dan penyakit inflamasi seperti asma dan radang sendi. Table 10.4 contoh daftar senyawa medis yang diisolasi dari organism akuatik. Organism
Produk Medis
Kegunaan
African clawed frog
Magainins
Peptida antimikroba pertama kali ditemukan
(Xenopus l aevis)
pada kulit katak. Digunakan untuk mengobati infeksi bakteri.
Coho salmon
Calcitonin
(Oncorhynchus ki sutch)
oleh sel-sel tulang. Digunakan untuk mengobati Neovastat
Hammerhead shark
Hormon yang merangsang penyerapan kalsium
osteoporosis.
Hirudin
(Sphyrna lewini )
Prialt (ziconotide)
Antiangiogenic senyawa (blok pembentukan pembuluh darah). Digunakan untuk mengobati kanker.
Leech
Eribulin
(H ir udo medicinalis) Yondelis (trabectedin)
Marine cone snail (Conu s magus) Sea sponge (H alichondria okadai)
Air liur peptida dari lintah sebagai antikoagulan yang digunakan untuk mengencerkan darah.
Racun peptida sintetik yang digunakan sebagai pereda nyeri untuk mengobati rasa sakit yang parah kronis dan radang sendi.
Sea squirt (Ecteinascidi a tur bin ate)
Kemoterapi senyawa untuk pengobatan kanker payudara.
Agen
antitumor
dikembangkan
untuk
pengobatan sarkoma jaringan lunak canggih.
Penelitian lain sedang mengembangkan system kultur untuk menyediakan pasokan yang memadai dari organism besel tunggal yang disebut plankton Dinoflagellata,
yang mengandug komponen yang berguna dalam pengobatan
tumor dan kanker. Baru-baru ini sebuah invertebrate laut yang disebut Bagula neritina menunjujjkan mengandung sejumlah senyawa yang aktif terhadap
memerapa jenis leukemia. Karena sejumlah besar senyawa ini akan diperlukan untuk studi manusia, teknik cloning molekuler akan menjadi penting jika senyawa ini akan di produksi dalam jumlah masal. Demikian pula, Buntal jepang, atau Blowfish ( Rubries fugu), telah mendapatkan banyak perhatian akhir-akhir ini. (Gambar 10.13). fugu terkenal karena kemampuannya untuk menelan air dan “mebusungkan”ketika terancam
dan menghasilkan sel racun saraf yang kuat yang disebut tertodoksin (TTX). TTX adalah salah satu racun yang paling beracun yang pernah ditemukan (hampir 10.000 kali lebih mematikan dari sianida). Di jepang, fugu adalah makanan yang lezat meskipun mengandung resiko (makan fugu membunuh hampir 100, sebagian besar dijepang, setiap tahunnya).
Para ilmuwan telah menggunkan TTX untuk mengembangkan pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana saluran natrium membantu untuk menghasilkan impuls listrik. TTX adalah racun yang metikan karena bias menghambat saluran natrium dan mencegah transmisi impuls saraf. Pemahan
bagaimana
TTX
mempengaruhi
chanel
natrium
telah
menyebabkan pengembangan obat baru yang sedang diuji tidak hanya sebagai anestesi untuk mengobati pasien dengan berbagai jenis sakit kronis tetapi juga sebagai agen antikanker pada manusia. Para peneliti juga bekarja dengan sekuensing genom ikan buntal, yang berisi gen dengan jumlah yang sama dengan manusia tetapi jauh lebih kecil. Fugu juga mengandung DNA noncoding jauh lebih sedikit (intron) dari pada genom manusia, sehingga juga dianggap sebagai organism model yang ideal untuk mempelajari pentingnya intron. Sebuah Squalamine disebut steroid, pertama kali diidentifikasi pada Dogfish (Squalus acanthias ), tampaknya menjadi agen antijamur ampuh yang dapat digunakan untuk mengobati infeksi jamur yang mematikan seperti pada kasus paseien yang terkena AIDS dan kanker. Hui jarang dikembangkan untuk obat kanker (meskipun mitos bahwa hiu tidak terkena kanker), dan tulang rawan ikan hiu memiliki senyawa antigiogenic, dan ekstrak tulang rawan ini berada dalam tahap uji klinis. Angiogeneisi, atau pembentukan pembuluh darah, adalah proses yang sering diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan berbagai jenis tumor. Dengan menghalangi pembentukan pembuluh darah, senyawa antigiogenetik berasal dari spesies laut ini menjanjikan untuk menghambat pertumbuhan tumor tertentu. Selain itu, karena banyak organism akuatik yang hidup dilingkungan yang keras, para ilmuan optimis bahwa kita bias belajar dari adaptasi organism yang telah dikembangkan. Sebagai contoh, para peneliti sedang mempelajari organism laut yang menunjukkan teleransi terhadap sinar ultraviolet, ini mungkin terbukti menjadi sumber tabir surya alami. Sebagai contoh lain, luka buaya yang sangat resisten terhadap infeksi, meskipun buaya berenang di perairan yang dipenuhi mikroba. Para ilmuwan menemukan bahwa buaya menghasilkan peptide antimikroba yang mampu membunuh mikroba seperti MRSA (metichilin resistant
Straphylococus aureus, yang bertanggung jawab sekitar 70% dai infeksi mematikan di rumah sakit) yang telah menjadi kebal terhadap antibiotic modern. Cangkang kepiting bahkan dibuang dari industry crabbing komersial berperan dalam aplikasi medis bioteknologi akuatik. Kerangka luar atau eksokseleton dari anggota filum arthropoda yang meliputi kepiting, lobster, udang, serangga, dan laba-laba merupakan sumber yang kaya kitin dan kitosan. ini merupakan karbohidrat kompleks yang secara structural mirip dengan selulosa yang membentuk lapisan luar yang keras dari dinding sel pada tumbuhan. Selulosa secara luas dikenal sebagai sumber serat pada makanan. Demikian pula, kitin dan kitosan juga merupakan sumber serat. Makan sayur dan buah-buahan untuk mendapatkan serat jauh lebih mudah dari pada makan cangkang kepiting. Meskipun demikian, ekstrak cangkang kepiting dapat dibeli sebagai bedak ditokotoko. Banyak krim kulit dan lensa kontak juga mengandung kitin dan kitin telah digunakan untuk membuat nonallergic benang jahit bedah sehingga tidak perlu dibongkar dan mempercepat peyembuhan pada manusia. Sampai saat ini, beberapa obat dari laut memiliki penggunaan luas di pasar media, namun dalam teknologi DNA rekombinan masa depan akan menyebabkan peningkatan kemampuan untuk menghasilkan jumlah besar dari senyawa bioaktif biasanya ditemukan dalam konsentrasi yang sangat rendah pada organism akuatik.
Produk Non Medis
Untuk lebih menghargai potensi perairan dunia kita, kita sekarang melihat pada sejumlah produk akuatik, dari reagen penelitian untuk suplemen makanan, yang telah berdampak pada industry bioteknologi.
Produk-produk yang telah berhasil
Keta telah membahas pentingya Tag polymerase, diisolasi dari Thermus aquaticus
archaebakteria
yang
ditemukan
dari
sumber
air
panas
yang
memungkinkan untuk pengembangan PCR sebagai alat yang ampuh dalam biologi molekuler (bab 3). Laut juga telah terbukti sebagai sumber enzim dan produk lain yang telah memainkan peran penting dalam penelitian dasar dan
terapan. Misalnya, bakteri yang tinggal di dekat hidrotermal (air panas geyser di dasar laut) telah menghasilkan generasi kedua enzim stabil yang digunakan dalam PCR dan Modifikasi enzim DNA, termasuk ligase dan enzim restriksi. Enzim lain dihasilkan oleh bakteri laut memiliki barbagai sifat menarik yang dapat menyebabkan aplikasi penting di masa depan. Beberapa enzim tahan terhadap garam, yang membuat mereka ideal untuk industry dengan prosedur yang melibatkan kadar garam tinggi. Kami telah membahas peran bakteri Vibrio Harvey bioluminescent dalam mendeteksi pencemaran lingkungan (bab 5).
Spesies laut Vibrio menghasilkan sejumlah protease, termasuk protease yang unik yang beberapa resisten deterjen yang digunakan dalam banyak proses manufaktur. Akibatnya banyak deterjen resisten terhadap protease mungkin memiliki aplikasi potensial untuk menurunkan protein dalam proses pembersihan, termasuk penggunaanya dalam deterjen untuk menghilangkan noda protein dalam pakaian. Vibrio juga merupakan sumber kolagenase yang baik, protease yang digunakan dalam kultur jaringan. Ketika para ilmuwan mencari untuk pertumbuhan sel-sel, seperti pertumbuhan sel hati dalam kultur, mereka dapat menggunakan kolagenase untuk mencerna jaringan ikat yang memegang sel-sel menjadi satu sehingga selsel tunggal dapat tersebar ke piring kultur sel. Produk lain yang berasal dari laut adalah kargenan, bahan pengawet makan, pasta gigi, dan kosmetik. Ini merupakan polisakarida yang kayak an sulfat, di ekstrak dari rumput laut merah, telah telah banyak digunakan pada banyak produk lebih dari 50 tahun. Ada keluarga besar polisakarida karegan. Mereka memiliki kemampuan untuk membentuk gel dari berbagai kepadatan pada temperature yang berbeda. Akibatnya karagenan telah digunakan sebagai agen pengenyal pada saat kita memakannya. Beberapa aplikasi yang paling umum dari kargenan termasuk kegunaan mereka sebagai penstabil dan bulking agen dalam permenkaret, susu coklat, bird an anggur, salad dressing, sirup, saus, daging olahan, perekat, tekstil, pemoles, dan ratusan produk lainnya. Filipina merupakan produsen terbesar di dunia dari rumput laut merah (rhodophyta), dari mana karagenan banyak berasal. Ganging merah juga berharga untuk digunakan dalam rokok, produk rumput laut tipis yang digunakan untuk pembungkus sushi.
Perbaikan dalam pertanian rumput laut memungkinkan untuk peningkatan polimer alga lainnya, termasuk agar-agar dan asam algina, yang merupakan bahan penelitian penting yang digunakan untuk membuat medium bakteri dan gel agrosa untuk elktroforesis DNA.
Biomassa dan Bioprosesing
Salah satu wilayah yang baru muncul dari bioteknologi kealutan melibatkan eksplorasi biomassa laut. Kelompok ganggang di perairan merupakan biomassa, seperti halnya kelompok ikan. Kita telah mengetahui bahwa tanaman adalah yang memproduksi oksigen melalui proses fotosintesis. Tumbuhan laut (termasuk rumput laut dan plankton) megubah energy matahari menjadi energy kimia. Dapatkah energy kimia dari biomassa tersebut dipanen? Para ilmuwan sedang mneliti cara dimana ganggang dan tanaman dapat digunakan untuk memproduksi bahan bakar alternative. Sebagai contoh, menggunkan kemampuan reproduksi ganggang yang cepat untuk menghasilkan hidrokarbon dan lipid dalam jumlah yang luar biasa untuk memberikan alternative sumber bahan bakar yang mungkin seperti etanol. Ilmuwan kelautan mengeksplorasi cara-cara Bioprocesing yang mungkin melibatkan produk kelautan untuk menghasilkan produk biologi seperti protein rekombinan.
Alga
mungkin
berpotensi
untuk
mengekspresikan
protein
rekombinan. Para peneliti telah menemukan bahwa mereka dapat membuat kelimpahan protein, seperti antibody karena ganggang dapat tumbuh dengan skala yang sangat besar. Selain itu para ilmuan kelautan juga mengeksplorasi bagaiman organism laut dapat digunakan untuk mensintesis berbagai polimer dan biomaterial lain, yang dapat digunakan untuk proses industry manufaktur. Misalnya, protein dari cangkang kerang yang dipertimbangkan sebagai aditif dalam deterjen, pelarut racun, dan biodegradasi alternative.
Aplikasi lingkungan bioteknologi akuatik
Bakteri dapat digunakan untuk mendeteksi dan menurunkan polusi lingkungan (dibahas pada bab 5 dan 9). Pada bagian ini, kita akan membahas
bagaimana organisme air dapat digunakan untuk membantu membersihkan dan mengendalikan pencemaran di habitat mereka.
Antifouling Agen
Biofilming, juga disebut dengan biofouling, mengacu pada pelapisan organism di permukaan. Permukaan ini meliputi lambung kapal. Lapisan dalam pipa, dinding semen, dan tumpukan disekitar dermaga, jembatan, dan bangunan. Biofilming juga terjadi pada permukaan organism laut, terutama kerang. Di habitat laut ganggang, remis, kerang dan bakteri adalah salah satu organisme yang biasa menjadi biofilming (gambar 10.4). istilah biofilming mempunyai arti organisme yang menempel sehingga membentuk sebuah lapisan biologi. Biofilming dapat menciptakan masalah yang signifikan, misalnya lapisan organisme pada lambung kapal dapat dapat mengganggu pergerakan kapal di air, memperlambat waktu dan mengurangi efiseiensi bahan bakar. Secara tradisional, agen antifouling menggunakan bahan kimia beracun seperti cat, tembaga dan merkuri untuk meminimalkan pertumbuhan organisme fouling. Namun hal ini justru akan memberikan pencemran lingkungan yang lebih. Untuk mengatasi hal tersebut para peneliti saat ini sedang menyelidiki mekanisme alami yang digunakan banyak organisme untuk mencegah biofouling. Para ilmuan menggunakan teknik molekuler untuk menmukan jawaban dari permasalahan ini. Beberapa organisme diperkirakan menghasilkan zat yang dapat menghambatadhesi organisme biofilming (gambar 10.15). Seperti rumput laut Zostra marina dan ganggang menghasilkan senyawa yang mencegah pertumbuhan bakteri dan jamur. Dalam waktu dekat, senyawa ini dapat digunakan untuk memproduksi lapisan pelindung untuk menutupi lambung kapal, peralatan budidaya dan peralatan laiinnya yang rentan terhadap biofilming.
GAMBAR 10.14 Invaders Diinginkan Buat Biofilm Itu Memiliki Dampak Ekonomi Serius (a) pertumbuhan yang tidak terkendali dari spesies yang tidak diinginkan, seperti
yang dari zebra kerang, menyajikan banyak masalah. (B) kerang, teritip, dan organisme lain dapat membuat biofilm keras ditampilkan di sini meliputi pipa.
biosensor
Para ilmuan sedang bekerja untuk mengekplorasi penggunaan organisme air sebagai biosensor untuk mendeteksi polutan dengan konsentrasi rendah dan senyaw beracun pada saluran air. Strain bakteri bercahaya (biolumiscan) dapat digunakan sebagai biosensor (bab 5). Beberpa spesies menggunkan biolonescan untuk nemerangi lingkungan mereka, dan beberapa laiinya digunakan untuk menemukan pasangan mereka pada samudra dalam yang gelap. Kebanyakan organisme laun dapat bercahaya karena bersimbiosis dengan bakteri Vibrio fischeri.
Vibrio fischeri dan straian yang bercahaya laiinya (Vibrio harveyi) menggunkan Gen LUx yang mengkode enzim luciferase pemancar cahaya. Sebagai respon terhadap perubahan kondisi lingkungan, intensitas cahaya yang dipancarkan oleh organisme Vibrio dapat berubah.v karena kemapuan ini bakteri Vibrio telah digunakan sebagai biosensor untuk mendeteksi polutan seperti bahan kimia organic dan nitrogen yang berada di lingkungan laut. Bukan hanya bebepa organisme laut yang berguna untuk mendeteksi pencemaran lingkungan, namun banyak sepesies laut juga diyakini memiliki jalur metabolism untuk menurunkan berbagai zat alami mapun buatan. Banyak
penelitian didedikasikan untuk mengambarkan jalur biokimia yang terlibat dalam proses degradatif untuk menentukan bagaiman organisme laut dapat digunakan untuk
memulihkan
atau
membersihkan
laingkungan
dari
berbagai
zat
berbahayayang masuk kelingkungan laut.
Remediasi lingkungan
Ingat bagaimana organisme asli atau strain rekayasa genetika telah digunakan untuk menurunkan bahan kimia (bab 5 dan 9). Dalam banyak cara yang sama, organisme laut memiliki mekanisme unik untuk menurunkan bahan kimia organic beracun seperti fenol dan toluene, produk minyak yang ditemukan di pelabuhan.
GAMBAR 10.15 Organisme Laut Banyak Memiliki Mekanisme Antifouling Alam
Banyak organisme laut stasioner melepaskan bahan kimia defensif untuk menciptakan zona pelindung (ditunjukkan oleh band berwarna gelap di sekitar ini karang laut) di sekitar mereka. Bahan kimia ini dapat mencegah mikroorganisme fouling dan melindungi organisme dari predator.
Salah satu teknik yang paling awal digunakan dalam remidiasi kelautan adalah dengan melibatkan peningkatan kuantitas kerang di daerah tercemar. Para ilmuan menempatkan rak-rak berisi kerang pada perairan yang tercemar seperti kerang, tiram, remis. Organisme ini akan menyaring air, merke bertindak seperti filter untuk menghilangkan limbah seperi senyawa nitrogen dan bahan kimia organic. Bahan kimia ini, akan diserap dalam jaringan kerang. Setelah periode
waktu yang ditentukan kerang dpat dipanen, sehingga menghilangkan bahan limbah padda perairan. Kontaminasi logam berat dari perairan laut merupakan hasil dari banyak proses industri manufaktur. Sebagai solusi dalam masalah ini para ilmuan telah mengisolasi bakteri yang mengoksidari logam seperti besi, mangan, nikel dan kobalt. Beberapa bakteri ini juga dapat digunakan untuk mengektrak logam penting dari kelas bijih rendah. Selain itu beberpa bakteri laut dan ganging bersel tunggal mengekspresikan mellothionein, keluarga potein pengikat logam. Spesies ini berkembang dalam air yang terkontaminasi dengan cadmium dal logam berat lainnya, diman mereka benar-benar menghilangkan cadmium dari lingkungan sekitarnya dan kemudian mendegradasi logam beracun ini menjadi produk yang tidak berbahaya. Para ilmuan mencari cara menggunkan organisme ini untuk mengekstrak, memulihkan, dan mendaur ulang logam penting dan mahal seperti emas dan perak dari proses manufaktur. Banyak organisme laut menghasilkan zat yang berguna hasil dari pengolahan berbagai bahan limbah. Dengan menggunkan organisme akuatik atau produk mereka, adalah hal yang mungkin untuk merangsang degradasi limbah dalam lingkungan alam atau bioreactor. Misalnya, ahli mikrobiologi di USDA telah bereksperimen dengan metabolism nitrogen pada pertumbuhan koloni ganggang yang disebut dengan scrubber, sehingga mereka dapat digunakan sebagai filter alami. Scruber ini bekerja seperti arang di akuarium dalam kerja mereka mengikat limbah nitrogen. Air yang terkontaminasi dengan kotoran hewan ternak yang melewati scrubber dan ganging menyerap limbah dengan metabilismenya. Limbah ini memberikan nutrisi bagi ganging, yang tumbuh menjadi lapisan yang tebal. Ganggang secara periodic dipanen dengan memotong dan dibiarkan tumbuh kembali. Air yang dibersihkan dengan cara ini telah digunakan untuk irigasi dan beberpa ganggang yang dipanen bahkan telah digunakan sebagai pakan ternak. Percobaan serupa telah dilakukan di florida menggunakan enceng gondok untuk membersihkan air yang kaya akan fospor, nitrogen, dan nutrisi lainnya.
BAB III PENUTUP
KESIMPULAN
1. Fokus kajian dalam bioteknologi akuatik anatra lain; meningkatan suplai sumber pangan dunia, pemugaran dan perlindungan ekosistem laut, mengidentifikasi senyawa baru yang berguna untuk kesehatan manusia dan perawatan medis, meningkatkan keamanan dan kualitas makanan laut, menemukan dan mengembangkan produk baru dan aplikasinya dalam indusri kimia, mencari pendekatan baru untuk monitoring dan pengobatan penyakit, sert meningkatkan pengetahuan proses biologi dan geokimia lingkungan perairan. 2. Industri perikanan memiliki nilai ekonomis yang tinggi dan upaya peningkatan akuakultur dapat dilakukan dengan memodifikasi berbagai teknik budidaya termasuk hidroponik dan polikultur, meningkatkan kualitas strain dan meningkatkan nilai gizi serta keamanan produk makanan laut. 3. Hambatan dan batasan dalam akuakultur diantaranya adalah tidak semua spesies iakn dapat dibudidayakan, persebaran penyakit yang cepat pada populasi ikan budidaya, blooming alga yang mengakibatkan kandungan oksigen berkurang, serta masalah pencemaran air yang mengalir ke laut. 4. Teknik
yang
digunakan
untuk
mengembangkan
akuakultur
dapat
dilakukan dengan; teknologi genetik dan organisme perairan diantaranya dengan protein antibeku, gen hijau, cloning genom pada pathogen perairan dan manipulasi genetic. 5. Aplikasi bioteknologi akuataik dapat dimanfaatkan dalam bidang kesehatan dan lingkungan misalnya sebagai agen bioremidiasi.
