P h a eo eo d a c t y l u m t r i c o r n u t u m
Phaeodactylum tricornutum merupakan salah satu spesies mikroalga yang termasuk dalam golongan Diatom yang termasuk dalam divisi Heterokonta. Mikroalga jenis diatom memiliki peran penting sebagai phytoplankton sebagai phytoplankton di laut, penting pada siklus biogeokimia mineral seperti silika, dan untuk fiksasi karbon secara global (Werner, 1977). Klasifikasi Phaeodactylum tricornutum adalah sebagai berikut : Empire
: Eukaryota
Kingdom
: Chromista
Subkingdom
: Harosa
Infrakingdom
: Heterokonta
Phylum
: Ochrophyta
Subphylum
: Khakista
Class
: Bacillariophyceae
Order
: Naviculales
Family
: Phaeodactylaceae Phaeodactylaceae
Genus
: Phaeodactylum
Karakteristik organisme ini yaitu termasuk tipe uniseluler, normalnya dengan satu kromatofor di bagian tengah sel. Terdapat tiga morfotipe sel : Oval (berukuran 8x3 µm, satu katup silika per sel, dapat bergerak lambat atau tidak bergerak pada gumpalan ber-mucigel ber-mucigel ), ), bentuk fusi (dengan ukuran 25-35 µm dengan lebih dari dua atau kurang bentukan tumpul, lengan-lengannya agak menekuk, tidak terdapat dinding silika, nonmotil) dan triradiate. Phaeodactylum tricornutum tidak diragukan lagi termasuk dalam golongan Chrysophyta dengan kromatofor berwarna cokelat keemasan, mengandung leukosin dan minyak, dan menghasilkan dinding sel silika pada tahap tertentu. Genusnya menunjukkan karakteristik karakteristik diatom yang mencukupi mencukupi untuk diikutsertakan diikutsertakan ke dalam dalam kelas Bacillariophyceae. Sifat-sifatnya yaitu : pembelahan vegetatif secara longitudinal (biasanya tidak terjadi oleh pembentukan endospora), tipe diatom simetris bilateral dengan valve terbuat dari silika, pergerakan sel oval yang seperti meluncur, dan pembentukan aukspora. Pada mulanya, posisi
Phaeodactylum tricornutum secara taksonomis
mungkin berada dalam kelas Bacillariaophyceae, namun hal tersebut belum terlalu
jelas. Struktur katupnya memiliki kemiripan dengan Cymbella spp. sehingga memungkinkan untuk ditempatkan pada family Cymbellaceae. Di sisi lain, sel oval menunjukkan hanya terdapat satu katup dan karakter tersebut membedakan P. tricornutum dari diatom-diatom dari suborder yang ada. Sedangkan pada fase fusi, P. tricornutum menunjukkan tidak adanya kandungan silika pada dinding selnya. Hal tersebut menimbulkan justifikasi untuk membentuk suborder baru. Dengan cara yang sama, berbagai anggota kelas Achnanthaceae diatur sebagai suborder yang terpisah, Monoraphidineae, berdasarkan kenampakan katup yang tidak sama.Untuk itu, suborder baru yang diajukan, yaitu Phaeodactylaceae, diresmikan (Lewin, 1958). P. tricornutum biasanya dijadikan model untuk penelitian terkait dengan genomnya, karena organisme ini memiliki genom yang kecil, memiliki waktu generasi yang pendek, dan mudah digunakan dalam proses transformasi genetik (Apt et.al, 1997). Berdasarkan analisis filogenetik berdasarkan 18S rRNA, P. tricornutum ditempatkan pada kelompok diatom dengan bentuk simetris bilateral. Ukuran genomnya yang berbeda dengan diatom lainnya disebabkan oleh perbedaan konten DNA noncoding. Sistem reproduksi yang dilakukan oleh Phaeodactylum tricornutum cenderung berupa reproduksi aseksual. Reproduksi aseksual dilakukan dengan adanya mitosis yang diikuti dengan pembelahan sitoplasmik di mana setiap sel anakan menerima salah satu dari sepasang cangkang/katup yang dimiliki sel induk. Kemudian sel anakan mensekresikan pasangan katup lainnya yang berukuran lebih kecil. Sedangkan sel anakan yang menerima satu katup yang lebih besar akan tumbuh menyamai ukuran sel induk. Hal tersebut akan menghasilkan dua anakan dengan ukuran salah satunya sama dengan sel induk, sedangkan lainnya lebih kecil. Diatom yang berukuran lebih kecil dapat mengubah cara reproduksinya menjadi seksual dengan melakukan proses meiosis dan menghasilkan gamet berflagel, yang tidak memiliki katup dan berfusi secara berpasangan untuk membentuk zigot. Zigot tumbuh menjadi ukuran normal sebelum mensekresi katup yang lengkap dengan bagian atas dan bawah (Russell et.al , 2011). Selain itu, diatom tersebut juga membentuk auksospora yang berperan dalam pembesaran ukuran diatom sehingga memiliki ukuran normal menjadi sel vegetatif dan diproduksi juga pada saat tahap dormansi.
Gambar 1. Siklus Hidup
P. tricornutum
P.tricornutum merupakan mikroalga yang sering digunakan dalam teknologi rekombinan karena memiliki genom yang mudah digunakan dalam proses transformasi. Pada suatu studi yang dilakukan oleh Hempel (2011), diketahui bahwa P.tricornutum memiliki potensi dalam menghasilkan rantai biopolimer Poly-3hydroxybutyrate (PHB) yang merupakan poliester dengan sifat termoplastik. PHB memiliki sifat yang biodegradable dan produksinya tidak tergantung pada fosil sebagai sumber sehingga dapat digunakan sebagai bioplastik. Kemampuan tersebut diperoleh P. tricornutum dengan dilakukan penyisipan gen penghasil enzim pembentuk PHB yaitu PhaA (keothiolase), PhaB (acetoacetyl-CoA reductase) dan PhaC (PHB synthase) yang berasal dari bakteri Gram-negatif R. eutropha H16. Hasil studi tersebut menunjukkan bahwa pada sistem metabolisme P. tricornutum dapat dihasilkan PHB yang disintesis di sitosol sebesar lebih dari 10,6% dari berat kering alga. Dari studi tersebut dapat diperoleh potensi pemanfaatan alga sebagai bioreaktor
dalam
menghasilkan bahan untuk
polimer bioplastik
secara fotosintetik.
Phaeodactylum tricornutum memiliki potensi dalam memproduksi biofuel dengan karakter mixotrophic. Mixotropihic merupakan jenis mikroalga yang menggunakan karbon organik dan CO2 dengan metabolisme fotosintesis dan respirasi secara simultan. Laju pertumbuhan kultur mixotrophic merupakan jumlah dari laju pertumbuhan sel dalam keadaan fotoautotrof dan heterotrof. Dengan adanya sifat tersebut, produksi biomassa P. tricornutum dapat menjadi efisien (Morais, et.al., 2009) Karakter biodiesel pada P. tricornutum juga telah dipelajari. Jenis asam lemak dominan yang dihasilkan Phaeodactylum tricornutum adalah linolelaidic (27,13%), oleic (25,92%) dan myristoleic (50,97%) dengan nilai cetane (CN) sebesar 53,7 (Francisco, et.al, 2009). Nilai cetane menunjukkan kualitas bahan bakar diesel dan dijadikan indikator primer dalam menilai kualitas biodiesel. Standar ASTM (American Standard Testing and Material) untuk bahan biodiesel membutuhkan nilai cetane minimum 47. Nilai standar Eropa dan Australia sebesar 51, sedangkan di Brazil nilai minimalnya adalah 45. Organisme ini memproduksi biodiesel dengan derajat ketidakjenuhan paling rendah dibanding mikroalga lainnya. Derajat ketidakjenuhan mempengaruhi sifat fisik dan bahan bakar yang dimiliki molekul fatty ester yang dihasilkan karena menunjukkan kestabilan oksidatif biodiesel yang dihasilkan sehingga mempengaruhi sensivitas saat dilakukan penyimpanan dalam waktu yang lama.
Phaeodactylum tricornutum juga dapat dimanfaatkan untuk suplemen makanan hewan yang dibudidayakan, seperti udang penaeid ( Penaeus japonicus). Pada studi yang dilakukan oleh Okauchi dan Tokuda (2003) Phaeodactylum tricornutum tumbuh dengan baik dalam temperatur 25° sampai 30°C dengan limiting temperature dan kondisi salinitas sebesar 15°-35°C dan 10 sampai 40 ppt, sehingga organisme ini bersifat eurythermal dan euryhaline (memiliki toleransi pada temperatur dan salinitas dengan cakupan yang luas). Medium yang digunakan yaitu
Guillard 4F tanpa vitamin dan silika. Pertumbuhan alga dan fase stasioner dapat berlangsung lebih dari 21 hari di bawah temperatur kurang dari 30°C. P. tricornutum memiliki laju metamorfosis dan ketahanan yang tinggi dibandingkan alga lain sehingga lebih efisien dalam menghasilkan biomassa. Selain itu, mikroalga ini mengandung banyak eicosapentaenoic acid (EPA), protein, dan lipid sehingga kandungan nutrisinya tinggi untuk pakan dalam produksi larva udang penaeid ( P. japonicus). P. tricornutum memiliki sifat yang sangat toleran terhadap kadar besi (Fe) dan dapat tumbuh pada kultur dalam keadaan steady-state dengan kadar besi sebesar 50 kali lebih rendah dibanding jenis diatom lainnya seperti Thalassiosira pseudonana. Fe merupakan mikroelemen yang paling penting yang dibutuhkan untuk pertumbuhan alga. Fe terlibat dalam aktivitas enzimatis dan terdapat pada struktur molekuler sitokrom. Kekurangan Fe akan mengganggu sintesis klorofil dan laju fotosintesis, namun apabila kelebihan kadar Fe juga akan menurunkan produksi utama alga tersebut pada ekosistem akuatik. Apabila kekurangan kadar Fe, P. tricornutum mampu mendapatkan berbagai macam bentuk Fe dengan adanya kluster gen Fe-regulated seperti FBP1. Kebutuhan terhadap Fe akan dikurangi dengan subtitusi (penggantian) jenis logam lain dan regulasi aktivitas fotosintesis. Kompensasi tersebut ditunjukkan dengan down-regulation protein Fe-requiring dan jalur metabolismenya, seperti respirasi dan pertahanan ROS (Reactive Oxygen Species), sekaligus melakukan up-regulation dengan alternatif pertahanan Fe-free ROS dan pergerakan substrat untuk menyalurkan kelebihan elektron dari kloroplas dan sitosol ke AOX (alternative oksidase) pada mitokondria. Mungkin penyesuaian fisiologis P. tricornutum yang paling penting pada keterbatasan Fe adalah kemampuan untuk berlindung dari pencahayaan yang terus-menerus meskipun tetap menjalankan aktivitas fotosintesis. Hal tersebut menunjukkan bahwa strategi seluler yang teridentifikasi pada P. tricornutum memberikan pemahaman tentang hambatan-hambatan metabolisme diatom pada daerah dengan kandungan besi yang terbatas pada lautan dewasa ini dan memberikan pemahaman bagaimana pertumbuhan diatom akan dipengaruhi oleh strategi fertilisasi nutrien untuk mendapatkan CO2 dari atmosfer (Allen, et.al, 2008)
Guiry, M.D. Phaeodactylum tricornutum Bohlin. http://www.algaebase.org/search/species/detail/ ?species_id=39314. Diakses pada 19 November 2011 pukul 21:35 WIB Russell, Peter J., et,al. 2011. Biology: The Dynamic Science. Canada : Cengage Learning. pp.570. Hempel, Franziska, et.al . 2011. Microalgae as bioreactors for bioplastic production. Microbial Cell Factories 2011, 10:81 Francisco, Erika C., et, al. 2009. Microalgae as feedstock for biodiesel production: Carbon dioxide sequestration, lipid production and biofuel quality. J Chem Technol Biotechnol 2010; 85: 395 –403 Morais et al. 2009. Phaeodactylum Tricornutum Microalgae Growth rate in heterotrophic and mixotrophic conditions. Engenharia Térmica (Thermal Engineering), Vol. 8 (1) : 84-89. Lewin J. C. 1958. The taxonomic position of Phaeodactylum tricornutum. J. general Microbiol .,
18, 427-432. Allen, Andrew E, et.al . 2008. Whole-cell response of the pennate diatom Phaeodactylum tricornutum to iron starvation. PNAS 105(30) : 10438-10443.
