bioteknologi akuatik fix

73
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

Upload: hijrah-right

Post on 21-Oct-2015

379 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 2: Bioteknologi Akuatik Fix

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. Sebagai contoh, 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

Page 3: Bioteknologi Akuatik Fix

makalah ini akan dibahas lebih lanjut hal yang berkaitan dengan pentingnya

bioteknologi akuatik serta 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

Page 4: Bioteknologi Akuatik Fix

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, yang turut memberikan tekanan bagi beberapa 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.

Page 5: Bioteknologi Akuatik Fix

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 kerang-

kerang 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

Page 6: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 7: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 8: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 9: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 10: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 11: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 12: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 13: Bioteknologi Akuatik Fix

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 PengembanganApa 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,

Page 14: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 15: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 16: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 17: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 18: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 19: Bioteknologi Akuatik Fix

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,

Page 20: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 21: Bioteknologi Akuatik Fix

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).

Page 22: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 23: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 24: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 25: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 26: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 27: Bioteknologi Akuatik Fix

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).

Page 28: Bioteknologi Akuatik Fix
Page 29: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 30: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 31: Bioteknologi Akuatik Fix

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 rawa-

rawa 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

Page 32: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 33: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 34: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 35: Bioteknologi Akuatik Fix

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

(Xenopus laevis)

Coho salmon

(Oncorhynchus kisutch)

Hammerhead shark

Magainins

Calcitonin

Neovastat

Peptida antimikroba pertama kali ditemukan

pada kulit katak. Digunakan untuk mengobati

infeksi bakteri.

Hormon yang merangsang penyerapan kalsium

oleh sel-sel tulang. Digunakan untuk mengobati

osteoporosis.

Antiangiogenic senyawa (blok pembentukan

Page 36: Bioteknologi Akuatik Fix

(Sphyrna lewini)

Leech (Hirudo medicinalis)

Marine cone snail (Conus magus)

Sea sponge (Halichondria okadai)

Sea squirt(Ecteinascidia turbinate)

Hirudin

Prialt (ziconotide)

Eribulin

Yondelis (trabectedin)

pembuluh darah). Digunakan untuk mengobati

kanker.

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.

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).

Page 37: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 38: Bioteknologi Akuatik Fix

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 ditoko-

toko. 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

Page 39: Bioteknologi Akuatik Fix

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 sel-

sel 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.

Page 40: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 41: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 42: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 43: Bioteknologi Akuatik Fix

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

Page 44: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 45: Bioteknologi Akuatik Fix

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.

Page 46: Bioteknologi Akuatik Fix

DAFTAR RUJUKAN

Amin, Mohamad. 2009. Pengantar Bioteknologi: Prinsip-prinsip Dasar DNA Rekombinan. Malang: Jurusan Biologi FMIPA UM

Thierman, W.J, dan Palladino, M.A. 2004. Introduction to Biotechnology. New York