Aplikasi Transgenik dan Pemanfaatan Transgenik dalam Perikanan

Penggunaan teknologi Transgenik dalam bidang perikanan khususnya budidaya perikanan, ditujukan untuk peningkatan kualitas ikan budidaya. Selain itu transgenik dilakukan untuk mendapatkan sifat yang diinginkan dan peningkatan produksi. Padat ahun 1985, Zhu et al. melaporkan bahwa telah mampu memproduksi ikan transgenik dengan mentransfer gen pertumbuhan. Mereka telah berhasil membuat ikan loach,goldfish dan ikan mas transgenik dengan menggunakan promotor metallothionein tikus yang diligasikan dengan struktur gen GH dari manusia. Ikan transgenik ternyata 3 kali lebih besar dari ikan kontrol. Sejak saat itu, beberapa laporan penggunaan konstruksi gen yang serupa telah dilakukan pada ikan rainbow trout.

     Hasil penelitian Rahman dan Maclean (1999) pada ikan tilap ia menunjukan pula bahwa hasil analisis terhadap berat badan ikan non transgenik dan transgenik keturunan F2 (keturunan F2 adalah perkawinan antara jantan F1 dengan betina alam), ikan transgenik menghasilkan berat berkisar antara 60-90 gram/individu pada umur 5, 6, dan 7 bulan, sedang pada ikan non transgenik menghasilkan berat berkisar antara 20-30 gram/individu. Dari hasil tersebut menunjukkan bahwa pada keturunan ke 2 (F2) sifat tumbuhnya masih dapat diturunkan, dan pertumbuhannnya sekitar 3 kali lipat dibandingkan dengan ikan kontrol. Adapun FCR (food conversi ratio) atau perbandingan antara pakan yang diberikan dengan daging yang dibentuk pada ikan transgenik mencapai 0,76 sedangkan nontransgenik sebesar 1,02. Ini berarti bahwa ikan transgenik untuk menghasilkan satu kilogram daging hanya memerlukan pakan sebanyak 0,76 kg, sedangkan pada ikan biasa untuk menghasilkan daging satu kilogram memerlukan 1,02 kg pakan, dengan demikian menunjukkan bahwa di dalam pemanfaatan pakan ikan trangenik lebih efisien dibandingkan dengan ikan nontransgenik.

Teknologi transgenik

Selama dua dekade terakhir telah dikembangkan suatu metode yang berpotensi menggantikan metode selective breeding, yaitu transfer gen atau yang dikenal dengan nama trangenesis/transgenik.  Transgenesis adalah pengintroduksian satu atau lebih gen ke embrio suatu organisme yang selanjutnya gen tersebut dapat ditransmisikan pada generasi berikutnya.  Gen asing yang diintroduksikan tersebut biasanya berkaitan dengan karakter fenotipe penting dalam budidaya ikan, sehingga dengan menggunakan metode transgenesis akan didapatkan ikan-ikan yang memiliki sifat-sifat yang lebih unggul dibandingkan ikan normal.

Terdapat beberapa metode dalam transgenik, diantaranya adalah mikroinjeksi, electroporation, sperm delivery, particle bombardment dan lipofection. Namun metode yang umum digunakan adalah metode mikroinjeksi. Dengan metode ini, gen asing diintroduksikan ke dalam embrio ikan menggunakan sebuah jarum injeksi dengan diameter yang sangat kecil sekitar 5-7 µm.  Penggunaan mikroskop sangat diperlukan selama proses mikroinjeksi berlangsung.

Mikroinjeksi memiliki beberapa bagian yang penting, yaitu mikromanipulator, mikroinjektor dan jarum mikroinjeksi (lihat grafis). Mikromanipulator berfungsi mengatur posisi sehingga jarum mikroinjeksi dapat menembus blastodisk telur, sedangkan mikroinjektor mendorong larutan DNA yang akan dimasukkan pada bagian blastodisk.

Ikan hasil transgenik yang sudah pernah dilakukan adalah ikan Salmon Atlantik, dimana hasil pertumbuhannya 2 hingga 6 kali lipat dari ikan Salmon Atlantik nontransgenik.  Ikan nila mampu 2-7 kali lebih besar, bahkan pada ikan mud loach mampu tumbuh 35 kali lebih besar dari ikan normal.

Penggunaan mikroinjeksi dalam transgenik ikan didukung oleh hal-hal seperti jumlah telur yang relatif banyak dan fertilisasinya terjadi secara eksternal yang memudahkan introduksi gen asing pengkode target.  Selain itu, dengan fertilisasi eksternal kita dapat mengatur waktu sehingga jumlah telur yang diinjeksi maksimum.  Keuntungan lainnya adalah embrio ikan dapat dipelihara dalam media air tanpa suplemen, karena untuk perkembangan embrio cukup mengandalkan nutrien dari kuning telur.  Embrio ikan tidak memerlukan manipulasi yang kompleks seperti pada mamalia, yang harus dilakukan kultur in vivodan transfer embrio ke dalam rahim induknya.

Metode mikroinjeksi pada telur ikan juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya adalah sel telur harus bisa ditangani.  Dengan kata lain, keberhasilan teknologi transgenik sangat bergantung pada operator. Bila telah lihai atau terampil dalam 1 menit bisa mencapai 60 telur yang dimikroinjeksi.  Berbeda halnya dengan mamalia, injeksi langsung ke dalam nukleus tidak dapat dilakukan pada ikan, mikroinjeksi ke dalam sitoplasma membutuhkan kopi gen yang sangat banyak mengingat luasnya sitoplasma sehingga memperlambat transfer DNA ke dalam nukleus.

Kendala lainnya dalam mikroinjeksi pada embrio ikan adalah kekerasan dari lapisan korion.  Salah satu cara mengurangi atau menunda kekerasan korion yaitu dengan larutan glutation dan dengan cara menginjeksi pada bagian mikrofil.  Lokasi penginjeksian sendiri dapat mempengaruhi persentase ikan yang membawa kontruksi gen asing.

Salah satu elemen yang penting dalam menentukan dalam keberhasilan proses trangenesis adalah adanya promoter yang merupakan bagian dari kontruksi gen.  Promoter adalah sekuen DNA dimana RNA polymerase menempel (bind) dan menginisiasi transkripsi.  Promoter yang dapat digunakan harus bersifat mampu aktif tanpa memerlukan faktor pemicu (constitutive), dapat aktif pada semua jaringan otot (ubiquitous) dan dapat aktif kapan saja (house keeping).  Promoter yang biasa digunakan adalah promoter β-actin ikan medaka yang telah digunakan pada ikan rainbow trout, nila, ikan mas dan lele.

Teknologi transgenik dapat menyediakan produksi rata-rata bagi “designer fish” untuk pangsa pasar misalkan permintaan percepatan penampakan luar dari ikan, tekstur dagingnya yang banyak, rasa, warna  dan komposisi tertentu.  Calon gen lain yang memberikan keuntungan pada pertumbuhan ikan termasuk pengaturan pertumbuhan adalah pengkodean untuk pelepasan hormon pertumbuhan (Growth Hormone, GH) dan insulin sebagai faktor pertumbuhan. Pada metabolisme mineral, GH yang ditransfer melalui mikroinjeksi mampu meningkatkan keseimbangan positif kalsium, magnesium serta fosfat dan menimbulkan retensi ion Na+, K+ serta Cl- sehingga efek utama dari GH adalah meningkatkan pertumbuhan tulang panjang dan tulang rawan.  Pada akhirnya ikan akan tumbuh lebih cepat dan besar dibandingkan ikan normal peliharaan.

Salah satu manfaat potensi terbesar masa depan transfer gen pada ikan akan peningkatan resistensi penyakit pada ikan. Secara umum, penyakit ini adalah masalah terbesar yang dihadapi budidaya dan merusak profitabilitas. Selain itu, ini harus menjadi masalah kesejahteraan hewan. Ikan Transgenik dengan meningkatkan ketahanan terhadap penyakit akan meningkatkan profitabilitas, produksi, efisiensi dan kesejahteraan ikan budidaya. Penelitian awal menunjukkan keberhasilan ini. Pendekatan untuk meningkatkan ketahanan terhadap penyakit. Tetapi tampaknya bahwa tingkat perbaikan genetik dan konsistensi perbaikan genetik mungkin lebih besar dengan pendekatan transgenik (Dunham et al. 2002). Selain itu ikan transgenic dapat mentoleransi suhu dingin terdapat Arctic fishes synthesize Antifreeze Protein (AFP) yang disintesis dalam liver setelah itu menyatu dalam system sirkulasi maka dari itu ikan transgenic ini dapat bertahan pada suhu yang dingin, pertumbuhan ikan yang lebih besar dan lebih baik dari ikan pada biasanya karena ikan transgenic mengandung GH (Growth Hormone), bioreactor berfungsi dalam percepatan generasi, biomonitoring sebagai absorban pada lingkungan perairan.

METHOD of GENE TRANSFER

  1. Microinjection (Mikroinjeksi) 

Microinjection (Mikroinjeksi) adalah metode yang paling banyak digunakan karena mempunyai keberhasilan yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode yang lain. Konstruksi DNA dimasukan ke dalam sel embrio ikan dengan menggunakan jarum injeksi berukuran sangat kecil. Introduksi dilakukan di bawah mikroskop dengan bantuan mikromanipulator yang mengatur posisi jarum suntik. Untuk memastikan material genetik masuk ke pronuklei, konsentrasi DNA yang tinggi (10 4 -10 7 copy) biasanya diinjeksikan ke telur yang telah dibuahi. Meskipun injeksi dengan jumlah copy DNA yang tinggi meningkatkan integrasi transgen (DNA yang ditranfer), tetapi hal itu meningkatkan resiko kematian pada embrio. Integrasi transgen pada DNA inang umumnya tidak terjadi pada fase satu sel, sehingga tidak semua sel ikan membawa transgen (mozaik) (Alimuddin, 2003).

 Pertama kali, metode mikro injeksi dilakukan pada telur amphibian dengan menginjeksikan sitoplasma kedalam zygot katak, namun hasilnya tidak berpengaruh pada perkembangan embrio selanjutnya. Pada ikan juga telah dilakukan oleh beberapa penelitian diantaranya telah dilakukan oleh Chourrout et al (1986) pada ikan Rainbow Trout (Salmogairdneri), dan Ozato et al (1994) padaikan Medika (Oryzias latpes).

Mikro injeksi memiliki beberapa bagian yang penting, yaitu mikro manipulator, mikro injektor dan jarum mikro injeksi (lihat grafis).  Mikro manipulator berfungsi mengatur posisi sehingga jarum mikro injeksi dapat menembus blastodisk telur, sedangkan mikro injektor mendorong larutan DNA yang akan dimasukkan pada bagian blastodisk.

Penggunaan mikroinjeksi dalam transgenik ikan didukung oleh hal-hal seperti jumlah telur yang relatif banyak dan fertilisasinya terjadi secara eksternal yang memudahkan introduksi gen asing pengkode target.  Selain itu, dengan fertilisasi eksternal kita dapat mengatur waktu sehingga jumlah telur yang diinjeksi maksimum.  Keuntungan lainnya adalah embrio ikan dapat dipelihara dalam media air tanpa suplemen, karena untuk perkembangan embrio cukup mengandalkan nutrien dari kuning telur.  Embrio ikan tidak memerlukan manipulasi yang kompleks seperti pada mamalia, yang harus dilakukan kultur in vivo dan transfer embrio ke dalam rahim induknya.

Metode mikroinjeksi pada telur ikan juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya adalah sel telur harus bisa ditangani.  Dengan kata lain, keberhasilan teknologi transgenik sangat bergantung pada operator. Bila telah lihai atau terampil dalam 1 menit bisa mencapai 60 telur yang dimikroinjeksi.  Berbeda halnya dengan mamalia, injeksi langsung ke dalam nukleus tidak dapat dilakukan pada ikan, mikroinjeksi ke dalam sitoplasma membutuhkan kopi gen yang sangat banyak mengingat luasnya sitoplasma sehingga memperlambat transfer DNA ke dalam nukleus.

Kendala lainnya dalam mikroinjeksi pada embrio ikan adalah kekerasan dari lapisan korion.  Salah satu cara mengurangi atau menunda kekerasan korion yaitu dengan larutan glutation dan dengan cara menginjeksi pada bagian mikrofil.  Lokasi penginjeksian sendiri dapat mempengaruhi persentase ikan yang membawa kontruksi gen asing.

Keberhasilan prosedur mikroinjeksi telur bergantung kepada beberapa faktor termasuk di dalamnya: kualitas benih dan telur, metode pelaksanaan manipulasi, tipe penyangga injeksi yang digunakan, bentuk dari DNA, konsentrasi suntikan dan ketrampilan teknisi. Faktor-faktor tersebut sangat mempengaruhi tingkat kegagalan atau keberhasilan pasca injeksi misalnya laju kematian yang bervariasi dari satu telur salmonid pasca injeksiyang berkisar antara 30-95% (Fletcher & Davids 2001). Pada spesies lain, tingkat kelangsungan hidup dilaporkan oleh Alimuddin (2003), pada channel catfish (Ictalurus punctatus) yang memperoleh tingkat kelangsungan hidup sekitar 33%.

  1. Retroviral Infection(Infeksi pada Virus)

Retroviral Infection (Infeksi pada Virus), atau dengan kata lain introduksi gen melalui virus sebagai mediator. Padametodeini, virus ditumpangioleh gen yang dikehendakidandiintroduksikankedalamembriohewan. Virus mempunyaiukuran yang sangatkecildanmampumenembusintiseldan virus m empunyaigenom yang terdiridari RNA yang mempunyai kemampuan untuk mentraskripsikan DNA. Bila satu sel diinfeksi dengan retrovirus maka akan menghasilkan DNA virus, setelah DNA ditranskripsikan akan berintegrasi dan menjadi bagian dari genome induk. Species ikan telah dilakukan oleh Lin et al (1994) pada ikan Zebrafish (Brachydaniorerio).

  1. Sperm-mediated Gene Transfer (Sperma sebagai Pembawa Gene)

Sperm-mediated Gene Transfer (Sperma sebagai Pembawa Gene),spermatozoa merupakan sarana seluler yang spesifik dirancang untuk mentransfer DNA asing kedalam oosit, sperma terlibat langsung dalam proses fertilisasi. Matriks DNA diikat pada daerah postacrosomal oleh komponen protein spesifik dan akan bergabung dengan genome induk setelah terjadi fertilisasi. Pengikatan gen oleh sperma secara optimal bila sperma dalam keadaan motil dan konsentrasi DNA cukup tinggi. Metode ini juga telah dicobakan oleh Muller et al (1992) dalam Tsai (1995).

  1. Particle Bombardment (Partikel Gun atau Biolistik)

Particle Bombardment (Partikel Gun atau Bi olistik),metode ini banyak digunakan pada tanaman dengan cara DNA diikat pada suatu mikropartikel. Teknik paling modern dalam transformasi gen, penggunaan metoda gene gun atau particle bombardment. Metode transfer gen ini dioperasikan secara fisik dengan menembakkan partikel DNA-coated langsung ke sel atau jaringan tanaman. Dengan cara: partikel dan DNA yang ditambahkan menembus dinding sel dan membran, kemudian DNA melarut dan tersebar dalam secara independen.Transfer gen dengan metode ini mempunyai banyak keuntungan yaitu mudah ditangani dengan satu kali tembakan akan menghasilkan beberapa sasaran, partikel dapat mencapai sasaran yang lebih dalam dan dapat digunakan pada berbagai macam jaringan (Alimuddin, 2003).

  1. Electroporation(Elektroporasi) 

Electroporation (Elektroporasi), metode lain yang juga popular digunakan dalam pembuatan ikan transgenic adalah elktroforesis. Prinsip metode ini adalah membuat reparable-holes pada membrane sel dengan bantuan aliran listrik yang bergetar (electric pulse). Sel disuspensikan dalam larutan DNA, dan larutan ini dapat masuk ke sel melalui lubang yang telah di bentuk. Pada awalnya, teknik ini di kembangkan untuk kultur sel, namun demikian teknik ini dapat di aplikasikan untuk telur dan sperma.

Pada metode ini gamet atau embrio ditempatkan pada suatu cuvet yang mana membran selnya permiabel terhadap molekul DNA bila mendapatkan aliran (pulsa) listrik pendek (beberapa s aat). Ketika aliran listrik dihilangkan dan membran selnya kembali seperti semula, beberapa fragment DNA asing akan tinggal dalam gamet atau embrio. Metode ini mudah dan cepat dan memungkinkan untuk melakukannya pada ratusan oosit ikan atau telur ikan yang telah difertilisasi dalam satu kali kejutan (Ozato et al, 1994).

Metode elektroporasi. Polythyleneglycol (PEG) memudahkan presipitasi DNA dan membuat kontak lebih baik dengan protoplas, juga melindungi DNA plasmid mengalami degradasi dari enzim nuklease.Elektroporasi dengan perlakukan listrik voltase tinggi meyebabkan permeabilitasi tinggi untuk sementara pada membran sel dengan membentukpori-pori sehingga DNA mudah penetrasi kedalam protoplas. Integritas membran kembali membaik seperti semula dalam beberapa detik sampai semenit setelah perlakuan listrik. Jagung dan padi telah berhasil dengan sukses ditransformasi melalui elektorporasi dengan efisien antara 0,1 – 1 %.

REFERENSI :

Alimuddin, G., Yoshizaki, O., Carman,  dan K., Sumantadinata, 2003. Aplication of Gene Transfer in Aquaculture. Jurnal Akuakultur Indonesia. No. 1 : (41-50).

Chourrout, D., R. Guyomard & L.M. Houdebine. 1986. High efficiency gene transfer in rainbow trout (Salmo gairneri Rich) by microinjection into egg cytoplasm. Aquaculture, 51: 143-150.

Fletcher, G.L., C.L. Hew & P.L. Davies. 2001. Antifreeze proteins of teleost fishes. Annu. Rev. Physiol., 63: 359-390.

Lin, S., N. Gaiano, P. Culp, J.C. Burns, T. Friedmann, J.K. Yee & N. Hopkins. 1994. Integration and germline transmission of a pseudotyped retroviral vector in zebrafish.Science, 265: 666-668.

Ozato, Ueno, K., S. Hamaguchi, K., J.H. Kang & K. Inoue. 1994. Foreign gene transfer into nigrobuno (Carassius auratus grandoculis). Mol. Mar. Biol. Biotech., 3: 235-242.

Tsai, H.J., F.S. Tseng\& I.C. Liao. 1995. Transgenic loach: electroporation of sperm to introduce foreign DNA. Can. J. Aquat. Sci., 52: 776-787.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s