nurcahyo
New member
Memproduksi Omega-3 di Tanaman
Oleh Alimuddin
[SIZE=-2]
[/SIZE]Dua penelitian untuk memproduksi HUFA di tanaman telah dilaporkan baru-baru ini. Salah satunya adalah menggunakan jalur Δelongase yang merupakan jalur mikroalga laut, Isochrysis galbana, dan yang lainnya menggunakan gen Δ8-desaturase yang diisolasi dari Euglena. Tanaman trasgenik Arabidopsis yang mengekspresikan gen Δ9-elongase dengan promoter CMV 35S menghasilkan sekitar 15 persen (dari total lipid) asam lemak ekosadinoat (20:2n-6) and ekosatrinoat (20:3n-3), melalui proses elongasi masing-masing dari LA dan LNA. Namun demikian, rasio asam lemak n-6 vs. n-3 produk elongasi tidak memperlihatkan hubungan secara nyata level substrat yang ada (LA dan LNA).
Yang menarik adalah, akumulasi asam lemak C20 di- dan trinoat tidak menyebabkan gangguan morfologi atau viabilitas tanaman transgenik Arabidopsis. Hasil ini bertolak belakang dengan transgenik yang mengekspresikan elongase-1 yang spesifik pada biji. Enzim elongase-1 mengkonversi asam oleat (18:1n-9) menjadi 20:1n-9 dan 22:1n-9, dan pada transgenik Arabidopsis mengakumulasikan lebih dari 10 persen asam lemak monounsaturasi (monounsaturated) C20-C22, yang mengakibatkan perubahan morfologi yang dramatis termasuk kerusakan membran plastida.
Untuk memodifikasi secara penuh jalur biosintesa HUFA, transgenik Arabidopsis yang membawa gen Δ9-elongase dari Isochrysis diko-ekspresikan dengan gen Δ8-desaturase dari Euglena dan Δ5-desaturase dari M. Alpina. Produk elongase, 20:2n-6 dan 20:3n-3 adalah masing-masing dikonversi oleh Δ8-desaturase menjadi 20:3n-6 dan 20:4n-3, yang selanjutnya dikonversi Δ5-desaturase menjadi AA dan EPA. Kedua asam lemak ini terakumulasi di daun transgenik Arabidopsis dengan jumlah 10 persen dari total asam lemak, sebagian besar adalah AA.
Produk ini tidak menggambarkan jumlah substrat n-6:n-3; sebagian besar adalah n-3 LNA. Selain diakumulasikan AA dan EPA, beberapa asam lemak C20 lainnya juga terdeteksi seperti skiadonat (20:3Δ5,11,14) and juniperonat acid (20:4Δ5,11,14,17). Kedua asam lemak ini memiliki jumlah karbon yang sama (C20), tetapi struktur yang berbeda dibandingkan dengan AA dan EPA, yaitu tidak memiliki ikatan ganda pada atom karbon nomor 8 (lihat Gambar 1), dan kelihatannya merupakan produk sampingan dari Δ5-desaturase. Akumulasi asam lemak ini juga ditemukan bila gen 5-desaturase M. Alpina ini ditransfer ke lobak (rapeseed).
Walaupun skiadonat dan juniperonat bukan merupakan target produk utama dari proses biosintesis dan akumulasi di tanaman transgenik, fakta terbaru menunjukkan bahwa asam lemak ini mungkin juga bermanfaat untuk kesehatan dan berperan dalam beberapa aspek metabolisme manusia. Khusus untuk skiadonat yang mengandung 2-monoasilgliserol telah diketahui merupakan ligand untuk reseptor CB1 kannabinoid manusia. Baik skiadonat maupun juniperonat ditemukan di sejumlah jenis biji cemara (pine) dan telah digunakan sebagai bahan makanan tanpa menunjukkan efek negatif.
Ko-ekspresi Δ9-elongase dan Δ8-desaturase juga berhasil memproduksi HUFA pada transgenik tanaman. Akan tetapi, hasil ekspresinya di biji tanaman masih perlu diteliti. Selanjutnya, penelitian menggunakan jalur Δ6-desaturase/elongase menunjukkan hasil yang cukup menggembirakan dan HUFA bisa diproduksi pada biji tanaman. Transgenik linseed dan tembakau dibuat dengan mengintroduksi tiga jenis gen pengkode enzim, yaitu gen Δ6-desaturase, Δ6-elongase dan Δ5-desaturase yang dikontrol oleh promoter spesifik pada biji.
Analisis asam lemak pada biji transgenik tembakau atau linseed menunjukkan bahwa produk Δ6-desaturase sangat tinggi, tetapi AA dan EPA yang dihasilkan masih sangat sedikit. Sehingga, walaupun data ini secara jelas menunjukkan rekonstitusi jalur konvensional biosintesa HUFA pada biji tanaman transgenik, efisiensi sintesa C20 HUFA masih relatif sama dengan hasil observasi pada ragi. Analisa secara detil linseed transgenik yang mengekspresikan enzim-enzim tersebut menunjukkan beberapa hasil yang kurang jelas. Pertama, meskipun Δ6-desaturase dan Δ6-elongase memperlihatkan aktivitas dengan laju yang sangat berbeda, kedua transgen (gen yang ditransfer) tersebut ditranskripsi dengan level yang sama. Kedua, meskipun substrat untuk elongase hasil dari Δ6-desaturasi adalah terakumulasi dengan level tinggi pada membran mikrosoma, khususnya fosfatidilkolin (phosphatidylcholine, PC) pada posisi sn-2, produk elongasi tidak meningkat seperti halnya peningkatan Δ6-desaturasi acyl-CoA. Karena itu diduga bahwa pertukaran dari PC menjadi acyl-CoA adalah tidak efisien. Asam lemak n-3 C18 kelihatannya sangat efisien diarahkan dari PC menjadi triasilgliserol (triacylglyserol), yang mungkin melibatkan enzim acyl-CoA-independent acyltransferase, yang menghindarkan mereka dari proses elongasi yang secara efektif menghalangi proses modifikasi selanjutnya.
Dari hasil penelitian di atas, terlihat bahwa hambatan utama biosintesa HUFA melalui jalur konvensional Δ6-desaturase/elongase adalah dikotomi (dichotomy) kebutuhan substrat untuk enzim-enzim desaturase dalam bentuk gliserolipid dan elongase mikrosomal dalam bentuk acyl-CoA. Namun demikian, tingkat produksi AA dan EPA di biji tanaman transgenik adalah tinggi yang menunjukkan bukti nyata pertukaran dan pembentukan substrat acyl dengan level sub-optimal. Hasil lebih tinggi diperoleh dengan menggabung sejumlah transgen yang spesifik dari berbagai jenis organisme.
Untuk membantu pemecahan masalah dikotomi kebutuhan substrat, peneliti telah mencoba menggunakan lebih banyak lagi jenis gen pengkode enzim spesifik yang terlibat dalam biosintesa asam lemak. Tanaman lobak (rapeseed, Brassica juncea) transgenik telah diproduksi dengan menggunakan gen Δ6-desaturase dari Pythium irregulare, Δ5-desaturase Thraustochytrium sp., Δ6-elongase Physcomitrella patens, Δ12-desaturase Calendula officinalis, Δ6-elongase Thraustochytrium sp., ω3-desaturase Phytophtora infestans, Δ4-desaturase Thraustochytrium sp., lysophosphatidyl acyltransferase dari Thraustochytrium sp., dan elongase dari rainbow trout (Oncorhynchus mykiss).
Setiap transgen tersebut dikontrol oleh promoter khusus untuk biji, yaitu napin promoter. Lobak transgenik berhasil memproduksi AA dan EPA dengan kadar yang sangat tinggi, yaitu 7-15 persen dari total asam lemak. Tetapi kadar DHA yang dihasilkan masih sangat rendah (1,5 persen). Oleh karena itu masih diperlukan sistem yang lebih efisien untuk produksi DHA pada tanaman.
Prospek produksi DHA
Akumulasi asam lemak AA dan EPA pada tanaman transgenik yang mengekspresikan gen-gen pengkode enzim yang terlibat pada jalur konvensional desaturase/elongase atau jalur alternatif merupakan cara yang cukup berhasil saat ini. Kadar EPA yang dihasilkan cukup banyak yaitu tujuh persen, dan hal ini mungkin dapat digunakan untuk memperkaya makanan ternak. Karena target utama adalah menjadikan tumbuhan sebagai produsen alternatif bagi minyak ikan, maka biji tanaman transgenik harus mengakumulasi DHA dengan level yang tinggi.
Rute paling sederhana untuk sintesa DHA adalah dengan memperpanjang dua atom karbon EPA yang melibatkan enzim elongase; EPA dikonversi menjadi asam dokosapentanat (DPA, 22:5n-3) dan selanjutnya diproses oleh enzim Δ4-desaturase menjadi DHA. Penggunaan rute ini pada lobak transgenik telah berhasil memproduksi DHA, meskipun dengan level yang masih sangat rendah. Jalur lain yang mungkin akan sangat menarik dicoba pada tanaman adalah dengan menggunakan jalur non-aerobik polyketide synthase-like system yang ditemukan pada bakteri. Karena rute ini kelihatannya tidak membutuhkan pertukaran unsur acyl, maka tanaman transgenik yang mengekspresikan sistem ini akan bisa memproduksi DHA lebih banyak.
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, produksi asam lemak pada tanaman transgenik yang membawa gen yang terlibat dalam produksi ω-6 dan ω-3 adalah berbeda dengan yang ditemukan pada minyak ikan yang dominan mengandung ω3. Karena itu, masih perlu dicari rute yang lebih efisien untuk mengoptimalkan produksi HUFA di tanaman. (Selesai).
Bahan bacaan
1. Guohai Wu dkk. Nature Biotechnology, August 2005.
2. Napier dan Sayanova. Proc. Nutr. Soc., 2005.
3. Tamotsu Tanama dkk. Eur. J. Biochem, 2001.
4. James G Metz dkk. Science, 13 Juli 2001.
Alimuddin, Doktor bidang Bioteknologi Akuakultur dari Tokyo University of Marine Science and Technology, staf FPIK IPB Bogor, dan anggota ISTECS chapter Jepang. E-mail: alimuddin_alsani@yahoo.com
Oleh Alimuddin
[SIZE=-2]
[/SIZE]Dua penelitian untuk memproduksi HUFA di tanaman telah dilaporkan baru-baru ini. Salah satunya adalah menggunakan jalur Δelongase yang merupakan jalur mikroalga laut, Isochrysis galbana, dan yang lainnya menggunakan gen Δ8-desaturase yang diisolasi dari Euglena. Tanaman trasgenik Arabidopsis yang mengekspresikan gen Δ9-elongase dengan promoter CMV 35S menghasilkan sekitar 15 persen (dari total lipid) asam lemak ekosadinoat (20:2n-6) and ekosatrinoat (20:3n-3), melalui proses elongasi masing-masing dari LA dan LNA. Namun demikian, rasio asam lemak n-6 vs. n-3 produk elongasi tidak memperlihatkan hubungan secara nyata level substrat yang ada (LA dan LNA).
Yang menarik adalah, akumulasi asam lemak C20 di- dan trinoat tidak menyebabkan gangguan morfologi atau viabilitas tanaman transgenik Arabidopsis. Hasil ini bertolak belakang dengan transgenik yang mengekspresikan elongase-1 yang spesifik pada biji. Enzim elongase-1 mengkonversi asam oleat (18:1n-9) menjadi 20:1n-9 dan 22:1n-9, dan pada transgenik Arabidopsis mengakumulasikan lebih dari 10 persen asam lemak monounsaturasi (monounsaturated) C20-C22, yang mengakibatkan perubahan morfologi yang dramatis termasuk kerusakan membran plastida.
Untuk memodifikasi secara penuh jalur biosintesa HUFA, transgenik Arabidopsis yang membawa gen Δ9-elongase dari Isochrysis diko-ekspresikan dengan gen Δ8-desaturase dari Euglena dan Δ5-desaturase dari M. Alpina. Produk elongase, 20:2n-6 dan 20:3n-3 adalah masing-masing dikonversi oleh Δ8-desaturase menjadi 20:3n-6 dan 20:4n-3, yang selanjutnya dikonversi Δ5-desaturase menjadi AA dan EPA. Kedua asam lemak ini terakumulasi di daun transgenik Arabidopsis dengan jumlah 10 persen dari total asam lemak, sebagian besar adalah AA.
Produk ini tidak menggambarkan jumlah substrat n-6:n-3; sebagian besar adalah n-3 LNA. Selain diakumulasikan AA dan EPA, beberapa asam lemak C20 lainnya juga terdeteksi seperti skiadonat (20:3Δ5,11,14) and juniperonat acid (20:4Δ5,11,14,17). Kedua asam lemak ini memiliki jumlah karbon yang sama (C20), tetapi struktur yang berbeda dibandingkan dengan AA dan EPA, yaitu tidak memiliki ikatan ganda pada atom karbon nomor 8 (lihat Gambar 1), dan kelihatannya merupakan produk sampingan dari Δ5-desaturase. Akumulasi asam lemak ini juga ditemukan bila gen 5-desaturase M. Alpina ini ditransfer ke lobak (rapeseed).
Walaupun skiadonat dan juniperonat bukan merupakan target produk utama dari proses biosintesis dan akumulasi di tanaman transgenik, fakta terbaru menunjukkan bahwa asam lemak ini mungkin juga bermanfaat untuk kesehatan dan berperan dalam beberapa aspek metabolisme manusia. Khusus untuk skiadonat yang mengandung 2-monoasilgliserol telah diketahui merupakan ligand untuk reseptor CB1 kannabinoid manusia. Baik skiadonat maupun juniperonat ditemukan di sejumlah jenis biji cemara (pine) dan telah digunakan sebagai bahan makanan tanpa menunjukkan efek negatif.
Ko-ekspresi Δ9-elongase dan Δ8-desaturase juga berhasil memproduksi HUFA pada transgenik tanaman. Akan tetapi, hasil ekspresinya di biji tanaman masih perlu diteliti. Selanjutnya, penelitian menggunakan jalur Δ6-desaturase/elongase menunjukkan hasil yang cukup menggembirakan dan HUFA bisa diproduksi pada biji tanaman. Transgenik linseed dan tembakau dibuat dengan mengintroduksi tiga jenis gen pengkode enzim, yaitu gen Δ6-desaturase, Δ6-elongase dan Δ5-desaturase yang dikontrol oleh promoter spesifik pada biji.
Analisis asam lemak pada biji transgenik tembakau atau linseed menunjukkan bahwa produk Δ6-desaturase sangat tinggi, tetapi AA dan EPA yang dihasilkan masih sangat sedikit. Sehingga, walaupun data ini secara jelas menunjukkan rekonstitusi jalur konvensional biosintesa HUFA pada biji tanaman transgenik, efisiensi sintesa C20 HUFA masih relatif sama dengan hasil observasi pada ragi. Analisa secara detil linseed transgenik yang mengekspresikan enzim-enzim tersebut menunjukkan beberapa hasil yang kurang jelas. Pertama, meskipun Δ6-desaturase dan Δ6-elongase memperlihatkan aktivitas dengan laju yang sangat berbeda, kedua transgen (gen yang ditransfer) tersebut ditranskripsi dengan level yang sama. Kedua, meskipun substrat untuk elongase hasil dari Δ6-desaturasi adalah terakumulasi dengan level tinggi pada membran mikrosoma, khususnya fosfatidilkolin (phosphatidylcholine, PC) pada posisi sn-2, produk elongasi tidak meningkat seperti halnya peningkatan Δ6-desaturasi acyl-CoA. Karena itu diduga bahwa pertukaran dari PC menjadi acyl-CoA adalah tidak efisien. Asam lemak n-3 C18 kelihatannya sangat efisien diarahkan dari PC menjadi triasilgliserol (triacylglyserol), yang mungkin melibatkan enzim acyl-CoA-independent acyltransferase, yang menghindarkan mereka dari proses elongasi yang secara efektif menghalangi proses modifikasi selanjutnya.
Dari hasil penelitian di atas, terlihat bahwa hambatan utama biosintesa HUFA melalui jalur konvensional Δ6-desaturase/elongase adalah dikotomi (dichotomy) kebutuhan substrat untuk enzim-enzim desaturase dalam bentuk gliserolipid dan elongase mikrosomal dalam bentuk acyl-CoA. Namun demikian, tingkat produksi AA dan EPA di biji tanaman transgenik adalah tinggi yang menunjukkan bukti nyata pertukaran dan pembentukan substrat acyl dengan level sub-optimal. Hasil lebih tinggi diperoleh dengan menggabung sejumlah transgen yang spesifik dari berbagai jenis organisme.
Untuk membantu pemecahan masalah dikotomi kebutuhan substrat, peneliti telah mencoba menggunakan lebih banyak lagi jenis gen pengkode enzim spesifik yang terlibat dalam biosintesa asam lemak. Tanaman lobak (rapeseed, Brassica juncea) transgenik telah diproduksi dengan menggunakan gen Δ6-desaturase dari Pythium irregulare, Δ5-desaturase Thraustochytrium sp., Δ6-elongase Physcomitrella patens, Δ12-desaturase Calendula officinalis, Δ6-elongase Thraustochytrium sp., ω3-desaturase Phytophtora infestans, Δ4-desaturase Thraustochytrium sp., lysophosphatidyl acyltransferase dari Thraustochytrium sp., dan elongase dari rainbow trout (Oncorhynchus mykiss).
Setiap transgen tersebut dikontrol oleh promoter khusus untuk biji, yaitu napin promoter. Lobak transgenik berhasil memproduksi AA dan EPA dengan kadar yang sangat tinggi, yaitu 7-15 persen dari total asam lemak. Tetapi kadar DHA yang dihasilkan masih sangat rendah (1,5 persen). Oleh karena itu masih diperlukan sistem yang lebih efisien untuk produksi DHA pada tanaman.
Prospek produksi DHA
Akumulasi asam lemak AA dan EPA pada tanaman transgenik yang mengekspresikan gen-gen pengkode enzim yang terlibat pada jalur konvensional desaturase/elongase atau jalur alternatif merupakan cara yang cukup berhasil saat ini. Kadar EPA yang dihasilkan cukup banyak yaitu tujuh persen, dan hal ini mungkin dapat digunakan untuk memperkaya makanan ternak. Karena target utama adalah menjadikan tumbuhan sebagai produsen alternatif bagi minyak ikan, maka biji tanaman transgenik harus mengakumulasi DHA dengan level yang tinggi.
Rute paling sederhana untuk sintesa DHA adalah dengan memperpanjang dua atom karbon EPA yang melibatkan enzim elongase; EPA dikonversi menjadi asam dokosapentanat (DPA, 22:5n-3) dan selanjutnya diproses oleh enzim Δ4-desaturase menjadi DHA. Penggunaan rute ini pada lobak transgenik telah berhasil memproduksi DHA, meskipun dengan level yang masih sangat rendah. Jalur lain yang mungkin akan sangat menarik dicoba pada tanaman adalah dengan menggunakan jalur non-aerobik polyketide synthase-like system yang ditemukan pada bakteri. Karena rute ini kelihatannya tidak membutuhkan pertukaran unsur acyl, maka tanaman transgenik yang mengekspresikan sistem ini akan bisa memproduksi DHA lebih banyak.
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, produksi asam lemak pada tanaman transgenik yang membawa gen yang terlibat dalam produksi ω-6 dan ω-3 adalah berbeda dengan yang ditemukan pada minyak ikan yang dominan mengandung ω3. Karena itu, masih perlu dicari rute yang lebih efisien untuk mengoptimalkan produksi HUFA di tanaman. (Selesai).
Bahan bacaan
1. Guohai Wu dkk. Nature Biotechnology, August 2005.
2. Napier dan Sayanova. Proc. Nutr. Soc., 2005.
3. Tamotsu Tanama dkk. Eur. J. Biochem, 2001.
4. James G Metz dkk. Science, 13 Juli 2001.
Alimuddin, Doktor bidang Bioteknologi Akuakultur dari Tokyo University of Marine Science and Technology, staf FPIK IPB Bogor, dan anggota ISTECS chapter Jepang. E-mail: alimuddin_alsani@yahoo.com
