Biotechnology Product: MyoShrimp

7/26/2019 Biotechnology Product: MyoShrimp

1/10

KARYA ILMIAH BIOTEKNOLOGI HEWAN (BI3203)

MyoShrimp: Udang Putih (L itopenaeus vannamei) dengan UkuranTubuh dan Massa Otot yang Besar

Disusun oleh:

Mhd Fauzi Ramadhani Nasution

10612025

Diajukan sebagai ujian tengah semester (UTS) mata kuliah Bioteknologi

Hewan (BI3203)

PROGRAM STUDI BIOLOGI

SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

BANDUNG

2015


2/10

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Udang putih (Litopenaeus vannamei) merupakan udang penaeid yang paling diminati

di seluruh dunia, terutama Jepang, Amerika Serikat, dan Eropa. Pemenuhan permintaan

pasar terhadap udang putih sampai awal tahun 2000 kebanyakan dari hasil tangkapan di

laut. Untuk mengimbangi tinggnya permintaan pasar terhadap udang putih,

dikembangkan berbagai teknik akuakultur untuk udang putih, terutama di Asia Tenggara

dan Amerika Latin. Menurut FAO (2010), jumlah produksi udang putih melalui

akuakultur mencapai 3 juta ton. Sebesar 90% dari seluruh jenis udang yang dikultur di

belahan barat Bumi adalah udang putih (Ravuru & Mude, 2014).

Terdapat berbagai macam cara untuk meningkatkan nilai ekonomis udang putih, di

antaranya adalah melalui bioteknologi. Menurut Niazi dan Riaz-ud-Din (2006),

bioteknologi adalah manipulasi makhluk hidup secara ilmiah untuk, khususnya pada

tingkat molekuler, untuk menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia. Salah satu

metode yang dapat digunakan dalam memanipulasi makhluk hidup adalah RNA

interference (RNAi). Melalui RNAi, ekspresi suatu gen dapat dihambat (silencing)

karena mRNA gen tersebut selanjutnya akan didegradasi (Promega, 2011).

Salah satu gen yang berpotensi untuk untuk meningkatkan nilai ekonomis udang

putih jika ekspresinya dihambat adalah gen myostatin. Myostatin merupakan protein

yang berfungsi untuk mencegah proliferasi dan diferensiasi sel satelit (stem cell otot

rangka) dan myoblas yang akan membentuk myosit. Hal ini akan mempertahankan

jumlah myosit pascalahir. Silencing ekspresi gen myostatin menyebabkan suatu

organisme tidak dapat menghasilkan myostatin sehingga sel satelit dan myoblas

berproliferasi dan berdiferensiasi menjadi myosit. Hal ini menyebabkan organisme

menjadi bertambah besar dan massa ototnya meningkat (McPherron & Lee, 1997; Alberts

et al., 2008). Diharapkan, nilai ekonomis udang putih meningkat karena peningkatan

ukuran dan massa otot.


3/10

1.2Tujuan

Tujuan yang diharapkan dari penulisan gagasan adalah silencing gen myostatin pada

udang putih (Litopenaeus vannamei) dapat dilakukan melalui RNA interference untuk

menghasilkan udang putih dengan ukuran dan massa otot yang lebih besar (MyoShrimp)

daripada udang putih normal.


4/10

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1Udang Putih (L itopenaeus vanamei)

Udang putih (Litopenaeus vanamei) merupakan salah satu anggota filum hewan

terbesar di Bumi, yaitu Arthropoda. Bersama dengan udang lainnya, udang putih

termasuk ke dalam kelas Malacostraca dan ordo Decapoda. Udang putih merupakan

anggota famili Peneidae yang bersama dengan anggota lain famili tersebut disebut udang

peneid. Sama seperti Crustacea yang lain, tubuh udang putih dibedakan menjadi

cephalothorax dan abdomen (gambar 2.1). Pada cephalothoraxterdapat mata, antena dan

antenula, mulut, kaki berjalan (pereiopod), dan sebagian besar organ dalam, seperti

jantung, insang, dan hepatopankreas. Pada abdomen terdapat kaki renang (pleopod) serta

organ-organ reproduksi dan saluran pencernaan. Karakteristik yang dimiliki oleh udang

putih adalah memiliki rostrum yang panjang dengan 7-10 dorsal teeth dan 2-4 ventral

teeth, petasma simetris dan semiterbuka, spermatofor kompleks, dan individu betina

memiliki thelycum yang terbuka. Udang putih dapat tumbuh hingga 23 cm. Udang putih

pada umumnya berwarna putih, tetapi warnanya dapat berubah tergantung substrat, air,

dan turbiditas (An, 2011).

Udang putih berasal dari sepanjang pantai mulai dari Meksiko hingga Peru. Udang

putih hidup pada habitat dengan suhu di atas 20oC sepanjang tahun. Udang putih dapat

mencapai berat 20 g untuk jantan dan 28 g untuk betina. Siklus hidup udang putih terdiri

Gambar 2.1 Morfologi Udang Putih (An, 2011)


5/10

atas tiga tahapan, yaitu telur, larva, dan dewasa. Tahapan larva juga terdiri atas tiga

tahapan, yaitu nauplius, protozoa, dan mysis (An, 2011).

1.2

Myostatin

Myostatin merupakan salah satu anggota superfamili transforming growth factor

(TGF- ) yang terlibat dalam pertumbuhan dan diferensiasi sel selama masa

perkembangan. Selain itu, anggota superfamili TGF-juga berperan dalam proliferasi

dan regenarasi jaringan dewasa. Ekspresi myostatin hanya terbatas pada myotom dari

mesoderm dorsal (selama perkembangan) dan turunan otot rangka. Secara normal,

myostatin berfungsi untuk menghambat proliferasi myoblas dan diferensiasi sel satelit

(stem cell jaringan otot rangka). Mutasi pada gen pengkode myostatin dapat

menyebabkan pelipatgandaan massa otot pada dua jenis galur sapi, yaitu Belgian blue

dan Piedmontese. Selain itu, knockout gen pengkode myostatin menyebabkan

peningkatan massa otot sebanyak dua sampai tiga kali lipat pada mencit melalui hipertrofi

dan hiperplasia. Walupun mutan, sapi dan mencit tersebut terlihat normal dan sehat

(McPherron & Lee, 1997; Whittemore et al., 2003;Alberts et al., 2008).

Gen yang bertanggung jawab untuk menghasilkan myostatin pada udah putih adalah

genmyostatin-like(Qian et al., 2013). Myostatin merupakan protein yang berukuran 26

kDa. Dalam menginhibisi proliferasi dan diferensiasi sel-sel penyusun otot rangka,

myostatin bekerja melalui beberapa jalur signaling. Myostatin dapat terikat ke reseptor

aktivin IIA/B atau reseptor activin-like kinase (ALK) untuk memfosforilasi reseptor

Smad dan protein Smad 2/3. Smad 2/3 akan membentuk heterodimer dengan Smad 4

yang selanjutnya dapat menginaktivasi MyoD. MyoD merupakan protein kunci yang

terlibat dalam diferensiasi sel satelit (Sakuma & Yamaguchi, 2012).

1.3

RNA in terf erence(RNAi)

RNA interference (RNAi) adalah penekanan ekspresi suatu gen melalui degradasi

mRNA menggunakan double-stranded RNA (dsRNA). RNAi telah banyak digunakan

untuk mempelajari fungsi gen. selain itu, masih banyak aplikasi RNAi yang lain.

Mekanisme terjadinya RNAi terdiri atas beberapa proses (gambar 2.2). dsRNA dikenali


6/10

oleh RNase III-like enzyme atau yang biasa disebut dicer. Dicer selanjutnya berikatan

dengan dsRNA dan memotong dsRNA menjadi potongan dsRNA dengan panjang 21-23

nukleotida. Potongan dsRNA ini disebut small interference RNA (siRNA). siRNA

memiliki urutan nukleotida yang komplementer dengan mRNA target. siRNA yang

doublestranded kemudian diubah menjadisingle-strandeddan berikatan dengan protein

lain membentuk RISC (RNA-induced silencing complex). siRNA kemudian berikatan

dengan mRNA target dan memicu degradasi mRNA tersebut sehingga protein yang

dikode oleh mRNA tersebut tidak dapat dihasilkan. Proses ini terjadi secara alami di

dalam sel. Untuk kepentingan tertentu, siRNA harus diintroduksi dari luar sel melalui

transformasi (Promega, 2011).

Gambar 2.2 MekanismeRNA Interference(Promega, 2011)


7/10

BAB III

GAGASAN DAN METODOLOGI

Gagasan yang saya ajukan dalam pemanfaatan hewan laut atau perairan dalam

meningkatkan nilai ekonomis hewan laut atau perairan tersebut menggunakan bioteknologi

adalah MyoShrimp. MyoShrimp merupakan udang putih yang direkayasa secara genetis

sehingga ukuran tubuh dan massa otot udang putih lebih besar daripada udang putih yang

tidak direkayasa. Rekayasa tersebut dilakukan dengan men-silencing gen myostatin pada

udang putih, disebut gen myostatin-like, agar myostatin tidak dapat dihasilkan. Hal ini

menyebabkan sel satelit dan myoblas dapat berproliferasi dan berdiferensiasi menjadi myosit

sehingga terjadi hipertrofi dan hiperplasia. Secara normal, myostatin menghambat proliferasi

dan diferensiasi sel satelit dan myoblast.

Untuk merealisasikan gagasan tersebut perlu dilakukan penelitian untuk menguji

apakah knock-down gen myostatin-like dapat menyebabkan peningkatan massa otot dan

pembesaran tubuh pada udang putih. Hal tersebut dapat dilakukan dengan membagi 30 udang

putih dengan berat rata-rata 4-5 g ke dalam 2 kelompok, yaitu kelompok kontrol dan

kelompok perlakuan. Kelompok perlakuan diinjeksi larutan PBS (phosphate buffer saline)

secara intramuskular sementara kelompok perlakuan diinjeksi larutan dsRNA yang

komplementer dengan mRNA gen myostatin-like secara intramuskular. Semua udangdipelihara selama 7 hari sebelum diinjeksi. Udang dipelihara di dalam water tank system

dengan suhu 22-25oC dan salinitas 33 ppt. Setelah diinjeksi udang dipelihara kembali dengan

kondisi yang sama dengan pemeliharaan sebelum injeksi. Pada hari ke-0, 1, 3, 7, dan 10

pascainjeksi, sebanyak 3 udang dari tiap kelompok dijadikan sampel untuk mengetahui

waktu terjadinyasilencingsecara maksimal dan efisiensi knock-down.

Persiapan pembuatan dsRNA dilakukan dengan prosedur sesuai dengan Wang et al.

(2010). Secara singkat, template DNA untuk sintesis dsRNA yang komplementer dengan gen

myostatin-like dan primer untuk amplifikasi template DNA tersebut didesain menggunakan

BLAST. Pada primer digabungkan sekuens untuk sisi pengikatan (binding site) T7 RNA

polymerase untuk menghasilkan untai sense dan antisense yang terpisah. TemplateDNA

hasil amplifikasi kemudian dipurifikasi menggunakan PCR MTM Clean Up System


8/10

(Viogene). Single-stranded RNA kemudian disintesis secara in vitro menggunakan T7

RiboMAX Express (Promega). Single-stranded RNA yang terbentuk dicampurkan dan di-

annealing untuk menghasilkan dsRNA dengan menginkubasi single-stranded RNA hasil

sintesis pada suhu 65oC selama 20 menit yang kemudian diikuti dengan pendinginan pada

suhu ruang. dsRNA yang terbentuk kemudian dipurifikasi lagi. Keberadaan dsRNA

dikonfirmasi melalui elektroforesis dan konsentrasi dsRNA diukur menggunakan

spektrofotometer UV. Selanjutnya, dsRNA disimpan pada suhu -80oC.

Untuk melakukan knock-downgen myostatin-like, udang putih dengan berat 4-5 g

diinjeksi dengan myostatin-like dsRNA (I g/g udang) melalui injeksi intramuskular. Untuk

menentukan waktu terjadinya silencing secara maksimal, sampel otot dari 3 udang untuk

masing-masing perlakuan dikumpulkan pada hari 0, 1, 3, 7 dan 10 pascainjeksi dsRNA dan

RNA total diisolasi. RNA ditranskripsi balik menjadi cDNA menggunakan M-MLV reverse

transcriptase(Promega) dan primer random hexanucleotidedengan prosedur sesuai dengan

buku panduan. Efisiensi knock-down dicek menggunakan reverse transcriptase quantitative

polymerase chain reaction(RT-qPCR).


9/10

BAB IV

KESIMPULAN

Gagasan yang saya ajukan merupakan inovasi dalam meningkatkan nilai ekonomis

udang putih (Litopenaeus vannamei). Inovasi ini dilakukan melalui men-silence gen

myostatin melalui RNA interferencesehingga sel satelit dan myoblas dapat berproloferasi.

Hal ini diharapkan dapat meningkatkan ukuran dan massa otot udang putih.


10/10

DAFTAR PUSTAKA

An, N. T. T. 2011. Development of a System for Separation and Characterization of

Litopenaeus vannamei Haemocytes. Tesis Program Master, Faculty of Bioscience

Engineering, Universiteit Gent.Alberts, B., A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, & P. Walter. 2008.Molecular Biology

of the Cell. New York: Garland Science.

FAO. 2010. Species Fact Sheets: Penaeus vannamei(Boone, 1931). [Online] Tersedia di:

http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%2

6amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931) [Diakses pada 16 Maret 2015].

McPherron, A. C. & S. Lee. 1997. Double Muscling in Cattle due to Mutations in the

Myostatin Gene.Proceeding of the National Academy of Sciences94: 12457-12461.

Niazi, G. A. & S. Riaz-ud-Din. 2006. Biotechnology and Genomics in MedicineA Review.World Journal of Medical Sciences1(2): 72-81.

Promega. 2011.Protocols & Applications Guide. Madison: Promega.

Qian, Z., X. Mi, X. Wang, S. He, Y. Liu, F. Hou, Q. Liu, & X. Liu. 2013. cDNA Cloning

and Expression Analysis of Myostatin/GDF11 in Shrimp, Litopenaeus vannamei.Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative

Physiology135(1); 30-39.

Ravuru, D. B. & J. G. Mude. 2014. Effect of Density on Growth and Production of

Litopenaeus vannameiof Brackish Water Culture in Rainy Season with Artificial Diet,

India.European Journal of Experimental Biology4(2): 342-346.Sakuma, K. & A. Yamaguchi. 2012. Molecular and Cellular Mechanism of Muscle

Regeneration. In: Cseri, J. (ed.) Skeletal Muscle From Myogenesis to Clinical

Relations. InTech Open.

Wang, K. C. H. C., C. W. Tseng, H. Y. Lin, I T. Chen, Y. H. Chen, Y. M. Chen, T. Yu. Chen,& H. L. Yang. 2010. RNAi Knock-down of the Litopenaeus vannamei Toll Gene

(LvToll) Significantly Increases Mortality and Reduces Bacterial Clearance after

Challenge with Vibrio harveyi.Developmental and Comparative Immunology34: 49-

58.

Whittemore, L. A., K. Song, X. Li, J. Aghajanian, M. Davies, S. Girgenrath, J. J. Hill, M.

Jalenak, P. Kelley, A. Knight, R. Maylor, D. OHara, A. Pearson, A. Quazi, S. Ryerson,X. Y. Tan, K. N. Tomkinson, G. M. Veldman, A. Widom, J. F. Wright, S. Wudyka, L.

Zhao, & N. M. Wolfman. 2003. Inhibition of Myostatin in Adult Mice Increases

Skeletal Muscle Mass and Strength. Biochemical and Biophysical ResearchCommunications300: 965-971.
http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%26amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931)http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%26amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931)http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%26amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931)http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%26amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931)http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%26amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931)http://www.fao.org/figis/pdf/fishery/species/3404/en?title=FAO%20Fisheries%20%26amp%3B%20Aquaculture%20-%20Species%20Fact%20Sheets%20-%20Penaeus%20vannamei%20(Boone%2C%201931)

Biotechnology Product: MyoShrimp

Documents

Transcript of Biotechnology Product: MyoShrimp