Perpustakaan Digital ITB

Spirogyra sp. merupakan alga hijau yang berpotensi sebagai sumber omega-3 berkelanjutan. Biosintesis omega-3 pada alga ini dikatalis oleh gen desaturase kunci, yakni stearoyl-ACP desaturase (SAD), fatty acid desaturase 2 (FAD2), fatty acid desaturase 3 (FAD3), dan delta-6 desaturase (D6D). Salinitas dapat mempengaruhi aktivitas enzim desaturase, memodulasi metabolisme lipid dan regulasi genetik yang mendorong akumulasi omega-3. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji hubungan antara ekspresi gen-gen desaturase dan akumulasi asam lemak omega-3 pada kultur Spirogyra sp. melalui perlakuan salinitas dalam sistem kultivasi terkontrol. Biakan Spirogyra sp. dikultivasi selama 14 hari dalam medium blue-green/ BG-11 (25% v/v). Lima sistem kultivasi digunakan, yaitu pada open raceway pond, wadah kaca terbuka, erlenmeyer pada orbital shaker, botol jamu, dan bioreaktor airlift. Sistem kultivasi yang optimal dipilih berdasarkan produktivitas tertinggi yakni 1,56 ± 0,16 g/L/hari. Perlakuan salinitas dilakukan dengan penambahan NaCl ke dalam sistem kultivasi sebesar 75 ppm dan 125 ppm. Medium tanpa penambahan NaCl digunakan sebagai kontrol. Biomassa dipanen setiap dua hari dan ditimbang (berbasis berat basah) untuk pembuatan kurva pertumbuhan. Analisis ekspresi gen dan kandungan lipid dilakukan pada biomassa dari fase eksponensial awal, eksponensial akhir dan stasioner. Sebagian biomassa hasil panen disimpan pada suhu ?80 °C sebagai sumber untuk isolasi RNA. Sisanya dikeringkan untuk ekstraksi lipid menggunakan metode Bligh & Dyer. Lipid yang diperoleh ditransesterifikasi menjadi ester metil asam lemak (FAME) dengan boron trifluoride (BF?) dan dianalisis kandungan asam lemaknya menggunakan Gas Chromatography–Mass Spectrometry (GC-MS). Kandungan omega-3 dihitung berdasarkan persentase area puncak relatif terhadap total FAME. RNA total diekstraksi menggunakan metode CTAB (cetil trimetil ammonium bromide), kualitas dan kuantitasnya diperiksa dengan spektrofotometer NanoDrop™ dan elektroforesis gel. RNA tersebut digunakan sebagai template untuk sintesis cDNA menggunakan RevertAid Kit. cDNA direaksikan dengan Promega GoTaq qPCR Master Mix pada platform QuantStudio™ 1 Real-Time PCR System, primer spesifik serta nuclease-free water. Primer spesifik untuk gen SAD, FAD2, FAD3 dan D6D dirancang menggunakan primer3plus, sebagai gen referensi digunakan gen aktin. Tingkat ekspresi gen dihitung menggunakan metode 2^???Ct . Analisis statistik dilakukan untuk menguji perbedaan antar perlakuan pada seluruh data menggunakan ANOVA dan dilanjutkan dengan uji Tukey (? = 0,05). Hubungan antara ekspresi gen dan kandungan omega-3 dianalisis menggunakan Spearman Rank Correlation. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Spirogyra sp. yang dikultivasi menggunakan bioreaktor airlift dengan laju aerasi 0,6 L/min dan kepadatan inokulum 2% menghasilkan produktivitas biomassa tertinggi, yaitu 1,60 ± 0,16 g/L/hari. Oleh karena itu, sistem ini digunakan dalam tahap perlakuan salinitas. Pemberian salinitas 125 ppm dapat meningkatkan akumulasi biomassa, total lipid dan asam lemak omega-3 secara signifikan, khususnya pada fase stasioner. Pada fase ini, biomassa mencapai 27,10 ± 0,20 g, total lipid sebesar 2,46 ± 0,11 g/g berat kering dan kandungan asam lemak omega-3 , yakni ?-linolenat (ALA, C18:3) mencapai 31,50 ± 14,55% dari total FAME. Pemberian salinitas 125 ppm juga menginduksi ekspresi gen desaturase yang berperan dalam biosintesis asam lemak omega-3. Ekspresi tertinggi terjadi pada fase eksponensial akhir, dengan peningkatan signifikan pada gen SAD, FAD2, dan FAD3. Nilai relative quantification (RQ) masing-masing adalah 3,82 ± 0,11; 4,36 ± 0,14; dan 4,13 ± 0,28. Peningkatan aktivasi transkripsi gen desaturase mendorong aktivitas enzim desaturase. Sehingga terjadi konversi asam lemak jenuh dan tak jenuh menjadi ALA, sehingga memicu akumulasi ALA dalam sel sebagai respons adaptif terhadap kondisi salinitas. Hasil tersebut mengindikasikan adanya hubungan temporal antara ekspresi gen dan produksi metabolit. Namun peningkatan ekspresi gen D6D (RQ = 5,48 ± 0,08) tidak sejalan dengan akumulasi ?-linolenic acid (GLA) yang jumlahnya sedikit (0.210 ± 0.085%). Analisis korelasi menunjukkan bahwa ekspresi dari gen FAD3 pada fase eksponensial awal berkorelasi positif kuat dan signifikan dengan akumulasi ALA pada fase eksponensial akhir (Spearman’s ? = 0.735, p = 0.024). Sedangkan korelasi antara ekspresi gen FAD2, SAD, dan D6D dengan kadar asam lemak menunjukkan hubungan yang berkisar dari sedang hingga sangat lemah, serta tidak signifikan secara statistik Hasil ini menunjukkan bahwa FAD3 memiliki peran sentral dalam biosintesis omega-3 khususnya ALA pada Spirogyra sp. Secara keseluruhan, penelitian ini dapat menjadi dasar molekuler untuk strategi peningkatan produksi omega-3 secara berkelanjutan melalui pengaturan kondisi kultivasi khususnya salinitas. Selain itu, ekspresi awal gen FAD3 dapat dijadikan biomarker untuk memprediksi akumulasi omega-3 pada fase lanjut. Pendekatan ini berpotensi diterapkan pada skala industri produksi nutrasetikal berbasis alga.