I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Udang vaname (Litopenaeus vannamei) merupakan salah satu komoditas unggulan di bidang perikanan baik dalam skala nasional maupun global. Berdasarkan data Kementerian Kelautan dan Perikanan (KKP), produksi udang secara umum mengalami kenaikan selama lima tahun terakhir sebesar 13,83 % (KKP, 2015). Produksi udang vaname yang terus meningkat tidak terlepas dari permintaan pasar terhadap udang vaname selalu meningkat setiap tahunnya. Produksi udang vaname sering kali terganggu karena beberapa permasalahan budidaya. Salah satu permasalahan dalam budidaya udang vaname adalah munculnya penyakit udang baik dari golongan parasit, bakteri maupun virus yang menyebabkan kerugian ekonomi (Karunasagar & Ababouch, 2012; Kalaimani et al., 2013). Beberapa penyakit yang sering menyerang udang diantaranya adalah White Spot Syndrom Virus (WSSV), Vibrio harveyi, Infectious Myonecrosis Virus (IMNV), Taura Syndrom Virus (TSV) yang mampu menyebabkan kematian udang mencapai 80-100% (Walker & House, 2004; Oseko, 2006). Tingginya angka kematian yang ditimbulakan karena penyakit menyebabkan kerugian ekonomi yang cukup besar bagi para pembudidaya udang vaname. Udang sangat bergantung pada sistem imun nonspesifik (innate immune) dalam menghadapi berbagai serangan patogen di dalam lingkungan hidupnya (Martinez et al., 2007; Vazquez et al., 2009). Sistem imun udang secara umum dapat digolongkan menjadi dua, yaitu imun seluler dan imun humoral. Imun
2
seluler merupakan sistem imun yang melibatkan kompenen seluler seperti fagositosis dan enkapsulasi. Imun humoral terdiri dari prophenoloksidase, respiratory burst, peptida antimikrobia, superoxide dismutase dan superoxide anion (Li & Xiang, 2013). Sistem imun udang bekerja secara komprehensif dan saling terkait satu sama lain antara komponen seluler dan humoral. Aktivasi imun udang dimulai dengan proses pengenalan antigen oleh pathogen recognition pattern (PRR) yang dimediasi oleh haemosit dan protein plasma. Pengenalan antigen akan mengaktifkan respon imun seluler dan humoral (Jiravanichpaisal et al., 2006). Setelah terjadi pengenalan antigen, maka haemosit akan bermigrasi dan mengaktivasi sistem proPO cascade pada sistem imun humoral (Johansson et al., 2000). Beberapa penelitian melaporkan bahwa PRR udang yang berperan dalam aktivasi sistem imun adalah BGBP, LGBP, lectin, toll, tetraspanin/TM4SF (Vargas-Albores & Yepiz-Plascencia, 2000; Hauton, 2012; Li & Xiang, 2013; Tassanakajon et al., 2013; Wang et al., 2014). Lipopolisakarida-ß-Glukan Binding Protein (LGBP) merupakan reseptor khas yang dimiliki oleh antropoda (Vargas-albores & Yepiz-Plascencia, 2000). LGBP dapat mengenali langsung lipopolisakarida (LPS) dan ß-glukan yang terdapat pada bakteri dan jamur. Pengenalan antigen oleh LGBP akan menginduksi
degranulosit
haemosit
dan
memacu
aktivasi
sistem
prophenoloksidase (proPO) (Amparyup et al., 2013). Selain itu, aktivasi imun oleh protein LGBP dapat meningkatkan aktifitas fagositosis, opsonisasi dan aglutinasi oleh sel haemosit (Vargas-albores & Yepiz-Plascencia, 2000; Li & Xiang, 2013).
3
Reseptor lain yang memiliki peran dalam aktivasi sitem imun adalah Ctype lectin. Lectin merupakan protein yang memiliki dua domain pengenalan karbohidrat yaitu C-type lectin-like domain (CTDL) dan carbohydrate recognition domain (CRD) (Li & Xiang, 2013). Jumlah C-type lectin di dalam tubuh udang cukup melimpah dan memiliki peran dalam aktivasi imun berupa peningkatan fagositosis, melanisasi melalui aktivasi sistem proPO, aglutininasi, dan peningkatan respiratory burst (Tassajakanon et al., 2013; Wang & Wang, 2013). Ekspresi gen lectin yang diisolasi dari hepatopankreas udang Fenneropenaeus chinensis mengalami peningkatan setelah diuji tantang dengan bakteri atau virus (Sun et al., 2008). Toll like receptor adalah salah satu formasi PRR yang berperan dalam aktivasi imun melalui jalur toll (Hauton, 2012). Udang L. vannamei diketahui memiliki tiga jenis toll, yaitu LvToll1, LvToll2 dan Lvtoll3 (Wang et al., 2012). Berbeda dengan toll pada vertebrata yang dapat mengenali langsung pathogen assosiated molecular patterns (PAMPs), toll pada invertebrata mengenali PAMPs melalui batuan cytokine-like ligand Spatzle (Li & Xiang, 2013; Wang et al., 2014). Aktivasi imun melalui jalur toll akan mengaktivasi promotor gen imun yang menghasilkan antimicrobial peptide (AMP) yang berperan dalam proses eliminasi patogen yang masuk ke dalam tubuh, cloting serta membatu proses fagositosis (Hauton, 2012; Li & Xiang, 2013; Tassajakanon et al., 2013) Sistem prophenoloksidase (proPO) merupakan salah satu respon imun humoral yang memiliki peranan penting pada sistem imun hewan invertebrata, termasuk golongan crustasea. Aktivasi sistem proPO diatur oleh beberapa jalur
4
melalui pengenalan PAMPs oleh PRR yang akan mengaktifkan serine protease yang akan mengubah proPO menjadi phenoloksidae (PO). Aktivitas PO akan memproduksi melanin yang besifat toksik bagi patogen dan memperbaiki jaringan kutikula yang mengalami kerusakan. Selain itu, serine protease yang teraktivasi dalam sistem proPO juga berperan dalam koagulasi haemolim, sintesis AMP dan adesi sel (Martinez, 2007; Hauton, 2012; Amparyup et al., 2013; Li & Xiang, 2013; Tassajakanon et al., 2013) Immunostimulan adalah sekelompok senyawa alami dan sintesis yang dapat meningkatkan respon imun nonspesifik. Penggunaan imunostimulan dalam budidaya perikanan dilaporkan dapat meningkatkan ketahanan tubuh terhadap resistensi patogen selama masa periode stress seperti saat grading, reproduksi, pengangkutan dan vaksinasi (Bricknell & Dalmo, 2005). Imunostimulan dapat dibedakan dalam beberapa grup berdasarkan sumbernya yaitu bakteri, derivat alga, derivat hewan, faktor nutrisi imunostimulan dan hormon/sitokinin (Sakai, 1999). Alginat merupakan salah satu senyawa yang dapat digolongkan sebagai imunostimulan pada ikan dan udang dari derivat alga (Bricknell & Dalmo, 2005). Alginat tersusun dari polimer L-manuronat dan D-guluronat yang terkandung di dalam matriks dinding sel alga coklat (Rasyid, 2005). Alginat diketahui memiliki aktivitas imunomodulator pada ikan, udang maupun abalon. Beberapa penelitian melaporkan bahwa alginat dapat meningkatkan jumlah total hemosit (THC), aktivitas SOD, aktivitas respiratory burst, aktifitas fagositosis, indeks fagositosis dan survival rate (SR) setelah diuji tantang dengan bakteri ataupun virus (Cheng,
5
2004; Bricknell & Dalmo, 2005; Liu et al., 2006; Chiu et al., 2008; Einstein & This, 2008; Harikrishnan et al., 2011; Caipang et al., 2011; Cheng & Yu, 2013). Selain parameter hematologi, alginat juga dilaporkan mampu meningkatkan ekspresi gen imun. Penambahan sodium alginat pada pakan udang windu (Penaeus monodon) dengan dosis ≤ 2 g/kg pakan dapat mengelevasi tingkat ekspresi gen ß-1-3-Glucan Binding Protein (ßGBP), peroxinectin (PE), sitosolik SOD (Cyt-SOD), penaedin-5 (PA-5) dan single whey domain protein (SWDP) (Liu et al., 2006). Alginat adalah metabolit primer alga coklat. Kandungan alginat yang terdapat dalam alga coklat memiliki kisaran 10-15 % (Zubia et al., 2008). Padina sp. merupakan salah satu jenis alga coklat yang cukup melimpah di perairan Indonesia. Pemanfaatan Padina sp. hingga saat ini masih belum banyak dilakukan. Senyawa yang dihasilkan oleh Padina sp. diketahui memiliki berbagai aktivitas biologis, antimikrobia dan antiviral seperti pada jenis alga coklat yang lain (Chandini et al., 2008; Yu et al., 2014; Vatsos & Rebours, 2015). Beberapa jenis Padina sp yang sudah diteliti adalah Padina pavonica (Silva et al., 2013), Padina tetrastromatica (Karmakar et al., 2010) dan Padina gymnospora (Andrade et al., 2010). Padina sp. diketahui memiliki kandungan alginat sebesar 16,93 % (Susanto et al., 2001) hingga 30,30 % (Mushollaeni & Rusdiana, 2011). Penelitian mengenai pemanfaatan ekstrak alginat sebagai imunostimulan yang diaplikasikan pada budidaya udang vaname perlu dilakukan untuk menggali lebih banyak manfaat yang dimiliki oleh ekstrak alginat dari Padina sp. khususnya di bidang perikanan dan sebagai salah satu bentuk pengembangan
6
pencegahan penyakit udang yang hingga saat ini masih menjadi permasalahan serius di bidang perikanan. Padina sp. sebagai salah satu jenis alga coklat yang tersedia melimpah dan pemanfaatannya masih belum maksimal dapat menjadi sumber alginat yang cukup potensial.
1.2 Permasalahan Penelitian Berdasarkan uraian di atas dapat diidentifikasi permasalahan sebagai berikut: 1. Apakah pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral dapat meningkatkan respon imun seluler yaitu total haemocyte count, aktifitas fagositosis dan indeks fagositosis pada L. vannamei? 2. Apakah pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral dapat meningkatkan respon imun humoral yaitu aktivitas phenoloksidase, aktivitas superoxide dismutase, dan total protein plasma pada L. vannamei? 3. Apakah pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral dapat meningkatkan ekspresi gen pathogen recognition receptor yaitu LGBP, C-type lectin, dan toll like receptor pada L. vannamei? 4. Apakah pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral dapat meningkatkan ekspresi gen prophenoloksidase pada L. vannamei?
7
1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral terhadap respon imun seluler yaitu total haemocyte count, aktifitas fagositosis dan indeks fagositosis pada L. vannamei. 2. Mengetahui pengaruh pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral terhadap respon imun humoral yaitu aktivitas phenoloksidase, aktivitas superoxide dismutase, dan total protein plasma pada L. vannamei. 3. Mengetahui pengaruh pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral terhadap ekspresi gen pathogen recognition receptor yaitu LGBP, C-type lectin, dan toll like receptor pada L. vannamei. 4. Mengetahui pengaruh pemberian ekstrak alginat dari Padina sp. secara oral terhadap ekspresi gen prophenoloksidase pada L. vannamei.
1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah didapatkannya informasi mengenai mekanisme aktivasi imun non-spesifik udang L. vannamei berdasarkan tingkat ekspresi gen PRR yang diamati dan informasi mengenai evaluasi parameter hematologi udang vaname setelah diberi ekstrak alginat dari Padina sp., sehingga informasi tersebut dapat dijadikan pertimbangan untuk pengembangan pencegahan penyakit pada sistem budidaya udang vaname (L. vannamei) yang efektif menggunakan ekstrak alginat dari Padina sp.
8
1.5 Keaslian Penelitian Kandungan dan rendemen alginat dalam alga cokelat sangat bervariasi tergantung pada metode ekstraksi, jenis alga, umur dan wilayah tumbuh alga (Zaelanie et al., 2001; Zubia et al., 2008; Subaryono & Apriyani, 2010; Menshova et al., 2012). Perbedaan karakteristik alginat disebabkan oleh polimer penyusunnya dan akan mempengaruhi bioaktivitasnya. Perbedaan polimer penyusun alginat ditemukan pada spesies alga cokelat yang berbeda, satu genus, bahkan ditemukan juga perbedaan pada satu spesies yang sama yang diambil pada bagian alga yang berbeda (Draget et al., 2005; Zubia et al., 2008; FMC, 2016). Hingga saat penulisan laporan ini, belum ditemukan publikasi mengenai pemberian ekstrak alginat dari Padina sp.dari Pantai Drini, Gunung Kidul, D.I. Yogyakarta sebagai imunostimulan pada udang L. vannamei.
