Makalah Falsafah Sains (PPs 702)
Program Pasca Sarjana / S3
Institut Pertanian Bogor
Dosen:
Prof Dr Ir Rudy C Tarumingkeng (Penanggung Jawab)
Prof Dr Ir Zahrial Coto
Pendahuluan.
Manusia secara alamiah telah
membawa kemampuan yang diberikan berupa
daya cipta, karsa, dan rasa, ketiga hal
tersebut berkembang karena manusia harus hidup dan harus mampu mencukupi
kebutuhan hidupnya didunia ini, untuk itu manusia harus mengolah dan
mempertajam daya cipta, karsa dan rasanya sehingga tercipta dan berkembanglah
iptek (ilmu pengetahuan dan teknologi).
Sebagai contoh dalam iptek
bidang perikanan terutama budidaya ikan telah berkembang mencapai iptek
trangenik pada ikan, dan sampai saat ini
telah dilakukan transgenik GH (Growth
Hormone), iptek ini berkembang dilatar belakangi oleh hasil kajian empiris endokrin atau hormonal, yang menunjukkan bahwa
pertumbuhan ikan atau hewan sangat
dipengaruhi oleh GH (Growth Hormone)
atau hormon pertumbuhan, untuk membuktikan hipotesis tersebut telah dilakukan
berbagai penelitian dengan penerapan berbagai cara agar GH dapat disekresikan
sehingga kadar GH daram darah dapat ditingkatkan atau dapat dihambat, dengan
efek, apabila GH dirangsang sehingga kadarnya didalam darah meningkat dapat
meningkatkan pertumbuhan, dan sebaliknya apabila GH dihambat maka
pertumbuhannya akan menurun, menurut Peter dan Marchant (1995) dari hasil
berbagai penelitian pada ikan menunjukkan bahwa ada beberapa hormon yang
berperan dalam menstimulasi sekresi GH yaitu dopamin, tirotropin-releasing
hormon, GH releasing faktor, Gn-RH, neuro peptide Y, noreepineprin, dan ada
pula hormon yang berperan didalam menghambat sekresi GH yaitu serotonin,
somatostatin. Lebih lanjut dikatakan
bahwa dengan kemajuan bidang iptek
biologi molekuler juga telah membawa bidang perikanan khususnya budidaya
perairan dalam bidang teknologi transgenik.
Pada tulisan ini akan dikaji
perkembangan transgenik berdasarkan filsafat ilmu pengetahuan meliputi kajian ontologi yang akan membahas apa dan
bagaimana iptek transgenik pada ikan, selanjutnya kajian epistemologi yang akan membahas
tentang metoda atau proses yang digunakan dalam pengembangan iptek
transgenik pada ikan tadi, adapun kajian aksiologi
yang membahas manfaat iptek transgenik pada ikan, serta kajian teleologi yang akan membahas harapan
dari ipteks transgenik pada ikan dimasa yang akan datang.
Tinjauan Ontologi
Didalam studi ini kajian ontologi akan
membahas apa dan bagaimana iptek transgenik pada ikan.
Definisi transgenik pada ikan
atau hewan ternak pada umumnya adalah memasukkan DNA rekombinan yang telah
dikendalikan kedalam genom, sehingga DNA yang dimasukkan ini dapat
mengembangkan salah satu aspek dari produktivitas, juga DNA dan efeknya dapat
diturunkan kepada anaknya (Palmiter dan Brinster, 1985 dalam Hovath dan Orban, 1995), adapun teknik penerapan transgenik
gen GH pada prinsipnya memindahkan gen GH yang telah dikendalikan dengan tujuan
agar kelenjar endokrin sebagai penghasil GH akan mensekresi hormon tersebut lebih banyak,
dengan kenaikkan kadar hormon GH dalam darah ini secara teoritis akan memacu
tingkat pertumbuhan ikan.
Tinjauan Epistimologi.
Kajian epistemologi pada studi ini akan membahas tentang metoda atau proses yang digunakan
dalam pengembangan iptek transgenik pada ikan, sebagai beikut.
Growth Hormon (GH) dan
Perananannya.
a. Sintesis GH.
Growth Hormon (GH) atau hormon pertumbuhan disintesis dalam
somatotrop, yakni sub kelompok sel asidofilik hipofise, somatotrop merupakan
sel yang paling melimpah jumlahnya didalam kelenjar hipofisa.
Konsentrasi GH dalam hipofisa
adalah 5-15 mg/g, yang jauh lebih tinggi dari pada jumlah mikrogram per gram
hormon hipofise lainnya. GH merupakan
polipeptida tunggal dengan masa molekul sekitar 22 kDa pada semua spesies
mamalia (Granner., 1997). Sedang pada ikan mas GH terdiri dari 188 asam amino
dengan 5 residu sistein, sebaliknya pada ikan lain hanya berisi 4 residu
sistein (Chang et al , 1992 dalam Peter dan Marchant 1995).
b. Reseptor GH.
Didalam aksi selulernya
GH memerlukan reseptor hormon, dan menurut Granner (1997) menyatakan bahwa
reseptor hormon GH merupakan anggota superfamili reseptor sitokinin-hematopoitin,
reseptor ini berupa protein dengan berat molekul 70kDa dan memiliki domain
perentang membran yang tunggal. Pengikatan hormon GH didalam dinding sel akan
mengakibatkan aktivasi enzim dengan demikian akan terjadi komunikasi silang
hormonal pada tingkat respon biologiknya.
Sedangkan pada ikan Japanese
eel menunjukkan bahwa penyuntikan eksogen GH berperanan penting untuk
meningkatkan jumlah GH reseptor dalam waktu 3-5 hari setelah disuntik, namun
sebaliknya penyuntikan GH pada ikan coho salmon yang dihipofisektomi ternyata
justru terjadi pengurangan jumlah hepatik GH reseptor pada 6-24 jam setelah
penyuntikan (Gray et al , 1992 dalam Peter dan Marchant., 1995).
c. Peran Fisiologik dan
Biokimia GH.
Seperti telah diketahui
bahwa GH merupakan hormon yang
esensial bagi pertumbuhan postnatal dan metabolisme normal protein,
karbohidrat, lipit, dan mineral. Namun efek kerja yang berhubungan dengan
pertumbuhan terutama terjadi dengan perantara IGF-I (Insuli Like Growth Factor-I) dan IGF-II (Insuline Like Growth Factor - II), dengan demikian apabila kadar
GH normal sampai tinggi namun tingkat IGF-I maupun IGF-II rendah keduanya atau
salah satunya, maka tretmen eksogen dengan penambahan GH ternyata tidak
memberikan respon yang berarti , sebaliknya apabila GH rendah dan IGF-I dan
IGF-II rendah maka treatmen eksogen GH akan memberikan respon dan dapat tumbuh
nomal kembali (Granner., 1997).
Hasil penelitian
yang terbaru dalam Peter dan Marchant
(1995). menunjukkan bahwa suatu subtansi yang mirip dengan IGF telah dapat
dideteksi pada beberapa ikan teleostei, penelitian pada ikan mas menunjukkan
terdapat suatu substansi yang mempunyai aktivitas mirip dengan IGF, dan hasil
penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa suatu substansi yang aktivitasnya mirip
dengan IGF tadi juga terdapat pada serum ikan mas, ikan koki.
Seperti telah
dijelaskan diatas bahwa GH sangat
berperanan didalam proses metabolisme oleh Granner (1997) dijelaskan sebagai
berikut:
a.
Sintesis Protein , GH akan meningkatkan transportasi asam amino
kedalam sel dan juga meningkatkan sintesis protein lewat mekanisme yang
terpisah dari efek pengangkutan.
b.
Metabolisme Karbohidrat,
GH umumnya melawan efek insulin, peningkatan GH didalam darah menyebabkan
penurunan pemakaian glukosa dan peningkatan produksi glukosa didalam hati
melalui proses glukoneogenesis sehingga akan meningkatkan glikogen hati.
c.
Metabolisme lipid, GH
mendorong pelepasan asam lemak bebas dan gliserol dari jaringan adiposa,
meningkatkan kadar asam lemak bebas yang yang beredar dalam darah, dan
menyebabkan peningkatan oksidasi asam lemak bebas dalam hati.
d.
Metabolisme Mineral, GH
meningkatkan keseimbangan positip kalsium, magnesium, serta fosfat dan
menimbulkan retensi Na+; K+ serta Cl- sehingga
efek utama dari GH adalah meningkatkan pertumbuhan tulang panjang dan tulang
rawan.
Konsep Transgenik .
Keberhasilan penemuan
sejumlah teknik yang sangat sensitip kini telah dapat diaplikasikan pada
transgenik, misalnya pengisolasian serta
penentuan karakteristik gen, dan penentuan
kuantitas produk gen.
Sebuah konsep yang bersifat
fundamental dan merupakan inti teknik transgenik menurut Granner., (1997) yaitu
pasangan basa komplementer membentuk ikatan hidrogen antara satu sama lain –A
dengan T dan G dengan C. Dalam kloning DNA, segmen DNA tertentu dikeluarkan
dari lingkungan normal dengan
menggunakan salah satu diantara banyak enzim restriksi endonuklease. Segmen ini kemudian diligasikan kedalam salah
satu dari beberapa vektor dimana segmen
DNA dapat diperbanyak dan diproduksi dengan jumlah yang berlebihan. Relatip
mudah dilakukan pengisolasian DNA yang sudah diklonkan dan kemudian dirangkai
serta digunakan sebagai pelacak (probe) dalam beberapa tipe reaksi hibridisasi
untuk mendeteksi segmen DNA lainnya yang berhubungan atau yang berada
didekatnya , atau digunakan untuk
menentukan kuantitas produk gen seperti mRNA.
Manipulasi DNA untuk mengubah struktur ini yang disebut rekayasa genetik
merupakan unsur penting dalam proses kloning (misalnya pembentukan molekul
kimerik) dan dapat pula digunakan untuk meneliti fragmen DNA tertentu serta menganalisis cara gen diregulasi. Molekul DNA kimerik dimasukkan kedalam sel
untuk membuat sel yang telah ditranfeksikan
atau disisipkan kedalam oosit yang telah dibuahi untuk membuat hewan trangenik.
Penyisipan
molekul DNA kimerik pada oosit yang telah dibuahi dapat dimengeti karena pada
tahap ini sel baru akan memulai siklus sel (Cell cyclus) didalam fase siklus
sel meliputi dua tahap yaitu fase persiapan dan pembelahan, fase persiapan sendiri
meliputi periode M, G1, S dan
G2.
Menurut Yatim
(1996) dan Bolander (1994) menyatakan
bahwa G berarti gap atau senggang atau masa
persiapan, G1 dimana sel sedang aktip mensintesa RNA atau
transkripsi dan protein atau transalansi, sedangkan S berarti masa sintesis DNA dengan cara
replikasi A dari DNA lama mensintesis T DNA baru, C dari DNA lama mensintesis G dari DNA Baru,
maka A lama berpasangan dengan T baru, C lama berpasangan dengan Gbaru,
sedangkan basa Tnya ditempati U, gulanya ribosa dan tiap benang adalah tunggal.
Sedangkan M adalah mitosis yang meliputi profase, metafase, anafase dan
telofase. Kondisi sel fase G1, S dan G2 berpeluang untuk
disisipkan DNA baru sebagi usaha rekonstruksi DNA yang diinginkan.
Tinjauan Aksiologis.
Tinjauan aksiologi pada studi
ini akan membahas manfaat iptek transgenik
ikan pada peningkatan pertumbuhan dan efisiensinya didalam pemanfaatan
pakan yang diberikan.
a.
Gen GH Yang Disisipkan.
Seperti telah disebutkan diatas
bahwa transgenik pada ikan telah dimulai semenjak tahun 1985 sehingga sudah
banyak perkembangan dan hasil yang didapatkan, menurut Hovath dan Orban (1995)
menyatakan bahwa pada tabel 1 dibawah ini merupakan hasil dari berbagai
penelitian transgenik pada ikan cyprinid yang telah dilakukan.
Tabel . Hasil Penelitian Gene Transfer Pada Ikan Cyprinid.
|
Spesies |
Promoter |
Gene |
PP |
Peneliti |
|
Carassius auratus Labeo rohita and Cirrhinus mrigala Carassius auratus Carassius auratus Carassius auratus Cyprinus carpio Cyprinus carpio Cyprinus carpio |
mMT mMT RSV RSV b-act RSV RSV mMT RSV |
hGH hGH neo CAT CAT rtGH csGH hGH rtGH |
+ N/A B/T B/T B/T + + + B/T |
Zhu et al. (1985) Alok dan Khillian (1989) Yoon et al.(1989) Hallerman et al. (1990) Liu et al. (1990) Zhang et al. (1990) Zhu (1992) Powers et al. (1992) |
PP = peningkatan pertumbuhan; mMT = mouse
matallothionein promoter; RST= Rous sarcoma virus long terminal repeat; b-act =b-actin; hGH=human growth hormone; neo=neomycin resisten; CAT=chloramphenicol
acetyltransferase; rt=rainbow trout; cs=coho salmon; B/T=belum terbukti
Sedangkan gen GH
yang telah digunakan untuk gen GH transgenik pada ikan tilapia menurut Rahman
dan Maclean (1999) adalah kontruksi gen growth hormone OPAFPcsGH (Ocean Pout
Anti Freeze Promoter chinook salmon Growth Hormone) berisi suatu chinook salmon
growth hormone cDNA, adapun pemotongannya dengan menggunakan BamHI , serta gen reporternya adalah
CarpbAlacZ, yang dimaksud dengan gen reporter adalah suatu
zat yang akan memberikan tanda biasanya
perubahan warna apabila reaksi kontruksi gen yang dikehendaki telah terbentuk.
Teknik penyisipan gen growth hormone OPAFPcsGH
kedalam oosit tilapia yang baru saja (2,5 jam) setelah dibuahi atau dalam pertumbuhan 1-2 sel menggunakan
mikro injektor, dan konsentrasi stok DNA
yang disuntikkan sebanyak 105 kopi/nl (Rahman dan
Maclean, 1992), teknik mikroinjeksi telur fase fertilisasi ini telah berhasil
untuk memproduksi ikan transgenik, ikan
transgenik selain pada ikan tilapia juga telah berhasil dilakukan pada ikan
medaka/Oryzias latipes (Kinoshita et
al., 1996), pada ikan mud loach / Misgurnus
mizolepis (Nam et al., 1992),
pada ikan Cyprinus carpio (Hinits dan
Moav., 1999).
b. Manfaat Transgenik Pada Sekresi GH Serum.
Hasil analisis ekspresi GH
didalam serum darah hasil penelitian Rahman dan Maclean (1999) menunjukkan
bahwa ikan non transgenik antara 0,1 – 0,25 ng/ml, sedangkan ikan transgenik
berkisar antara 1,02 – 1,3 ng/ml, dari data tersebut menunjukkan bahwa ikan transgenik telah
mensekresikan GH jauh lebih besar dibandingkan ikan non transgenik, bahkan
sekresi GH telah mencapai 12 kali lebih besar dibandingkan dengan ikan nontransgenik.
Sebagai pembanding pada
penelitian terdahulu dengan penyuntikan eksogen GH pada hasil penelitian Lin et al (1995) menunjukkan bahwa
penyuntikan intra peritonial recombinan
tuna GH (r-tGH) pada ikan grass carp (Ctenopharyngodon
idellus) sebanyak 0,1 atau 1,0 m g/g berat tubuh setiap minggu
selama 4 minggu telah dapat meningkatkan
level GH pada serum darah dan pertumbuhan baik berat maupun panjangnya.
Sedangkan pada ikan Japanese eel menunjukkan bahwa penyuntikan eksogen GH
berperanan penting untuk meningkatkan jumlah GH reseptor dalam waktu 3-5 hari
setelah disuntik, namun sebaliknya penyuntikan GH pada ikan coho salmon yang
dihipofisektomi ternyata justru terjadi pengurangan jumlah hepatik GH reseptor
pada 6-24 jam setelah penyuntikan (Gray et
al , 1992 dalam Peter dan
Marchant., 1995).
c. Manfaat Transgenik Pada Pertumbuhan dan Food Conversi
Rationya.
Tabel diatas menunjukkan bahwa
hasil penelitian transgenik pada ikan telah memberikan hasil yang positip pada
pertumbuhan ikan dan terbukti bahwa gen luar yang ditranfer telah mampu berintregrasi
dengan genomnya, hal ini dapat dilihat dari hasil pertumbuhan keturunannya yang
cukup meyakinkan yaitu sekitar 4-6 kali lipat pada ikan salmon.
Sedangkan hasil analisis berat badan ikan non
transgenik dan transgenik pada ikan tilapia menurut Rahman dan Maclean (1999)
menunjukkan bahwa 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 padaikan non transgenik menghasikan 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 didalam pemanfaatan pakan ikan trangenik lebih efisien dibandingkan
dengan ikan nontransgenik.
Kajian Teleologi.
Tinjauan teleologi pada
studi ini akan membahas harapan keberadaan iptek transgenik ikan dimasa yang
akan datang didalam meningkatkan produksi ikan hasil budidaya perairan.
a. Iptek Upaya Peningkatan Pertumbuhan Ikan
Saat Ini.
Untuk
meningkatkan pertumbuhan ikan telah dilakukan upaya peningkatan mutu benih dengan berbagai cara, antara
lain telah dilakukan persilangan antar
varietas maupun antar spesies, dan juga
telah diterapkan teknologi yang cukup baru yaitu rekayasa chromosom atau chromosome set manipulation yaitu
andogenesis, ginogenesis, triploid dan tetraploid. Upaya yang paling akhir
untuk meningkatkan pertumbuhan ikan adalah melalui transgenik gen growth hormone (GH) atau gen hormon
pertumbuhan.
Ginogenesis dan andogenesis, dimaksudkan untuk menghasilkan individu galur murni yang mempunyai karekteristik tertentu, dengan menghasilkan individu galur murni yang mempunyai kharakteristik tertentu tadi kemudian akan diramu untuk menghasilkan benih ikan unggul yang dikehendaki. Teknik ginogenesis untuk menghasilkan benih berkelamin betina sedangkan teknik androgenesis untuk menghasilkan benih yang berkelamin jantan.
Sedangkan pembentukan individu triploid dan tetraploid adalah usaha untuk memperbanyak chromosom didalam sel dengan harapan semakin banyak kromosom yang terdapat didalam sel, ikan akan mampu tumbuh lebih cepat, mengingat bahwa krromosom merupakan mesin pertumbuhan sel.
Sedangkan untuk memelihara pertumbuhan ikan dengan cara mencegah kawin dini maka telah dilakukan teknik sex reversal atau pembelokkan kelamin ikan, dengan cara ini dapat diproduksi populasi mono sex yaitu populasi ikan berkelamin jantan atau berkelamin betina semuanya.
Semua teknologi yang telah dikembangkan tadi berupaya agar ikan dapat tumbuh lebih cepat, namun dengan diterapkannya iptek transgenik menunjukkan bahwa ikan tumbuh lebih cepat dan dalam pemanfaatan pakan lebih efisien.
b.
Harapan
Transgenik Ikan Dalam Meningkatkan Produktivitas Ikan.
Budidaya
ikan dilahan perkolaman masih memberikan hasil yang sangat rendah, dari kajian
diatas telah menunjukkan bahwa ikan transgenik mampu tumbuh 3-4 kali lebih
cepat dibandingkan dengan kontrol, dan FCRnya yang sangat rendah, hasil ini
cukup memberikan harapan bahwa akan terjadi penurunan kompetisi antara pakan
ikan dengan makanan manusia, karena ikan
dalam memanfaatkan pakan lebih efisien.
Walaupun
sampai saat ini teknologi ini masih sangat mahal, memerlukan peralatan dan ketrampilan tehnik
yang tinggi, serta dampak negatipnya terhadap manusia belum banyak dikaji, namun dengan kemajuan teknologi maka akan
terjadi penyempurnaan teknologi transgenik pada ikan terus menerus dengan
harapan akan dihasilkan teknologi yang lebih mudah, murah dan aman bagi
manusia, sehingga dimasa yang akan datang diharapkan teknologi transgenik
dibidang perikanan ini akan memberikan sumbangan bagi peningkatan produksi ikan
serta peningkatan produktivitas kolam budidaya perairan.
Daftar Pustaka.
Bolander,
Franklyn F. 1994. Moleculer Endocrinology. Academic Press, Inc. pp : 63 -98
Granner,
Daryl., 1997. Hormon Hipofise dan Hipothalamus dalam
Biokimia Harper. Edisi 24. oleh Robert K. Murry., Daryl K.
Granner., Peter A. Mayes., Victor W.
Rodwell. Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Hal : 535-546
_____________., 1997.
Teknologi DNA Rekombinan dalam Biokimia Harper. Edisi 24 oleh
Robert K. Murry., Daryl K. Granner.,
Peter A. Mayes., Victor W. Rodwell.
Penerbit Buku Kedokteran EGC. Hal : 476-492
Hinits,
Yaniv and Boaz Moav., 1999. Groth performance studi in transgenic Cyprinus
carpio. Aquaculture 173 : 285-296.
Hovath,
L dan L. Orban., 1995. Genome and gene manipulation in the common carp.
Aquaculture 129 : 157-181.
Kinoshita,
Masato., Haruhiko Toyohara., Morihiko
Sakaguchi., Koji Inoue., Shinya
Yamashita., Mikio Satake., Yuko
Wakamatsu., Kenjiro Ozato., 1996. A stable line of transgenic medaka (Oryzias
latipes) carrying the CAT gene.
Aquaculture 143 : 267-276.
Lin,
H.R., Q. Zang., R.E. Peter., 1995. Effect of recombinant tuna growth hoemone
(GH) and analologs of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) on growth of grass
carp (Ctenopharyngodon idellus).
Aquacultur 129 : 342.
Nam,
Yoon Kwon., Choong Hwan Noh., Dong Soo Kim., Transmission and expression of an integreted
reporter construct in three generations of transgenic mud loach (Misgurnus mizolepis). Aquaculture 172 : 229-245.
Peter,
R.E. and T.A. Marchant., 1995. The endocrinology of groth in carp and releted
species. Aquaculture 129 : 299-321.
Rahman,
Md. Azizur and Norman Maclean., 1999. Growth performance of transgenic tilapia
containg an exogenous piscine growth hormone gene. Aquaculture 173 : 333-346.
_____________________________________.,
1992. Production of trans-genic tilapia
(Oreochromis niloticus) by one-cell-stage microinjection. Aquaculture 105 : 219-232.
Yatim,
Wildan., 1996. Biologi Modern : Biologi Sel. Tarsito – Bandung. hal :274-290