Memproduksi Omega-3 di Tanaman

Dua penelitian untuk memproduksi HUFA di tanaman telah dilaporkan baru-baru ini. Salah satunya ; menggunakan jalur Δelongase adalah jalur mikroalga laut, Isochrysis galbana, & lainnya menggunakan gen Δ8-desaturase diisolasi dr Euglena. Tanaman trasgenik Arabidopsis mengekspresikan gen Δ9-elongase dgnpromoter CMV 35S menghasilkan sekitar 15 persen (dr total lipid) asam lemak ekosadinoat (20:2n-6) and ekosatrinoat (20:3n-3), melalui proses elongasi masing-masing dr LA & LNA. Namun demikian, rasio asam lemak n-6 vs. n-3 produk elongasi tak memperlihatkan hubungan secara nyata level substrat ada (LA & LNA).

menarik adalah, akumulasi asam lemak C20 di- & trinoat tak menyebabkan gangguan morfologi atau viabilitas tanaman transgenik Arabidopsis. Hasil ni bertolak belakang dgntransgenik mengekspresikan elongase-1 spesifik pada biji. Enzim elongase-1 mengkonversi asam oleat (18:1n-9) menjadi 20:1n-9 & 22:1n-9, & pada transgenik Arabidopsis mengakumulasikan lebih dr 10 persen asam lemak monounsaturasi (monounsaturated) C20-C22, mengakibatkan perubahan morfologi dramatis termasuk kerusakan membran plastida.

Untuk memodifikasi secara penuh jalur biosintesa HUFA, transgenik Arabidopsis membawa gen Δ9-elongase dr Isochrysis diko-ekspresikan dgngen Δ8-desaturase dr Euglena & Δ5-desaturase dr M. Alpina. Produk elongase, 20:2n-6 & 20:3n-3 ; masing-masing dikonversi olh Δ8-desaturase menjadi 20:3n-6 & 20:4n-3, selanjutnya dikonversi Δ5-desaturase menjadi AA & EPA. Kedua asam lemak ni terakumulasi di daun transgenik Arabidopsis dgnjumlah 10 persen dr total asam lemak, sebagian besar ; AA.

Produk ni tak menggambarkan jumlah substrat n-6:n-3; sebagian besar ; n-3 LNA. Selain diakumulasikan AA & 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 ni memiliki jumlah karbon sama (C20), tetapi struktur berbeda dibandingkan dgnAA & EPA, yaseperti itutak memiliki ikatan ganda pada atom karbon nomor 8 (lihat Gambar 1), & kelihatannya adalah produk sampingan dr Δ5-desaturase. Akumulasi asam lemak ni juga ditemukan bila gen 5-desaturase M. Alpina ni ditransfer ke lobak (rapeseed).



Walaupun skiadonat & juniperonat bukan adalah target produk utama dr proses biosintesis & akumulasi di tanaman transgenik, fakta terbaru menunjukkan bahwa asam lemak ni mungkin juga bermanfaat untuk kesehatan & berperan dalam beberapa aspek metabolisme manusia. Khusus untuk skiadonat mengandung 2-monoasilgliserol telah diketahui adalah ligand untuk reseptor CB1 kannabinoid manusia. Baik skiadonat maupun juniperonat ditemukan di sejumlah jenis biji cemara (pine) & telah digunakan sebagai bahan makanan tanpa menunjukkan efek negatif.

Ko-ekspresi Δ9-elongase & 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 cukup menggembirakan & HUFA bolh diproduksi pada biji tanaman. Transgenik linseed & tembakau dibuat dgnmengintroduksi tiga jenis gen pengkode enzim, yaseperti itugen Δ6-desaturase, Δ6-elongase & Δ5-desaturase dikontrol olh promoter spesifik pada biji.

Analisis asam lemak pada biji transgenik tembakau atau linseed menunjukkan bahwa produk Δ6-desaturase sangat tinggi, tetapi AA & EPA dihasilkan masih sangat sedikit. Hingga , walaupun data ni secara jelas menunjukkan rekonstitusi jalur konvensional biosintesa HUFA pada biji tanaman transgenik, efisiensi sintesa C20 HUFA masih relatif sama dgnhasil observasi pada ragi. Analisa secara detil linseed transgenik mengekspresikan enzim-enzim tersebut menunjukkan beberapa hasil kurang jelas. Pertama, meskipun Δ6-desaturase & Δ6-elongase memperlihatkan aktivitas dgnlaju sangat berbeda, kedua transgen (gen ditransfer) tersebut ditranskripsi dgnlevel sama. Kedua, meskipun substrat untuk elongase hasil dr Δ6-desaturasi ; terakumulasi dgnlevel tinggi pada membran mikrosoma, khususnya fosfatidilkolin (phosphatidylcholine, PC) pada posisi sn-2, produk elongasi tak meningkat seperti halnya peningkatan Δ6-desaturasi acyl-CoA. Karena seperti itudiduga bahwa pertukaran dr PC menjadi acyl-CoA ; tak efisien. Asam lemak n-3 C18 kelihatannya sangat efisien diarahkan dr PC menjadi triasilgliserol (triacylglyserol), mungkin melibatkan enzim acyl-CoA-independent acyltransferase, menghindarkan mereka dr proses elongasi secara efektif menghalangi proses modifikasi selanjutnya.

Dr hasil penelitian di atas, terlihat bahwa hambatan utama biosintesa HUFA melalui jalur konvensional Δ6-desaturase/elongase ; dikotomi (dichotomy) kebutuhan substrat untuk enzim-enzim desaturase dalam bentuk gliserolipid & elongase mikrosomal dalam bentuk acyl-CoA. Namun demikian, tingkat produksi AA & EPA di biji tanaman transgenik ; tinggi menunjukkan bukti nyata pertukaran & pembentukan substrat acyl dgnlevel sub-optimal. Hasil lebih tinggi diperolh dgnmenggabung sejumlah transgen spesifik dr berbagai jenis organisme.

Untuk membantu pemecahan masalah dikotomi kebutuhan substrat, peneliti telah mencoba menggunakan lebih banyak lagi jenis gen pengkode enzim spesifik terlibat dalam biosintesa asam lemak. Tanaman lobak (rapeseed, Brassica juncea) transgenik telah diproduksi dgnmenggunakan gen Δ6-desaturase dr 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 dr Thraustochytrium sp., & elongase dr rainbow trout (Oncorhynchus mykiss).

Setiap transgen tersebut dikontrol olh promoter khusus untuk biji, yaseperti itunapin promoter. Lobak transgenik berhasil memproduksi AA & EPA dgnkadar sangat tinggi, yaseperti itu7-15 persen dr total asam lemak. Tetapi kadar DHA dihasilkan masih sangat rendah (1,5 persen). Olh karena seperti itumasih diperlukan sistem lebih efisien untuk produksi DHA pada tanaman.

Prospek produksi DHA

Akumulasi asam lemak AA & EPA pada tanaman transgenik mengekspresikan gen-gen pengkode enzim terlibat pada jalur konvensional desaturase/elongase atau jalur alternatif adalah cara cukup berhasil saat ini. Kadar EPA dihasilkan cukup banyak yaseperti itutujuh persen, & hal ni mungkin bisa digunakan untuk memperkaya makanan ternak. Karena target utama ; menjadikan tumbuhan sebagai produsen alternatif bagi minyak ikan, maka biji tanaman transgenik harus mengakumulasi DHA dgnlevel tinggi.

Rute paling sederhana untuk sintesa DHA ; dgnmemperpanjang dua atom karbon EPA melibatkan enzim elongase; EPA dikonversi menjadi asam dokosapentanat (DPA, 22:5n-3) & selanjutnya diproses olh enzim Δ4-desaturase menjadi DHA. Penggunaan rute ni pada lobak transgenik telah berhasil memproduksi DHA, meskipun dgnlevel masih sangat rendah. Jalur lain mungkin akan sangat menarik dicoba pada tanaman ; dgnmenggunakan jalur non-aerobik polyketide synthase-like system ditemukan pada bakteri. Karena rute ni kelihatannya tak membutuhkan pertukaran unsur acyl, maka tanaman transgenik mengekspresikan sistem ni akan bolh memproduksi DHA lebih banyak.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, produksi asam lemak pada tanaman transgenik membawa gen terlibat dalam produksi ω-6 & ω-3 ; berbeda dgn ditemukan pada minyak ikan dominan mengandung ω3. Karena itu, masih perlu dicari rute lebih efisien untuk mengoptimalkan produksi HUFA di tanaman. (Selesai).

Bahan bacaan

1. Guohai Wu dkk. Nature Biotechnology, August 2005.
2. Napier & Sayanova. Proc. Nutr. Soc., 2005.
3. Tamotsu Tanama dkk. Eur. J. Biochem, 2001.
4. James G Metz dkk. Science, 13 Juli 2001.