Alga
transgenik dan Bioteknologi
Pendahuluan
Ganggang
bertanggung jawab untuk produksi primer bersih ~52000000000 ton karbon organik
per tahun, yang merupakan ~50% dari total karbon organik yang dihasilkan di
bumi setiap tahun (Field et al. 1998), tapi ini bukan satu-satunya alasan
mengapa mereka adalah biologis penting yang sangat besar. Mereka merupakan
kelompok ~40.000 spesies, kelompok heterogen yang menggambarkan bentuk kehidupan,
bukan unit yang sistematis; ini adalah salah satu alasan mengapa spektrum yang
luas dari fenotipe ada di kelompok ini. Algae kebanyakan eukariota, yang
biasanya, tetapi tidak harus, tinggal di biotop air. Mereka digambarkan sebagai
tanaman "rendah" yang tidak pernah memiliki batang sejati, akar dan
daun, dan mereka biasanya mampu melakukan fotosintesis. Istilah non-taxonomic
"alga" merupakan kelompok beberapa filum eukariotik, termasuk
Rhodophyta (alga merah), Chlorophyta (alga hijau), Phaeophyta (ganggang
coklat), Bacillariophyta (diatom), dan dinoflagellata, serta filum prokariotik
Cyanobacteria (biru-hijau ganggang). Ada coccoid, capsoid, amoeboid,
palmelloid, kolonial, plasmodial, berserabut, parenchymatous (seperti
jaringan), dan thalloid pada tingkat organisasi; beberapa alga pada tingkat
yang disebut terakhir dikembangkan struktur kompleksnya yang menyerupai daun,
akar, dan batang tanaman vaskular. Ukuran alga berkisar dari spesies bersel
tunggal kecil untuk organisme multi-selular raksasa. Hebatnya, spesies alga
memiliki rentang delapan kali lipat dalam ukuran (Gambar 1.): Yang terkecil,
alga eukariotik, Ostreococcus tauri (Prasinophyceae)
(Courties et al 1994.), Memiliki diameter sel kurang dari 1 m yang membuatnya
terkecil diketahui eukariot hidup bebas memiliki genom eukariotik terkecil;
Sebaliknya, alga coklat Macrocystis
pyrifera (Phaeophyceae), yang juga dikenal sebagai rumput laut raksasa,
dapat tumbuh hingga 60 m dan merupakan organisme yang dominan di hutan kelp.
Ganggang
dari berbagai ukuran dan bentuk tidak hanya menempati semua ekosistem air
tetapi juga terjadi di hampir semua habitat lainnya. Beberapa habitat ini
benar-benar ekstrim: Ada toleransi garam yang luar biasa dari ganggang
halofilik seperti Dunaliella salina
(Chlorophyceae), yang mampu tumbuh di lingkungan yang hampir jenuh dengan NaCl.
Ganggang hijau Cryophilic seperti Chlamydomonas
nivalis (Chlorophyceae) yang menyesuaikan dengan suhu rendah, gizi buruk,
siklus beku-mencair permanen dan iradiasi tinggi, dan dengan cara mereka bidang
warna salju oranye atau merah. Sebuah alga utama air asam panas adalah alga
merah Cyanidium caldarium
(Bangiophyceae), yang dapat tumbuh, meskipun lambat, pada pH nol dan pada suhu
sampai ~56°C. Aerial, sub-aerial dan aeroterrestrial ganggang seperti Apatococcus lobatus (Chlorophyta)
biasanya disebarkan oleh spora di udara dan tumbuh dalam bentuk biofilm di
biotop aerophytic (kulit pohon, batu, tanah, dan permukaan alami atau buatan
manusia lainnya). Hypolithic ganggang, seperti Microcoleus vaginatus (Cyanobacteria), dapat hidup di lingkungan
yang sangat kering seperti Death Valley atau gurun Negev.
Spesies
lain dari ganggang lebih memilih untuk hidup dalam hubungan simbiosis dengan
hewan atau jamur. Alga uniseluler kuning-coklat, yang disebut zooxanthellae,
seperti Symbiodinium microadriaticum
(Dinophyceae, dinoflagellata), hidup bersimbiosis dalam gastrodermis dari
karang pembentuk terumbu. Jellyfish terkait hydra Chlorohydra viridissima
(Hydrozoa) adalah spesies hijau terang karena kehadiran alga disebut
zoochlorellae (Chlorella sp., Chlorophyta). Simbiosis antara spons dan ganggang
yang melimpah di perairan miskin gizi terumbu tropis. Lumut, seperti biasa
Xanthoria Parietina yellow-colored, adalah "organisme komposit"
terbuat dari jamur (kebanyakan Ascomycota) dan fotosintesis ganggang; mereka
makmur di beberapa habitat yang paling tidak ramah.
Ciri-ciri
diversifikasi dan kondisi hidup ganggang membuat mereka sangat menarik untuk
pemanfaatan komersial terutama jika calon alga yang diinginkan dapat diakses
oleh manipulasi genetik. Karena transgenik alga dan bioteknologi menggunakan
bahan sampel kecil, spesies lab-cocok, ulasan ini terutama berkaitan dengan
(eukariotik) mikroalga. Rekayasa genetika ganggang prokariotik (Cyanobacteria)
telah dibahas di tempat lain (Koksharova dan Wolk 2002; Vioque 2007). Sebuah
jumlah tinjauan lain menggambarkan topik (eukariotik) biologi alga, biologi
molekuler dan bioteknologi (Pulz 2001; McHugh 2003; Olaizola 2003; Franklin dan
Mayfield 2004; León-Banares et al 2004;. Pulz dan Gross 2004; Bola 2005;
Grossman 2005; Montsant et al 2005;. Qin et al 2005;. Walker et al 2005a,
2005b;. Chan et al 2006;. Spolaore et al 2006).
SEJARAH PEMANFAATAN ALGAE
Di
masa lalu, jauh sebelum munculnya bioteknologi, apalagi bioteknologi alga,
pemanfaatan alga sebagai sumber makanan manusia mulai menarik perhatian.
Mikroalga bluegreen yang dapat dimakan, termasuk Nostoc, Spirulina, dan
Aphanizomenon spesies, telah digunakan sebagai makanan padat nutrisi selama
berabad-abad di Asia, Afrika dan Meksiko (Jensen et al. 2001; Olaizola 2003).
Penggunaan dilacak pertama mikroalga oleh manusia tanggal kembali 2000 tahun ke
Cina, yang digunakan Nostoc untuk bertahan hidup selama kelaparan (Spolaore et
al. 2006). Penggunaan makroalga sebagai makanan telah ditelusuri kembali ke
abad keempat di Jepang dan abad keenam di Cina (McHugh 2003). Laporan pertama
tentang koleksi makroalga yaitu sebuah "Nori", yaitu ganggang dari
genus Porphyra, tanggal kembali ke tahun 530. Dokumentasi pertama yang diketahui
dari budidaya alga ini terjadi pada tahun 1640 (Pulz dan Gross 2004). Pada
waktu yang sama, pada tahun 1658, orang-orang di Jepang mulai memproses dengan
mengumpulkan Chondrus, Gelidium, dan spesies Gracilaria untuk menghasilkan
produk seperti agar (Pulz dan Gross 2004). Pada abad kedelapan belas, yodium
dan soda diekstraksi dari ganggang coklat, seperti Laminaria, Macrocystis dan
Fucus.
Pada
saat itu, upaya untuk menumbuhkan spesies ini di lokasi di mulai. Pada 1860-an,
Alfred Nobel menemukan dinamit dengan menggunakan tanah diatom (diatomit), yang
terdiri dari dinding sel silika fosil diatom, untuk stabiliz dan menyerap
nitrogliserin menjadi tongkat portabel (Dolley dan Moyle 2003); jadi dinamit
itu, dalam segala hal, salah satu produk alga yang paling efektif. Dengan
publisitas kurang, hidrokoloid polisakarida dari alginat menjadi cocok untuk
keperluan industri di awal abad terakhir (Pulz dan Gross 2004). Pada tahun
1940, mikroalga menjadi lebih dan lebih penting sebagai live feed dalam budidaya (kerang atau budidaya ikan). Setelah tahun
1948, diterapkan algology yang berkembang pesat, mulai di Jerman dan memperluas
ke Amerika Serikat, Israel, Jepang, dan Italia, dengan tujuan menggunakan
biomassa alga untuk memproduksi protein dan lemak sebagai sumber nutrisi
(Burlew 1953); dorongan untuk pengembangan ini berasal dari data statistik
tentang perkembangan kependudukan dan prediksi pasokan protein tidak mencukupi
di masa depan (Spolaore et al. 2006). Pada saat itu, ide untuk menggunakan
mikroalga untuk pengolahan air limbah diluncurkan dan pemeriksaan sistematis
ganggang untuk zat aktif biologis, terutama antibiotic dimulai (Borowitzka
1995). Pada tahun 1960, produksi komersial Chlorella sebagai komoditas makanan
kesehatan baru sukses di Jepang dan Taiwan (Kawaguchi 1980) dan, di Amerika
Serikat, bunga tumbuh dalam mengembangkan alga sebagai penukar gas fotosintesis
untuk perjalanan ruang jangka panjang (Borowitzka 1999).
Krisis
energi pada tahun 1970 memicu pertimbangan tentang menggunakan biomasa mikroalga
sebagai bahan bakar terbarukan dan sebagai pupuk. Sebuah teknologi lingkungan
dari Amerika Serikat yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas air limbah
melalui mikroalga dan fermentasi selanjutnya biomassa yang dihasilkan untuk
metana (Pulz dan Scheibenbogen 1998; Spolaore et al. 2006). Selain itu, di
tahun 1970-an, pabrik produksi Spirulina skala besar pertama didirikan di
Meksiko (Borowitzka 1999). Pada 1980-an, sudah ada 46 skala besar produksi
tanaman ganggang di Asia terutama memproduksi Chlorella, produksi skala besar
Cyanobacteria dimulai di India, dan fasilitas besar produksi komersial di
Amerika Serikat dan Israel mulai memproses halophilic alga hijau Dunaliella salina sebagai sumber
β-karoten (Spolaore et al. 2006). Pada 1980-an, penggunaan mikroalga sebagai
sumber bahan kimia umum dan baik-baik saja adalah awal dari tren baru (de la
Noue dan de Pauw 1988). Pada 1990-an di Amerika Serikat dan India, beberapa
tanaman dimulai dengan produksi skala besar Haematococcus
pluvialis sebagai sumber astaxanthin karotenoid, yang digunakan dalam
obat-obatan, nutraceuticals, pertanian, dan gizi hewan (Olaizola 2000; Spolaore
et al 2006.).
Terutama
selama dua atau tiga dekade, bioteknologi alga terus tumbuh menjadi sebuah
industri global yang penting dengan bidang beragam aplikasi, dan semakin banyak
pengusaha baru mulai menyadari potensi alga. Terdapat
bermacam jenis alga didunia yang kemudian dikelompokkan dalam alga merah, alga
coklat, alga hijau, diatom dan dinoflagellata. Pemanfaatan alga bagi kehidupan
manusia saat ini telah berkembang pesat.
GENOM PROJECT DAN
PRODUKSI ALGA TRANSGENIK
Sumber
informasi genom alga dapat diperoleh dari NCBI maupun dalam ESTs (expressed
sequence tags). Sequence genom dari mitokondria dan cloroplas lebih banyak
dimiliki oleh alga dibandingkan dengan EST dan genome sequence project. Sebelum
eksperimen ini dimulai, peneliti diharuskan memikrikan tentang kekerabatan
organismenya. Apakah ada hubungan kedekatan sebelu ditransformasikan. Dalam
beberapa tahun terakhir, terdapat berbagai jenis alga hasil transpormasi
genetic.
Efisiensi transformasi dan total hasil dari produksi transformasi tergantung
kekuatan species. Sebagai contoh Cyanidioschyzon merolae ~200 transformants/µg
plasmid-DNA dihasilkan ketika 3-4 x 108 cells disebar dalam plate agar. Pada
Porphyridium sp. Juga dimungkinkan untuk system sebar sejumlah sel pada plate
tunggal dan 2.5 x 10-4 transformants/µg DNA dapat diperbaiki.
Pada Chlamydomonas reinhardtii transformasi
yang efisien adalah antara 10-4 and 10-5, dan sekitar 8 x 106 cel dapat disebar
pada plate. Maka akan terdapat lebih sedikit sel pada plate dibanding percobaan
Cyanidioschyzon or Porphyridium , maka Chlamydomonas dapat ditransformasikan
dari plate tunggal. Penggunaan gen marker selektif pada kondisi normal dalam
semua experiment menghasilkan generasi alga transgenic yang stabil, mulai dari
prosentase yang sangat rendah pada treatment ke organisme berhasil
ditransformasikan. Marker selektif biasanya gen resisten antibiotic yang
merupakan marker dominant sebagai perlakuan baru pada beberapa transformasi
strain target, tidak menjadikan masalah dari genotid respectif.
Pada
penambahan marker selektif dominant, terdapat beberapa marker selektif yang
tidak stabil. Seperti auxotrophic mutants dengan mutasi endogenous gen
memberikan gen untuk complementasi. Mereka memiliki kekuatan besar dalam
complete endogenous gene yang biasa digunakan, maka banyak marker dominant
disusun dalam respektif organisme dipastikan sebelum perlakuan. Seringkali gen
marker selektif tidak dapat mengekspresikan dibawah promoter mereka sendiri,
khususnya jika mereka dari sumber heterologous. Untuk itu, dalam mendapatkan
kekuatan secara normal, induksibel dan jika memungkinkan, endogenous promoter
sangat dibutuhkan. Beberapa penelitian menginginkan untuk mendapatkan organisme
transgenic ketika mereka mempelajari temporal gen ekspresi yang menarik secara
in situ atau in vivo. Untuk mendeteksi protein secara mudah, promoter dari
genpartikular digunakan untuk mengarahkan ekspresi dari gen reporter yang mudah
diidentifikasi dan diperlakukan. Laporan gen yangsringkali untuk enzim dimana
merubah substrat pada produk berwarna atau menghasilkan emisi cahaya atau gen
produk adalah fluorescent protein.
Dasar
dari hamper semua metode transformasi alga adalah pada kasus temporal
permeabilitas dari membran sel, dimungkinkan molekul DNA untuk masuk kedalam
sel. Pemasukan DNA pada nucleus dan integrasi ke dalam genom tanpa bentuan
eksternal. Integrasi DNA umumnya terjadi dengan ilegitimasi rekombinasi,
menghasilkan integrasi dari DNA yang diinriduksikan dan menghasilkan
transformasi genetic yang stabil. Aktualnya, tidak sulit untuk permeabilitas
membrane sel untuk memsaukan DNA, dimana, reproduksi sel harus mempertahankan
hidupnya dari kerusakan dan DNA yang masuk dan menyimpulkan divisi sel.
Terdapat pasangan dalam metode transformasi pada sitem alga yang memungkinkan
memperbaiki transformasi. Metode yang paling umum adalah micro-particle
bombardment, juga menyarankan untuk micro-projectile bombardment. Metode ini
membuat penggunaan lapisan logam kuat DNA micro-projectiles dan transformasi
dari hamper semua tipe sel.
Promotor dan gen
reporter
Sering gen penanda dipilih tidak bisa diungkapkan di
bawah promotor mereka sendiri, terutama jika mereka datang dari sumber
heterolog. Oleh karena itu, lebih cocok, yaitu biasanya kuat, konstitutif atau
diinduksi, dan, jika mungkin, promotor endogen yang diperlukan untuk ini dan
konstruksi gen chimeric lainnya. Selain itu, banyak peneliti ingin mengambil
keuntungan dari organisme transgenik ketika mereka belajar ekspresi spasial
atau temporal gen dengan minat mereka insitu
atau invivo. Untuk deteksi
sederhana ekspresi protein ini, promotor gen tertentu ini digunakan untuk
menggerakkan ekspresi gen reporter yang mudah diidentifikasi dan diukur,
berbeda dengan urutan coding asli milik promotor ini. Gen reporter mengkode
untuk enzim yang mengkonversi substrat menjadi produk berwarna, atau
menghasilkan emisi cahaya, atau produk gen reporter adalah protein fluorescent
itu sendiri.
Jadi, selain penanda terseleksi,
promotor yang cocok dan gen reporter untuk spesies tertentu yang penting lagi
adalahperalatan molekulerdan seorang
ahli genetik.
Dua promotor heterolog yang bekerja
pada beberapa spesies alga, adalah CaMV35S dan promotor SV40, telah disebutkan
dalam kata-kata di atas. dalam Chlamydomonasreinhardtii,promotor
endogen dari RBCS2 (ribulosa bifosfat
karboksilase, rantai kecil) gen (Stevens etal.1996),
sebuah HSP70A (heat shock protein
70A) /sel darah merah2 fusi promotor
(Schroda etal.2000), sebuah HSP70A/ β2TUB (β2- tubulin) fusi promotor (Schroda et al,2000.), dan terutama promotor PSAD (protein berlimpah fotosistem I kompleks) gen (Fischer dan
Rochaix 2001) terbukti lebih effisien untuk ekspresi konstruksi chimeric.
Demikian juga, di Volvoxcarteri, ARS (arylsulfatase) promotor (Hallmann
dan Sumper 1994), yang diinduksi oleh kekurangan belerang, promotor β-tubulin
(Hallmann dan Sumper 1996), dan HSP70/sel darah merah3 fusion promotor
(Jakobiak et al. 2004) yang berguna.
Dalam kedua alga ini,gen endogen ARS (arylsulfatase)
(Davies etal.1992; Hallmann dan
Sumper 1994) dankodon-dioptimalkan GFP (green
fluorescent protein) gen (Fuhrmann etal.1999;
Ender etal.2002) yang gen reporter
berharga; substrat kromogenik seperti 5-bromo-4-chloro-3-indolyl sulfat
(X-SO4)atau p-nitrophenyl sulfat
memungkinkan untuk analisis lokalisasi subselular dan kuantifikasi
spektrofotometri aktivitas arylsulfatase. Tidak seperti arylsulfatase, deteksi
GFP tidak memerlukan aditif, sehingga bisa dilakukan invivo.Selain ARS dan GFP, konstruksi di Chlamydomonasreinhardtii,yangkodon-dioptimalkan
crluc (Renillareniformis luciferase)
gen (Fuhrmann etal.2004), dan di Volvoxcarteri,yang HUP1 (Chlorellakessleri heksosa
/ H+ symporter) gen (Hallmann dan Sumper 1996) yang berguna untuk memantau
ekspresi gen nuklir. Sebuah membangun terdiri dari promotor CaMV35S danyang Escherichiacoli β-glucuronidase (GUS) uidA gen pelapor telah berhasil
digunakan di beberapa spesies alga seperti Dunaliella
salina (Tan etal.2005), Chlorella kessleri (El-Sheekh 1999), Chlorella vulgaris (Chow dan Tung 1999),
Porphyrayezoensis (Cheney et al,2001.), dan Porphyra miniata (Kubler et
al1993.); berbeda substrat β-glucuronidase, seperti 5-
bromo-4-chloro-3-indolyl glukuronida (X-gluc), p-nitrofenil β-D-glucuronide
atau 4-Methylumbelliferyl-β-D-glucuronide (MUG), memungkinkan untuk analisis
lokalisasi subselular dan kuantifikasi spectrophotometrical atau
fluorimetrical. Sebuah membangun dengan CaMV35S promotor yang sama dan gen
luciferase kunang-kunang didirikan sebagai sistem reporter untuk 'Chlorella'ellipsoidea protoplas(Jarvis
dan Brown 1991); yang luciferase dinyatakan terdeteksi oleh in-vitro pencitraansetelah
paparansubstrat D-luciferindi hadapan ATP. Dalamrumput laut yezoensisPorphyra, ekspresi transgen
dipantau oleh CaMV35S promotor didorong GFP
konstruk gen reporter (Cheney etal.2001).
Dalam alga yang sama, GFP juga diungkapkan menggunakan promotor dari dua gen
homolog(RPB1 dan GAPDH)(Cheney etal.2001).
Sebuah membangun terdiri dari promotor SV40 dan Escherichia coli genβ-galaktosidase(lacZ)terbukti menjadi reporter yang berharga untuk Gracilaria changii (Gan et al2003.); deteksi ofβ-galaktosidase
membutuhkan in-vitro aplikasidari
substrat X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β- D-galactoside). The lacZ gen pelapor juga dinyatakan dalam
sporofit dari rumput laut Laminaria
japonica (Jiang etal.2003) dan Undaria pinnatifida (Qin etal.2003). Dalamdiatom tricornutumPhaeodactylum,gen
kunang-kunang luciferase(LUC)diungkapkan
di bawah kontrol dari promotor berasal dari a / c mengikat gen protein
fucoxanthin-klorofil(FCP)(Falciatore etal.1999), dan β-glucuronidase ( GUS) uidA dan GFP gen reporter yang berguna dalam transgenik Phaeodactylum tricornutum ganggang (Zaslavskaia et al2000;. Falciatore dan Bowler 2002).
Pengenalan transporter glukosa gen encoding(glut1
atau HUP1),ternyata Phaeodactylum tricornutum dan Volvox carteri (Hallmann dan Sumper
1996) ganggang yang hidup pada glukosa eksogen dalam ketiadaan cahaya
(Zaslavskaia etal.2001). Dalam dua
diatom, Thalassiosira weissflogii dan
Cylindrothecafusiformis,yang
β-glucuronidase (GUS) uidA gen
(Falciatore et al1999.) Dan GFP gen(Poulsen dan Kroger 2005),
masing-masing, yang berguna sebagai gen reporter; di Cylindrothecafusiformis,GFP gen yang didorong oleh promotor dari
gen reduktase endogen nitrat (Poulsen dan Kroger 2005), sehingga ekspresi
dimatikan ketika sel-sel yang tumbuh di ion amonium dan diaktifkan ketika
sel-sel dipindahkan ke medium yang mengandung nitrat .
Subbagian atas, yang berisi contoh ganggang yang
berhasil ditransformasi, menunjukkan bahwa ada spektrum yang luas dari gen
reporter dan promotor. Beberapa gen dan bahkan promotor berasal dari sumber
heterolog. Penggunaan elemen genetik ini harus dipertimbangkan untuk percobaan
transformasi dengan spesies yang belum ditransformasi. Atau, jika unsur genetik
endogen digunakan, kloning dan konstruksi dengan cara yang analog untuk
konstruksi yang telah terbukti, menggunakan DNA dari organisme yang menarik,
mungkin cara tercepat untukmengubah sebuah spesies baru.
Metode untuk memasukkan DNA ke dalam sel alga
dasar dari hampir semua metode
transformasi alga adalah penyebabnya, dengan berbagai cara, Permeabilisasi
temporal membran sel, memungkinkan molekul DNA masuk ke dalam sel. Pintu masuk
DNA dalam inti dan integrasi ke dalam genom terjadi tanpa bantuan eksternal.
Integrasi DNA terutama terjadi oleh peristiwa rekombinasi tidak sah, sehingga
integrasi ektopik dari DNA diperkenalkan dan, dengan demikian, memuncak dalam
transformasi genetik yang stabil. Pada kenyataannya, itu tidak sulit untuk
permeabilize membran sel dalam rangka memperkenalkan DNA; Namun, sel reproduksi
yang terkena harus bertahan dari kerusakan yang mengancam hidup dan invasiDNA
ini dan melanjutkan pembelahan sel.
Ada beberapa yang bekerja pada metode
transformasi untuk sistem alga yang memungkinkan pemulihan transforman yang
layak. Metode yang paling populer adalah penembakan mikro-partikel, juga
disebut sebagai penembakan mikro-proyektil, senjata transformasi partikel,
senjata transformasi gen, atau hanya biolistics. Metode ini memanfaatkan DNA
berlapis logam berat (kebanyakan emas) mikro-proyektil dan memungkinkan
transformasi hampir semua jenis sel, terlepas dari ketebalan atau kekakuan
dinding sel, dan juga memungkinkan transformasi organel. tindakanIni, yang
muncul seperti operasi militer anti-ganggang menggunakan bom karet, berhasil
diterapkan di Chlamydomonasreinhardtii Kindle
et al(.1989), Volvox carteri Schiedlmeier et
al(.1994), Dunaliella salina (Tan
et al2005.), Gracilaria (Gan et alchangii,2003.);.
Laminaria japonica (Qin et al1999 Jiang etal.2003), Phaeodactylum
tricornutum (Apt etal.1996), Navicula saprophila (Dunahay etal.1995), Cyclotella cryptica (Dunahay etal.1995),
Euglenagracilis (Doetsch etal.2001), Porphyridium sp. (Lapidot etal.2002),
fusiformis Cylindrotheca (Fischer etal.1999), Haematococcus pluvialis (Legends dan Sandmann 2006), 'Chlorella' kessleri (El-Sheekh 1999),
dan Chlorellasorokiniana (Dawson etal.1997).
Prosedur transformasi lebih kompleks
dan lebih murah lagi melibatkan persiapan dari suspensi (mikro) alga yang
kemudian di agitasi dengan adanya mikro atau makro-partikel, polietilen glikol
dan DNA. Beberapa peneliti telah menggunakan silikon karbida (SiC) (~ 0.3- 0,6
pM tebal dan ~ 5-15 m panjang) sebagai mikro-partikel; silikon karbida adalah
senyawa keramik silikon dan karbon. Mikro-partikel keras dan kaku memungkinkan
transformasi sel dengan dinding sel utuh termasuk Chlamydomonas reinhardtii (Dunahay 1993), Symbiodinium microadriaticum (ten Lohuis dan Miller 1998), dan Amphidinium sp. (ten Lohuis dan Miller
1998); Namun, pengurangan dinding alga tampaknya lebih tepat ketika menerapkan
metode ini. Dalam Chlamydomonas
reinhardtii,dinding sel mutan yang dikurangi diubah melalui agitasi (0,4-0,5 mm), polietilen glikol dan DNA
(Kindle 1990); Metode murah ini secara rutin digunakan untuk mengubah Chlamydomonas,karena kebanyakan peneliti
lebih suka bekerja dengan strain penurun dinding. Dinding sel protoplas bebas
dari alga hijau 'Chlorella' ellipsoidea dapat
diubah tanpa mikro atau makro-partikel (Jarvis dan Brown 1991); agitasi dari
protoplas di hadapan polietilen glikol dan DNA sudah cukup. Sel telanjang,
protoplas, sel dinding berkurang mutan dan sel-sel lain dengan dinding tipis
juga dapat diubah oleh elektroporasi, di mana dirancang khusus efek elektroda
tegangan melintasi membran plasma yang melebihi kekuatan dielektrik nya. Pulsa
elektronik besar ini sementara mengganggu bilayer phos-pholipid dari membran
sel, sehingga molekul seperti DNA untuk lulus. Sel-sel Chlamydomonas reinhardtii (Brown etal.1991), Cyanidioschyzonmerolae
(Minoda etal.2004), Dunaliella salina (Geng etal.2003), dan Chlorella vulgaris (Chow dan Tung 1999) telah diubah dengan cara
ini. Dua spesies alga telah dimodifikasi secara genetik dengan cara yang
berbeda, yaitu dengan Agrobacterium
tumefacienstransformasi -dimediasi melalui tumor inducing (Ti) plasmid,
yang mengintegrasikan semi-acak ke dalam genom sel tanaman yang terinfeksi. Agrobacterium Infeksimenyebabkan tumor (
"mahkota galls") di dikotil dan beberapa monokotil, dan, menakjubkan,
beberapa alga menjadi terinfeksi, tetapi mereka tidak mengembangkan tumor.
Transformasi media Agrobacteriumditunjukkan
untuk bekerja di multisel alga merah Porphyra
yezoensis ( Cheney etal.2001) dan
yang paling mengejutkan, dalam alga hijau uniseluler Chlamydomonas reinhardtii (Kumar etal.2004).
Subbagian atas menunjukkan bahwa ada
spektrum besar untuk memasukkan DNA ke dalam sel alga. Dengan manfaat
selanjutnya, pembomanmikro-partikel mungkin menjadi metode terbaik untuk
memulai jika seseorang berniat untuk menghasilkan transgenik dengan alga yang
sebelumnya belum ditransformasi di latar belakang dari ketidakpastian
eksperimental lainnya, seperti fungsi daripenggunaan promotor dan penanda
terseleksi. Meskipun metode tantang ini memerlukan senapan partikel mahal dan
menghasilkan biaya berjalan luar biasa, tampaknya bekerja, pada prinsipnya,
dengan semua jenis sel terlepas dari konsistensi dan kekakuan dari dinding sel.
Daya tembus dari mikro-proyektil dapat ditingkatkan tanpa kesulitan, sehingga
bahkan dinding sel silika diatom bukan menjadi penghalang tak tertembus.
PERMASALAHAN
Meskipun
pentingnya bioteknologi alga dan rekayasa genetika telah dengan cepat
meningkat, masih ada kesulitan, ketidaknyamanan dan masalah yang harus
diselesaikan.
masalah di bidang
rekayasa genetika
Selama
produksi alga transgenik, peneliti seringkali mendapati masalah yaitu
konstruksi gen tidak terekspresi seperti yang diinginkan. Meskipun semua elemen
terpenuhi untuk transkrisi dan translasi telah masuk dan konstruksi
terintegrasi dalam genom. Gen silencing ini terjadi akibat methylation dan
menyebabkan efek perpindahan posisi dan epigenetic mechanisms. Ini seringkali
terjadi pada control dari pembenguanan dan respon dari sel kepada virus, elemen
transposable atau DNA asing lain atau penempatan DNA yang tidak alami.
Seringkali, screening jumlah transformasi pada transforman dengan ekspresi
tinggi mengatasi masalah ini.
Masalah
lain muncul ketika konstruksi DNA dengan heterologous asli digunakan. Satu poin
penting pada kontek ini adalah codon digunakan adalah tipikal dari hamper semua
species. Ketika kodon umum dari DNA donor jarang didapati dalam organisme gen
target, ikatan tRNA akan melemah dan akan menurunkan level translasi dan
konsequensinya pada ekpresi rata-rata. Situasi ini akan lebih ekstrim ketika
kodon tidak sesuai pada semua spesies target. Salah satu strategi untuk
mengatasi masalah ini adalah melihat gen heterologous yang memiliki kodon
digunakan mirip dengan gen target organisme.
Problem
lain yang memungkinkan terjadi adalah alga secara umum dan alga transgenic yang
digambarkan dapat menghasilkan produk dan kandungan lain, pada aplikasi
komersial dari tipe liar masih tetap terbatas. Salah satu factor pembatasnya
pada pertumbuhan adalah cahaya.
Pada
satu sisi mikroalga tumbuh cepat pada densitas tinggi dalam photo-bioreactors
atau dalam tambak terbuka, disisi lain pembatasan densitas dalam budidaya
menghasilkan beberapa centimeter pertumbuhan pertama sel pertumbuhan. Untuk
mengatasi ini perlu dibuat special bioreactor yang menggunakan tanki dengan
pemutar. Alternative lain dengan menggunakan heterotropik alga dan penambahan
sumbstrat organic yang dibutuhkan. Strategi lainnya adalah mentransformasikan
photoautotrophic algae menjadi heterotrophic algae dengan mengintroduksi gen
untuk transportasi gula kedalam genom melalui genetic engineering.Selama
produksi alga transgenik, peneliti harus berjuang dengan masalah bahwa
konstruksi gen tidak dinyatakan sebagai yang diinginkan, meskipun semua elemen
yang diperlukan untuk transkripsi dan translasi telah dimasukkan dan konstruksi
diintegrasikan ke dalam genom. Gen ini terjadi misalnya melalui metilasi, dan
disebabkan oleh efek posisional dan mekanisme epigenetik. Hal ini sering
terkait dengan pengendalian pembangunan dan respon sel terhadap virus,
perpindahan unsur, atau DNA asing lainnya atau DNA tidak wajar ditempatkan
(Cerutti et al1997;. Wu-Scharf etal.2000). Seringkali, screeningke
nomer terbesar dari transforman untuk transforman dengan ekspresi yang tinggi
memecahkan masalah ini.
Kesulitan lain muncul ketika DNA
membangun dengan heterolog asli digunakan. Salah satu poin penting dalam
konteks ini adalah bias dalam penggunaan kodon yang khas untuk hampir setiap
spesies. Ketika kodon umum dari spesies DNA donor jarang ditemukan dalam gen
dari organisme target, kelimpahantRNA yang sesuai akan rendah dan ini akan
menguntungkan bagi terjemahan dan, sebagai akibatnya, untuk tingkat ekspresi.
Situasi ini adalah yang paling ekstrim ketika kodon tidak hadir sama sekali
dalam spesies sasaran. Salah satu strategi untuk mengatasi masalah ini adalah
untuk mencari gen heterolog yang telah memiliki kodon yang mirip dengan gen
dari organisme sasaran. Dengan cara ini, misalnya,genStreptoalloteichus hindustanusbleyang diidentifikasi sebagai
penanda terpilih berguna untuk transformasi Chlamydomonas
reinhardtii (Stevens etal.1996)
dan Volvox carteri (Hallmann dan
Rappel 1999). Strategi lain untuk mengelola masalah ini adalah untuk
benar-benar kembali mensintesis gen heterolog dengan mengikuti penggunaan kodon
dari spesies sasaran. Dengan cara ini genAequoreavictoria
GFP dan gen Renillareniformis luc telah
dikonversi menjadi gen reporter ideal untuk berekspresi di Chlamydomonas reinhardtii (Fuhrmann etal.1999, 2004).
Intron menimbulkan kesulitan lain untuk
transgenesis. Gen heterolog harus tidak mengandung intron mereka sendiri karena
mereka kemungkinan besar tidak akan disambung dengan benar; cDNA harus
digunakan. Namun, gen tanpa intron sering buruk disajikan. Masalah ini dapat
diatasi dengan memperkenalkan intron homolog ke wilayah coding heterolog. Kegunaan
gen chimeric seperti telah ditunjukkan, misalnya, dalam Chlamydomonas reinhardtii (Lumbreras etal.1998) dan Volvox carteri
(Hallmann dan Rappel 1999).
Masalah juga timbul dari heterolog yang
mengapit urutan, khususnya, promotor. Bahkan jika beberapaheterolog,
promotor seperti CaMV35S dan promotor
SV40 (lihat di atas), telah dibuktikan dapat bekerja di beberapa spesies,
adanya pengenalan yang memadai di daerah promoter heterolog dan kurangnya
regulasi yang memadai adalah kasus normal; juga, heterolog 3 'daerah belum
diterjemahkan dapat menyebabkan salah polyadenylation dan juga dapat
mempengaruhi regulasi. Akibatnya, urutan pengapitan harus berasal dari spesies
sasaran, jika bisa didapat.
Masalah lain telah dilaporkan mengenai
pengiriman DNA, kegagalan untuk mengintegrasikan ke dalam genom, atau
transportasi yang tidak benar dalam kloroplas atau melalui membran plasma ke
dalam kompartemen ekstraseluler. Masalah
Ini dan yang disebutkan dalam subbagian di atas
tidak spesifik untuk alga karena juga diketahui terjadi dengan tanaman
atau eukariota lainnya.
Sejauh ini, Chlamydomonas reinhardtii adalah satu-satunya alga yang dilaporkan
secara sempurna sebagai alat molekuler yang memungkinkan untuk rekayasa
genetika yang komprehensif. Beberapa spesies lain memenuhi sebagian persyaratan
untuk manipulasi gen, tetapi mereka harus sehubungan dengan satu atau lebih
titik, seperti sequencing dan notasi genom, ketersediaan alat molekul atau
prosedur transformasi (lihat di atas). Tingkat aksesibilitas dari spesies yang
diberikan untuk manipulasi gen kasar berkorelasi dengan jumlah kelompok kerja
dengan spesies tertentu, sehingga tampaknya tidak menjadi masalah. Jelas banyak
pekerjaan yang diperlukan untuk mendorong transgenik alga, terutama pada
beberapa spesies organisme model dalam penelitian dasar dan pada mereka yang
sangat menarik untuk industri.
Masalah di bidang
bioteknologi
Meskipun alga secara umum dan transgenik alga khususnya
menggambarkan sumber yang menjanjikan untuk produk berekspresi dan senyawa
lain, aplikasi komersial tipe alga liarmasih terbatas (Borowitzka 1999) dan
alga transgenik masih dalam masa perkembangan.
Salah satu faktor pembatas untuk
pertumbuhan adalah cahaya. Di satu sisi hal ini menguntungkan bahwa (mikro)
ganggang tumbuh dalam kepadatan tinggi dalam foto-bioreaktor atau bahkan sistem
kolam terbuka, disisi lain lampumenjadi pembatas dalam kultur.Di beberapa
sentimeter pertama dan ini membatasi pertumbuhan sel. Salah satu strategi untuk
memecahkan masalah tersebut adalah pengembangan bioreaktor khusus (Morita etal.2002), penggunaan stirred tank,
atau kolam dangkal. Sebuah pendekatan alternatif adalah penggunaan ganggang
heterotrofik dan penambahan substrat organik yang diperlukan. Strategi lain
adalah untuk mengubah alga fotoautotropik ganggang heterotrofik dengan
memperkenalkan gen untuk transporter gula ke dalam genom mereka dengan rekayasa
genetika. Ini sudah dicapai dalam Volvox
carteri (Hallmann dan Sumper 1996) dan Phaeodactylum
tricornutum (Zaslavskaia etal.2001).
Diatom Phaeodactylum tricornutum tumbuh
dengan heterotrophik bahkan dalam gelap dengan glukosa sebagai sumber karbon
saja (Zaslavskaia etal.2001).
Kultur alga dalam bioreaktor biasanya
axenic, tetapi volume kultur terbatas dan sterilisasi cukup mahal. Ketika
produksi skala besar dilakukan dalam sistem kolam terbuka, starter kulturbesar
tumbuh di kolam tertutup foto-bioreaktor diperlukan untuk menghindari over
spesies oleh spesies lain dalam sistem kolam terbuka yang tidak steril (Walker etal.2005b). Atau, sistem kultur tertutup
besar harus dikembangkan yang kemungkinan besar akan sangat mahal.
Khususnya, sistem kolam terbuka juga
membutuhkan pengembangan strategi untuk mengurangi probabilitas dan dampak dari
aliran gen antara alga transgenik dan kerabat liar mereka. Kemungkinan bahwa
alga berubah akan selamat dan bahwa transgen akan menyebar di lingkungan
tergantung pada potensi dampak kekebalan imun, yang dapat dikontrol sampai
batas tertentu oleh insinyur genetik.
terakhir, panen alga dari kolam terbuka
masih tidak effisien dan mahal. Jadi, jelas banyak pekerjaan yang diperlukan
untuk mengoptimalkan bioteknologi alga untuk penggunaan komersial yang luas.
PENERIMAAN PUBLIK
DAN KEAMANAN HAYATI DARI transgenik
Tujuan
dari kedua (alga) transgenik dan pemuliaan tradisional adalah untuk
meningkatkan karakteristik genetikdari spesies tertentu, sehingga organisme
yang dihasilkan memiliki, sifat baruyang diinginkan. Perbedaan mendasar antara
teknik ini adalah bagaimana tujuan ini tercapai. Sebenarnya, penilaian keamanan
hayati dan perhatian publik harus fokus pada sifat-sifat yang efektif dari
organisme yang dimodifikasi dan bukan pada proses yang diproduksi; tapi
penerimaan publik transgenik jauh lebih rendah dari pemuliaan tradisional,
terlepas dari kualitas dan keparahan dari perubahan yang disebabkan dalam genom
dari organisme yang bersangkutan.
Sejak perusahaan komersial menjual
ganggang atau produk alga dari tipe organisme liar, tidak ada pelanggaran umum
yang nyata terhadap transgenik alga sejauh ini. Tapi kemungkinan besar, segera
setelah perusahaan komersial mencoba untuk mulai menggunakan ganggang
transgenik dalam produk pangan atau pakan, oposisi terhadap ganggang transgenik
akan sama seperti saat melawan tanaman transgenik (Dale 1999). -Isu terkait
kesehatan mungkinmenjadi kekhawatiran tentang meningkatnya kadar senyawa alga
beracun, produksi alergen, dan masalah pencernaan. -Isu terkait lingkungan
mungkin menjadi kekhawatiran tentang transfer gen baru dari satu jenis ganggang
yang lain, terutama dalam sistem air lebih atau kurang terbuka, evolusi strain
baru di alam liar, dan dampak pada spesies nontarget termasuk manusia. Selain
itu, sebagian besar kelompok yang mengajukan keberatan terhadap tanaman
transgenik atau hewan karena masalah agama atau etika juga akan bertentangan
dengan bioteknologi menggunakan alga transgenik. Mungkin, hanya produksi bahan
kimia yang bermanfaat dari ganggang transgenik dalam sistem tertutup untuk
digunakan dalam obat-obatan akan menghadapi perlawanan agak kurang umum.
Namun, masalah faktatak terlihat, tidak
ada bukti yang menunjukkan produk saat ini dari organisme transgenik di pasar
yang tidak aman. Lebih dari 1.000 makanan transgenik yang berbeda yang dijual
hanya di supermarket AS, tapi tidak ada kasus yang berkaitan dengan alergi
makanan atau masalah lain dengan transgenik telah dilaporkan. Juga, kemungkinan
resiko aliran gen tampaknya jauh lebih rendah dari perkiraan sebelumnya; selain
itu, risiko aliran gen melalui organisme rekayasa genetika modern sama dengan
organisme dimodifikasi oleh pemuliaan konvensional. Sebuah prasyarat dasar bagi
penerimaan publik pemanfaatan bioteknologi alga transgenik akan efisiensi dan
kredibilitas pengujian sesuai dan peraturan sistemuntuk organisme transgenik.
Untungnya, banyak lembaga nasional dan internasional sudah dibangun kerangka
peraturan yang bertanggung jawab untuk mengatur dan memonitor tanaman
transgenik yang lebih tinggi dan hewan. Jadi, akan ada masalah besar untuk
memasukkan alga transgenik dalam sistem yang ada ini. Berdasarkan pengalaman dengan
tanaman transgenik dan hewan, alga transgenik atau produk dari transgenik yang
lulus pengujian sesuai dan sistem pengaturan tidak akan membahayakan kesehatan
atau berisiko bagi lingkungan.
PEMANFAATAN
ALGAE PADA MASA DEPAN
Dimasa
mendatang, dengan adanya alga transgenic dapat dimanfaatkan dalam berbagai hal
untuk menunjang kehidupan manusia. Diantaranya sebagai bioenergi yang mudah
dibudidayakan sehingga mampu menggantikan ketergantungan terhadap energi dari
fosil. Alga juga dapat dimanfaatkan untuk bioremediasi perairan dan tanah yang
semakin hari semakin banyak tercemar, sehingga dapat mengembalikan kondisi
optimum dari perairan dan tanah.
Pemanfaatan alga sebagai sumber nutrisi baik sebagai makanan atau suplemen memberikan peluang untuk molecular farming. Dimana dibudidayajan alga di tambak baik makroalga maupun mikroalga secara besar-besaran untuk memenuhi kebutuhan manusia yang selalu meningkat. Mikroalga yang dikultur dapat pula dimanfaatkan sebagai bahan antiinsektida yang dapat menggantikan insektisida non organic yang selama ini digunakan dan dapat mencemarkan lingkungan.
Pemanfaatan alga sebagai sumber nutrisi baik sebagai makanan atau suplemen memberikan peluang untuk molecular farming. Dimana dibudidayajan alga di tambak baik makroalga maupun mikroalga secara besar-besaran untuk memenuhi kebutuhan manusia yang selalu meningkat. Mikroalga yang dikultur dapat pula dimanfaatkan sebagai bahan antiinsektida yang dapat menggantikan insektisida non organic yang selama ini digunakan dan dapat mencemarkan lingkungan.
Seperti
hampir semua teknologi baru, transgenik alga dan bioteknologi juga menghadapi
beberapa tantangan dan masalah seperti yang dibahas di atas. Namun,
masalah-masalah potensial harus diminimalkan sebagai teknologi berkembang.
Dalam konteks ini mungkin mendorong untuk insinyur genetik alga untuk mengingat
situasi di tahun 1995, ketika pertama kali ditanam secara komersial tanaman
transgenik, tetapi tidak banyak orang yang pada waktu itu mampu membayangkan
bahwa akan ada 70 juta acres transgenik tanaman di Amerika Serikat hanya empat
tahun kemudian.
Alga telah digunakan dalam aplikasi di
berbagai bidang termasuk gizi, kultur, produksi bahan kimia dan obat-obatan,
seperti yang dibahas di bagian "Pemanfaatan ganggang - situasi
sekarang". Sebagian besar daerahmemiliki kapasitas potensial untuk
memiliki keuntungan dan memperluas melalui calon penggunaan organisme
transgenik yang telah dioptimalkan. Tapi transgenik alga dan bioteknologi
algajuga membuka pintu untuk daerah baru yang menarik dan dengan demikian
menjanjikan bidang yang lebih luas dari aplikasi seperti diuraikan di bawah.
Teknologi Bioenergi.
Melalui
deplesi bahan bakar fosil menyebabkan
meningkatnya polusi udara dan pemanasan global. Sumber energi alternatif
telah menjadi bagian penting. Alga dapat dimanfaatkan sebagai alternatif
tersebut, dan terlebih lagi, sebagai sumber energi terbarukan. Salah satu cara
adalah dengan menggunakan biomassa makroalga untuk menghasilkan metana sebagai
bahan bakar (seperti dibahas di atas). Karena produktivitas tinggi dan
akumulasi minyak, biomassa dari diatom mungkin merupakan sumber masa depan
untuk bahan bakar (Pulz dan Gross 2004). Cara lain yang paling menjanjikan
adalah dengan menggunakan alga untuk menghasilkan hidrogen. Selama
bertahun-tahun, manfaat hidrogen sebagai pembawa energi telah terkenal.
Hidrogen menghasilkan energi ketika baik dibakar atau digunakan dengan
teknologi bahan bakar sel. Banyak mikroorganisme prokariotik dan eukariotik
fotosintetik memiliki kemampuan berevolusi untuk mengurangi proton hidrogen
selama penyerapan cahaya oleh aparat fotosintesis. Beberapa proyek yang saat
ini sedang berlangsung untuk mengoptimalkan salah satu spesies ini, hijau
organisme model Chlamydomonasreinhardtii,
dengan teknologi gen dan cara lain, untuk produksi hidrogen yang efisien.
Strategi yang diterapkan termasuk penipisan dan kultur dengan sulfur, screens
untuk mutan dengan peningkatan produksi hidrogen, modifikasi genetik dari
kompleks antena dangan pemanenan cahaya, kelebihan dari proton dan elektron,
dan optimalisasi enzim hydrogenase (Melis et
al2000;. Kruse et al.2005;.
Prince dan Kheshgi 2005) Chlamydomonas
reinhardtii telah terbukti untuk menghasilkan 10 mol (20 g) H2 per m2
wilayah kultur per hari (Melis dan Happe 2001). Jika hasil yang tinggi tersebut
dapat juga dicapai dalam produksi skala besar, ini akan menjadi cara yang
sangat efektif untuk menghasilkan hidrogen sebagai sumber energi terbarukan.
Bioremediasi air dan tanah,
Timbal kadmium, dan merkuri adalah polusi logam
berat air dan tanah yang paling sering ditemukan. Proses industri, termasuk
manufaktur plastik, elektroplating, produksibaterai Ni-Cd, pertambangan dan
peleburan industri, terus melepaskan sejumlah besar logam berat ke lingkungan.
Sebuah cara progresif untuk kembali lingkungan diubah oleh kontaminan ke
kondisi aslinya adalah menggunakan (mikro) organisme, proses yang dikenal
sebagai bioremediasi. Ganggang siap mengambil logam berat seperti cadmium dari
lingkungan dan kemudian menginduksi respon logam berat, yang meliputi
faktorproduksi dalam mengikat logam berat dan protein. Namun, tingkat logam
berat yang lebih tinggi menghambat proses utama lainnya (misalnya fotosintesis,
pertumbuhan) dan akhirnya membunuh sel-sel.
Alga hijau liarChlamydomonas reinhardtiidapat mentolerir jumlah yang patut dicatat
dari kadmium dengan reproduksi yang cepat,tetapi diubah secara genetik Chlamydomonas,dengan ekspresi heterologousmothbean padagenP5CS, tumbuh dengan konsentrasi
logam berat yang jauh lebih tinggi. Ekspresi genP5CS, yang mengkatalisis
pertama kali yang didedikasikan dalam sintesis prolin, dalam hasil sel rekayasa
genetika di tingkat prolin bebas 80% lebih tinggi dan peningkatan empat kali
lipat dalam kapasitas mengikatkadmium yangrelatif terhadap sel-tipe liar.
Selain itu, ekspresi hasil gen ini dalam pertumbuhan yang cepat pada
konsentrasi cadmium dinyatakan dapat mematikan (Siripornadulsil etal.2002). Salah satu alasannya adalah
bahwa prolin mengurangi stress logam berat terhadap sel dengan detoksifikasi
radikal bebas yang dihasilkan sebagai akibat dari keracunan logam berat.
Terutama karena pendekatan ini tampaknya mudah ditransfer ke ganggang lainnya,
generasitransgenik Chlamydomonasini
adalah langkah signifikan terhadap penggunaan ganggang untuk remediasi lokasi
yang terkontaminasi.
Penanaman Molekuler
Ide
penanaman molekuler (juga disebut pharming molekul, biopharming atau gen
pharming) di (mikro) alga adalah untuk menghasilkan biomolekul berharga untuk
obat atau industri yang sulit atau bahkan tidak mungkin untuk menghasilkan cara
lain, atau yang membutuhkan biaya produksi yang sangat tinggi dengan sistem
lain.
Salah satu bidang kegiatan dalam hal
ini adalah produksi skala besar antibodi dalam sistem alga. Ekspresi sukses dan
perakitan IgA antibodi monoklonal rekombinan manusiatelah dibuktikan untuk Chlamydomonas reinhardtii (Mayfield etal.2003). Mencapai ekspresi tinggi
dalam alga transgenik dan penyederhanaanantibodi pemurnianyang diperlukan untuk
optimalisasi kodon dari gen yang sesuai dan fusi dari IgA rantai berat ke
wilayah variabel dari rantai cahaya dengan rekayasa genetika menggunakan linker
fleksibel. Dengan cara ini, produksi antibodi dapat menjadi tidak hanya jauh
lebih nyaman, tetapi juga jauh lebih murah daripada ekspresi dengan sistem
lain. Selain itu, ekspresi di suatu organisme tanpa sistem kekebalan
memungkinkan ekspresi antibodi yang tidak akan mengganggu sistem kekebalan
tubuh dari hewan inang yang digunakan dalam produksi antibodi konvensional.
Alga juga telah menunjukkan kesesuaian
untuk mensintesis vaksin. Dalam hal ini, ekspresi stabil dari antigenpermukaan
gen heaptitis B telah ditunjukkan di Dunaliellasalina
(Sayre et al,2001;. Geng et alSun et al2003;..2003). Sejak Dunaliella
jika tidak digunakan untuk gizi, tidak ada kebutuhan untuk pemurnian
antigen, sehingga ganggang utuh dapat digunakan untuk memberikan vaksin .
Sebuah proyek lebih bertujuan penerapan antigen memproduksi alga dalam industri
ikan. Hal ini dimaksudkan untuk menggunakan antigen alga-diproduksi untuk
vaksinasi ikan terhadap virus nekrosis hematopoietik (IHNV) yang menyebabkan
penyakit menular yang membunuh 30% dari populasi ikan AS setiap tahun;
vaksinasi diwujudkan hanya dengan memberi makan ikan dengan ganggang (Banicki
2004).
Mikroalga juga telah terbukti berguna
untuk mengekspresikan protein insektisida. Karena algahijau Chlorella adalah salah satu makanan yang
mungkin untuk jentik nyamuk, hormon nyamuk tripsin-modulasi faktor oostatic
(TMOF) heterologouslytelah dinyatakan dalam Chlorella.TMOF
menyebabkan penghentian biosintesis tripsin dalam usus nyamuk. Setelah makan
larva nyamuk denganrekombinan ini Chlorella
sellarva mati dalam waktu 72 jam (Borovsky 2003). Karena penyakit seperti
malaria, demam berdarah dan barat demam Nil ditularkan melalui nyamuk, nyamuk
pengurangan merupakan persyaratan mahal di negara-negara tropis. Penggunaan
ganggang transgenik tersebut mungkin menjadi alternatif yang jauh lebih murah.
Pemanfaatan alga sebagai sistem
ekspresi tidak terbatas pada antibodi, antigen, atau protein insektisida.
Terutama, Chlamydomonas reinhardtii menawarkan
umum, alternatif yang menarik untuk sistem ekspresi berbasis mamalia
tradisional tapi mahal (Franklin dan Mayfield 2004). Juga, ekspresi protein
yang membahayakan sel-sel mamalia pada prinsip, atau setidaknya pada
konsentrasi yang lebih tinggi, harus layak dalam sistem alga hijau sangat jauh
terkait. Namun demikian, Chlamydomonas efek
modifikasi posttranslational umum seperti glikosilasi protein disekresikan,
sebuah isu yang tidak atau tidak memuaskan dicapai dengan sistem ekspresi umum
bakteri atau jamur. Di antara poin lainnya, karakteristik ini membuat Chlamydomonas reinhardtii sistem yang
menarik untuk ekspresi protein terapeutik manusia ekstraseluler.
Untuk eksploitasi bioteknologi lanjut
dari alga, beberapa peneliti melakukan skrining ekstrak dari banyak spesies
alga untuk menemukan komponen organik yang efektif seperti metabolit sekunder
(Kopecky et al., 2000;. Lubian et
al., 2000),
biomolekul antijamur atau antibakteri (Piccardi etal.2000), racun alga (Piccardi etal.2000), atau bahan aktif farmasi sebagai calon obat (Skulberg
2000). Selain itu, senyawa dari metabolisme primer seperti polisakarida (Molton
et al1980;. Arad De Philippis et al,1999;. Protein Molton et al(.1980), dan asam lemak (Molton et al2001).,1980; Guil-Guerrero etal.2004) sedang dicari dan dievaluasi
untuk pemanfaatan farmasi potensial. Senyawa yang menarik diidentifikasi tidak
hanya bisa digunakan terhadap mereka, tapi, di luar itu, mereka dapat
dimodifikasi dengan menambahkan atau mengubah kelompok fungsional untuk
mengubah atau meningkatkan bioaktivitas mereka untuk menghasilkan obat-obatan
baru. Metode klasik digunakan pada bahan kimia ini. Tapi secara umum organisme
transgenik di dalam spesies seperti Chlamydomonas
juga memberikan kesempatan untuk secara genetik mengubah ganggang dengan
menggunakan gen heterolog sedemikian rupa sehingga mereka menghasilkan
modifikasi in vivo.
PENUTUP
Memerlukan
banyak dasar penelitian yang harus dilakukan saat akan melakukan penelitian
tentang alga transgenik dan bioteknologi alga. Sifat sifat fisiologi,
morfologi, biokimia dan karakteristik mlekuler dari alga sangat berbeda dengan
tanaman dan hewan tingkat tinggi. Alga bisa memenuhi beberapa kriteria yang
tidak dimiliki hewan dan tumbuhan lainnya. Ini merupakan satu alasan mengapa
alga menjadi bahan yang dimanfaatkan dalam bidang ekonomi,industri, dan
farmasi. Peluang untuk menciptakan alga transgenik sedang gencar gencarnya
diteliti. Spesies dengan tingkat pertumbuhan yang tinggi seperti Clamydomonas
yang dapat dikultur dalam bioreaktor sudah dimanfaatkan beberapa perusahaan
bioteknologi dalam penggunaan alga transgenik. Modifikasi genetik yang
meningkatkan sifat fisiologis dan tingkat produksi yang optimal dari strain
alga menjadi potensi teknologi yang menguntungkan dimasa depan.
