Bioteknologi Laut: Hasil Alami Dan Aplikasinya

Bioteknologi Laut: Hasil Alami Dan Aplikasinya – Bioteknologi kelautan (atau biru) mencakup aplikasi alat bioteknologi pada sumber daya laut. Bioteknologi kelautan meliputi upaya-upaya yang melibatkan sumber daya kelautan dunia, baik sebagai sumber maupun sasaran aplikasi bioteknologi.

Bioteknologi Laut: Hasil Alami Dan Aplikasinya

marinescienceandtechnology – Bioteknologi adalah penerapan ilmu pengetahuan dan teknologi pada organisme hidup, serta bagian-bagiannya, produk dan modelnya, untuk mengubah bahan hidup atau tidak hidup untuk produksi pengetahuan, barang dan jasa’.

Melansir aquafind. Dalam kasus bioteknologi laut, organisme hidup berasal dari sumber laut. Bioteknologi didefinisikan sebagai penggunaan industri organisme hidup atau teknik biologis yang dikembangkan melalui penelitian dasar; bioteknologi kelautan adalah disiplin yang muncul berdasarkan penggunaan sumber daya alam laut.

Baca juga : Apa itu Biologi Kelautan?

Lautan mencakup sekitar 71% permukaan planet kita, tetapi lebih dari 99% biosfer (karena organisme ditemukan di seluruh kolom air), dan lautan mewakili suhu, cahaya, dan tekanan ekstrem terbesar yang dihadapi kehidupan. Adaptasi terhadap lingkungan yang keras ini telah menghasilkan keanekaragaman hayati dan genetik laut yang kaya dengan aplikasi bioteknologi potensial yang terkait dengan penemuan obat, perbaikan lingkungan, peningkatan pasokan dan keamanan makanan laut, dan pengembangan sumber daya baru dan proses industri.

Penemuan obat merupakan salah satu hasil yang paling menjanjikan dan sangat terlihat dari penelitian bioteknologi kelautan. Biokimia yang dihasilkan oleh invertebrata laut, alga dan bakteri, sangat berbeda dari organisme darat terkait dan dengan demikian menawarkan potensi besar sebagai obat kelas baru. Sampai saat ini, contoh obat yang berasal dari laut termasuk antibiotik dari jamur, dua senyawa terkait erat dari spons yang mengobati kanker dan virus herpes, dan neurotoksin dari siput yang memiliki sifat penghilang rasa sakit yang membuatnya 10.000 kali lebih kuat daripada morfin tanpa obat. efek sampingnya.

Namun, ada beberapa senyawa turunan laut yang saat ini sedang dalam uji klinis dan kemungkinan akan lebih banyak lagi yang akan maju ke klinik karena lebih banyak ilmuwan melihat ke laut untuk penggunaan bioteknologi ini. Selain obat-obatan baru, kegunaan lain dari senyawa turunan laut meliputi: kosmetik (senyawa alga, krustasea, dan kipas laut), suplemen nutrisi (senyawa alga dan ikan), tulang buatan (karang), dan aplikasi industri (senyawa fluoresen dari ubur-ubur, lem baru dari kerang, dan enzim tahan panas dari bakteri laut dalam).

Bioteknologi kelautan dapat mencakup teknik seperti bioproses, bioharvesting, bioprospecting, bioremediasi, menggunakan bioreaktor dll (disebut teknik bioteknologi proses); budidaya/perikanan; gen, protein, atau teknik berbasis molekul lainnya; sementara aplikasi dapat mencakup: kesehatan, makanan, kosmetik, akuakultur & pertanian, perikanan, manufaktur, remediasi lingkungan, biofilm dan korosi, biomaterial, alat penelitian, dll.

Oleh karena itu, bioteknologi kelautan memiliki cakupan horizontal yang mencakup aplikasi yang sangat berbeda, untuk semuanya lingkungan laut menyediakan sumber daya. Ini berarti segalanya, mulai dari mendapatkan pengobatan kanker baru dari spons laut dalam hingga mengembangkan sistem pelampung inovatif untuk memantau polusi laut. Seperti bidang bioteknologi yang lebih luas, bioteknologi kelautan (marine biotech atau MBT) dapat mengambil bentuk yang sangat tradisional, seperti budidaya rumput laut lokal, dan bentuk teknologi tinggi. Berbagai alat genomik, misalnya, sekarang sedang diterapkan untuk tujuan seperti menentukan secara tepat bagaimana senyawa yang menjanjikan yang berasal dari organisme laut membunuh sel kanker. Aplikasi komersial bioteknologi laut termasuk bio-prospecting, meningkatkan produksi organisme laut, produksi produk baru, khususnya produk makanan dan pakan serta diagnostik dan biosensor.

Bioprospecting mencakup penggunaan bioteknologi dalam keseluruhan proses pengembangan obat/molekul, yaitu penyaringan, identifikasi, uji efikasi, uji keamanan, produksi komersial skala besar. Produk alam bioaktif adalah metabolit sekunder yang dihasilkan oleh organisme yang hidup di laut. Produk-produk ini telah mendapat perhatian yang meningkat dari ahli kimia dan farmakologis selama dua dekade terakhir. Produk-produk ini telah dimanfaatkan untuk berbagai tujuan termasuk digunakan sebagai makanan, wewangian, pigmen, insektisida dan obat-obatan. Melalui metode penyaringan biologis yang ditingkatkan, peran produk-produk ini dalam penemuan obat telah sangat meningkat dalam beberapa tahun terakhir. Produk-produk ini menunjukkan susunan menarik dari struktur kimia yang beragam dan baru dengan aktivitas biologis yang kuat.

Penelitian sifat farmakologis produk alam laut telah menghasilkan penemuan banyak senyawa yang dianggap layak untuk aplikasi klinis. Ada potensi besar dalam bioprospeksi dari laut dan penelitian produk alam laut baru saja mulai berkembang. Saat ini, sumber laut memiliki probabilitas tertinggi menghasilkan produk alami dengan kerangka karbon yang belum pernah ada sebelumnya dan aktivitas biologis yang menarik. Banyak lagi prospek mengenai habitat baru misalnya sampel laut dalam dan sistem simbiosis masih terbuka lebar untuk penelitian.

Bioprospeksi

Ini adalah penyaringan throughput tinggi untuk senyawa baru, terutama obat-obatan (kegunaan lain termasuk dalam bahan makanan, nutraceuticals, perekat, cat, kosmetik, perbaikan lingkungan, penelitian dll). Ini mencakup penggunaan bioteknologi dalam proses pengembangan obat/molekul secara keseluruhan, yaitu penyaringan, identifikasi, pengujian kemanjuran, pengujian keamanan, produksi komersial skala besar. Secara tradisional hanya 1 dari 10.000-20.000 molekul yang diekstraksi dari mikro-organisme terestrial, tumbuhan atau hewan yang akhirnya mencapai pasar, yang mungkin memakan waktu 10-15 tahun dan menghabiskan biaya hingga $800m12,13.

Hal ini mengakibatkan kelompok farmasi besar meninggalkan pencarian mereka untuk obat baru yang berasal dari bahan alami. Bukti kerumitan dalam proses ini adalah saluran pipa perusahaan farmasi yang relatif kosong. Namun, biota laut memberikan peluang yang lebih baik untuk bertemu dengan kandidat yang berhasil mengingat keanekaragaman hayati yang besar, kurangnya pengetahuan saat ini, dan lingkungan yang ekstrem. Ara-C dan Ara-A (perkiraan tahunan senilai $50-100 juta) obat dikembangkan dari spons di awal 50-an dan terbukti menjadi kisah sukses komersial. Agen anti-kanker dari organisme laut diperkirakan bernilai $1 miliar per tahun.

Contoh bagus lainnya termasuk Vent-DNA polymerase yang digunakan sebagai konstituen dasar dalam Polymerase Chain Reaction (PCR). Bioprospecting diterapkan pada semua filum hewan dan tumbuhan yang hidup di ekosistem dangkal maupun di dasar laut dalam. Keuntungan dari yang pertama termasuk kompleksitas teknis yang lebih sedikit dan kelayakan ekonomi yang lebih baik sedangkan untuk yang terakhir basis sumber daya alam yang lebih besar dan mungkin lebih menarik. Secara umum, diperkirakan bahwa laju penemuan spesies dan produk baru yang berpotensi berguna untuk farmakologi lebih tinggi untuk kelautan dan mikroba daripada organisme darat.

Bioprospecting kelautan: Menambang potensi sumber daya laut yang belum dimanfaatkan

Dibandingkan dengan tingkat representasi yang tinggi dari bioproduk turunan terestrial, jumlah produk alami laut yang telah ditemukan di rumah sakit, klinik dan apotek sejauh ini kecil. Ini lebih berkaitan dengan perkembangan relatif lapangan (dibandingkan dengan bioprospeksi terestrial) daripada kurangnya potensi untuk penemuan. Faktanya, produk alami yang diisolasi dari sumber laut cenderung lebih bioaktif daripada produk terestrial. Ini sebagian karena mereka harus mempertahankan potensinya meskipun terjadi pengenceran di air laut sekitarnya agar efektif dalam “perang kimia” yang memungkinkan organisme seperti spons untuk menangkal calon pemangsa dan hewan yang mungkin mencoba untuk tumbuh dan mencekik mereka. Meskipun sedikit perhatian diberikan pada produk alami laut secara historis, ada produk bio yang berasal dari laut yang tersedia secara komersial, termasuk:

Keluarga obat antivirus, termasuk Aids pengobatan AZT, berdasarkan sekelompok senyawa (arabinosida) yang diekstraksi dari spons Tethya crypta lebih dari 40 tahun yang lalu. Kisah sukses dari gelombang pertama biomedis kelautan ini mewakili pasar tahunan lebih dari $50 juta.

Pseudoterigorgia elisabethae anti-inflamasi dan analgesik diisolasi dari karang lunak Bahama (Pseudoterigorgia elisabethae). Hal ini menyebabkan pengembangan bioproduk yang sekarang digunakan di lini perawatan kulit dan kosmetik Estee Lauder dan saat ini bernilai $3-4 juta per tahun.

Zikonitida, yang dikenal dengan nama dagang Prialt adalah bentuk sintetis dari senyawa yang diekstraksi dari racun siput kerucut tropis pemangsa (Conus spp.). Prialt telah disetujui oleh FDA pada akhir tahun 2004 sebagai pengobatan untuk kasus nyeri kronis yang parah pada pasien dengan kondisi seperti kanker dan AIDS. Hasil klinis saat ini menunjukkan bahwa Prialt adalah alternatif obat yang kuat dan tidak membuat ketagihan seperti morfin

Yang mudah diabaikan dalam kisah sukses adalah kesulitan teknis dalam mengumpulkan dan memproses beragam organisme laut, menyaring mereka untuk bioaktivitas, mengisolasi dan mengidentifikasi produk alami, mengamankan sumber produk yang berkelanjutan, dan berbagai rintangan lain di jalan menuju pengembangan bioproduk yang berpotensi menguntungkan. .

Ada biaya besar yang terkait dengan setiap tahap usaha. Selain itu, bahkan ketika tidak ada biaya yang dihemat, dan bahkan jika peneliti terbaik dan tercerdas sedang bekerja, tidak pernah ada jaminan bahwa upaya itu akan berhasil, tetapi potensi hasil yang besar, tidak hanya secara finansial melalui potensi penjualan komersial tetapi juga di tingkat manusia dalam kehidupan yang berpotensi diselamatkan atau ditingkatkan, membuat bidang ini terus bergerak maju.

Bioprospeksi laut sering digunakan untuk menggambarkan proses pengumpulan biota laut untuk penyaringan produk alami. Tentu saja, investigasi MBT biomedis biasanya dilakukan oleh lembaga penelitian besar dan konsorsium dan bukan individu swasta, jadi ketika memimpin obat tidak ‘berhasil,’ kehancuran keuangan pribadi biasanya tidak hasilnya. Namun, fakta bahwa hanya segelintir dari 10.000 atau lebih senyawa kimia baru yang sejauh ini diisolasi dari organisme laut telah berhasil masuk ke jalur penemuan obat mengatakan sesuatu tentang kemungkinan satu senyawa yang pernah sampai ke pasar obat.

Selain itu, dari senyawa yang masuk ke jalur pengembangan klinis, sejumlah besar akhirnya dibuang ke boneyard biomedis. Sebagai indikasi investasi yang terlibat dalam bioprospeksi laut, pertimbangkan bahwa UN Atlas of the Oceans melaporkan bahwa Jepang sendiri menghabiskan hampir $1 miliar untuk upaya semacam itu. Dari angka yang cukup besar ini, 80% didanai melalui sektor swasta.

Akuisisi Spesimen

Kelompok penelitian produk alami bioteknologi laut ‘khas’ akan memiliki tujuan penelitian yang berpusat pada salah satu dan/atau semua hal berikut:

  • Kumpulan organisme laut dengan bioaktivitas yang menjanjikan atau belum dipelajari
  • Deteksi bioaktivitas
  • Isolasi dan identifikasi senyawa bioaktif
  • Evaluasi potensi farmasi atau senyawa baru lainnya

Pengumpulan organisme laut memungkinkan penilaian potensi biomedis atau bioteknologi mereka. Tahap pengumpulan (prospek) penelitian, menurut definisi, merupakan upaya berbasis lapangan. Tahap penilaian bioteknologi lanjutan kemudian dilakukan kembali di laboratorium dalam beberapa hari, minggu, bulan, dan bahkan tahun setelah pengumpulan awal.

Teknik pengumpulan meliputi:

Snorkel dan SCUBA tradisional

Pengumpulan berbasis kapal melalui botol, jaring, pukat, dan bentik, kereta luncur, dan kapal keruk

Pengumpulan melalui ROV (Kendaraan yang Dioperasikan dari Jarak Jauh) dan AUV (Kendaraan Underwhater Otonom)

Koleksi berbasis kapal selam

Senyawa bioaktif penting dan aplikasinya :

Senyawa turunan moluska

Dolastatin

Dolastatin 10 dan dolastatin 15 diisolasi dari kelinci laut Samudera Hindia Dollabella auricularia. Molekul peptida linier kecil ini menjanjikan obat anti kanker yang menunjukkan potensi melawan kanker payudara dan hati, tumor padat dan beberapa leukemia. Penelitian praklinis menunjukkan potensi dalam sistem perakitan antineoplastik dan tubulin eksperimental. Dolastatin adalah inhibitor mitosis. Mereka mengganggu pembentukan tubulin dan dengan demikian mengganggu pembelahan sel dengan mitosis.