Ada dua kelompok asam lemak yang sering menarik perhatian ahli kesehatan karena sangat berhubungan dengan pertumbuhan bayi dan kesehatan tubuh manusia. Mereka adalah kelompok asam lemak omega-3 (ω3) dan omega-6 (ω6). Asam lemak yang tergolong ke dalam grup ω3 adalah yang memiliki ikatan rangkap pertama yang terletak pada atom karbon nomor tiga dihitung dari ujung metil (Gambar 1-A). Sebagai contoh untuk kelompok ini adalah asam linolenat (alpha-linolenic acid, LNA, 18:3ω3). Angka 18 pada 18:3ω3 menunjukkan jumlah atom karbon, angka 3 setelah titik dua menunjukkan jumlah ikatan rangkap, dan ω3 menunjukkan kelompok asam lemak omega-3.

Sementara itu, kelompok asam lemak yang memiliki ikatan ganda pertama yang terletak pada atom karbon nomor enam dihitung dari ujung metil digolongkan ke dalam grup ω6. Pada Gambar 1-B diperlihatkan salah satu contoh asam lemak ω6, yaitu asam linoleat (linoleic acid, LA, 18:2ω6) yang memiliki 18 atom karbon, 2 ikatan ganda, dan ikatan ganda pertama adalah terletak pada atom karbon nomor 6.



Asam lemak yang rantainya sangat panjang dan tidak jenuh yang biasa disebut highly unsaturated fatty acids (HUFA) paling menarik perhatian para ahli kesehatan. Dari sudut pandang ilmu gizi, asam ekosapentanoat (eicosapentaenoic acid, EPA, 20:5ω3) dan dokosaheksanoat (docosahexaenoic acid, DHA, 22:6ω3) yang tergolong dalam ω3 HUFA merupakan asam lemak yang sangat diperlukan oleh tubuh kita. Kedua asam lemak ini dilaporkan mampu mencegah timbulnya penyakit kardiovaskular, seperti diabetes dan tekanan darah tinggi.

Secara khusus, EPA dapat menurunkan jumlah platelet sehingga kekentalan darah menurun dan membuat aliran darah menjadi lebih baik. EPA juga dapat menurunkan kadar lemak pada pembuluh darah, sehingga mengkonsumsi EPA dalam jumlah yang cukup diduga dapat mencegah terjadinya penyakit ateroskelerosis (penumpukan lemak di pembuluh darah).

Sedangkan DHA berperan utama dalam perkembangan sistem syaraf dan dapat meningkatkan kemampuan memori dan daya pembelajaran dan berfungsi juga sebagai anti-alergi. Sementara itu, ω6 HUFA yang banyak berhubungan dengan kesehatan tubuh adalah asam arakidonat (arachidonic acid, AA, 20:4ω6). AA berfungsi sebagai prekursor senyawa-senyawa ekosanoid. Kebutuhan tubuh akan asam lemak AA biasanya dapat diperoleh dalam jumlah yang cukup dari makanan yang kita konsumsi, sehingga sangat jarang dilaporkan orang kekurangan asam lemak ini.

Secara teoritis, AA, EPA dan DHA bisa disintesa oleh tubuh manusia dengan mengkonversi LA untuk produksi AA, atau LNA untuk EPA/DHA melalui serangkaian proses desaturasi, elongasi dan beta-oksidasi (Gambar 2). Tetapi pada kenyataannya proses konversi asam lemak tersebut tidak efisien. Karena itu ahli gizi menyimpulkan bahwa HUFA sebaiknya terdapat di dalam makanan.



Sampai saat ini, sumber utama EPA/DHA adalah ikan laut atau seafood. Namun demikian, berdasarkan data terbaru diketahui bahwa stok ikan laut dunia semakin lama semakin menurun dan diperkirakan tidak akan lama lagi tidak bisa menopang kebutuhan penduduk dunia yang jumlahnya terus meningkat. Sementara itu, produksi ikan dari kegiatan budidaya terus meningkat dan diperkirakan bisa menggantikan ikan laut.

Disisi lain, karena beberapa jenis ikan budidaya dilaporkan mengandung bahan toksik, misal dioksin dengan kadar lebih tinggi daripada ikan alami, maka beberapa ahli nutrisi mempertanyakan manfaat makan ikan hasil budidaya. Bahan kimia tersebut diduga merupakan hasil akumulasi dari pakan ikan yang mengandung bahan toksik, dan minyak ikan diduga sebagai sumbernya. Selain itu, ikan budidaya juga sangat membutuhkan suplementasi EPA/DHA dalam bentuk minyak ikan ke dalam makanannya. Oleh karena itu, dibutuhkan jalan alternatif untuk memproduksi EPA/DHA yang tinggi dengan kandungan bahan kontaminan seminimal mungkin.

Salah satu sumber alternatif ω3 adalah minyak tumbuhan. Namun demikian, umumnya minyak tumbuhan hanya kaya asam lemak yang memiliki rantai karbon dengan 18 (C18), seperti asam lemak LNA dan LA. Karena itu, untuk menjadikan minyak tumbuhan sebagai sumber alternatif EPA/DHA, maka jalur metabolismenya harus dimodifikasi agar tumbuhan bisa memproduksinya.

Modifikasi jalur metabolisme dengan transfer gen

Seperti telah dijelaskan di atas bahwa minyak tumbuh-tumbuhan tidak mengandung ω3 HUFA seperti EPA dan DHA, hanya asam lemak LNA. Karena itu, kemampuan tumbuh-tumbuhan harus dimodifikasi agar bisa memproduksi EPA/DHA seperti halnya mikroalga dan ikan air tawar pada umumnya. Hal itu dapat dilakukan dengan cara memasukkan gen-gen pengkode enzim yang bekerja dalam biosintesa HUFA. Gen-gen tersebut bisa diisolasi dari berbagai jenis organisme seperti mikroalga, nematoda atau dari ikan air tawar.

Beberapa tahun terakhir ini, enzim-enzim yang dikodekan oleh gen yang terlibat dalam biosintesa asam lemak telah berhasil diisolasi. Enzim-enzim tersebut diperlihatkan pada Gambar 2, yang meliputi semua enzim mikrosomal desaturase, yaitu Δ6-, Δ5-, Δ4- dan jalur alternatif Δ8-desaturase. Semua gen desaturase ini mengandung sitokrom b5 di ujung aminonya. Hal ini berbeda dengan enzim desaturase pada tumbuhan tingkat tinggi. Desaturase berfungsi menyisipkan satu ikatan ganda pada atom karbon tertentu dan specifik; misal Δ6-desaturase menyisipkan ikatan ganda pada atom karbon nomor enam dihitung dari ujung karboksil. Gen desaturase telah berhasil diisolasi dari hewan, jamur, alga dan beberapa jenis tumbuh-tumbuhan seperti Boraginaceae, Primulaceae, dan Oenothera spp.

Enzim kedua yang menjadi kunci dalam biosintesa HUFA adalah elongase. Enzim ini memperpanjang rantai karbon asam lemak dengan cara menambahkan dua unit karbon pada ujung karboksil. Dalam sel, ada beberapa enzim mikrosomal elongase yang berfungsi untuk asam lemak tertentu, misal mengkonversi asam lemak oktadekatetranoat atau stearidonat (18:4ω3) menjadi asam ekosatetranoat (20:4ω3) (lihat Gambar 2). Proses elongasi (elongation) suatu asam lemak membutuhkan empat tahap yang berbeda, yaitu kondensasi, beta-reduktase, dehidrase dan enoil-reduktase. Dan proses kondensasi merupakan faktor pembatas reaksi elongasi dan bersifat spesifik. Dalam artikel ini yang disebut sebagai elongase adalah enzim yang aktif dalam proses kondensasi.

Gen elongase telah berhasil diisolasi dari hewan, ikan, jamur, ragi, dan nematoda. Hal ini membuka peluang untuk merekayasa jalur biosintesa HUFA menggunakan satu atau kombinasi beberapa enzim elongase. Enzim elongase pertama bekerja dalam konversi asam lemak stearidonat hasil desaturasi dari LNA, menghasilkan ekosatetranoat. Asam lemak ini kemudian akan menjadi substrat bagi enzim Δ5-desaturase untuk memproduksi EPA (Gambar 2). Selanjutnya DHA dikonversi dari EPA melalui dua jalur yang berbeda; yaitu jalur Δ4-desaturase atau jalur Sprecher yang lebih kompleks yang melibatkan peroksisomal beta-oksidasi. Jalur Sprecher umumnya ditemukan pada hewan vertebrata, sedangkan jalur sederhana Δ4-desaturase dimiliki oleh mikroorganisme air.

Variasi jalur biosintesa HUFA dengan menggunakan jalur alternatif Δ9-elongase juga ditemukan pada beberapa jenis organisme. Dibandingkan dengan rute konvensional, urutan desaturasi dan elongasi pada jalur alternatif ini adalah terbalik, yaitu proses elongasi terjadi sebelum proses desaturasi. Enzim Δ9-elongase spesifik mengkonversi asam lemak dengan jumlah atom karbon 18 (C18) menjadi asam lemak C20, yang selanjutnya menjadi substrat bagi Δ8-desaturase. Produk yang dihasilkan kemudian diproses seperti halnya pada jalur konvensional; dikonversi oleh Δ5-desaturase untuk memproduksi AA atau EPA (Gambar 2).

Penelitian awal dalam rangka produksi HUFA dilakukan menggunakan ragi sebagai model. Ada tiga jenis gen yang diekspresikan bersamaan pada ragi, yaitu gen Δ6-elongase dari nematoda (C. elegans), Δ6-desaturase dari borage (Borago officinalis), Δ6-desaturase dan Δ5-desaturase dari jamur M. Alpina. Dengan pendekatan ini, ragi transgenik berhasil memproduksi AA dan EPA, meskipun kadarnya masih rendah dan tergantung pada substrat yang diberikan (ω6 vs. ω3). Hasil yang sama juga diperoleh dengan ko-ekspresi desaturase dari diatom Phaeodactylum triconutum dengan Δ6-elongase dari lumut. Selain metode ini tidak efisien dalam arti tingkat produksi HUFA, juga terdapat "reaksi-sampingan" yang menghasilkan produk yang tidak diduga sebelumnya.

Penelitian terbaru menunjukkan beberapa tahap pembatas pada jalur konvensional Δ6-desaturase/elongase pada ragi. Salah satu hambatan utama pada rute ini adalah substrat yang berbeda untuk enzim desaturase dan elongase. Umumnya enzim desaturase mikrosoma pada non-hewan menggunakan substrat asam lemak yang terikat pada gliserolipid, yaitu asam lemak yang teresterifikasi pada membran lipid seperti fosfatidilkolin. Tetapi elongasi asam lemak membutuhkan substrat acyl-CoA, karena itu memerlukan pertukaran unsur acyl antara gliserolipid dengan acyl-CoA. Reaksi ini mungkin melibatkan sebuah enzim yang spesifik pada substrat tertentu. (Bersambung).

Alimuddin, Doktor bidang Bioteknologi Akuakultur dari Tokyo University of Marine Science and Technology, staf FPIK IPB Bogor, dan anggota ISTECS chapter Jepang. E-mail: alimuddin_alsani@yahoo.com