1. Dokumen tersebut membahas tentang nutritional genomics pada ikan, yang merupakan relasi timbal balik antara nutrisi dan genetik. Nutrisi berpengaruh pada ekspresi gen dan kesehatan ikan, sementara genetik mempengaruhi cara ikan merespons nutrisi. 2. Dokumen ini menjelaskan berbagai contoh aplikasi nutritional genomics seperti pemrograman nutrisi, pakan mikrobial yang mengandung probiotik, dan pakan herbal yang

1. 1

2. 2
Nutrisi tinggiBajigur Hangat
mencret
Gemuk
Gen lactase
Lemah, padam atau mati

3. Pokok Bahasan
1. Pakan dan genetik
2. Mekanisme molekuler nutritional genomics
3. Definisi nutritional genomics dan manfaatnya
4. Skema efisiensi pakan
5. Topik aplikatif
6. Contoh aplikasi: pemrograman nutrisi, pakan mikrobial, pakan
herbal
7. Tantangan
3

4. 1. Pakan dan Genetik
Penanda DNA
Transcriptomic :
Profil mRNA dari
jaringan
Memilih ikan yang
efisien scr genetik
4
Pakan optimal

5. “Tujuan umum akuakultur dan kepedulian publik mengarahkan riset ke
pemahaman peran pakan terhadap kesehatan ikan.”
Kehidupan,
pertumbuhan,
reproduksi
Antibiotik
dilarang
minyak ikan
dan tepung
ikan berkurang
Optimized
Nutrition
Mengevaluasi respon ikan thd nutrien:
1. Memperbaiki respon kekebalan
2. Menggunakan energi secara efisien
3. Meningkatkan pertumbuhan
4. Mengefektifkan sifat reproduktif
1.1. Mengoptimalkan Nutrisi
5

6. +
“Pakan fungsional adalah pakan yang difortifikasi, dikuatkan atau diperkaya
dengan nutrien tertentu untuk tujuan meningkatkan kesehatan (Mandel et al.
2005) dan diluar fungsi nutrisi dasarnya (Hugget, 1996)”
Supplements:
1. Vitamin & mineral
2. Nucleic acid
3. Phytochemical
4. Immunostimulant
5. Probiotics and prebiotics
Pakan fungsional atau nutrisi teroptimalkan
Protein
Lipid
Carbohydrates
Ikan Sehat
6

7. Defisiensi Mikronutrien dan akibatnya pada DNA
(Kaput and Rodriguez, 2004)
7

8. 1.2. Mengoptimalkan genetik
8
Penanda/Marker DNA SSR (Simple Sequence Repeat)
Profil mRNA
Transgenik ?

9. Penanda DNA SSR pada promoter dan gen penyandi pertumbuhan ikan
nila
9
(Yue and Orban, 2002)

10. 10
SSR dalam Prolactin 1 (Prl1) promoter
Menurunkan aktivitas Na+K+-ATPase insang
(Streelman and Kocher, 2002; Manzon, 2002)

11. Ekspresi gen Prolactin 1
dan pertumbuhan ikan nila
11
Ekspresi Prl 1
(Streelman and Kocher, 2002)
Penjelasan:
Efek Prolactin berlawanan dengan growth hormone ? (Bœuf and Payan, 2001)

12. 12
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
1 7 14 21 30
Hari Ke-
BeratIkan(gram)
15 ppt
30 ppt
0 ppt
Air asin
“Benih yang dipelihara di air payau dan air asin 40% lebih cepat
tumbuh dibanding yang dipelihara di air tawar (Sahidhir, 2009).”

13. 13
(Cristopher et al, 2012, Vera Cruz 2006)
Profil mRNA Insulin Growth Factor 1 sebagai indikator pertumbuhan

14. 14
• Metilasi DNA sementara (2-4 hari)
pada rainbow trout (smoltifikasi)
dengan pakan diperkaya garam
(Moran et al, 2013)
• SR pakan diperkaya garam jauh
lebih tinggi
Metilasi DNA dan Pakan

15. “Borok mudah muncul pada ikan nila air laut,
jika air jarang diganti.”
15
Masalah: pertumbuhan meningkat, kekebalan menurun
Contoh : Ikan nila strain GENOMAR

16. Material Genetik
Nyala/padam
- Faktor transkripsi dan
- Ligannya: asam amino, asam lemak,
gula, vitamin, mineral, fitokemikal
Non-gene (95%) Gen (5%)
Epigenetik
Struktur
Fungsi
2. Mekanisme molekuler nutrisi-genomik
16

17. 17
Red yarn = benang merah

18. 18

19. Faktor transkripsi dan modifikasi histon
19

20. Vitamin A and
Retinoid-x-receptor (RXR)
Change
molecular
structures
20
@IBNU SAHIDHIR
www.artaquaculture.blogspot.com

21. “Nutritional Genomics: relasi timbal balik antara Nutrisi dan
Genetik”
1. Nutrisi berpengaruh pada stabilitas material genetik (efek oksidasi), imprinting
(penurunan efek pakan thd keturunan), ekspresi gen dan kelangsungannya.
2. Prediksi tinggi efek pakan (jangka pendek dan panjang) terhadap status nutrisi
ikan dan genotip.
3. Desain pakan yang efektif untuk pencegahan dan pengelolaan penyakit kronis.
(Stover, 2004)
21
3. Definisi dan manfaat nutritional genomics

22. Pakan
Kualitas bahan baku
Tekstur
Ukuran partikel
Enzim pracerna
Dicerna Diserap Dimanfaatkan
Short chain fatty acid
Probiotik
Prebiotik
Kesehatan saluran cerna
Epitel dan mikrovili
Keseimbangan nutrisi
- Profil asam amino
- Profil asam lemak
- Gula kompleks (hiperglicemia)
- Vitamin dan mineral
- Fitokemikal
(epigalocatechin, lycopene,
reverastrol…)
4. Skema Efisiensi Pakan
Suhu, Salinitas, pH, Oksigen,
Cahaya
Karakter metabolisme biota Genetik dan epigenetik
22

23. Pakan
Hidup Makro nutrien
PUFA dan Siklus Randle
(lemak atau karbohidrat)
Fitokemikal
Tumbuh
Perangsang perkembangan
dan pembelahan sel
IGF dan IGFBP
Asam amino bercabang
Asam amino berbelerang
Reproduksi Faktor Maternal Asam Folat (Vit. B9)
5. Topik Nutritional Genomics Aplikatif
23

24. 6. Contoh Aplikasi
1. Makro nutrien: pemrograman nutrisi
2. Mikro nutrien: pakan mikrobial
3. Fitokemikal: Pakan herbal
24

25. 25
6.1. Makro nutrien: pemrograman nutrisi

26. 26
Perangsangan dini terhadap benih dengan aplikasi pakan tinggi karbohidrat
Protein 13,5% (daun gamal 5%)
Aplikasi 1 x per hari

27. 1. Daya tahan di air
2. Daya terima
4. Daya serap
5. Daya guna
3. Daya cerna
5 Fase untuk menurunkan FCR pakan ikan

28. 28

29. 29

30. 30

31. Pakan pra-pematangan
Pakan pematangan
Pakan enzim
Pakan reprogramming
Pakan penunda pematangan
Pakan rendah limbah fosfat
Pakan organik
Pakan adaptasi
Pakan pemodulasi usus
Pakan peredam stress
Pakan immunostimulan
Pakan obatPakan detoksifikasi
Pakan depurasi
Pakan tinggi EFA
Pakan penguat warna
Pakan fungsional
Larva
Telur
Induk
Benih
Panen
Pemeliharaan
larva

32. 1. Habitat tertentu menyediakan pakan tertentu yang secara alamiah mengandung
komposisi pakan tertentu.
2. Ikan beradaptasi dengan melakukan jalur metabolik tertentu secara lebih sering. Artinya
gen tertentu bekerja lebih sering, gen yang tidak dipekerjakan padam dan bahkan dalam
waktu lama menjadi mati. Ini berakibat pada ketidaklenturan metabolik.
3. Larva memiliki kondisi metabolik yang sangat lentur karena belum banyak pengaruh
nutrisi pada ekspresi gennya. Dengan demikian dapat dilakukan pemrograman nutrisi
pada larva dengan mengkondisikannya pada set nutrisi tertentu yang merangsang
ekspresi gen yang diinginkan pada jalur metabolik spesifik.
4. Akhirnya kondisi metabolik ini bertahan selama ikan hidup.
Konsep pemrograman nutrisi
32

33. Glycogenesis
Hipotesis : Ketidaklenturan metabolis (metabolic inflexibility)
karena pengaruh lingkungan secara simultan
Rantai makanan kaya karbohidrat
Glucose
Glycolisis
Lipogenesis
Rantai makanan kaya lemak
Lipid
Beta oxidation
Gluconeogenesis
Pemrograman nutrisi oleh alam
33

34. Harga pakan tinggi
Polusi air
Pemanfaatan karbohidrat yang lebih baik
meningkatkan keuntungan ekonomis dan
ekologis
34

35. Utilization of fatty acid as energy source
prevent glucose utilization
Utilization of glucose as energy source
prevent triacyl glycerol breakdown
35
Memilih antara glukosa dan asam lemak sebagai substrat metabolisme

36. Ikan kerapu memakan pakan berlemak dengan PUFA tinggi
36
Kecenderungan PUFA untuk memilih
asam lemak sebagai substrat metabolisme

37. Penggunaan Asam Lemak mendesak Glukosa
37

38. Kakap dan Perch memakan pakan berkarbohidrat tinggi
38

39. Plasma glucose menurun di bawah 100 mg/dl
setelah 16 jam pada ikan karnivor
39

40. Penggunaan Glukosa mendesak Asam Lemak
40

41. 6.2.1
Bakteri Ungu Non-Belerang
Perangsang
pembelahan sel
Perangsang
reproduksi
41
6.2. Mikro nutrien: pakan mikrobial

42. Produktifitas lebih tinggi
Kutu air dapat membuat PUFA
PUFA kurang
Makan lebih banyak
Amonia lebih banyak
Pertumbuhan lebih cepat
PUFA lebih banyak
Makan lebih sedikit
Amonia lebih sedikit
Pertumbuhan lebih lambat
PUFA lebih tinggiProtein dan vitamin lebih tinggi
Bakteri Ungu non-sulfur Nannochloropsis
42
Kemampuan prediktif jangka panjang

43. Potensi PnSB yang kurang disad

44. Letak niche
bakteri target

45. Trial Teknik Mikroaerofil
Banda Aceh
Bengkulu
Bandar Lampung
Depok
Karawang
Pekalongan
Kudus
Klaten
Boyolali
Blitar
Blitar
Tulungagung
Lamongan

46. 46
2,5% Spirullina + 2,5% cacing tanah
Kematangan induk dari 50% menjadi 70%
6.2.2. Spirullina dan cacing tanah Meningkatkan produktifitas
induk ikan nila salin 20%

47. 6.3. Fitokemikal: pakan herbal
47

48. Efek lycopene di tomat
Lycopene murni tak berfungsi sebagai anticardiovascular

49. Daun gamal sebagai pakan herbal
49
Kotoran kompak dan
sangat panjang
5% daun gamal dalam pakan normal
SR 95%
“Saponin dalam dosis tinggi beracun untuk ikan,
dalam dosis rendah merangsang imunitas dan pertumbuhan.”

50. Tantangan
50
Pengetahuan tentang komposisi bahan
1. Analisa Proksimat
2. Asam amino esensial
3. Asam lemak esensial
4. Vitamin
5. Mineral
6. Fitokemikal
Perubahan komposisi karena kebutuhan
prosesing pakan
Menyeleksi penanda DNA yang terlink
ke gen
Kebutuhan fasilitas biologi molekuler
Pakan
Genetik
Perubahan status fisiologis
Level kesulitan aplikasi

51. 51
Nutrisi tinggi
Tanpa mencret
Bajigur Hangat
Tanpa gemuk
Gen lactase: Kuat, Lemah,
Padam atau Mati
Bottom Line

52. Terima kasih atas perhatiannya
52

53. References:
1. Glencross, B., Blyth, D., Tabrett, S., Bourne, N., Irvin, S., Anderson, M., Fox‐smith, T., and Smullen, R. (2011) An assessment of
cereal grains and other starch sources in diets for barramundi (Lates calcarifer) – implications for nutritional and
functional qualities of extruded feeds, Aquaculture Nutrition 1-12.
2. Boonyaratpalin, M., and Williams, K. (2002) Asian seabass (Lates calcarifer). In Nutrient Requirements and Feeding of Finfish for
Aquaculture (Webster, C. D., and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
3. Mali, B. (1997) Nutrient requirements of marine food fish cultured in Southeast Asia, Aquaculture 151, 283-313.
4. Glencross, B. (2006) The nutritional management of barramundi, Lates calcarifer– a review, Aquaculture Nutrition 12, 291-309.
5. Helland, B. G., and Helland, S. J. (2002) Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus). In Nutrient Requirements and Feeding of
Finfish for Aquaculture (Webster, C. D., and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
6. Storebakken, T. (2002) Atlantic salmon (Salmo salar). In Nutrient Requirements and Feeding of Finfish for Aquaculture (Webster,
C. D., and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
7. Papoutsoglou, E. S., and Lyndon, A. R. (2005) Effect of incubation temperature on carbohydrate digestion in important teleosts for
aquaculture, Aquaculture Research 36, 1252-1264.
8. Ren, M., Ai, Q., Mai, K., Ma, H., and Wang, X. (2011) Effect of dietary carbohydrate level on growth performance, body
composition, apparent digestibility coefficient and digestive enzyme activities of juvenile cobia, Rachycentron
canadum L, Aquaculture Research 42, 1467-1475.
9. Jr Webb, K. a, Rawlinson, L. t, and Holt, G. j. (2010) Effects of dietary starches and the protein to energy ratio on growth and feed
efficiency of juvenile cobia, Rachycentron canadum, Aquaculture Nutrition 16, 447-456.
10. Kaushik, S. J. (2002) European seabass (Dicentrachus labrax). In Nutrient Requirements and Feeding of Finfish for Aquaculture
(Webster, C. D., and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
11. Munilla-Morán, R., and Saborido-Rey, F. (1996) Digestive enzymes in marine species. II. Amylase activities in gut from seabream
(Sparus aurata), turbot (Scophthalmus maximus) and redfish (Sebastes mentella), Comparative Biochemistry and
Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology 113, 827-834.
12. Venou, B., Alexis, M. N., Fountoulaki, E., Nengas, I., Apostolopoulou, M., and Castritsi-Cathariou, I. (2003) Effect of extrusion of
wheat and corn on gilthead sea bream (Sparus aurata) growth, nutrient utilization efficiency, rates of gastric evacuation
and digestive enzyme activities, Aquaculture 225, 207-223.
13. Lupatsch, I., Kissil, G. W., Sklan, D., and Pfeffer, E. (1997) Apparent digestibility coefficients of feed ingredients and their
predictability in compound diets for gilthead seabream, Sparus aurata L., Aquaculture Nutrition 3, 81-89.
14. Enes, P., Panserat, S., Kaushik, S., and Oliva-Teles, A. (2011) Dietary Carbohydrate Utilization by European Sea Bass
(Dicentrarchus labrax L.) and Gilthead Sea Bream (Sparus aurata L.) Juveniles, Reviews in Fisheries Science 19, 201-215.
15. Shiau, S., and Lin, Y. (2002) Utilization of glucose and starch by the grouper Epinephelus malabaricus at 23°C, Fisheries Science
68, 991-995.
53

54. 16. Eusebio, P. S., Coloso, R. M., and Mamauag, R. E. P. (2004) Apparent digestibility of selected ingredients in diets for juvenile
grouper, Epinephelus coioides (Hamilton), Aquaculture Research 35, 1261-1269.
17. Shiau, S., and Lin, Y. (2001) Carbohydrate utilization and its protein-sparing effect in diets for grouper (Epinephelus malabaricus),
Animal Science-Glasgow 73, 299–304.
18. Lee, S.-M., Kim, K.-D., and Lall, S. P. (2003) Utilization of glucose, maltose, dextrin and cellulose by juvenile flounder
(Paralichthys olivaceus), Aquaculture 221, 427-438.
19. Francoise, B. (1979) Carbohydrate in rainbow trout diets: Effects of the level and source of carbohydrate and the number of meals
on growth and body composition, Aquaculture 18, 157-167.
20. Spannhof, L., and Plantikow, H. (1983) Studies on carbohydrate digestion in rainbow trout, Aquaculture 30, 95-108.
21. Felip, O., Ibarz, A., Fernández-Borràs, J., Beltrán, M., Martín-Pérez, M., Planas, J. V., and Blasco, J. (2011) Tracing Metabolic
Routes of Dietary Carbohydrate and Protein in Rainbow Trout (Oncorhynchus Mykiss) Using Stable Isotopes
([13C]starch and [15N]protein): Effects of Gelatinisation of Starches and Sustained Swimming, British Journal of
Nutrition FirstView, 1-11.
22. Kaushik, S. J., Medale, F., Fauconneau, B., and Blanc, D. (1989) Effect of digestible carbohydrates on protein/energy utilization
and on glucose metabolism in rainbow trout (Salmo gairdneri R.), Aquaculture 79, 63-74.
23. Françoise, B. (1979) Effects of dietary carbohydrates and of their mode of distribution on glycaemia in rainbow trout (Salmo
gairdneri richardson), Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology 64, 543-547.
24. Panserat, S., Capilla, E., Gutierrez, J., Frappart, P. O., Vachot, C., Plagnes-Juan, E., Aguirre, P., Brèque, J., and Kaushik, S. (2001)
Glucokinase is highly induced and glucose-6-phosphatase poorly repressed in liver of rainbow trout (Oncorhynchus
mykiss) by a single meal with glucose, Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and
Molecular Biology 128, 275-283.
25. Legate, N. J., Bonen, A., and Moon, T. W. (2001) Glucose Tolerance and Peripheral Glucose Utilization in Rainbow Trout
(Oncorhynchus mykiss), American Eel (Anguilla rostrata), and Black Bullhead Catfish (Ameiurus melas),
General and Comparative Endocrinology 122, 48-59.
26. Koshio, S. (2002) Red seabream (Pagrus major). In Nutrient Requirements and Feeding of Finfish for Aquaculture (Webster, C. D.,
and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
27. McGoogan, B. B., and Reigh, R. C. (1996) Apparent digestibility of selected ingredients in red drum (Sciaenops ocellatus) diets,
Aquaculture 141, 233-244.
28. Gaylord, T. G., and Gatlin III, D. M. (1996) Determination of digestibility coefficients of various feedstuffs for red drum
(Sciaenops ocellatus), Aquaculture 139, 303-314.
29. Serrano, J. A., Nematipour, G. R., and Gatlin III, D. M. (1992) Dietary protein requirement of the red drum (Sciaenops ocellatus)
and relative use of dietary carbohydrate and lipid, Aquaculture 101, 283-291.
30. Ellis, S. C., and Reigh, R. C. (1991) Effects of dietary lipid and carbohydrate levels on growth and body composition of juvenile
red drum, Sciaenops ocellatus, Aquaculture 97, 383-394.
54

55. 31. Kaushik, S. J. (2002) Southern bluefin tuna (Thunnus maccoyii). In Nutrient Requirements and Feeding of Finfish for Aquaculture
(Webster, C. D., and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
32. Parra, A. M., Rosas, A., Lazo, J. P., and Viana, M. T. (2007) Partial characterization of the digestive enzymes of Pacific bluefin
tuna Thunnus orientalis under culture conditions, Fish Physiology and Biochemistry 33, 223-231.
33. Mourente, G., and Tocher, D. R. (2003) An approach to study the nutritional requirements of the bluefin tuna (Thunnus thynnus
thynnus L.), CIHEAM-IAMZ 60, 143 - 150.
34. Watanabe, T., Aoki, H., Watanabe, K., Maita, M., Yamagata, Y., and Satoh, S. (2001) Quality evaluation of different types of
non‐fish meal diets for yellowtail, Fisheries Science 67, 461-469.
35. Masumoto, T. (2002) Yellowtail (Seriola quinquerradiata). In Nutrient Requirements and Feeding of Finfish for Aquaculture
(Webster, C. D., and Lim, C. E., Eds.) First., CABI.
55

56. Aalinkeel, R., M. Srinivasan, F. Song, and M.S. Patel. 2001. Programming into adulthood of islet
adaptations induced by early nutritional intervention in the rat. Am J Physiol Endocrinol
Metab 281(3): E640–E648.
Clarke, S.D. 2001. Polyunsaturated Fatty Acid Regulation of Gene Transcription: A Molecular
Mechanism to Improve the Metabolic Syndrome. The Journal of Nutrition 131(4):
1129 –1132.
Enes, P., S. Panserat, S. Kaushik, and A. Oliva-Teles. 2008. Nutritional regulation of hepatic glucose
metabolism in fish. Fish Physiology and Biochemistry 35(3): 519–539.
Geurden, I., M. Aramendi, J. Zambonino-Infante, and S. Panserat. 2007. Early feeding of carnivorous
rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) with a hyperglucidic diet during a short period:
effect on dietary glucose utilization in juveniles. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol
292(6): R2275–R2283.
Hue, L., and H. Taegtmeyer. 2009. The Randle cycle revisited: a new head for an old hat. American
Journal of Physiology - Endocrinology And Metabolism 297(3): E578 –E591.
Postic, C., R. Dentin, P.-D. Denechaud, and J. Girard. 2007. ChREBP, a Transcriptional Regulator of
Glucose and Lipid Metabolism. Annual Review of Nutrition 27(1): 179–192.
Poupeau, A., and C. Postic. 2011. Cross-regulation of hepatic glucose metabolism via ChREBP and
nuclear receptors. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease
1812(8): 995–1006.
Randle, P. 1998. Regulatory interactions between lipids and carbohydrates: The glucose fatty acid cycle
after 35 years. Diabetes-Metab. Rev. 14(4): 263–283.
Voet, D., J.G. Voet, and C.W. Pratt. 2008. Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level.
3rd ed. Wiley, USA.
References for the hypothesis
56