IMMUNOLOGI IKAN Akbar Tahir

KONSEP DASAR Masalah penyakit berkembang secara proporsional, menurut jenis spesies dan sistem budidaya: intensif atau ekstensif. Kenapa demikian ? Padat tebar tinggi Larva kebanyakan sudah terinfeksi/ carrier Fasilitas budidaya terinfeksi (GMP tdk dilaksanakan) Nutrisi yang buruk Kualitas air di bawah normal Masalah terberat: tingginya kerentanan karena melemahnya daya tahan organisme pada kondisi budidaya intensif.

RESPON KEKEBALAN (Immune response) Pada ikan, respon terhadap bahan asing cukup mirip dengan yang terdapat pada mamalia, sedang pada udang masih sangat sederhana. Respon dapat bersifat sangat spesifik (suatu antibodi/Ig spesifik terhadap antigen/Ag spesifik) dikenal sebagai respon immun. Sistem kekebalan ‘memindai’ (scan) seluruh tubuh untuk mengidentifikasi seluruh bahan/material yang ada (alami, sintetis, hidup atau statis) yang dapat dianggap asing atau tidak. Sehingga ada perbedaan antara ‘asli’ atau ‘asing’. Melakukan aksinya dengan beberapa jenis sel darah putih (leucocyte), yang terdapat di seluruh tubuh dan bekerja secara terpadu.

SISTEM RESPON KEKEBALAN Terdapat 2 sistem respon kekebalan : 1) yang dimediasi oleh sel (Sel T) dan 2) yang dimediasi oleh antibodi/humoral (sel B). Keduanya bekerja melalui identifikasi Ag (protein asing atau glycoproteins)

Sekuensi I: Respon Kekebalan Diawali dengan makrofag yang menghadapi ‘benda asing’ (mis. Virus): makrofag akan ‘memakan’ bahan tsb , mencernanya dan menunjukkan bagian bahan tsb pada permukaannya. Bagian tsb adl. Antigen/Ag. Dilain pihak, partikel virus melakukan aktifitas menginfeksi sel inang yang ada di sekitarnya. Sumber: Cancer Research Institute (2002) www.cancerresearch.org/immhow.html

Sekuensi II: Respon Kekebalan Fragmen Antigen mengirim signal peringatan pada jenis Limfosit T-h untuk memulai rancangan penyerangan terhadap benda asing penyusup. T-h mengenali partikel Ag lalu mengikatkan diri ke makrofag pada sisi/bagian reseptor Ag. Sel-sel T-h bersifat unik terhadap Ag spesifik.

Sekuensi III: Respon Kekebalan Pengikatan Antigen ini menstimulasi produksi bahan kimia seperti Interleukin-1 (IL-1), Tumor necrosis factor (TNF) oleh makrofag. Sel-sel T-helper menghasilkan IL-2 dan Interferon Gamma (IFN-) Semua bahan kimia yang dihasilkan ini memfasilitasi komunikasi interseluler.

Sinkronisasi Aktifitas TNF menyebabkan peningkatan produksi IL-1, yang menyebabkan gejala demam pada manusia. TNF dan IL-1 adalah sitokin (cellular). IL-1 juga menyebabkan pembentukan klaster sel immun dan menstimulasi T-h untuk menghasilkan IL-2. IL-2 menyebabkan Sel T menghasilkan Interferon gamma, yang pada gilirannya mengaktifasi makrofag. IL-2 juga memberi perintah untuk memperbanyak T-h dan T-killer (cytotoxic).

Sekuensi IV : Respon Kekebalan T-h dan T-c memperbanyak diri. T-h yang memperbanyak diri menghasilkan bahan kimia yang menyebabkan sel-B (limfosit yang lain) memperbanyak diri dan menghasilkan Ig (Antibodi). Sementara itu, sebagian besar sel- sel penyerang telah dikonsumsi oleh makrofag, namun sel-sel anakan virus yang berhasil lolos menginfeksi sel-sel lain.

Sekuensi V: Respon Kekebalan T-c mulai menyerang bagian –bagian permukaan sel-sel inang yang terinfeksi. Antibodi yang dihasilkan sel-B mengikatkan diri ke Ag pada bagian permukaan sel penyerang yang lolos dari makrofag (Ag-Ab complex). Hal ini mempermudah makrofag dan T-c untuk menghancurkan sel asing penyerang. Ikatan Ig-Ag mengirim signal untuk mengeluarkan komponen darah yang disebut ‘complement’ untuk menghancurkan membran virus hingga mati.

Sekuensi VI : Respon Kekebalan Infeksi akhirnya berhasil dikendalikan. T-supressor mengirim signal kepada sel-B, T-h dan T-c untuk menghentikan aktifitasnya. Kebanyakan sel imun mengalami kematian, namun beberapa diantaranya, yaitu sel-sel memory tetap bertahan dalam tubuh inang. Sel-sel memory akan memiliki kemampuan respon yang lebih cepat bila inang diserang oleh enis patogen yang sama, di masa mendatang.

Respon Immun pada Ikan Budidaya ikan dan krustase menyumbang sekitar 25% produksi hewan perairan dunia. Intensifikasi budidaya menyebabkan penurunan kualitas lingkungan budidaya, menyebabkan peningkatan kejadian serangan penyakit. Kualitas air yang buruk berdampak negatif pada sistem kekebalan tubuh ikan. ‘kekebalan tubuh’ adalah suatu kemampuan yang diwariskan dalam menghadapi infeksi. (Shoemaker et al., 2000) Yaitu: pengenalan terhadap bagian asing (non-self) dengan respon dan memory pada vertebrata.

I. Respon Immun pada Ikan Ikan adalah salah satu jenis vertebrata primitif, namun telah mengembangkan sistem kekebalan tubuh untuk perlindungan. Untuk ikan-ikan yang hidup dalam kondisi padat dan suhu hangat (tropis), diperlukan respon kekebalan yang lebih berkembang karena potensi mikroba lebih banyak di daerah tropis. Seluruh patogen ikan mengandung Ag: partikel virus, bakteri, jamur/fungi, dan parasit lainnya.

Respon Immun pada Ikan Respon Immun pada ikan, meliputi: Penyebaran sel-sel untuk respon kekebalan. Ekspresi sel-sel dan molekul (mis: Ig) Koordinasi respon oleh bahan-bahan kimia peregulasi. Studi ttg kekebalan ikan dan resistensi terhadap penyakit relatif lebih baru dibandingkan dengan studi yang sama pada mamalia. Pada awalnya (1960-an) studi immunitas ikan umumnya bersifat komparatif. Sekarang lebih terfokus pada pemahaman respon kekebalan tubuh pada bahan asing atau bagaimana resistensi warisan dapat dipilih untuk kepentingan program pembenihan.

Skema Respon Imun Ikan Menghadapi Patogen Yang Menyerang Ikan Diserang Patogen Kekebalan Innate Gagal (terkena penyakit/mati) Sukses (tdk ada penyakit/infeksi) Inisiasi dan Instruksi pada Respon Immun Spesifik Respon Humoral (Terhadap Bahan Toksin dan Patogen Ekstraseluler) Immunitas Dapatan, Memory Imunologis dan Proteksi (Survival) Respon Immun dimediasi Sel/CMI (Patogen Intraselluler dan Viruses)

Jaringan dan Organ Immun Organ penting yang memiliki kompetensi Immun: thymus, Ginjal Kepala , Limfa dan Hati. Thymus: tempat berkembanganya Limfosit-T (helpers, killers/cytotoxic, suppressor) Ginjal: tempat diferensiasi sel-sel darah, termasuk yang memiliki kompetensi immun. Immun respon tahap awal ditangani oleh seluruh bagian ginjal kepala. Sejalan dengan perkembangan menjadi dewasa, bagian depan Ginjal kepala dimanfaatkan untuk respon immun, bagian belakang untuk penyaringan darah, termasuk urin.

Jaringan dan Organ Immun Ginjal/Kidney (lanjut.): Darah mengalir perlahan dalam ginjal dan Ag terperangkap atau dihadapkan pada sel-sel retikulum, makrofag dan limfosit. Di bagian depan ginjal, sel-sel memory berada. Limfa/Spleen: organ kedua setelah ginjal, terlibat dalam reaksi immun dan formasi sel-sel darah, mengandung limfosit dan makrofag. acrophages Hati/Liver: ditengarai terlibat dalam produksi complement dan sangat penting dalam resistensi terhadap penyakit (filtrasi?)

Jaringan dan Organ Immun Kulit dan Lendir /Mukus: penghalang/barrier alami, mengandung bahan-bahan dengan aksi immun, seperti: Lysozyme Complement Immunoglobulin/Antibodi (Ig) Lendir dalam saluran pencernaan (terutama intestin) juga mengandung bahan-bahan dengan aksi immun.

Kekebalan Alami dan Resistensi Thdp Penyakit Sel-sel Immun non-spesifik Monosit dan Makrofag Jaringan : sel-sel immun terpenting, menghasilkan sitokin yang disebut monokin , terutama terlibat dalam fagositosis yang merupakan aktifitas pertama dalam mematikan patogen dan serangan berikutnya. Neutrophils: sel utama dalam stadia awal inflamasi, menghasilkan sitokin yang mengundang sel-sel imun lain untuk menghancurkan daerah terinfeksi. neutrophils bersifat fagositik., mematikan bakteri melalui mekanisme ekstraseluler. Natural killer cells/NK: menggunakan reseptor untuk mengikatkan diri pada sel target (patogen) lalu melisis mereka. NK penting dalam imunitas terhadap parasit dan virus.

Kekebalan Alami dan Resistensi Thdp Penyakit Fagositosis: mekanisme pertahanan paling primitif, terjadi dengan tahapan: Sel Fagosit bergerak karena chemotaxis (menuju target) atau chemokinesis (non-directional) sebagai respon thd objek asing. Mengikatkan diri ke patogen dengan fasilitas lectin Melingkupi (Engulfment) benda asing Membunuh dan Mencerna benda asing Mekanisme tanpa oksigen : pH rendah, lysozyme, lactoferrin, enzim-enzim proteolytic/hydrolytic Mekanisme dengan Oksigen : Reactive oxygen species/ROS. (Respiratory burst)

Kekebalan Alami dan Resistensi Thdp Penyakit Complement: terdiri atas 20 atau lebih protein serum + glycoprotein yang berbeda secara kimia dan memiliki fungsi sebagai enzim. Awalnya dinamakan “complement” karena dianggap sebagai substansi biologis yang melengkapi aksi antibodi/Ig. Padahal, antibodi sebenarnya mengaktivasi sejumlah reaksi di dalam serum yang dikenal sebagai “complement cascade.” Complement cascade ini berinteraksi dengan suatu Ig spesifik atau beraksi secara non-spsifik pada molekul permukaan bakteri, virus, dan parasit. Kedua cara ini terdapat pada ikan. Aksi: membersihkan molekul-molekul Ag, sebagai kompleks immum, berpartisipasi dalam inflamasi dan fagositosis.

Imunitas Humoral di Ikan Definisi : respon Ig terhadap Ag asing. Ikan memiliki sel-B (permukaan sel yang positif terhadap pewarnaan Immunoglobulin/merah), mirip pada mamalia Sel-B memliki IgM pada permukaannya, berfungsi sbg reseptor untuk pengenalan Ag dan memiliki spesifisitas yang sama thd molekul Ig yang akan dihasilkannya. Berbeda dengan Krustase, ikan memiliki memory immunologis. Respon primer dan memory menggunakan molekul IgM yang sama, dengan 8 lokasi pengikatan Ag yang juga memiliki potensi sebagai aktivator complement.

Immunitas yang dimediasi oleh Sel pada Ikan Digunakan untuk mengeliminasi patogen intraselluler (mis.: bakteri, virus, parasit) Bergantung pada kontak dengan patogen asing yang menyerang, dengan presentasi Ag pada invasi berikut yang memiliki major histocompatability complex (MHC I or II) yang sama pada sel-sel T-h (REM?) Setelah sel T-h distimulasi, maka sitokin dihasilkan dalam stimulasi sel-sel efektor (T-c) atau makrofag. Sitokin menstimulasi sel-sel tsb dan juga melakukan rekruitmen sel-sel baru ke area inflamasi dan mengaktivasinya. Modus ini sangat efektif menghadapi bakteri, khususnya Edwardsiella ictaluri .

Umum Spesifik Genetik Lingkungan Stres Nutrisi Ikan Patogen Faktor-faktor yang mempengaruhi Resistensi thd Penyakit & Respon Immun Ikan1 Umum Spesifik Genetik Individu-individu dapat memiliki perbedaan dalam hal imunitas yang diwariskan/innate resistance dan immunitas dapatan/acquired. Lingkungan Suhu, musim, intensitas cahaya. Stres Kualitas air, pencemaran, padat tebar, handling dan transport, siklus pemijahan Nutrisi Kualitas dan kuantitas pakan, ketersedian nutrien, penggunaan immunostimulan, dsbnya. Ikan Usia, spesies/galur, keragaan individu Patogen Tingkat pemaparan, jenis (parasit, bakterial, viral), virulensi. 1Shoemaker et al.,2001. Immunity and disease resistance in fish. In: Nutrition and Fish Health (Ed.: Lim, C., Webster, C.D.). Food Products Press, NY. Pgs 149-162.

II: Respon Immun pada Udang Respon Immun Ikan dan Udang sangat berbeda, baik kemampuan ataupun derajat respon. the capacity to recognize, expand the specific recognition, express specific recognition, and coordinate defense is much lower in shrimp mistake: often drug manufacturers and scientists assume that fish and shrimp have the same immune competency thus, inappropriate decisions have been made on how defense mechanisms might be enhanced in shrimp

Molekul Immunoreaktif di Udang Darah udang dikenal sebagai hemolymph Hemolymph mengandung molekul pengangukut oksigen (hemocyanin) dan molekul immunoreaktif yang dikenal sebagai lectin Lectin adalah glycoprotein (gula+ protein) yang mengikat pada porsi gula molekul lain, khususnya molekul asing. Lectin memiliki spesifisitas luas, yang berarti bahwa mereka akan mengikat pada sejumlah besar molekul lain di luafr gula. Misalnya, mereka dapat mengikat pada gugus gula dari lipopolisakarida atau -glucan.

Molekul Immunoreaktif di Udang Satu-satunya cara untuk meningkatkan respon imun udang adalah dengan menambahkan lebih banyak lectin dalam aliran darahnya. Namun setelah infeksi berakhir, sel-sel yang menghasilkan lectin kehilangan seluruh kemampuan untuk mengenali (memory) agen penginfeksi. Oleh karena itu, respon imun pada udang bukan suatu yang diperoleh/dapatan (acquired). Ciri lectin yang lain adalah sekali mengikat pada gugus gula dari suatu objek asing, maka kompleks lectin-gula tersebt akan dengan mudah untuk difagositosis. Sel fagositik ini, disebut hemosit/hemocyte

Respon Hemosit Udang Sel pertahanan tubuh utama pada udang adalah hemocytes Hemosit tertentu memiliki kemampuan untuk memfagositik sel-sel asing, juga dapat mengenkapsulasi dan membuat agen yang masuk menjadi tidak efektif. Mekanisme pertahanan udang lebih primitif dan kemampuannya bersifat tunggal dalam mengendalikan infeksi. Oleh karena itu, stres cenderung untuk berdampak negatif terhadap pertahanan udang melawan infeksi patogen. Tidak ada sistem pelapis (back-up) saat sistem utama lumpuh.

Molekul Immunoreaktif di Udang Menghambat penempelan/pengikatan agen asing, dengan penggunaan makanan/obat yang mengandung - glucans (blocking agent) Bersama lectin, udang juga memiliki lysozyme, sejenis enzim anti-bakterial. Juga enzim lipolytic melawan viruses

Immunologi Udang Udang memiliki respon seluler dan humoral menghadapi serangan virus. Namun protein tertentu merespon pada -glucan (komponen dinding sel bakteri) Hemosit menyerang bakteri melepaskan senyawa kimia yang menyebabkan reaksi berwarna coklat pada hepatopancreas … Tidak ada antibodi dihasilkan! Tidak ada sistem pertahanan udang terhadap virus yang terdeskripsi dengan baik hingga kini.

Immunologi Udang Infeksi virus bersifat persisten , terus bertahan selama fase hidup udang. Selain tidak memiliki respon spesifik terhadap patogen viral spesifik, udang nampaknya memiliki toleransi tinggi terhadap keberadaan patogen virus. Kasus yang ditelusuri saat ini : epizootic virus di Asia Tenggara.

Udang “Normal” Di Asia Tenggara, sampel pada udang normal menemukan 88% populasi udang normal terinfeksi. 53% diantaranya, terinfeksi oleh 2 atau 3 jenis virus. Survival yang ada sekarang (setelah beberapa tahun di populasi) kembali menjadi normal. Apakah ini mengindikasikan resistensi atau toleransi ? Resistensi = tidak terdapat tanda/gejala kehadiran patogen pada individu. Namun untuk virus dapat terdeteksi di dalam jaringan, sesuatu yang berbeda dibanding resistensi.

Teori Akomodasi Virus Dr. Tim Fleigel Respon udang pada virus, adalah suatu proses aktif. Melibatkan pengikatan virion pada sisi reseptor yang akan memicu semacam ‘memory’ Pengikatan ini tidak terkait dengan reseptor infeksi. Memory tsb menyebabkan berkurangnya proses apoptosis Pengikatan virus berikut pada sisi reseptor akan menurunkan kematian inang. Mati dpt dicegah, namun infeksi tidak dapat. Artinya, replikasi viral dapat berlangsung, tanpa kematian. Apoptosis: proses kematian sel yang terjadi secara alami, sebagai bagian perkembangan normal, pemeliharaan dan pembaruan jaringan dalam tubuh organisme. Ini terjadi saat virus mengifeksi sel.

Infeksi Virus sebagai Proses Bertahap/Ber-fase Awal/Inisial: singkat dan berlangsung secara evolusi dengan mortalitas akut akibat apoptosis, yang berlanjut ke fase intermedit. Intermedit/Tengah: virus dan host hidup bersama, namun tanpa kematian, survival inang lebih baik sehingga populasi dapat diseleksi sebagai sumber induk tahan virus. Akhir/Final: sangat sulit untuk mendapatkan virus yang secara mutual diatur oleh faktor genetik.

Akomodasi Virulensi lebih tinggi secara alami diseleksi menghadapi inang Tdk resisten menghadapi infeksi = virulensi rendah atau tereduksi. Poin penting: tdk ada tekanan pada virus utk menjadi virulen. Poin penting: dapat meningkatkan kompetisi virus baru untuk memasuki inang.

Lalu apa yang akan dilakukan? Gunakan survivor sebagai indukan Pemaparan progeny ke virus atau tolerene utk mengembangkan toleransi (virus avirulent) Kapan? Kemungkinan pada Zoea 3 atau lebih awal. Bagaimana? Tolerene dikembangkan secara khusus untuk setiap virus. Implikasi: untuk pembesaran larva, berarti pengenalan suatu tolerene dalam bentuk yang tepat.

Ringkasan Virologi: Udang vs Ikan Tanpa respon yang jelas pada virus Survivor tetap terinfeksi Patogen persisten Survivors menginfeksi yang lain. Toleransi merupakan situasi normal. Tidak terdapat antibodi. Infeksi aktif ganda adalah suatu hal normal. Respon spesifik terhadap virus. Biasanya, survivors tidak terinfeksi menetap. Patogen dikeluarkan dari dalam tubuh. Bisa atau tidak bersifat infektif kepada lainnya. Toleransi bukan hal yang umum Terdapat Antibodi Umumnya satu virus dalam satu waktu. UDANG IKAN