IMMUNOLOGI IKAN Akbar Tahir

IMMUNOLOGI IKAN
Akbar Tahir
KONSEP DASAR
 Masalah penyakit berkembang secara proporsional,
menurut jenis spesies dan sistem budidaya: intensif atau
ekstensif.
 Kenapa demikian ?
1) Padat tebar tinggi
2) Larva kebanyakan sudah terinfeksi/ carrier
3) Fasilitas budidaya terinfeksi (GMP tdk dilaksanakan)
4) Nutrisi yang buruk
5) 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 selsel 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)
Respon Humoral
(Terhadap Bahan Toksin
dan Patogen
Ekstraseluler)
Inisiasi dan Instruksi pada
Respon Immun Spesifik
Immunitas Dapatan,
Memory Imunologis dan
Proteksi (Survival)
Sukses (tdk ada
penyakit/infeksi)
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
1)
•
•
•
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
2) 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
3)




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 .
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.
UDANG
 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.
IKAN