Optimasi Kultivasi Euglena gracilis G.A.Klebs dengan Perlakuan Fotoperiode dan Spektrum Cahaya Serta Variasi CO2 untuk Meningkatkan Kandungan Paramilon dan Lipid

Tia Erfianti, Dr. Eko Agus Suyono

2025 | Disertasi | S3 Biologi

Euglena gracilis merupakan mikroalga fotosintetik yang mampu bertahan pada lingkungan ekstrem dan konsentrasi CO? tinggi, menjadikannya kandidat potensial dalam pemanfaatan bioenergi dan mitigasi emisi karbon. Penelitian ini bertujuan mengisolasi E. gracilis dari alam, mengidentifikasi karakter morfologis dan molekulernya menggunakan marker 18S rDNA, serta mengevaluasi kemampuan fiksasi CO? melalui pendekatan transkriptomik dan metabolomik. Perlakuan diberikan dalam bentuk variasi konsentrasi CO? (5%, 15%, dan 30%) serta spektrum cahaya (putih dan biru) dengan fotoperiode 24:0. Hasil menunjukkan bahwa pada CO? 5?n cahaya putih, E. gracilis menunjukkan pertumbuhan optimal dan peningkatan produksi metabolit. Cahaya biru meningkatkan sintesis pigmen fotosintetik, sedangkan cahaya putih meningkatkan akumulasi lipid dan paramilon. Ukuran sel berkisar antara 25,39–37,22 µm dengan morfologi memanjang. Analisis transkriptomik menggunakan RNA-Seq dan qRT-PCR menunjukkan peningkatan ekspresi gen kunci seperti RubisCO pada jalur fiksasi karbon, dan accD pada jalur biosintesis asam lemak. Sementara itu, analisis metabolomik berbasis GC/MS menunjukkan peningkatan akumulasi senyawa metabolit yang relevan, seperti lipid dan paramilon, terutama pada perlakuan CO? 5%. Korelasi antara data transkriptomik dan metabolomik memperlihatkan bahwa peningkatan ekspresi gen-gen tersebut sejalan dengan akumulasi metabolit hasil biosintesisnya. Pada penelitian ini, ekspresi tinggi accD berkorelasi dengan peningkatan kadar lipid, sedangkan EgGSL1 berkaitan dengan peningkatan paramilon. Hal ini menunjukkan bahwa regulasi ekspresi gen secara langsung memengaruhi jalur metabolik yang aktif di bawah kondisi stres tertentu. Batas toleransi CO2 pada mikroalga berbeda-beda tergantung pada spesies tersebut. Euglena gracilis dilaporkan mampu bertahan pada konsentrasi CO2 hingga 45%. Pada penelitian ini, perlakuan CO? 15?n 30%, menunjukkan penurunan pertumbuhan dan ekspresi gen, menunjukkan efek toksik dan penurunan aktivitas metabolisme. Secara keseluruhan, integrasi data transkriptomik dan metabolomik dalam studi ini memberikan pemahaman menyeluruh mengenai mekanisme respons molekuler E. gracilis terhadap stres CO? dan cahaya, serta mendukung potensinya dalam aplikasi bioteknologi seperti bioenergi, pangan fungsional, dan produk farmasi berbasis mikroalga.

Euglena gracilis is a photosynthetic microalga capable of surviving in extreme environments and high CO? concentrations, making it a potential candidate for bioenergy production and carbon emission mitigation. This study aimed to isolate E. gracilis from its natural environment, identify its morphological and molecular characteristics using the 18S rDNA marker, and evaluate its CO? fixation capacity through transcriptomic and metabolomic approaches. Treatments were applied in the form of varying CO? concentrations (5%, 15%, and 30%) and light spectra (white and blue) under a 24:0 photoperiod. The results showed that at 5% CO? and white light, E. gracilis exhibited optimal growth and increased metabolite production. Blue light enhanced photosynthetic pigment synthesis, while white light promoted the accumulation of lipids and paramylon. Cell size ranged between 25.39–37.22 µm with an elongated morphology. Transcriptomic analysis using RNA-Seq and qRT-PCR revealed upregulated expression of key genes, such as RubisCO in the carbon fixation pathway and accD in the fatty acid biosynthesis pathway. Meanwhile, metabolomic analysis based on GC/MS revealed an increased accumulation of relevant metabolites, including lipids and paramylon, particularly under 5% CO? treatment. Correlation between transcriptomic and metabolomic data demonstrated that the upregulation of these genes aligned with the accumulation of their respective biosynthetic metabolites. In this study, high accD expression correlated with increased lipid content, while EgGSL1 was associated with enhanced paramylon production. This indicates that gene expression regulation directly affects active metabolic pathways under certain stress conditions. CO? tolerance limits in microalgae vary depending on the species. E. gracilis has been reported to survive CO? concentrations up to 45%. In this study, 15% and 30% CO? treatments showed reduced growth and gene expression, indicating toxic effects and decreased metabolic activity. Overall, the integration of transcriptomic and metabolomic data in this study provides a comprehensive understanding of the molecular response mechanisms of E. gracilis to CO? and light stress, supporting its potential for biotechnological applications such as bioenergy, functional food, and microalgae-based pharmaceutical products.

Kata Kunci : Analisis Transkriptomik, Carbon Fixation Pathway, E. gracilis, Paramilon, qRT-PCR/ Transcriptomic Analysis, Carbon Fixation Pathway, E. gracilis, Paramylon, qRT-PCR