KAJIAN PROTEOMIK DAN METABOLOMIK PADA SPERMA DAN PLASMA SEMEN KERBAU TORAYA

Abstract

Kerbau toraya merupakan salah satu rumpun kerbau lokal Indonesia yang memiliki nilai strategis dalam sektor peternakan serta berperan penting dalam budaya tradisional masyarakat Toraja. Kualitas semen, yang mencakup parameter sperma dan plasma semen, menjadi indikator utama dalam mendukung keberhasilan program inseminasi buatan (IB). Informasi mengenai biomarkabiomarka molekuler yang merefleksikan fungsi reproduksi pada kerbau toraya namun, masih sangat terbatas. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi karakteristik semen serta mengidentifikasi profil protein dan metabolit pada sperma dan plasma semen kerbau toraya. Penelitian terdiri atas tiga tahap: (1) karakterisasi semen dan profil elektroforesis protein sperma dan plasma semen, (2) analisis proteomik sperma dan plasma semen, (3) analisis metabolomik sperma dan plasma semen, untuk eksplorasi biomarka fungsi sperma dan potensi reproduksi kerbau jantan toraya. Sampel semen dikoleksi dari delapan ekor kerbau toraya jantan berumur 4–10 tahun menggunakan vagina buatan. Analisis semen segar dilakukan secara makroskopis dan mikroskopis, sedangkan evaluasi semen beku mencakup parameter motilitas, kinematik sperma, viabilitas, morfologi abnormal, integritas membran dan akrosom, potensi membran mitokondria (MMP), integritas DNA, serta defisiensi protamin (PRM) sperma. Konsentrasi protein ditentukan menggunakan metode bicinchoninic acid assay (BCA), dan profil protein dianalisis menggunakan 1D SDS-PAGE dengan gel gradien 4%–20% dan penanda protein 6,5–240 kDa. Analisis proteomik dilakukan melalui metode in-gel digestion dan analisis LC-MS/MS, diikuti dengan anotasi bioinformatik menggunakan UniProt, PANTHER, DAVID, dan STRING. Analisis metabolomik dilakukan melalui ekstraksi, derivatisasi, dan analisis GC-MS, dengan identifikasi metabolit berbasis pustaka NIST dan analisis statistik menggunakan MetaboAnalyst 6.0. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kualitas semen segar dan beku kerbau toraya memenuhi standar kelayakan untuk program IB, dengan rerata total sperma motil per ejakulat sebesar 1.326,61±714,99×106 dan jumlah straw per ejakulat sebesar 54,06±28,59 dosis. Terdapat perbedaan signifikan (P<0,05) antar individu pada beberapa parameter sperma, namun tidak ditemukan perbedaan signifikan (P>0,05) pada hasil imunofluoresensi terkait akrosom utuh, defisiensi protamin, integritas-MMP, dan fragmentasi DNA. Profil protein plasma semen menunjukkan 12–19 pita protein (11–155 kDa) dengan konsentrasi rerata 161,41±12,41 µg/mL, sedangkan sperma menunjukkan 4–13 pita protein (6–240 kDa) dengan konsentrasi 77,29±39,26 µg/mL. Analisis proteomik berhasil mengidentifikasi empat protein reproduksi utama, yaitu ADAM32 pada plasma semen, serta ZPBP, SPACA3, dan CCDC136 pada sperma. Protein-protein ini diketahui berperan dalam motilitas sperma, produksi energi, dan pembentukan akrosom., Sejumlah protein juga terkait dengan jalur metabolik, termasuk siklus asam trikarboksilat (TCA), yang penting dalam penyediaan energi bagi sel sperma dan lingkungan plasma semen. Analisis metabolomik mengidentifikasi sepuluh kelompok utama metabolit, termasuk asam karboksilat, asam lemak, dan steroid. Asam karboksilat mendominasi plasma semen, sementara senyawa fatty acyl lebih banyak ditemukan pada sperma. Analisis PCA dan PLS-DA menunjukkan pemisahan yang jelas antara kedua jenis sampel. Nilai variable importance in projection (VIP), menunjukkan metabolit utama yang berpotensi sebagai biomarka reproduksi adalah kreatinin, docosahexaenoic acid (DHA), dan asam a-ketoglutarat. Metabolisme galaktosa mendominasi pada plasma semen, sedangkan metabolisme glikoksilat dominan pada sperma. Kesimpulan penelitian ini adalah kualitas semen segar dan beku kerbau toraya memenuhi standar untuk digunakan dalam program inseminasi buatan. Analisis SDS-PAGE menunjukkan pita protein dominan pada berat molekul 16, 50, 70, dan 115 kDa. Protein kunci seperti ZPBP, SPACA3, dan CCDC136 ditemukan pada sperma, sedangkan ADAM32 diidentifikasi pada plasma semen. Analisis metabolomik mengungkap keberadaan kreatinin, DHA, dan asam a-ketoglutarat sebagai kandidat biomarka potensial untuk menilai fungsi reproduksi pejantan kerbau toraya.