Evaluasi Reaktivitas Silang dan Alergenisitas Protein Alergen ß-Parvalbumin Ikan Tuna (Thunnus sp.) dengan Metode Bioinformatika dan Eksperimental

Abstract

Alergi ikan adalah suatu reaksi alergi yang diperantai IgE ketika suatu individu terpapar zat alergen pada ikan. Salah satu penyebab alergi ikan adalah ß-parvalbumin, protein alergen mayor yang banyak ditemukan pada ikan tuna. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi reaktivitas silang dan alergenisitas protein alergen ß-Parvalbumin ikan tuna (Thunnus sp.) dengan metode bioinformatika dan eksperimental. Penelitian dilaksanakan melalui tiga tahapan, yaitu identifikasi dan karakterisasi fisikokimia ß-parvalbumin serta verifikasi alergenisitas alergen ikan tuna, prediksi, evaluasi, dan verifikasi struktur 3D ß-parvalbumin, prediksi dan verifikasi reaktivitas silang protein alergen ß-parvalbumin. Analisis family dilakukan menggunakan server Pfam v29.0, analisis fisikokimia menggunakan server ProtParam dan Prosite, verifikasi alergenisitas dilakukan menggunakan server AllerTOP, AllerCatPro, AllergenFP, dan Algpred. Server yang digunakan untuk memprediksi dan mengevaluasi struktur 3D adalah SWISSMODEL, verifikasi struktur 3D dilakukan menggunakan server UCLA, dan server yang digunakan untuk memprediksi terjadinya reaktivitas silang yaitu Fermi. Bahan yang digunakan berupa sekuens protein alergen ß-parvalbumin (Thu a 1) yang diunduh dalam format FASTA dari server http://www.allergen.org/. Verifikasi di laboratorium menggunakan ikan patin, ikan mas, dan ikan makarel dengan menggunakan uji bradford, SDS-PAGE, dan immunnoblotting. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ß-Parvalbumin (Thu a 1) merupakan protein alergen pada ikan tuna dengan karakteristik alergen yang stabil, termasuk family parvalbumin yang berfungsi mengikat ion kalsium (Ca2+), memiliki pola karakteristik berupa pola EF_HAND CALCIUM BINDING, tersusun dari 109 asam amino dengan berat molekul 11 Kda, bersifat hidrofilik, dan strukturnya terdiri dari a-heliks dan ß-sheet. Prediksi struktur 3D ß-Parvalbumin (Thu a 1) memiliki nilai identitas sekuens yaitu 83,49%, GMQE dengan nilai 0,96, nilai QMEAN 0,80, dengan persentasi 97,20% residu asam amino terdapat pada daerah yang diizinkan, nilai molprobity 0,85. Hasil verifikasi menunjukan nilai prediksi model sebesar 82,57% dan mendapatkan kategori Pass. Hasil tertinggi pada prediksi reaktivitas silang yang didapatkan adalah alergen Cyp c 1 yaitu alergen pada ikan mas (Cyprinus carpio) yang memiliki persentase urutan asam amino tertinggi dengan ikan tuna, sehingga diprediksi jika individu menderita alergi tuna, besar kemungkinan individu tersebut juga mampu alergi dengan ikan mas. Hal ini dibuktikan dengan verifikasi di laboratorium menggunakan metode immunoblotting dimana sampel ekstrak protein ikan mas bereaksi spesifik dengan antibody anti parvalbumin.

Fish allergy is an IgE-mediated allergic reaction that occurs when an individual is exposed to an allergen in fish. One cause of fish allergies is ß-parvalbumin, a major allergenic protein found in high concentrations in tuna. This study aims to obtain comprehensive information on the allergenic characteristics of tuna ß-parvalbumin in silico and to verify cross-reactivity predictions in vitro. The research was conducted in three stages: identification and physicochemical characterization of ß-parvalbumin, verification of the allergenicity of tuna fish allergens, prediction, evaluation, and verification of the 3D structure of ß-parvalbumin, and prediction and verification of cross-reactivity of ß-parvalbumin allergen proteins. Family analysis was performed using the Pfam v29.0 server, physicochemical analysis using the ProtParam and Prosite servers, allergenicity verification using the AllerTOP, AllerCatPro, AllergenFP, and Algpred servers. The server used to predict and evaluate 3D structure was SWISSMODEL, 3D structure verification was performed using the UCLA server, and the server used to predict cross-reactivity was Fermi. The material used was the allergen protein sequence ß-parvalbumin (Thu a 1), which was downloaded in FASTA format from the server http://www.allergen.org/. Laboratory verification was conducted using catfish, carp, and mackerel with the Bradford assay, SDS-PAGE, and immunoblotting. The research results indicate that ß-Parvalbumin (Thu a 1) is an allergenic protein in tuna with stable allergenic characteristics. It belongs to the parvalbumin family, which binds calcium ions (Ca2+), exhibits a characteristic pattern of EF_HAND CALCIUM BINDING, is composed of 109 amino acids with a molecular weight of 11 kDa, is hydrophilic, and its structure consists of a-helices and ß-sheets. The 3D structure prediction of ßParvalbumin (Thu a 1) has a sequence identity value of 83.49%, a GMQE value of 0.96, a QMEAN value of 0.80, with 97.20% of amino acid residues located in allowed regions, and a molprobity score of 0.85. The verification results show a model prediction value of 82.57% and receive a "Pass" category. The highest result for cross-reactivity prediction was obtained for the allergen Cyp c 1, which is the allergen found in carp (Cyprinus carpio). This allergen has the highest percentage of sequence identity with tuna, so it is predicted that if an individual is allergic to tuna, there is a high probability that they will also be allergic to carp. This is evidenced by laboratory verification using the immunoblotting method, where the carp protein extract samples reacted specifically with anti-parvalbumin antibodies.