Download - DNA rekombinan
1
TUGAS III TEKNOLOGI HAYATI TERAPAN
NAMA : SUCI RAKHMADANTI
NIM : 06101009025
Pertanyaan :
Sebutkan berbagai contoh penerapan bioteknologi di bidang kesehatan?
Jawaban :
Penerapan bioteknologi di bidang kesehatan banyak jumlahnya beberapa contoh
diantaranya enzim recombinase hasil rekayasa genetik menghilangkan dna hiv dari sel induk,
terapi gen, mengatasi sel tumor, produksi interveron, produksi vitamin dan asam amino, produksi
protein darah
1. Enzim recombinase hasil rekayasa genetik menghilangkan
DNA HIV dari sel induk
Dalam upaya meningkatkan terapi anti-HIV (ART), para peneliti meneliti penggunaan
obat yang manjur dengan mekanisme baru. Sebagai bagian dari penggandaannya, HIV harus
memasukan unsur genetiknya ke dalam kromosom sel induk. Hal ini dilakukan oleh enzim HIV
yang disebut integrase. Pada 27 Juni 2007, Merck & Company mengumumkan bahwa Badan
Pengawas Makanan dan Obat AS (FDA) memprioritaskan penilaian integrase inhibitor HIV
yang pertama, raltegravir (Isentress, dahulu disebut MK-0518).
2
Baru-baru ini, sebagaimana dilaporkan dalam jurnal Science edisi 29 Juni 2007, para
peneliti Jerman menemukan bahawa enzim hasil rekayasa genetik yang disebut Tre recombinase
dapat menghilangkan unsur genetik HIV yang sudah masuk ke dalam genom sel induk. Sebagai
latar belakang, para penulis mencatat bahwa DNA HIV masuk ke dalam kromosom induk dan
bertahan sebagai provirus dengan long terminal repeat (LTR). Dalam penelitian laboratorium,
para peneliti membentuk enzim recombinase yang disesuaikan dengan susunan asimetrik dalam
LTR HIV. Karena recombinase yang terjadi secara alami tidak mengenal susunan genetik virus,
para peneliti mengambil enzim Cre recombinase yang dimutasi berturut-turut dari bakteriofag
yang mengenal bentuk DNA yang lebih mirip dengan HIV. Kemudian mereka menunjukkan
bahwa recombinase hasil rekayasa ini – bertindak sebagai “gunting molekul” – secara efisien
mampu menghilangkan DNA proviral HIV dari genom sel yang terinfeksi.Dalam
kesimpulannya, para peneliti menulis, “Walaupun masih lama sebelum dapat digunakan di
klinik, kami memikirkan bahwa teknologi jenis ini dapat disesauikan dalam ART yang akan
datang, di antara kemungkinann penggunaan lainnya.”
“Walaupun sejauh ini Tre baru diuji coba dalam sel jaringan biakan, temuan ini menjadi
dasar teknis terhadap pendekatan terapeutik baru yang pada satu hari kelak mungkin dapat
dipakai untuk membasmi HIV dari sel pasien yang terinfeksi,” penulis Joachim Hauber
mengatakan. “Pertama-tama kita harus duduk kembali ke lab dan melakukan penelitian untuk
memperbaiki enzim ini. Kemudian menguji apakah recombinase ini dapat dimasukan secara
tepat dan aman ke dalam sel di dalam tubuh manusia.” Dalam tajuk rencana bersama, Alan
Engelman PhD, dari Dana Farber Institute di Boston mencatat bahwa untuk pertama kalinya para
peneliti menunjukkan pengangkatan DNA proviral HIV dari sel induk.
2. Terapi Gen
Terapi gen adalah suatu teknik terapi yang digunakan untuk memperbaiki gen-
gen mutan (abnormal/cacat) yang bertanggung jawab terhadap terjadinya suatu penyakit. Pada
awalnya, terapi gen diciptakan untuk mengobatipenyakit keturunan (genetik) yang terjadi
karena mutasi pada satu gen, seperti penyakit fibrosis sistik. Penggunaan terapi gen pada
penyakit tersebut dilakukan dengan memasukkan gen normal yang spesifik ke dalam selyang
memiliki gen mutan. Terapi gen kemudian berkembang untuk mengobati penyakit yang terjadi
karena mutasi di banyak gen, seperti kanker. Selain memasukkan gen normal ke dalam sel
3
mutan, mekanisme terapigen lain yang dapat digunakan adalah melakukan rekombinasi homolog
untuk melenyapkan gen abnormal dengan gen normal, mencegah ekspresi gen abnormal melalui
teknik peredaman gen, dan melakukan mutasi balik selektif sehingga gen abnormal dapat
berfungsi normal kembali.
Cara Kerja Terapi Gen
Saat ini para ilmuwan sedang mencoba beberapa cara kerja terapi gen untuk pengobatan kanker:
a. Menambahkan gen sehat pada sel yang memiliki gen cacat atau tidak lengkap.
Contohnya, sel sehat memiliki “gen penekan tumor” seperti p53 yang mencegah
terjadinya kanker. Setelah diteliti, ternyata pada kebanyakan sel kanker gen p53 rusak
atau bahkan tidak ada. Dengan memasukkan gen p53 yang normal ke dalam sel kanker,
diharapkan sel tersebut akan normal dan sehat kembali.
b. Menghentikan aktivitas “gen kanker” (oncogenes). “Gen kanker” merupakan hasil mutasi
dari sel normal, yang menyebabkan sel tersebut membelah secara liar menjadi kanker.
Ada juga gen yang menyebabkan sel kanker bermetastase (menjalar) ke bagian tubuh
lain. Menghentikan aktivitas gen ini atau protein yang dibentuknya, dapat mencegah
kanker membesar maupun menyebar.
c. Menambahkan gen tertentu pada sel kanker sehingga lebih peka terhadap kemoterapi
maupun radiasi, atau menghalangi kerja gen yang dapat membuat sel kanker kebal
terhadap obat-obat kemoterapi. Juga dicoba cara lain, membuat sel sehat lebih kebal
terhadap kemoterapi dosis tinggi, sehingga tidak menimbulkan efek samping.
d. Menambahkan gen tertentu sehingga sel-sel tumor/kanker lebih mudah dikenali dan
dihancurkan oleh sistem kekebalan tubuh. Atau sebaliknya, menambahkan gen pada sel-
sel kekebalan tubuh sehingga lebih mudah mendeteksi dan menghancurkan sel-sel
kanker.
e. Menghentikan gen yang berperan dalam pembentukan jaringan pembuluh darah baru
(angiogenesis) atau menambahkan gen yang bisa mencegah angiogenesis. Jika suplai
darah dan makanannya terhenti, kanker akan berhenti tumbuh, atau bahkan mengecil lalu
mati.
f. Memberikan gen yang mengaktifkan protein toksik tertentu pada sel kanker, sehingga sel
tersebut melakukan aksi “bunuh diri” (apoptosis).
4
3. Mengatasi Sel Tumor
yaitu menggunakan gen virus herpes simplex-timidin kinase (HSV-tk) sebagai “gen
pembunuh”. Gen tersebut diisolasi dari virus herpes simplex, suatu virus penyebab penyakit
herpes.Tahap-tahap medis dalam terapi gen menggunakan gen HSV-tk untuk mematikan sel-sel
glioblastoma multiform (suatu tumor otak), secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Operasi pembuangan bagian tumor yang dapat dibuang dari otak.
b. Pemasukan sel penghasil vektor yang membawa gen pembunuh (gen HSV-tk) secara
injeksi atau implantasi sisa tumor yang tidak dapat dibuang dari otak.
c. Pemulihan setelah operasi serta pemeriksaan hasil menggunakan Magnetik Resonance
Imaging-Scan (MRI-Scan)
d. Pemberian ganciclovir (GCV) secara intra-venous sesuai dosis. GCV merupakan turunan
Acyclovir yang dikembangkan pada tahun 1970 untuk pengobatan infeksi virus herpes
simplex. Obat ini merupakan analog nukleosida yang dapat difosforilasi oleh kinase
timidin virus menjadi bentuk GCV-monofosfat.kemudian enzim seluler dapat mengubah
bentuk monofosfat itu menjadi bentuk GCV-di dan trifosfat yang bersifat toksik, dengan
fungsi sebagai terminator sintesis DNA yang berarti menghambat polimerasi DNA
virus.enzim HSV-tk bekerja seribu kali lebih efisien pada fofsforilisasi GCV menjadi
GCV-monofosfat daripada kinase timidin seluler. Oleh karena itu GCV tidak toksik pada
sel tanpa HCV-tk pada konsentrasi terapi 1-10µM. Akan tetapi, pada penggunaan yang
lama muncul neuropenia. GCV-trifosfat yang toksik ini menunjukan kemampuan
melewati membran sel ditunjukan dengan waktu paruhnya dalam sel 6 kali lebih lama
( 18-24 jam) daripada GCV. Salah satu keuntungan dari mekanisme aksi ini bahwa sel
tumor yang resisten terhadap obat tumor,seperti sel kanker overian SKOV-3, peka
terhadap GCV jika sel itu diberi gen HCV-tk.
e. Perlakuan dengan penyinaran berenergi tinggi. Penyinaran dilakukan ke bagian yang
telah pulih, dua atau tiga minggu setelah pembedahan. Kemudian setiap dua bulan, tumor
otak pasien dipantau dengan MRI-Scan dan setelah satu tahun diharapkan terapi gen
tersebut memberikan hasil yang positif.
5
4. Produksi Interferon
Interferon (IFN) adalah protein yang diproduksi oleh tubuh sebagai respon terhadap
antigen termasuk diantaranya virus, bakteri, parasit, atau antigen lain. Sel yang terserang akan
mengeluarkan IFN yang kemudian (dengan menggunakan reseptor yang sangat spesifik) akan
melekat pada sel disekitarnya untuk mensintesa protein antiantigen. Hal ini akan membuat
pertumbuhan antigen (virus, bakteri, parasit) terhambat. IFN terdeteksi beberapa saat setelah
proses infeksi secara lokal dan sistemik untuk mencegah penyebaran virus.
Terdapat 3 jenis IFN, yaitu: IFN alfa, beta, dan gamma. Pada penelitian Adi santoso, dia
tertarik untuk mengekspresikan dan memproduksi recombinant hIFN α 2a pada yeast Pichia
pastoris. IFN alfa dapat digunakan sebagai obat untuk hepatitis B dan C, human papillomavirus,
hairy-cell leukemia, and Kaposi's sarcoma (a cancer associated with AIDS). P. pastoris
mempunyai beberapa keuntungan untuk produksi protein rekombinan diantaranya adalah
ekspresi yang efisien dengan menggunakan methanol inducible alcohol oxidase gene (AOX1)
promoter, tingkat ekspresi protein rekombinan yang sangat tinggi, sekresi yang efisien, dan
proses fermentasi pada densitas sel yang sangat tinggi. Hal ini akan membuat downstream
processing akan menjadi sangat efisien.
Teknik RT-PCR dengan menggunakan sepasang primer yaitu forward primer 5’-
gcagcatctgcaacatctaca-3’ dan reverse primer 5’-gtgagctggcatacgaatca-3’ digunakan untuk
mengisolasi gen IFN α 2a. Total RNA dari darah digunakan sebagai template untuk mensintesis
first strand cDNA. Hasil analisa sekuens DNA dan alignment dengan data dari NCBI
(GENBank) menunjukkan bahwa gen IFN α 2a telah didapatkan. Pada saat ini gen IFN α 2a
telah berhasil diinsersikan pada plasmid pPICZαB. Langkah ini selanjutnya akan diikuti dengan
proses transformasi pada P. pastoris genome. Diharapkan protein IFN α 2a sudah dapat
dihasilkan dalam waktu dekat.
5. Produksi Vitamin dan Asam amino
Vitamin dan asam amino merupakan faktor pertumbuhan yang sering digunakan dalam
farmasi atau ditambahkan kepada makanan. Beberapa vitamin dan asam amino yang penting,
dihasilkan secara komersial melalui proses mikrobiologi.
6
a. Vitamin
Vitamin digunakan sebagai tambahan pada makanan manusia dan pakan ternak. Produksi
vitamin, berada kedua setelah antibiotika dalam hal penjualan total produk farmasi dengan nilai
lebih dari $ 700 juta per tahun. Sebagian besar vitamin dibuat secara komersial melalui sintesis
bahan kimia. Sejumlah vitamin terlalu sulit disintesis dengan biaya murah tapi keuntungannya
vitamin dapat dibuat dengan fermentasi mikrobial. Vitamin B12 dan riboflavin yang terpenting
dalam kelompok vitamin.
Vitamin B12 , disintesis secara khusus di alam oleh mikroorganisme Kebutuhan vitamin
ini pada hewan dipenuhi melalui ambilan makanan atau melalui absorpsi vitamin yang dihasilkan
mikroorganisme dalam usus hewan. Tetapi pada manusia vitamin B12 diperoleh melalui makanan
atau sebagai tambahan vitamin, karena seandainya vitamin ini disintesis oleh mikroorganisme
dalam jumlah yang besar di dalam usus besar, tetapi tidak masuk ke dalam saluran darah. Strain
mikroorganisme dipilih dan digunakan untuk menghasilkan banyak vitamin. Anggota bakteri
dari genus Propionibacterium menghasilkan vitamin mulai dari 19-23 mg/liter pada proses dua-
tahap, sedangkan bakteri lain, Pseudomonas denitrificans menghasilkan 60 mg/liter pada proses
satu-tahap yang menggunakan molase gula-bit sebagai sumber karbon. Vitamin B12 mngandung
kobalt sebagai bagian esensial strukturnya, dan untuk meningkatkan produksi vitamin, dilakukan
dengan menambahkan kobalt pada medium biakan.
Riboflavin disintesis oleh beberapa mikroorganisme, termasuk bakteri, fungi, dan ragi.
Fungi Ashbya gossypii menghasilkan sejumlah besar riboflavin (> 7 gram/liter) dan oleh karena
itu sering digunakan dalam proses produksi mikrobiologi. Hasil perolehan yang sangat banyak
ini menyebabkan persaingan ekonomi tinggi di antara proses mikrobiologi dengan proses sintesis
secara kimia.
b. Asam amino
Asam amino digunakan secara luas dalam industri makanan, tambahan pakan, dalam
obat, dan sebagai bahan pemula pada industri kimia (Tabel 13-4). Sebagian besar asam amino
yang penting secara komersial adalah asam glutamat, yang digunakan untuk meningkatkan rasa.
Dua asam amino yang juga penting, asam aspartat dan fenilalanin, yang menyusun bahan
pemanis buatan, aspartat, merupakan unsur penting dalam minuman ringan diet dan makanan
7
lain yang dijual sebagai produk bebas-gula. Lisin, merupakan asam amino esensial untuk
manusia, dihasilkan oleh Brevibacterium flavum, juga digunakan sebagai tambahan makanan.
Meskipun sebagian besar asam amino dapat dibuat secara kimia, sintesis bahan kimia
menyebabkan pembentukan bentuk DL inaktif. Jika secara biokimia bentuk L dibutuhkan, maka
diperlukan metode enzimatik atau metode mikrobiologi pada pembuatannya. Produksi asam
amino secara mikrobiologi juga dapat melalui fermentasi langsung, dimana mikroorganisme
menghasilkan asam amino dalam suatu proses fermentasi standar, atau melalui proses enzimatik,
dimana mikroorganisme sebagai sumber enzim dan enzim tersebut digunakan dalam proses
produksi.
6. Produksi Protein Darah.
Sejumlah protein yang dilibatkan dalam pembekuan darah dan proses darah lainnya,
sudah dikembangkan untuk digunakan dalam bidang kesehatan. Terutama aktivator plasminogen
jaringan dan faktor pembekuan VII, VIII, dan IX. Aktivator plasminogen jaringan (TPA/ tissue
plasminogen activator) merupakan protein yang ditemukan dalam darah yang berperan dalam
mencari dan melarutkan darah yang tua dan beku pada tahap akhir proses penyembuhan.
Pemakaian TPA terutama untuk pasien jantung atau seseorang yang menderita tekanan darah
rendah karena memiliki kecenderungan pembekuan. TPA digunakan setelah operasi bypass
jantung, transplantasi, atau bedah jantung lainnya untuk mencegah perkembangan embolisme
pulmonari yang mengancam kehidupan. Pada sejumlah negara berkembang, penyakit jantung
yang menyebabkan kematian, adanya produk TPA melalui proses mikrobiologik menjadi sangat
menjanjikan.
Kebalikan dari TPA, faktor pembekuan VII, VIII, dan IX, sangat diperlukan untuk
pembentukan pembekuan darah. Penderita hemofilia karena defisiensi satu atau banyak faktor
pembekuan dapat segera diobato dengan produk yang dihasilkan melalui proses mikrobiologik
ini.Protein darah lainnya yang sangat menarik dalam bioteknologi adalah eritopoietin, suatu
protein yang menstimulasi pembentukkan sel darah merah, penggunaannya sangat menjanjikan
untuk pengobatan anemia.