Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

16
MAKALAH BIOLOGI MOLEKULER “APLIKASI REKAYASA GENETIKA PADA PENGEMBANGAN ANTIBIOTIK” KELOMPOK 5: NI MADE ARTARI DEWI 115130101111006 EVA ROSALINA 115130101111007 FADILLAH ASYIAH R 115130106111001 WIDYA ALIF SUHANDINI 115130107111003 KHUSNA INDRA P 115130107111005 EVRIS HIKMAT 115130100111014 ABEDNEGO R.A 115130100111022 PKH A 2011 PROGRAM KEDOKTERAN HEWAN

description

yes

Transcript of Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

Page 1: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

MAKALAH BIOLOGI MOLEKULER

“APLIKASI REKAYASA GENETIKA

PADA PENGEMBANGAN ANTIBIOTIK”

KELOMPOK 5:

NI MADE ARTARI DEWI 115130101111006

EVA ROSALINA 115130101111007

FADILLAH ASYIAH R 115130106111001

WIDYA ALIF SUHANDINI 115130107111003

KHUSNA INDRA P 115130107111005

EVRIS HIKMAT 115130100111014

ABEDNEGO R.A 115130100111022

PKH A 2011

PROGRAM KEDOKTERAN HEWAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2013

Page 2: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bioteknologi modern memanfaatkan keterampilan manusia dalam melakukan

manipulasi makhluk hidup agar dapat digunakan untuk menghasilkan suatu barang yang

diinginkan. Bioteknologi modern menggunakan organisme hasil rekayasa genetika

melalui perlakuan yang mengubah landasan penentu kemampuan hidup, yaitu mengubah

tatanan gen yang menentukan sifat spesifik suatu organisme sehingga proses pengubahan

dapat berlangsung secara lebih efisien dan efektif.

Kemajuan bioteknologi tak lepas dari peran mikroba. Karena materi genetika

mikroba sederhana, sehingga mudah dimanipulasi untuk disisipkan ke gen yang lain.

Bioteknologi seperti mesin ajaib yang mampu melakukan berbagai proses penting dalam

dunia industri di beberapa bidang antara lain bidang kesehatan, pangan, pertanian,

industri lainnya serta lingkungan. Di bidang kesehatan, penerapan bioteknologi atau

kegiatan rekayasa genetika menghasilkan produk-produk penting berupa senyawa-

senyawa yang mempunyai fungsi terapeutik seperti antibiotik, vaksin, hormon, kit

diagnostika atau memperbaiki gen rusak/ tidak fungsional (terapi gen), dan produk

farmasi lainnya.

Oleh karena itu, dalam makalah ini akan dibahas mengenai pengembangan

antibiotik sebagai salah satu produk bioteknologi modern di bidang kesehatan.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, maka adapun rumusan masalah dalam makalah ini, yaitu:

1. Apakah yang dimaksud dengan antibiotik ?

2. Bagaimana sejarah antibiotik?

3. Bagaimana prinsip-prinsip pembuatan antibiotik ?

4. Apa saja mikroorganisme penghasil antibiotik?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dalam pembuatan makalah ini, yaitu:

1. Untuk mengetahui pengertian antibiotik.

2. Untuk mengetahui sejarah dari antibiotik.

3. Untuk mengetahui prinsip-prinsip pembuatan antibiotik.

4. Untuk mengetahui mikroorganisme penghasil antibiotik.

Page 3: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

BAB II

PEMBAHASAN

Pada segi lain penerapan DNA rekombinan adalah untuk pengobatan terbuka bagi

pengembangan antibiotik. Kepentingan untuk pengembangan antibiotik dengan teknik ini

didukung oleh kenyataan nilai penjualan dan keuntungan perdagangan antibiotik yang

menduduki tempat teratas dewasa ini. Suatu hal yang perlu dicatat adalah antibiotik bukan

merupakan produk gen primer, tetapi lebih merupakan produk metabolit sekunder, dimana

pembentukan antibiotik dalam sel melalui reaksi yang dikatalisir oleh enzim protein sebagai

produk gen primer. Obat ini memiliki struktur kimia yang berbeda satu dengan lain dan

memiliki kesamaan aksi sebagai penghambat pertumbuhan bakteri. Pada umumnya antibiotik

dihasilkan oleh mikroba golongan aktinomisetes, dan biasanya dari jenis streptomises. Dalam

perdagangan, ada beberapa kelompok besar antibiotik yang memegang peranan seperti

penisilin, sefalosporin, dan tetrasiklin. Kelompok antibiotik lainnya adalah yang termasuk

makrolida polien, streptomisin, eritromisin, rifampisin, bleomisin dan antrasiklin yang

mempengaruhi segi-segi metabolisme sel yaitu dari replikasi DNA sampai kepada

pembentukan protein. Sekurangnya ada tiga saluran penerapan DNA rekombinan dalam

produksi antibiotik melalui penyempurnaan produk, modifikasi invivo, dan antibiotik hibrida.

2.1 Pengertian Antibiotik

Antibiotika adalah segolongan senyawa, baik alami maupun sintetik, yang

mempunyai efek menekan atau menghentikan suatu proses biokimia di dalam organisme,

khususnya dalam proses infeksi oleh bakteri. Penggunaan antibiotika khususnya

berkaitan dengan pengobatan penyakit infeksi, meskipun dalam bioteknologi dan

rekayasa genetika juga digunakan sebagai alat seleksi terhadap mutan atau transforman.

Antibiotika bekerja seperti pestisida dengan menekan atau memutus satu mata rantai

metabolisme, hanya saja targetnya adalah bakteri. Antibiotika berbeda dengan

desinfektan karena cara kerjanya. Desifektan membunuh kuman dengan menciptakan

lingkungan yang tidak wajar bagi kuman untuk hidup.

Tidak seperti perawatan infeksi sebelumnya, yang menggunakan racun seperti

strychnine, antibiotik dijuluki “peluru ajaib” : obat yang membidik penyakit tanpa

melukai tuannya. Antibiotik tidak efektif menangani infeksi akibat virus, jamur, atau

nonbakteri lainnya, dan setiap antibiotik sangat beragam keefektifannya dalam melawan

berbagai jenis bakteri. Ada antibiotika yang membidik bakteri gram negatif atau gram

positif, ada pula yang spektrumnya lebih luas. Keefektifannya juga bergantung pada

Page 4: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

lokasi infeksi dan kemampuan antibiotik mencapai lokasi tersebut. Antibiotika oral (yang

dimakan) mudah digunakan bila efektif, dan antibiotika intravena (melalui infus)

digunakan untuk kasus yang lebih serius.

2.2 Sejarah singkat penemuan antibiotika modern

Penemuan antibiotika terjadi secara ‘tidak sengaja’ ketika Alexander Fleming,

pada tahun 1928, lupa membersihkan sediaan bakteri pada cawan petri dan

meninggalkannya di rak cuci sepanjang akhir pekan. Pada hari senin, ketika cawan petri

tersebut akan dibersihkan, ia melihat sebagian kapang telah tumbuh di media dan bagian

di sekitar kapang ‘bersih’ dari bakteri yang sebelumnya memenuhi media. Karena tertarik

dengan kenyataan ini, ia melakukan penelitian lebih lanjut terhadap kapang tersebut, yang

ternyata adalah Penicillium chrysogenum (kapang berwarna biru muda ini mudah

ditemukan pada roti yang dibiarkan lembab beberapa hari). Ia lalu mendapat hasil positif

dalam pengujian pengaruh ekstrak kapang itu terhadap bakteri koleksinya. Dari ekstrak

itu ia diakui menemukan antibiotik alami pertama: penicillin G. Penemuan efek

antibakteri dari Penicillium sebelumnya sudah diketahui oleh peneliti-peneliti dari Institut

Pasteur di Perancis pada akhir abad ke-19 namun hasilnya tidak diakui oleh lembaganya

sendiri dan tidak dipublikasi.

2.3 Mikroorganisme penghasil antibiotik

Antibiotik, sebagai penerapan bioteknologi konvensional merupakan  senyawa

hasil mikroorganisme yang bermanfaat sebagai penghambat pertumbuhan

mikroorganisme lain.

1. Jamur Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum sebagai penghasil antibiotik

penisilin untuk melawan infeksi yang dikarenakan oleh bakteri Staphylococcus.

2. Jamur Cephalosporium sp. dapat menghasilkan antibiotik sefalosporin sebagai

pembunuh bakteri yang kebal terhadap antibiotik penisilan.

3. Aspergillus menghasilkan fumigasin

4. Chaetomium menghasilkan chetomin

5. Fusarium menghasilkan javanisin

6. Trichoderma menghasilkan gliotoxin

7. Bakteri Streptomyces griseus dapat menghasilkan antibiotik streptomisin untuk

membunuh bakteri yang kebal terhadap antibiotik penisilin dan sefalosporin.

Sekitar 800 jenis antibiotik dihasilkan oleh fungi. Fungi dari genus Aspergillus dan

Penicilin lebih sering memproduksi antibiotik.

Page 5: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

2.4 Pembuatan antibiotik

2.4.1 Fermentasi

Suatu antibiotika yang dihasilkan secara komersial, pada awalnya harus berhasil

diproduksi pada fermentor industri berskala-besar. Salah satu gugus-tugas penting

adalah pengembangan efisiensi metode pemurnian. Metode elaborasi (yang terperinci)

sangat penting dalam ekstraksi dan pemunian antibiotika, karena jumlah antibiotika

yang terdapat dalam cairan fermentasi hanya sedikit. Jika antibiotika larut dalam

pelarut organik yang tidak dapat bercampur dengan air, maka pemurniannya relatif

lebih mudah, karena memungkinkan untuk mengekstraksi antibiotika ke dalam suatu

pelarut bervolume kecil, sehingga lebih mudah mengumpulkan antibiotika tersebut.

Jika antibiotika tidak larut dalam pelarut, selanjutnya harus dipindahkan dari cairan

fermentasi melalui adsorpsi, pertukaran ion, atau presipitasi secara kimia. Pada semua

kasus, tujuannya untuk memperoleh produk kristalin yang sangat murni, meskipun

sejumlah antibiotika tidak mudah terkristalisasi dan sulit dimurnikan. Masalah yang

berhubungan adalah, kultur sering menghasilkan produk akhir lain, termasuk

antibiotika lain, dalam hal ini penting mengakhiri proses dengan suatu produk yang

hanya terdiri dari antibiotik tunggal. Pemurnian secara kimia mungkin dibutuhkan

untuk mengembangkan metode dalam rangka menghilangkan produk sampingan yang

tidak diharapkan, tetapi dalam beberapa kasus hal tersebut penting untuk ahli

mikrobiologi untuk menemukan strain yang tidak menghasilkan senyawa kimia dan

tidak diharapkan.

Page 6: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

Contoh pembuatan Penicilin:

Page 7: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

2.4.2 Antibiotik menggunakan Rekayasa Genetika

Penelitiannya bisa dilihat pada jurnal “Production of New Hybrid Antibiotics,

Mederrhodins A and B, by a Genetically Engineered Strain” oleh Satoshi Omura dkk.

Bahan dan metode:

1. Bacterial strains

Strain yang digunakan dalam penelitian ini adalah medermycin penghasil

Streptomyces sp. strain dan AM7161 nanaomycin penghasil S. rosa var. notoensis

KA301, yang diisolasi dari sampel tanah di laboratorium kami, actinorhodin penghasil

S. coelicolor A3 kalafunginproducing S. tanashiensis KALA NRRL 3215, dan mereka

transforman.

2. Media

Ekstrak ragi-ekstrak malt-larut agar pati, yang terdiri dari 4 g ekstrak ragi, 10 g

ekstrak malt, 4 g larut pati, 20 g Bacto-Agar, dan 1 liter air suling, digunakan untuk

sporulasi (25 PLG dari thiostrepton per ml ditambahkan dalam kasus transforman).

Suspensi spora untuk inokulasi disimpan pada -30 °C.

3. Isolation and detection of hybrid antibiotics

Page 8: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

Kultur kaldu disesuaikan dengan pH 7,0 dengan 1 N HCI dan diekstraksi

dengan volume yang sama kloroform. Fase dipisahkan dengan sentrifugasi. Fraksi

pelarut diuapkan sampai kekeringan. Residu kasar diterapkan pada silika gel thinlayer

pelat kromatografi dan dikembangkan dengan kloroform- metanol (10:1).

4. Determination of MIC

Penentuan MIC dilakukan dengan metode pengenceran agar pada medium agar

infusi jantung, dan inkubasi dilakukan pada suhu 37 °C selama 20 jam. Antibiotik

dilarutkan dalam 50% metanol.

5. Instruments

Spektrometer massa JMS-DX-300 (tegangan percepatan 3 kV, tegangan

ionisasi, 1 eV, arus emitor, 1 sampai 25 mA; katoda tegangan 5,5 kV, JEOL Co,

Jepang) untuk ionisasi nyala detektor (FD) spektrometri massa, rekaman UV-visible

spektrofotometer UV-210A untuk UV-tampak penyerapan, FT resonansi magnetik

nuklir (NMR) spektrometer JNM FX90Q (90 MHz, JEOL Co) untuk 'Spektrometri H-

NMR, kisi difraksi spektrofotometer inframerah A-102 untuk spektrometri inframerah,

dan sebuah analisa unsur (Model 240B, The Perkin Elmer Corp, Norwalk, Conn)

untuk elemen analisis.

6. Chemicals

Sampel otentik nanaomycins A dan D dan medermycin diisolasi dari kaldu

kultur S. rosq var. notoensis dan Streptomyces sp. strain AM7161, masing-masing.

Produksi antibiotik dengan metode mutasynthesis atau biosintesis hibrida

adalah sebuah pendekatan menarik untuk penemuan antibiotik baru. Metode tersebut

mudah diterapkan untuk mendapatkan antibiotik baru, tapi fermentasinya memerlukan

setidaknya dua proses:

1. Budidaya suatu idiotrophic mutan atau strain antibiotik yang memproduksi

dengan penambahan inhibitor enzim

2. Penambahan analog dari intermediate biosintesis

Sebaliknya, produksi hibrida antibiotik oleh strain rekombinan, seperti yang

ditunjukkan di sini, dilakukan oleh fermentasi sederhana, seperti dalam produksi

antibiotik biasa. Tiga plasmid rekombinan pIJ2301, pIJ2315, dan pIJ2316, yang

masing-masing memiliki kemampuan untuk menghasilkan mederrhodins di produsen

medermycin, semuanya mengandung tumpang tindih wilayah cluster gen untuk

biosintesis actinorhodin, termasuk wilayah ACTV. Dari hasil penelitian ini, produk

gen ACTV yaitu hidroksilase mampu mengkatalisis hidroksilasi medermycin di posisi

Page 9: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

C-6. Total produktivitas isochromanequinone antibiotik medermycin dan

mederrhodins setiap transforman mirip dengan strain asli yang menghasilkan

medermycin saja.

Pembentukan mederrhodin B dilakukan sebagai berikut:

1. Sintesis medermycin dari delapan asetat dan gula oleh medermycin penghasil

Streptomyces sp. strain AM7161

2. hidroksilasi dari medermycin oleh hidroksilase yang merupakan produk gen

terlibat dalam biosintesis actinorhodin S. coelicolor A3

3. pengurangan mederrhodin A oleh reduktase Streptomyces sp. AM7161

Detection of hybrid antibiotics from transformants

Kami mencoba untuk memperkenalkan berbagai plasmid rekombinan yang

terdiri sebagian atau seluruh dari kelompok gen actinorhodin S. coelicolor A3

dilakukan pada vektor * berbasis SCP2 pIJ922 atau pIJ940, ke-nanaomycin,

kalafungin-, frenolicin B-, dan Streptomycetes medermycin penghasil, menggunakan

kondisi standar untuk transformasi protoplas dikembangkan untuk S. coelicolor A3

dan S. lividans 66. Dalam eksperimen ini, transfornlants diperoleh hanya dari

kalafungin-dan medermycinproducing organisme. Upaya kemudian dibuat untuk

mendeteksi antibiotik hibrida dari kaldu kultur S. tanashiensis

KALA NRRL 3215 dan Streptomyces sp. saring AM7161 membawa plasmid

rekombinan. Produksi antibiotik hibrida diamati dari medermycinproducing

Streptomyces sp. saring AM7161 membawa pIJ2301, pIJ2315, dan pIJ2316.

Isolasi mederrhodins

Satu liter dari kultur kaldu Streptomyces sp. strain AM7161 membawa

pIJ2315 telah disesuaikan pada pH 4.0 dengan 1 N HCI, dan endapan miselium

dihilangkan melalui proses sentrifugasi. Supernatan diambil melalui kolom Diaion

HP-20 setelah itu dicuci dengan dua volume deionisasi air. Medermycin dan

mederrhodins dielusi dengan aseton cair 70%. Eluat diuapkan untuk menghapus

aseton tersebut. Aseton tanpa eluat (sekitar 20 ml) diatur pada pH 7,0 dengan

amonia cair dan diekstraksi dua kali dengan volume yang sama dari kloroform.

Medermycin dan mederrhodin A dipartisi ke fase kloroform, 'yang diuapkan sampai

kering. Mederrhodin A dimurnikan dengan preparatif silika gel kromatografi lapis

tipis dan dikembangkan dengan chloroformmethanol (10:1). Sekitar 40 mg

Page 10: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

mederrhodin A diperoleh. Mederrhodin B dalam fasa cair setelah langkah ekstraksi

pelarut. Fraksi cair diencerkan dengan air deionisasi dan melewati sebuah 'kolom

Amberlite CG-50 [H +] (40 ml). Kolom dicuci dengan air deionisasi, dan mederrhodin

B dielusi dengan 0,5 N NH4OH. Fraksi kaya mederrhodin B dikumpulkan dan

disesuaikan dengan pH 7.0 dengan 1 N HCl, dan mederrhodin B teradsorpsi pada

Diaion HP-20. Mederrhodin B dielusi oleh prosedur yang sama dijelaskan di atas,

Sekitar 35 mg mederrhodin B adalah diperoleh.

2.5 Macam-macam antibiotika

Page 11: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

BAB III

KESIMPULAN

Antibiotika adalah segolongan senyawa, baik alami maupun sintetik, yang mempunyai

efek menekan atau menghentikan suatu proses biokimia di dalam organisme, khususnya

dalam proses infeksi oleh bakteri. Antibiotik, sebagai penerapan bioteknologi konvensional

merupakan  senyawa hasil mikroorganisme yang bermanfaat sebagai penghambat

pertumbuhan mikroorganisme lain. Mikroorganisme penghasil antibiotik antara lain; Jamur

Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum sebagai penghasil antibiotik penisilin,

Jamur Cephalosporium sp. dapat menghasilkan antibiotic sefalosporin, Aspergillus

menghasilkan fumigasin, Chaetomium menghasilkan chetomin, Fusarium menghasilkan

javanisin, Trichoderma menghasilkan gliotoxin, Bakteri Streptomyces griseus dapat

menghasilkan antibiotik streptomisin. Pembuatan antibiotik dapat dilakukan melalui proses

fermentasi dan hybrid antibiotik.

Page 12: Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik

DAFTAR PUSTAKA

Arbianto, Purwo. 1994. Biokimia Konsep-Konsep Dasar. Bandung : ITB.

Campbel dan Reece-Mitchell. 2000. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

D. Watson James, dkk. 1983. DNA Rekombinan Suatu Pelajaran Singkat. Jakarta : Erlangga.

Henyhili, Victoria dan Suratsih. 2003. Common TextBook Genetika. Yogyakarta : UNY.

Ketut Sarna, dkk. 2001. Buku Ajar Genetika. Singaraja : IKIP N Singaraja.

Omura Satoshi,, Haruo Ikeda, dkk. 1986. Production of New Hybrid Antibiotics,

Mederrhodins A and B, by a Genetically Engineered Strain. School of

Pharmaceutical Sciences, Kitasato University and The Kitasato Institute, Tokyo

108; Japan

Sindumarta, Muliawati dan Dessy Natalia. 1983. Biokimia II: Metabolisme dan Informasi

Genetika. Bandung : ITB.