Makalah Biomolekuler Pengembangan Antibiotik
-
Upload
widya-alif-suhandini-wieddini -
Category
Documents
-
view
85 -
download
1
description
Transcript of 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
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.
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
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.
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.
Contoh pembuatan Penicilin:
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
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
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
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
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.
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.