Paper Mata Kuliah Bioteknologi

Pembuatan Insulin Manusia dengan Teknik Rekombinan Sebagai Salah Satu Perkembangan Bioteknologi dalam Bidang Kesehatan

Oleh:ROSALIA

0802101010020

FAKULTAS KEDOKTERAN HEWANUNIVERSITAS SYIAH KUALADARUSSALAM BANDA ACEH

2010

Pendahuluan

BioteknologiBioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup

(bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

Bioteknologi secara umum berarti meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut. Perubahan sifat Biologis melalui rekayasa genetika tersebut menyebabkan "lahirnya organisme baru" berupa produk bioteknologi dengan sifat - sifat yang menguntungkan bagi manusia.

Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan.

Di bidang medis, penerapan bioteknologi di masa lalu dibuktikan antara lain dengan penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin walaupun masih dalam jumlah yang terbatas akibat proses fermentasi yang tidak sempurna. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal.

Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain.

Teknologi DNA Rekombinan Teknologi DNA Rekombinan merupakan kumpulan teknik atau metoda yang

digunakan untuk mengkombinasikan gen-gen di dalam tabung reaksi. Teknik-teknik tersebut meliputi: teknik untuk mengisolasi DNA, teknik untuk memotong DNA, teknik untuk menggabung atau menyambung DNA, dan teknik untuk memasukkan DNA ke dalam sel hidup. Teknologi DNA Rekombinan telah memberikan banyak manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan maupun bagi kehidupam manusia sehari-hari. Beberapa jenis obat-obatan, vaksin, bahan pangan, bahan pakaian dan lainnya telah diproduksi dengan memanfaatkan teknologi DNA Rekombinan. Dalam kehidupan kita sehari-hari, secara langsung maupun tidak langsung, sebagian dari kita pernah berhubungan dengan hasil penggunaan teknologi DNA Rekombinan. Contoh: insulin telah digunakan untuk mengobati penyakit diabetes.

InsulinDiabetes merupakan suatu penyakit dimana tubuh penderita kehilangan kemampuan

untuk memproduksi insulin yang cukup dan atau kehilangan respon terhadap insulin sehingga tidak mampu mengontrol kadar glukosa darah.

Dulu penderita diabetes melitus diobati dengan memberikan suntikan dengan insulin sapi atau babi. Semakin banyak penderita, semakin banyak sapi dan babi yang harus tersedia guna diambil insulinnya. Selain itu, insulin sapi dan babi tidak cocok dengan manusia karena ada beberapa asam amino dari insulin sapi atau babi yang tidak sama dengan insulin manusia. Tubuh penderita “menolak” insulin sapi atau babi itu karena tidak sesuai.

Permasalahan itu akhirnya dapat diatasi melalui rekombinasi DNA. Gen insulin manusia dari pulau Langerhans diambil, kemudian disambungkan ke dalam plasmid bakteri, membentuk kimera (DNA rekombinasi). Kimera itu dimasukkan ke dalam sel target E. coli. Bakteri E. coli ini dikultur, untuk dikembangbiakkan.

Karekteristik bakteri yang menjadi organisme pilihan untuk memproduksi insulin memiliki keunggulan- keunggulan sebagai berikut:

- Memiliki rentang umur yang pendek- Jumlah generasi yang banyak- Susunan genetik bakteri lebih mudah dimodifikasi- Lingkungan luar bakteri dapat dengan mudah dimodifikasi untuk mempengaruhi

ekspresi gen- Menghasikan produk, hampir mendekati yang kita inginkan (hampir menyerupai

insulin hasil ekskresi sel β-pankreas- Lebih ekonomis

Pembahasan

Para peneliti membuat insulin manusia rekombinan dengan struktur yang identik dengan insulin manusia menggunakan vektor bakteri E. coli yang telah dilemahkan.

Bakteri Gram negatif, Escherrichia coli, penghuni alami saluran pencernaan manusia

Sejak Banting dan Best menemukan hormon insulin pada tahun 1921, pasien diabetes mellitus yang mengalami peningkatan kadar gula darah disebabkan gangguan produksi insulin, telah diterapi dengan menggunakan insulin yang berasal dari kelenjar pankreas hewan.

Meskipun insulin sapi dan babi mirip dengan insulin manusia, namun komposisinya sedikit berbeda. Akibatnya, sejumlah sistem kekebalan tubuh pasien menghasilkan antibodi terhadap insulin babi dan sapi yang berusaha menetralkan dan mengakibatkan respon inflamasi pada tempat injeksi. Selain itu efek samping dari insulin sapi dan babi ini adalah kekhawatiran adanya komplikasi jangka panjang dari injeksi zat asing yang rutin.

Faktor-faktor ini menyebabkan peneliti mempertimbangkan untuk membuat Humulin dengan memasukkan gen insulin ke dalam vektor yang cocok, yaitu sel bakteri E. coli, untuk memproduksi insulin yang secara kimia identik dan dapat secara alami diproduksi. Hal ini telah dicapai dengan menggunakan teknologi DNA rekombinan.

Struktur insulinSecara kimia, insulin adalah protein kecil sederhana yang terdiri dari 51 asam amino,

30 di antaranya merupakan satu rantai polipeptida, dan 21 lainnya yang membentuk rantai kedua. Kedua rantai dihubungkan oleh ikatan disulfida.

Kode genetik untuk insulin ditemukan dalam DNA di bagian atas lengan pendek dari kromosom kesebelas yang berisi 153 basa nitrogen (63 dalam rantai A dan 90 dalam rantai B). DNA yang membentuk kromosom, terdiri dari dua heliks terjalin yang dibentuk dari rantai nukleotida, masing-masing terdiri dari gula deoksiribosa, fosfat dan nitrogen. Ada empat basa nitrogen yang berbeda yaitu adenin, timin, sitosin dan guanin. Sintesis protein tertentu seperti insulin ditentukan oleh urutan dasar tersebut yang diulang.

Struktur Insulin

Proses produksi

Escherrichia coli (E. coli), penghuni saluran pencernaan manusia, adalah ‘pabrik’ yang digunakan dalam rekayasa genetika insulin. Ketika bakteri berreproduksi, gen insulin direplikasi bersama dengan plasmid. E. coli seketika memproduksi enzim yang dengan cepat mendegradasi protein asing seperti insulin. Hal tersebut dapat dicegah dengan cara menggunakan E. coli strain mutan yang sedikit mengandung enzim ini. Pada E. coli, B-galaktosidase adalah enzim yang mengontrol transkripsi gen. Untuk membuat bakteri memproduksi insulin, gen insulin perlu terikat pada enzim ini.

Enzim restriksi secara alami diproduksi oleh bakteri. Enzim restriksi bertindak seperti pisau bedah biologi, hanya mengenali rangkaian nukleotida tertentu, misal salah satunya rangkaian kode untuk insulin. Hal tersebut memungkinkan peneliti untuk memutuskan pasangan basa nitrogen tertentu dan menghapus bagian DNA yang berisi kode genetik dari kromosom sebuah organisme sehingga dapat memproduksi insulin. Sedangkan DNA ligase adalah suatu enzim yang berfungsi sebagai perekat genetik dan pengelas ujung nukleotida.

Langkah pertama pembuatan humulin adalah mensintesis rantai DNA yang membawa sekuens nukleotida spesifik yang sesuai karakteristik rantai polipeptida A dan B dari insulin. Urutan DNA yang diperlukan dapat ditentukan karena komposisi asam amino dari kedua rantai telah dipetakan. Enam puluh tiga nukleotida yang diperlukan untuk mensintesis rantai A dan sembilan puluh untuk rantai B, ditambah kodon pada akhir setiap rantai yang menandakan pengakhiran sintesis protein.

Antikodon menggabungkan asam amino, metionin, kemudian ditempatkan di setiap awal rantai yang memungkinkan pemindahan protein insulin dari asam amino sel bakteri itu. ‘Gen’ sintetik rantai A dan B kemudian secara terpisah dimasukkan ke dalam gen untuk enzim bakteri, B-galaktosidase, yang dibawa dalam plasmid vektor tersebut. Pada tahap ini, sangat penting untuk memastikan bahwa kodon gen sintetik kompatibel dengan B-galaktosidase. Plasmid rekombinan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel E. coli.

Foto mikroskop elektron plasmid bakteri E. coli

Praktis penggunaan teknologi DNA rekombinan dalam sintesis insulin manusia membutuhkan jutaan salinan plasmid bakteri yang telah digabungkan dengan gen insulin dalam rangka untuk menghasilkan insulin. Gen insulin diekspresikan bersama dengan sel mereplikasi galaktosidase-B di dalam sel yang sedang menjalani mitosis.

Protein yang terbentuk, sebagian terdiri dari B-galaktosidase, bergabung ke salah satu rantai insulin A atau B. Rantai insulin A dan rantai B kemudian diekstraksi dari fragmen B-galaktosidase dan dimurnikan.

Kedua rantai dicampur dan dihubungkan kembali dalam reaksi yang membentuk jembatan silang disulfida, menghasilkan Humulin murni (insulin manusia sintetis).

Implikasi biologis dari rekayasa genetika Humulin rekombinan Humulin merupakan protein hewani yang dibuat dari bakteri sedemikian rupa

sehingga strukturnya benar-benar identik dengan molekul alami. Hal ini akan mengurangi kemungkinan komplikasi yang disebabkan produksi antibodi oleh tubuh manusia. Dalam studi kimia dan farmakologi, insulin rekombinan DNA manusia yang diproduksi secara komersil telah terbukti bisa dibedakan dari insulin pankreas manusia.

Awalnya, kesulitan utama yang dihadapi adalah kontaminasi produk akhir oleh sel inang, sehingga meningkatkan resiko kontaminasi dalam kaldu fermentasi. Bahaya ini diatasi dengan ditemukannya proses pemurnian. Ketika dilakukan tes pada produk akhir insulin, termasuk teknik terbaik radio-immuno assay, tidak ada ‘kotoran’ yang terdeteksi.

Seluruh prosedur, sekarang dilakukan dengan menggunakan sel ragi sebagai media pertumbuhan, karena sel ragi dapat menghasilkan sebuah molekul insulin manusia yang hampir lengkap dengan struktur tiga dimensi yang sempurna. Ini meminimalkan kebutuhan untuk prosedur pemurnian kompleks dan mahal.

Kesimpulan

- Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa.

- Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain.

- Teknologi DNA Rekombinan merupakan kumpulan teknik atau metoda yang digunakan untuk mengkombinasikan gen-gen di dalam tabung reaksi, yang meliputi: teknik untuk mengisolasi DNA, teknik untuk memotong DNA, teknik untuk menggabung atau menyambung DNA, dan teknik untuk memasukkan DNA ke dalam sel hidup. Pembuatan insulin merupakan salah satu produk bioteknologi secara rekombinasi DNA.

- Para peneliti membuat insulin manusia rekombinan dengan struktur yang identik dengan insulin manusia menggunakan vektor bakteri E. coli yang telah dilemahkan. Secara mendasar, proses pembuatan insulin meliputi:1. pengisolasian vektor (E. Coli) dan DNA insulin dari pankreas manusia sebagai

sumber gen2. penyelipan DNA insulin ke vektor3. pemasukan DNA pengklon ke dalam sel4. pengklonan vektor dan gen- gen rekombinan5. identifikasi klon yang membawa DNA yang diingainkan6. produksi insulin dengan skala besar

Kepustakaan Almazini. 2010. Membuat Insuli Manusia dengan teknik Rekombinan.

http://myhealing.wordpress.com/2010/12/01/pembuatan-insulin-manusia-dengan-teknik-dna-rekombinan/

Anonimous.2010. Bioteknologi. http://id.wikipedia.org/wiki/bioteknologiGambar diambil dari: http://www.littletree.com.au/dna.htmMuhyiddin.2010.produksi insulin menggunakan bakteri e-coli.http://fathiyyah48-

blogspot.com/Prasetyo. 2010. dasar- dasar bioteknologi. http://teguhs-atu.blogspot.com/Tof, Ilanit. 1994. Recombinant DNA Technology in the Synthesis of Human Insulin [disitasi

30 November 2010]. Diunduh dari: http://www.littletree.com.au/dna.htmlWijaya. 2009.produksi insulin menggunakan bakteri.

http://juharrywijaya.blogspot.com/2009/10/produksi-insulin-menggunakan-bakteri-e.html