PRINSIP DAN PEMANFAATAN REKAYASA GENETIK DALAM PRODUKSI OBAT

1. Pendahuluan

Metode umum pembuatan obat-obatan selama ini adalah meraciknya dari unsur aktif yang ada di alam atau dari unsur sintetisnya yang diproduksi secara kimiawi. Akan tetapi kedua metode ini memiliki keterbatasan, misalnya obat-obatan tidak dapat diproduksi dalam jumlah banyak secara cepat bahkan obat-obatan tertentu tidak bisa dibuat dengan prosedur tersebut. Sehubungan itu dalam beberapa tahun belakangan ini dikembangkan metode pembuatan obat-obatan dengan cara rekayasa genetika.

Rekayasa genetika adalah prosedur dasar dalam menghasilkan suatu produk bioteknologi. Secara umum, rekayasa genetika melakukan modifikasi pada mahluk hidup melalui transfer gen dari suatu organisme ke organisme lain. Aplikasi dari bioteknologi medis sudah berlangsung lama, sebagai contoh 100 tahun lalu lintah umum digunakan untuk merawat penyakit dengan cara membiarkan lintah menyedot darah pasien bloodletting. Hal ini dipercaya dapat menghilangkan darah yang sudah terjangkit penyakit. Sekarang sudah ditemukan lintah memiliki enzim pada kelenjar salivanya yang dapat menghancurkan gumpalan darah yang bila tidak dihancurkan dapat menyebabkan strok dan serangan jantung.

Mulai pada tahun 1990 Human Genome Project mengidentifikasi semua gen (genom) yang terdapat pada DNA dalam sel manusia dan memetakan lokasinya pada tiap kromosom manusia yang berjumlah 24. Proyek ini memiliki potensi tak terbatas untuk perkembangan di bidang pendekatan diagnostik untuk mendeteksi penyakit dan pendekatan molekuler untuk menyembuhkan penyakit genetik manusia.

2. Prinsip Dasar Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika adalah semua proses yang ditujukan untuk menghasilkan organisme transgenik. Organisme transgenik merupakan organisme yang urutan informasi genetik dalam kromosomnya telah diubah sehingga mempunyai sifat menguntungkan yang dikehendaki. Ada beberapa prinsip dasar dalam rekayasa genetika antara lain Rekombinasi DNA, fusi protoplasma, dan kultur jaringan.

a. Rekombinasi DNA

Proses mengidentifikasi dan mengisolasi DNA dari suatu sel hidup atau mati dan memasukkannya dalam sel hidup lainnya, itulah rekombinsi DNA. Rekayasa genetika ini merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan atau disebut juga pencangkokan gen. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun.

Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) dan menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan dan organisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Pada proses rekayasa genetika organisme yang sering digunakan adalah bakteri Escherichia coli. Bakteri Escherichia coli dipilih karena paling mudah dipelajari pada taraf molekuler.

Pada proses penyisipan gen diperlukan tiga faktor utama yaitu

1) Vektor, yaitu pembawa gen asing yang akan disisipkan, biasanya berupa plasmid atau virus. Plasmid yaitu lingkaran kecil DNA yang terdapat pada bakteri yang diambil dari bakteri dan disisipi dengan gen asing. Pemasukannya melalui pemanasan dalam larutanNaCl atau melalui elektroporasi.

2) Bakteri atau virus berperan dalam memperbanyak plasmid atau DNA virus. Plasmid di dalam tubuh bakteri akan mengalami replikasi atau memperbanyak diri, makin banyak plasmid yang direplikasi makin banyak pula gen asing yang dicopy sehingga terjadi cloning gen.

3) Enzim, berperan untuk memotong dan menyambung plasmid. Enzim ini disebut enzim endonuklease retriksi, enzim endonuklease retriksi yaitu enzim endonuklease yang dapat memotong ADN pada posisi dengan urutan basa nitrogen tertentu.

b. Teknologi Hibridoma

Teknologi hibridoma adalah suatu cara untuk menyatukan dua sel dari jaringan-jaringan berbeda suatu organisme yang sama atau bahkan organisme yang berbeda, sehingga diperoleh satu sel tunggal (sel hibrid). Selanjutnya, sel hibrid dapat dikembangbiakkan,sehingga diperoleh bertriliun-triliun sel, yang masing-masing mengandung satu set gen komplit dari dua sel aslinya. Sebagai contoh, salah satu dari dua sel yang asli mungkin berupa sel manusia. Sel tersebut khusus mensekresikan produk yang berguna seperti antibodi atau hormon. Hormon atau antibodi disekresikan dalam jumlah sangat sedikit, karena hasil produksi dikendalikan mekanisme pengaturan sel yang normal. Jika sel tersebut dilebur dengan sel kanker (sel yang tidak memiliki pengendalian normal terhadap pertumbuhan dan sintesis protein), maka produksi hormone atau antibodi secara dramatis meningkat.

Peristiwa peleburan dua sel seperti tersebut, menghasilkan sel hibrid dan dikenal sebagai hibridoma (hibrid = sel asli yang dicampur, oma = kanker). Tujuan teknik hibridoma adalah untuk menghasilkan antibodi dalam jumlah yang besar, sehingga dapat digunakan untuk diagnostic dan terapeutik. Selain itu, teknik ini merupakan jalan untuk menyilang atau memotong dalam spesies secara genetik pada sel eukariotik yang tidak dapat diselesaikan dengan cara peleburan gamet secara seksual. Secara umum sel-sel tidak melebur secara otomatis, sehingga ilmuwan berusaha merancang teknik laboratorium untuk menstimulir sel-sel tersebut berfusi atau bergabung.

c. Kultur Jaringan

Teori yang melandasi teknik kultur jaringan ini adalah teori Totipotensi. Setiap sel tumbuhan memiliki kemampuan untuk tumbuh menjadi individu baru bila ditempatkan pada lingkungan yang sesuai. Individu-individu yang dihasilkan akan mempunyai sifat yang sama persis dengan induknya.

Tahap-tahap kultur jaringan dalam membentuk embrio dari sel somatik serupa pada tahap perkembangan zigot menjadi embrio. Kultur jaringan sering disebut sebagai perbanyakan secara in vitro karena jaringan ditanam (dikultur) pada suatu media buatan (bukan alami). Materi yang akan dikulturkan dalam kultur jaringan disebut eksplan. Eksplan dapat diambil dari yang dewasa ataupun pembenihan (seeding). Pada media yang sesuai, eksplan akan tumbuh menjadi kalus. Selanjutnya, kalus akan berkembang menjadi tanaman kecil yang disebut plantlet. Kultur jaringan merupakan salah satu rangkaian teknik rekayasa genetika karena dapat menumbuhkan sel-sel transgenik. Oleh karena itu, dapat pula dikatakan bahwa kultur jaringan sebagai alat (tool) dalam pelaksanaan rekayasa genetika.

3. Pemanfaatan Rekayasa Genetik dalam Produksi Obat

a. Pembuatan Insulin

Produksi hormon insulin melalui rekayasa genetika menggunakan teknologi Plasmid yang dilakukan dengan cara mentransplantasikan gen-gen pengendali hormon tersebut ke plasmid bakteri. DNA/gen → hormon insulin Inang/host → DNA. Gen sumber dari sel Bakteri :

Escherricia coli dan Pancreas manusia isolid plasmid → dipotong dengan enzim endonuklease → isolasi gen sumber oleh enzim endonuklease Plasmid tunggal → Single gen/gen gabung dengan enzim ligase → terbentuk DNA rekombinan → dimasukkan ke sel bakteri sebagai vektor → Bakteri menghasilkan hormone insulin. Keberhasilan memindahkan gen insulin manusia diperoleh melalui bakteri-bakteri yang tumbuh dengan metode fermentasi. Bakteri yang digunakan bakteri E.coli dan telah diperdagangkan untuk mengobati penyakit diabetis dengan merek dagang: Humulin R

b. Pembuatan Antibodi Monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi monospesifik yang dapat mengikat satu epitop saja. Antibodi monoklonal ini dapat dihasilkan dengan teknik hibridoma yang erupakan fusi sel dan sel.

Pembuatan sel hibridoma terdiri dari tiga tahap utama yaitu imunisasi, fusi, dan kloning. Imunisasi dapat dilakukan dengan imunisasi konvensional, imunisasi sekali suntik intralimpa, maupun imunisasi in vitro. Fusi sel ini menghasilkan sel hibrid yang mampu menghasilkan antibodi seperti pada sel limpa dan dapat terus menerus dibiakan seperti sel myeloma. Frekuensi terjadinya fusi sel ini relatif rendah sehingga sel induk yang tidak mengalami fusi dihilangkan agar sel hasil fusi dapat tumbuh.

Frekuensi fusi sel dapat diperbanyak dengan menggunakan Polietilen glikol (PEG), DMSO, dan penggunaan medan listrik. PEG berfungsi untuk membuka membran sel sehingga mempermudah proses fusi. Sel hibrid kemudian ditumbuhkan pada media pertumbuhan. Penambahan berbagai macam sistem pemberi makan dapat meningkatkan pertumbuhan sel hibridoma.

4. Obat-obatan Produksi Rekyasa Genetik

Obat-obatan yang dibuat dari unsur aktif yang diproduksi dengan rekayasa genetika, biasanya disebut Biologicals. Di Eropa saat ini tercatat lebih dari 130 jenis obat-obatan yang mengandung 100 unsur aktif yang dibuat secara rekayasa genetika sudah mendapat izin pemasaran. Unsur aktifnya diproduksi dengan bantuan bakteri, ragi atau sel binatang memamahbiak dalam bejana dari baja tahan karat atau instalasi fermentasi.

Obat-obatan tersebut antara lain :

a. Antibodi Monoklonal
adalah antibodi sejenis yang diproduksi oleh sel plasma klon sel-sel b sejenis. Antibodi ini dibuat oleh sel-sel hibridoma (hasil fusi sel berbeda; penghasil sel b Limpa dan sel mieloma) yang dikultur. Bertindak sebagai antigen yang akan menghasilkan anti bodi adalah limpa. Fungsinya antara lain untuk diagnosis penyakit dan kehamilan

b. Terapi Gen
adalah pengobatan penyakit atau kelainan genetik dengan menyisipkan gen normal

c. Antibiotik

Dipelopori oleh Alexander Fleming dengan penemuan penisilin dari Penicillium notatum.

- Penicillium chrysogenum ........... Þ memperbaiki penisilin yang sudah ada.

- Cephalospurium ………………Þ penisilin N.
- Cephalosporium ………………Þ sefalospurin C. - Streptomyces …………………Þ streptomisin, untuk pengobatan TBC

d. Interferon
Adalah antibodi terhadap virus. Secara alami hanya dibuat oleh tubuh manusia. Proses pembentukan di dalam tubuh memerlukan waktu cukup lama (dibanding kecepatan replikasi virus) karena itu dilakukan rekayasa genetika.

e. Vaksin
Contoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria. Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia. Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen dengan menggunakan S.cereviciae dalam skala industri menggunakan S.cereviciae dalam skala industri

f. Hormon tumbuh manusia (GH) dan Insulin

Hormon ini diproduksi menggunakan E.coli untuk mengobati kelainan pertumbuhan (misal: cebol), dan insulin untuk penderita diabetes mellitus

DAFTAR PUSTAKA

Campbell dan Reece. (2009). Biology. San Fransisco: Benjamin Cummings

Gerald Karp (2010). Cell Biology. International Student Version : Wiley

Langkah Sembiring dan Sudjino. (2009). Biologi.Jakarta: Depdiknas