Bioteknologi Dalam Bidang Kedokteran

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Peran Biologi Molekuler Molekuler dalam dalam Mendiagnosa Penyakit

Penemuan struktur DNA oleh James Watson dan Francis Crick 62 tahun yang lalu membawa perubahan besar dalam dunia sains !e"ak saat itu biologi molekuler terus mengalami perkembangan dengan sangat pesat Perkembangan  biologi

molekuler

meng mengem emba bang ngka kan n

tersebut

memungkinkan

strat strateg egi#s i#stra trate tegi gi

peng pengob obat atan an

para

ilmuwan

dan

dokter 

yang ang

sanga sangatt

e$ekt e$ekti$ i$

untu untuk  k 

menang menanggul gulang angii penya penyakit kit pada pada manusia manusia termas termasuk uk dianta diantarany ranyaa penya penyakit kit yang yang tergo tergolon long g berat berat seperti seperti kanker kanker Pembah Pembahasan asan pertam pertamaa dalam dalam makala makalah h ini akan akan men"elaskan beberapa konsep terkait dengan berbagai perkembangan produk serta aplikasi bioteknologi dalam bidang kedokteran% berbagai konsep tersebut antara lain lain orga organi nism smee mode model% l% biom biomar arke kerr sebag sebagai ai indi indika kato torr peny penyaki akit% t% Peran Peran  Human Genome Project dalam mengungkap penyakit karena $aktor genetik% serta metode yang digunakan untuk mendeteksi berbagai penyakit genetik 2.1.1 Organisme Model

&erbagai &erbagai aplikasi aplikasi bioteknolo bioteknologi gi yang akan di"elaskan di"elaskan dalam pembahasan makalah ini tidak terlepas dari peran organisme model seperti tikus% mencit% lalat hingga hingga cacing cacing 'engapa 'engapa organisme organisme#orga #organisme nisme tersebut tersebut yang di"adikan model( model( )arena ternyata organisme tersebut memiliki beberapa gen penting yang sama dengan gen pada manusia &eberapa penyakit yang disebabkan $aktor genetik   pada manusia diketahui "uga dialami oleh organisme model tersebut sehingga  peneliti dapat menggunakan organisme model untuk mengidenti$ikasi gen yang meny menyeb ebab abka kan n ter"a ter"adi diny nyaa peny penyak akit it kemu kemudi dian an mela melaku kuka kan n u"i u"i coba coba meto metode de  pengobatan untuk mengetahui e$ekti*itas dan tingkat keamanan metode tersebut sebelum dilakukan pada manusia +rganisme model memegang peranan yang sangat penting karena kita tidak  dapat memanipulasi gen pada manusia untuk kepentingan penelitian berkaitan dengan etika dan norma kemanusiaan Dengan mengidenti$ikasi gen penting yang homolog dengan manusia kita dapat membuat hipotesis dan prediksi mengenai  bagaimana sebenarnya $ungsi gen tersebut !alah satu teknik analisis gen homolog

tersebut adalah dengan memotong sekuen gen tertentu pada organisme model kemudian mempela"ari bagaimana pengaruhnya terhadap organisme tersebut !alah satu contohnya adalah diketahui bahwa tikus dapat mengalami obesitas "ika kehilangan gen tunggal yang bernama Ob. ,en tersebut mengkodekan protein yang disebut leptin yang diproduksi oleh sel adiposa dan ditransportasikan melalui darah ke otak untuk mengatur dan menghentikan rasa lapar ketika cadangan makanan dalam tubuh tikus telah cukup Diketahui bahwa manusia ternyata "uga memiliki protein yang homolog dengan leptin% penemuan ini memberikan sudut  pandang baru bahwa ternyata $aktor genetik mempengaruhi kelebihan berat badan  pada manusia% penelitian selan"utnya membuktikan bahwa anak#anak yang mengalami obesitas diketahui disebabkan oleh adanya mutasi pada gen Ob. !ehingga saat ini leptin banyak digunakan untuk terapi penyembuhan obesitas dan hasilnya se"auh ini sangat e$ekti$

Gambar 1 Pengaru le!tin yang dieks!resikan gen Ob terada! obesitas !ada "ikus

2.1.2 Biomarker  sebagai Indikator Penyakit

!ecara teori dengan alat diagnosa yang tepat sebuah penyakit seharusnya dapat didiagnosa pada tahap sangat dini -ntuk beberapa "enis penyakit seperti kanker% deteksi se"ak dini diperlukan untuk pengobatan terbaik !alah satu  pendekatan yang dapat digunakan untuk mendeteksi penyakit tersebut adalah dengan biomarker  sebagai indikator penyakit &iomarker umumnya adalah  protein yang dihasilkan oleh "aringan yang mengalami kelainan atau protein yang  produksinya meningkat atau menurun ketika suatu "aringan mengalami kelainan !ebagai contoh adalah protein bernama  prostate-specific antigen  #PSA$ yang disekresikan ke aliran darah ketika kelen"ar prostat mengalami in$lamasi dan pada le*el tertentu ge"ala tersebut dapat mengindikasikan kanker prostat

2.1.% Peran Human Genome Project  dalam mengungka! Penyakit Genetik 

 Human Genome Project  berperan besar dalam penemuan berbagai obat untuk penyakit#penyakit genetik Dulu hanya terdapat sekitar .// penyakit genetik yang teridenti$ikasi dan dapat dipela"ari untuk kemudian ditemukan  pengobatannya% namun setelah adanya proyek tersebut saat ini terdapat lebih dari 2/// "enis penyakit yang teridenti$ikasi dan dapat dipela"ari 'elalui  Human Genome Project ilmuwan dapat merancang suatu 0peta1 yang menun"ukkan lokasi dari gen yang normal dan gen yang mengalami kelainan pada seluruh kromosom manusia

Gambar 2 Peta gen !enyebab !enyakit !ada kromosom manusia

 Human Genome Project men"adi pioner bagi proyek selan"utnya yaitu The Cancer Genome Atlas Project #"&GA$ yaitu suatu proyek untuk memetakan dan

mengidenti$ikasi perubahan genom yang ter"adi pada berbagai "enis kanker Diharapkan dari proyek tersebut dapat dikembangkan metode diagnosa dan  pengobatan yang lebih baik pada berbagai "enis kanker

2.1.' Metode(metode untuk Mendeteksi Penyakit Genetik 

eknik biologi molekuler sudah terbukti sangat e$ekti$ dalam mendeteksi  berbagai penyakit akibat adanya kelainan genetik erdapat beberapa metode yang saat ini banyak digunakan% antara lain3 a) Amniocentesis & Chorionic Villus Sampling  )edua metode ini merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui adanya kelainan genetik pada "anin Amniocentesis dilakukan ketika $etus berusia .6 minggu eknik ini dilakukan dengan mengambil cairan amnion menggunakan  "arum suntik Cairan ini umumnya banyak mengandung sel yang lepas dari $etus misalnya sel kulit Cairan tersebut dikulturkan selama beberapa hari kemudian diberikan pewarna pada setiap kromosom 4pewarna terdiri atas protein spesi$ik   pada gen tertentu5 agar terbentuk pola warna tertentu pada setiap kromosom sehingga kromosom dapat dipasang#pasangkan berdasarkan ukuran dan pola warnanya Prosedur ini "uga disebut sebagai karyotyping  'etode inin"uga dapat digunakan untuk mengidenti$ikasi "enis kelamin "anin berdasarkan keberadaan kromosom  dan y

Gambar % Metode amnio)entesis dan )orioni) *illus sam!ling #&+S$

Chorionic villus sampling   4C7!5 menggunakan sebuah tabung hisap untuk  mengambil sedikit lapisan sel yang disebut chorionic *illus% "aringan pada $etus

yang

membantu

membentuk

plasenta

)elebihan

C7!

dibandingkan

amniocentesis adalah dengan metode ini akan didapatkan lebih banyak sel sampel sehingga dapat langsung dilakukan karyotyping tanpa harus mengkulturkannya terlebih dahulu )elebihan lainnya yaitu metode ini dapat dilakukan lebih dini yaitu pada usia kehamilan 8 hingga ./ minggu b) lourescence !n Situ H"bri#i$ation 4F9!:5 )aryotyping saat ini telah banyak digunakan untuk mengidenti$ikasi kelainan kromosom% baik pada manusia dewasa maupun ketika masih dalam kandungan eknik karyotyping modern yang dapat digunakan pada dewasa maupun "anin salah satunya adalah F9!: ;angkah dari metode ini yaitu kromosom dihibridasikan dengan penanda 4 %lourescence probes5 dengan suatu metode

yang

disebut

spectral karyotyping.

F9!: sangat e$ekti$

untuk 

mengidenti$ikasi penambahan atau kromosom yang hilang% hal ini berkaitan dengan penyakit genetik pada manusia yang umumnya disebabkan karena adanya delesi atau gangguan pada proses replikasi

Gambar ' Metode ,loures)ent In Situ Hybridi-ation

c) estriction ragment 'ength Pol"morphism 4
Analisis ini didasarkan tentang konsep bahwa gen yang mengalami kelainan ketika dipotong menggunakan en=im restriksi akan memiliki pan"ang yang  berbeda "ika dibandingkan dengan pada gen normal karena perubahan nukleotida  pada gen mutan dapat mempengaruhi ker"a en=im restriksi ketika memotong gen tersebut 4lebih pan"ang atau lebih pendek5 !ehingga akan menun"ukkan hasil yang berbeda ketika dilakukan elektro$oresis

Gambar  Metode /estri)tion ,ragment 0engt Polymor!ism #/,0P$

#) Analisis (icroarra" !alah satu teknik untuk mempela"ari penyakit genetik adalah dengan menggunakan NA Mi)roarray yang "uga biasa dikenal dengan  gene chip !ebuah microarray dapat berisi penanda pada ribuan "enis gen Data yang dihasilkan microarray dapat digunakan untuk memprediksi resiko penyakit yang mungkin diderita oleh pasien berdasarkan gen yang terekspresi

Gambar  Metode identi3ikasi !enyakit menggunakan analisis mi)roarray

;angkah dari metode ini yaitu dengan mengisolasi DNA atau
'engidenti$ikasi

"enis

obat

baru

dan

mengembangkan

metode

 penyembuhan suatu penyakit merupakan pembahasan utama dalam bioteknologi kedokteran Dalam pembahasan ini akan di"elaskan beberapa produk bioteknologi dalam bidang kedokteran yang mungkin akan sering kita "umpai dimasa depan A. Berbagai 5saa untuk Menemukan Obat Baru )anker saat ini masih menduduki peringkat pertama penyakit paling

mematikan di dunia 'enurut catatan terbaru lembaga kesehatan dunia 4W:+5%  penyakit ini berkontribusi sebesar .>? sebagai penyebab kematian di seluruh dunia setiap tahun ;embaga ini menaksir 8@ "uta orang meninggal akibat kanker  dalam rentang 2//#2/. dan $akta yang lebih menge"utkan adalah 9ndonesia men"adi salah satu negara dengan pengidap kanker terbanyak di dunia &erbagai penelitian dilakukan untuk menemukan strategi penyembuhan  berbagai "enis kanker Peneliti menemukan bahwa terdapat beberapa gen yang terlibat dalam pertumbuhan sel kanker% salah satunya adalah gen yang dikenal dengan istilah onkogen #oncogene ,en tersebut mampu mengekspresikan  protein yang ber$ungsi sebagai $aktor pemicu transkripsi 4transcription %actor 5 serta reseptor bagi hormon atau $aktor pertumbuhan !elain itu peneliti "uga mempela"ari tentang gen yang disebut gen su!resor tumor #tumor suppressor   genes$% yaitu gen pengekspresi protein yang mampu menekan pembentukan sel

kanker +nkogen dan gen supresor tumor mendapatkan perhatian khusus dari para  peneliti karena mereka meyakini bahwa kanker dapat disembuhkan dengan mengembangkan inhibitor bagi protein yang diekspresikan oleh onkogen untuk  mengikat dan menahan $ungsi protein tersebut !elain itu beberapa peneliti "uga

mengembangkan obat yang ber$ungsi sebagai akti*ator bagi protein supresor  tumor Akti*ator tersebut mampu berikatan dan menstimulasi protein#protein yang mampu digunakan untuk melawan kanker Penelitian terbaru saat ini% peneliti mengembangkan metode modi$ikasi pengobatan untuk meningkatkan e$ekti*itas  pengobatan tersebut 'etode yang saat ini sedang banyak dikembangkan yaitu $armakogenomik 4 Pharmacogenomics5 dan teknologi nano 4 anotechnolog"$. 1$ ,armakogenomik untuk Personalisasi Obat  Human Genome Project  dan penemuan !NPs 4Single*nucleoti#e  Pol"morphism5 berperan besar dalam munculnya bidang baru dalam kedokteran yaitu $armakogenomik &idang ini mempela"ari tentang bagaimana memodi$ikasi  pengobatan pasien dengan merancang terapi obat dan strategi pengobatan yang e$ekti$ berdasarkan pro$il genetik pada pasien tertentu Farmakogenomik muncul  berdasarkan hasil penelitian yang menemukan bahwa setiap indi*idu dapat memberikan respon yang berbeda#beda pada "enis obat yang sama% yang meliputi  perbedaan e$ekti*itas dan e$ek samping Perbedaan respon tersebut disebabkan oleh adanya polimor$isme genetik

Gambar 6 &onto kasus dalam a!likasi 3armakogenomik 

&eberapa obat yang saat ini digunakan dalam kemoterapi dapat e$ekti$  digunakan untuk mengatasi kanker karena target obat tersebut adalah pada sel yang membelah dengan cepat Namun obat tersebut ternyata "uga memberikan

e$ek pada sel normal yang melakukan reproduksi secara terus menerus seperti sel rambut% kulit serta sumsum tulang yang berperan dalam pembentukan sel darah Akibatnya muncul e$ek samping seperti rambut rontok% kulit kering dan  perubahan pada "umlah sel darah akibat penggunaan kemoterapi Atas dasar  tersebut peneliti kemudian berusaha untuk menemukan obat yang dapat menarget hanya pada sel kanker tanpa bere$ek pada sel normal yang lain )anker payudara merupakan salah satu penyakit yang menun"ukan adanya  pengaruh keturunan yang memicu seseorang terkena penyakit tersebut Wanita yang menun"ukan cacat pada kopian gen yang bernama &/? kasus kanker payudara Wanita dengan tumor positi$ :<#2 umumnya memiliki kanker  yang agresi$ dengan kemungkinan yang lebih besar mengalami metastasis 4penyebaran5 :erceptin terbukti e$ekti$ pada beberapa wanita% namun tidak pada  beberapa "enis tumor payudara lain 'asalah tersebut merupakan satu dari banyak  masalah yang dihadapi para ahli $armakogenomik dalam mengembangkan  pengobatan berbagai "enis kanker yang lain 4:arries  !mith% 2//25 !atu

dari

contoh

sukses

dalam

bidang

$armakogenomik

adalah

 pengembangan obat bernama ,lee*ec yang diperkenalkan oleh No*artis pada tahun 2//. dan digunakan untuk pengobatan chronic m"elogeneous leukimia

4C';5 arget ,lee*ec yaitu protein $usi &C<#A&; yang ter"adi akibat adanya  pertukaran DNA antara kromosom B dan 22 menyebabkan ter"adinya C';

Gambar 7 &roni) myelogeneous leukimia #&M0$8 kanker sel dara !uti yang ter9adi akibat adanya !ertukaran gen antara kromosom : dan 22 #Sumber; <<<.)an)er.go*$

Data ekspresi gen dari analisis microarra" DNA digunakan untuk  mendiagnosa pasien berdasarkan gen yang diekspresikan% kemudian pasien menggunakan pengobatan $armakogenomik 4"ika tersedia5 berdasarkan gennya ,ambar dibawah ini menunn"ukkan contoh data microarra" data dari beberapa indi*idu yang didiagnosa menderita melanoblastoma &erdasarkan hasil analisis tersebut pasien dapat dikelompokkan dalam tiga kategori melanoblastoma  berdasarkan cluster gen yang akti$ terekspresikan )arena setiap kelompok pasien mengekspresikan gen dan protein yang berbeda maka pasien#pasien tersebut tentu akan memberikan respon yang berbeda terhadap kemoterapi &erdasarkan

in$ormasi tersebut pengobatan kemoterapi yang dilakukan dapat disesuaikan dengan kategori setiap pasien Pendekatan yang sama "uga dilakukan untuk   pengobatan kanker payudara dan leukimia

Gambar : ata mi)roarray untuk analisis eks!resi gen dan 3armakogenomik 

2$ Nanoteknologi dan nanome!icine ; Bioteknologi !ada skala nano

 Nanoteknologi merupakan suatu bidang sains yang terlibat

dalam

mendesain% membangun% dan memanipulasi suatu struktur pada skala nano  Nanometer 4nm5 merupakan ukuran yang sangat mikroskopis 4. meter E . milyar  nanometer5% sebagai perbandingan diameter rambut manusia kurang lebih adalah 2///// nm% DNA adalah sekitar 2 nm% sedangkan ikatan antar atom adalah kurang lebih sepan"ang /%. nm  anome#icine merupakan salah satu aplikasi dari nanoteknologi dalam  bidang kedokteran sebagai upaya untuk menemukan strategi pengobatan yang e$ekti$ Para peneliti membayangkan suatu perangkat kecil di dalam tubuh yang dapat membawa banyak sekali $ungsi medis% meliputi sensor nano yang dapat

memonitor tekanan darah% kadar oksigen dalam darah dan konsentrasi hormon%  partikel nano yang mampu menghilangkan sumbat pada arteri serta mendeteksi dan menghilangkan sel kanker &erbagai perusahaan yang bergerak dalam bidang bioteknologi berusah untuk mengembangkan teknik penghantaran obat yang lebih e$ekti$ dan meningkatkan $ungsi obat tersebut !aat ini banyak sekali obat yang dinilai kurang e$ekti$ karena tidak dapat diserap dengan baik oleh tubuh sehingga pengobatan men"adi sia#sia Faktor lain yang mempengaruhi tingkat e$ekti*itas obat adalah kelarutan dari obat tersebut% kemudahan obat dicerna oleh organ% dan eliminasi obat oleh hati dan gin"al  "icrosphere merupakan partikel nano berukuran .#.// nm yang dapat

dibungkus dengan obat% men"adi salah cara untuk meningkatkan e$ekti*itas obat &ahan ini umumnya terbuat dari lipid yang mirip dengan $os$olipid yang membentuk

membran

sel  (icrosphere

dapat

digunakan

dengan

cara

disemprotkan melalui hidung atau mulut% metode ini dinilai sukses dalam mengobati kanker paru#paru% dan penyakit perna$asan lain seperti asma% em$isema% tuberkulosis dan $lu Dalam pembahasan selan"utnya akan dibahas tentang bagaimana salah satu "enis microsphere yang disebut li!osom dapat digunakan dalam tera!i gen

Gambar 1= A!likasi teknologi nano dalam tera!i gen menggunakan *ektor beru!a *irus

!aat ini banyak obat berbasis partikel nano diu"i coba secara klinis di seluruh dunia% dan kebanyakan didominasi obat untuk kanker Penelitian terbaru dalam teknologi nano ini yaitu pengembangan 0obat pintar1 menggunakan *irus atau partikel nano kecil seperti partikel emas yang dimasukkan ke dalam tubuh untuk mencari dan mentarget *irus atau sel tertentu seperti sel kanker% partikel tersebut membawa obat tertentu untuk menghancurkan sel tersebut dengan cepat% e$ekti$ dan sedikit e$ek samping B. +aksin dan "era!i Antibodi 7aksin dapat digunakan untuk merangsang sistem imun untuk menghasilkan

antibodi dan memberikan kekebalan pada tubuh terhadap in$eksi mikroba &eberapa "enis *aksinasi yang terbukti sangat e$ekti$ misalnya *aksin polio% tetanus% dll Pengembangan "enis *aksin untuk perlindungan khususnya pada  patogen yang mematikan merupakan salah satu bidang penting dalam dunia kedokteran Para ilmuwan terus mencoba untuk mengembangkan *aksin yang e$ekti$  untuk penyakit berat seperti Al=heimer dan beberapa "enis kanker% namun hingga saat ini *aksin untuk penyakit#penyakit tersebut belum terbukti e$ekti$ untuk  manusia 7aksin untuk kanker yang dikembangkan saat ini bukan bersi$at  pre*enti$ seperti *aksin pada umumnya% namun didesain untuk mengobati pasien yang telah mengidap kanker 'enggunakan antibodi sebagai terapi suatu penyakit merupakan salah satu strategi yang dikembangkan dalam dunia kedokteran% karena antibodi bersi$at sangat spesi$ik terhadap suatu molekul atau patogen tertentu sehingga mengikat target dengan a$initas yang sangat baik Antibodi monoklonal merupakan salah satu contoh pengobatan yang meman$aatkan si$at antibodi tersebut Antibodi monoklonal berpotensi men"adi 0peluru a"aib1 dalam pengobatan suatu penyakit karena dapat langsung menu"u target yang diinginkan !alah satu metode  pembuatan antibodi monoklonal yaitu dengan menyuntikkan antigen penyebab  penyakit yang telah dimurnikan pada tikus !etelah tikus membentuk antibodi terhadap antigen 4membutuhkan waktu hingga beberapa

minggu5 lim$a tikus

diambil ;im$a tersebut kaya akan antibodi yang dihasilkan oleh lim$osit & yang  biasa dikenal dengan sel & Pada cawan petri% sel & tersebut kemudian dicampurkan dengan sel kanker yang disebut myeloma Dala m kondisi yang tepat%

 beberapa sel & akan menyatu 4$usi5 dengan myeloma membentuk sel hibrid yang disebut hybri!omas  !el h"bri#oma dapat tumbuh dengan cepat pada medium cair karena sel tersebut mengandung gen pembentuk antibodi dari sel & !el h"bri#oma akan mensekresikan antibodi pada medium disekitar sel  H"bri#oma  kemudian dipisahkan dengan sel lain yang gagal mengalami $usi dan dipindahkan ke medium yang lain !elan"utnya sel h"bri#oma tersebut disimpan pada temperatur  yang sangat rendah sehingga dapat digunakan sebagai stok yang sewaktu#waktu dapat digunakan Antibodi dapat diisolasi dalam "umlah besar dengan cara menumbuhkan sel h"bri#oma tersebut pada medium kultur yang lebih besar  menggunakan bioreaktor

Gambar 11 Proses !embuatan antibodi monoklonal #Sumber; <<<.bio.da*idson.edu$

Antibodi monoklonal pertama yang terda$tar di FDA pada tahun .B86 yaitu +)> yang digunakan untuk mengatasi penolakan organ hasil transplantasi oleh tubuh Pada tahun .BB/ antibodi monoklonal dikembangkan untuk mengobati kanker payudara 4:erceptin5 !aat ini antibodi monoklonal sudah banyak  digunakan di seluruh dunia untuk mengobati kanker% penyakit "antung% alergi% dll

!aat ini peneliti "uga tengah mengembangkan untuk memasukkan bahan kimia atau =at radioakti$ pada antibodi monoklonal tersebut untuk merusak sel kanker  dan mematikannya !trategi menggunakan terapi antibodi akan sangat berguna  bagi pasien yang kecanduan pada =at berbahaya s eperti kokain dan nikotin &adan  Narkotika Nasional 4&NN5 mencatat lebih dari @%B "uta orang 9ndonesia merupakan pengguna narkoba Para ilmuwan percaya bahwa menstimulasi  produksi antibodi dapat mengobati kecanduan pada narkoba Antibodi tersebut akan berikatan dengan obat#obatan berbahaya sebagai antigen sehingga mencegah obat tersebut mempengaruhi sel otak pemakai Penggunaan antibodi monoklonal "uga bukan berarti tanpa e$ek samping !ebagai contoh pada pengobatan beberapa penderita Al=heimer penggunaan antibodi monoklonal menimbulkan e$ek in$lamasi karena adanya respon antibodi antimouse Produksi antibodi monoklonal pada tubuh manusia dinilai dapat mengatasi permasalahan tersebut% namun hingga saat ini hal tersebut masih menimbulkan pro dan kontra dari berbagai pihak erlebih lagi antibodi monoklonal tampaknya akan men"adi salah satu metode pengobatan yang akan sangat memudahkan dunia kedokteran pada abad 2. ini Pada pembahasan selan"utnya akan dibahas mengenai terapi gen yang men"adi salah satu topik  kontro*ersial dalam bidang bioteknologi kedokteran &. "era!i Gen #>3$ . Pengobatan /egenerati3 #?ulia$

Daftar Pustaka Harries, M., & Smith, I. (2002). The Development and Clinical Use o  Trast!"!ma# (Herceptin). Endocrine-Related Cancer , $%'%.