1
KELOMPOK 1 BIOTEKNOLOGI Nama
Dosen Bioteknologi,
Rini Rita T. Marpaung, S.Pd., M.Pd.
NPM
Tanda Tangan
2
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penyakit kencing manis (diabetes mellitus/DM) memiliki jumlah penderita yang cukup banyak di Indonesia. Penyakit ini berkembang karena pola makan dan gaya hidup yang salah. Misalnya terlalu banyak mengonsumsi makanan yang mengandung kolesterol tinggi, jarang berolahraga, dan sebagainya. Penderita Penderita kencing manis diperkirakan ak an terus meningkat. Kalau dulu sebagian besar pengidapnya pengidapnya adalah usia tua, k ini mereka yang berusia muda. Bahkan anak-anak pun, bisa terkena terken a penyakit ini. Diperkirakan DM, di antara penyakit-penyakit penyakit-penyakit noninfeksi, menjadi penyebab kematian paling tinggi di negara maju seperti Amerika Serikat. Pada penderita kencing manis, fungsi insulin di dalam tubuhnya terganggu. Padahal fungsi insulin sangat sangat penting, untuk memasukkan gula dari dalam darah ke sel-sel tubuh untuk digunakan sebagai energi. Karena itu, pada penderita DM gula tidak dapat masuk ke dalam sel sehingga tetap beredar di dalam darah. Hal ini dapat diketahui dari k adar gula darah yang semakin meningkat.
3
Untuk menyembuhkan penyakit ini penderita diberi obat berupa insulin.
Fungsi insulin yang disuntikkan ini adalah mengembalikan fungsi insulin di dalam tubuh yang mengalami gangguan. Kencing manis atau dikenal dengan penyakit gula (diabetes mellitus-DM) adalah penyakit yang ditandai dengan meningkatnya kadar gula (gluk osa) dalam darah. Tanda atau gejala awal diabetes antara lain rasa haus yang berlebihan, rasa lapar, dan sering buang air k ecil. DM yang tidak terkontrol bisa menyebabkan kerusakan dinding pembuluh darah atau kapiler. Kerusakan ini akan menyebabkan sumbatan yang bisa mengganggu aliran darah ke jaringan. Bagian tubuh yang tidak mendapat aliran darah tersebut akan mengalami kematian akibat k ekurangann zat asam. Kerusakan dinding kapiler juga bisa menyebabkan kebocoran cairan dan darah dari kapiler. Kebocoran inilah yang menyebabkan pembengkakan jaringan. Jika tidak segera ditangani, DM bisa menyebabkan komplikasi pada organ tubuh yang lain. Salah satunya adalah mata. Bentuknya adalahglaukoma (peningkatan tekanan bola mata) dan katarak ( kekeruhan pada lensa mata). Ada dua tipe kencing manis, yaitu tipe 1 dan 2. DM tipe-1 terjadi karena kekurangan insulin. Sedangkan DM tipe-2 terjadi karena insulin di dalam tubuh tidak berfungsi dengan baik. Insulin adalah hormon yang diproduksi oleh sel beta di pankreas di d alam tubuh, yaitu sebuah kelenjar yang letaknya di belakang lambung. Fungsi kelenjar ini mengatur metabolisme glukosa menjadi energi. Selain itu juga mengubah kelebihan glukosa menjadi glikogen yang disimpan di hati dan otot. Untuk mencegah terjadinya kencing manis, ada beberapa hal yang bisa dilakukan. Di antaranya memeriksakan diri secara teratur ke dokter, diet rendah gula, bila kelebihan berat badan maka sebaiknya diturunkan hingga ke posisi normal.
4
Dulu penderita diabetes melitus diobati dengan memberikan suntikan dengan insulin sapi atau babi. Semakin banyak penderita, semakin banyak sapi atau 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. Insulin bervariasi dari satu organisme ke organisme lainnya, namun hal ini tidak membedakan aktivitasnya. Pada mulanya sumber insulin untuk penggunaan klinis pada manusia diperoleh dari pancreas sapi atau babi. Insulin yang diperoleh dari sumber sumber tersebut efektif bagi manusia karena indentik dengan insulin manusia. Insulin pada manusia, babi, d an sapi mempunyai perbedaan dalam susunan asam aminonya, tapi aktivitasnya tetap sama. Perbedaan susunan asam amino pada insulin manusia, babi (pork), dan sapi (beef)
Spesies
A8
A10
B 28
B29
B30
Manusia
Thr
Ile
Pro
Lys
Thr
Babi
Thr
Ile
Pro
Lys
Ala
Sapi
Ala
Val
Pro
Lys
Ala
Insulin manusia dan insulin babi hanya beda 1 asam amino yaitu pada B30, sedangkan insulin manusia dan insulin sapi beda 3 asam amino yaitu pada A8, A10, dan B 30 sehingga pemakaian insulin babi kurang imunogenik dibandingkan insulin sapi. Tapi masalahnya, 1 babi yang diekstraksi insulinnya hanya cukup untuk 1 orang selama 3 hari padahal saat ini ada ± 60 juta orang di dunia yang menderita diabetes tergantung insulin dan diduga meningkat 5-6 % per tahunnya. Maka dari itu s ekarang banyak dikembangkan teknologi rekombinan untuk mendapatkan insulin.
5
Permasalahan ini akhirnya dapat diatasi melalui rekombinasi DNA. G en insulin manusia dari pulau Langerhans diambil, kemudian disambungkan ke dalam plasmid bakteri, membentuk ki mera (DNA rekombinasi). Kimera itu dimasukkan ke dalam sel target E. coli . Bakteri E. coli ini dikultur, untuk dikembangbiakkan. Karakteristik bakteri yang menjadi organisme pilihan untuk memproduksi insulin memiliki keunggulan-keunggulan sebagai berikut. y
Memiliki rentang umur pendek.
y
Jumlah generasi yang banyak.
y
Susunan genetik bakteri yang lebih mudah dimodifikasi.
y
Lingkungan luar bakteri dapat dengan mudah dimodifikasi untuk mempengaruhi ekspresi gen.
y
Menghasilkan produk, hampir mendekati yang kita inginkan (menyerupai insulin yang dihasilkan sel -pankreas).
y
Lebih ekonomis.
Pada proses penyisipan gen diperlukan tiga faktor utama yaitu 1.
Vektor, yaitu pembawa gen asing yang akan disisipkan, biasanya berupa plasmid, yaitu lingkaran kecil AND yang terdapat pada bakteri. Plasmid diambil dari bakteri dan disisipi dengan gen asing.
2.
Bakteri, berperan dalam memperbanyak plasmid. 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.
6
1.2
Rumusan Masalah
Ada pun rumusan masalah pada makalah ini adalah sebagai berikut. 1.
Bagaimana cara pembuatan insulin dengan memanfaatkan mikroorganisme?
2.
Bagaimana cara pemberian insulin pada penderita diabetes mellitus?
1.3
Tujuan
Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut. 1.
Mengetahui cara pembuatan insulin dengan memanfaatkan mikroorganisme.
2.
Mengetahui cara pemberian insulin pada penderita diabetes mellitus.
7
BAB II PEMBAHASAN
2.1
Sejarah Insulin
Sejak Banting dan Best menemukan hormon insulin pada tahun 1 921, 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 kek ebalan tubuh pasien menghasilkan antibodi terhadap insulin babi dan sapi y ang berusaha menetralkan dan mengakibatkan respon inflamasi pada tempat injeksi. Selain itu efek samping dari insulin sapi dan babi ini adalah k ekhawatiran adanya komplikasi jangka panjang dari injeksi zat asing yang rutin. Faktor-faktor ini menyebabkan peneliti mempertimbangkan untuk me mbuat Humulin dengan memasukkan gen insulin ke dalam vektor yang cocok, yaitu sel bakteri E. coli , untuk memproduksi insulin yang secara ki mia identik dan dapat secara alami diproduksi. Hal ini t elah dicapai dengan menggunakan teknologi DNA rekombinan.
8
Para peneliti membuat insulin manusia rekombinan dengan struktur yang identik dengan insulin manusia menggunakan vektor bakteri E. coli yang telah dilemahkan.
2.2
Bakter i Gram negat if, Escherr ichia coli, pen ghuni al ami saluran pencer naan manusia
Struktur Insulin
Secara 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 D NA di bagian atas lengan pendek dari kromosom k esebelas yang berisi 15 3 basa nitrogen (63 dalam rantai A dan 90 dalam rantai B). DNA yang membentuk kromosom, t erdiri dari dua heliks terjalin yang dibentuk dari rantai nukleotida, masing-masing terdiri dari gula deoksiribosa, fosfat dan nitrogen. Ada empat basa nit rogen
9
yang berbeda yaitu adenin, timin, sitosin dan guanin. Sintesis protein tertentu seperti insulin ditentukan oleh urutan dasar tersebut yang diulang.
Gambar: S tr ukt ur Insulin
Insulin adalah suatu hormon polipetida yang diproduksi dalam sel-sel kelenjar Langerhaens pankreas. Insulin berperan penting dalam regulasi kadar gula darah (kadar gula darah dijaga 3,5-8,0 mmol/liter). Hormon insulin yang diproduksi oleh tubuh kita dikenal juga sebagai sebutan insulin endogen. Namun, ketika kalenjar pankreas mengalami gangguan sekresi
guna memproduksi hormon insulin, disaat inilah tubuh membutuhkan hormon insulin dari luar tubuh, dapat berupa obat buatan manusia atau dikenal juga sebagai sebutan insulin eksogen. Kekurangan insulin dapat menyebabkan penyakit seperti diabetes mellitus t ergantung insulin (diabetes tipe 1). Insulin terdiri dari 51 asam amino. Molekul insulin disusun oleh 2 rantai polipeptida A dan B yang dihubungkan dengan ikatan disulfida. Rantai A terdiri dari 21 asam amino dan rantai B terdiri dari 30 asam amino.
10
2.3
Proses Pembuatan Insulin
Proses pembutan insulin dengan teknik DNA rekombinan adalah sebagai berikut. 1.
Mengidentifikasi dan mengisolasi gen penghasil insulin dari sel pancreas manusia. a.
Mula-mula mRNA yang telah disalin dari gen penghasil insulin diekstrak dari sel pancreas. Kemudian enzim transcriptase ditambahkan pada mRNA bersamaan dengan nukleotida penyusun DNA.
b.
Enzim ini menggunakan mRNA sebagai cetakan untuk membentuk DNA berantai tunggal.
c.
DNA ini kemudian dilepaskan dari mRNA.
d.
Enzim DNA polymerase digunakan untuk melengkapi DNA rantai tunggal menjadi rantai ganda, disebut DNA komplementer (cDNA), yang merupakan gen penghasil insulin.
2.
Melepaskan salinan gen penghasil insulin tersebut dengan cara memotong kromosom secara khusus menggunakan enzim restriksi.
3.
Mengekstrak plasmid dari sel bakteri, k emudian membuka plasmid dari sel bakteri dengan menggunakan enzim restriksi yang lain. Sementara itu, di dalam serangkaian tabung reaksi atau cawan petri, gen penghasil insulin manusia (dalam bentuk c-DNA) disiapkan untuk dipasangkan pada plasmid yang terbuka tersebut.
4.
Memasang gen penghasil insulin ke dalam cincin plasmid. Mula-mula, ikatan yang terjadi masih lemah, kemudian enzim DNA ligase memperkuat ikatan ini sehingga dihasilkan molekul DNA rekombinan / plasmid rekombinan yang bagus.
5.
Memasukkan plasmid rekombinan kedalam bakteri E. coli. Di dalam sel bakteri ini plasmid engadakan replikasi.
11
6.
Mengultur bakteri E. coli yang akan berkembang biak dengan cepat menghasilkan klon-klon bakteri yang mengandung plasmid rekombinan penghasil insulin. Melalui rekayasa genetika dapat dihasilkan E. coli yang merupakan penghasil insulin dalam jumlah banyak dan dalam waktu yang singkat.
12
Escherr ichia 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 , Bgalaktosidase adalah enzim yang mengontrol transkripsi gen. Untuk membuat bakteri memproduksi insulin, gen insulin perlu terikat pada enzim ini.
13
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 d an sembilan puluh untuk rantai B, ditambah kodon pada akhir setiap rantai yang menandakan pengakhiran sintesis protein. Antikodon menggabungkan asam amino, metionin, k emudian 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 Bgalaktosidase. Plasmid rekombinan tersebut kemudian dimasukkan k e dalam sel E. coli.
14
F ot o
mikr osk op el ektr on pl asmid bakter i 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.
15
Kedua rantai dicampur dan dihubungkan kembali dalam reaksi yang membentuk jembatan silang disulfida, menghasilkan Humulin murni (insulin manusia sintetis).
16
2.4
Pemberian Insulin pada Penderita Diabetes Mellitus
Pemberian injeksi insulin secara teratur dalam meningkatkan k adar insulin dalam darah penderita dapat meminimumkan k omplikasi. Pengobatan ini hanya mungkin dilaksanakan bila insulin tersedia dalam jumlah besar dengan kemurnian dan mutu yang baik. Pemberian insulin kepada penderita diabetes hanya bisa dilakukan dengan cara suntikan, jika diberikan melalui oral insulin akan rusak didalam lambung. Set elah disuntikan, insulin akan diserap kedalam aliran darah dan dibawa ke seluruh tubuh. Disini insulin akan bekerja menormalkan kadar gula darah (blood glucose) dan merubah glucose menjadi energi.
Bebera pa merk d agan g insulin
17
Perlu diperhatikan daerah mana saja yang dapat dijadikan tempat menyuntikkan insulin. Bila kadar glukosa darah tinggi, sebaiknya disuntikkan di daerah perut dimana penyerapan akan lebih cepat. Namun bila kondisi kadar glukosa pada darah rendah, hindarilah penyuntikkan pada daerah perut. Secara urutan, area proses penyerapan paling cepat adalah dari perut, lengan atas dan paha. Insulin akan lebih cepat diserap apabila daerah suntikkan digerak-gerakkan. Penyuntikkan insulin pada satu daerah yang sama dapat mengurangi variasi penyerapan. Penyuntikkan insulin selalu di daerah yang sama dapat merangsang terjadinya perlemakan dan menyebabkan gangguan penyerapan insulin. Daerah suntikkan sebaiknya berjarak 1inchi (+ 2,5cm)
dari daerah sebelumnya. Lakukanlah rotasi
di dalam satu daerah selama satu minggu, lalu baru pindah ke daerah yang lain.
18
Kerja insulin dalam tubuh dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya : 1.
Dosis. Semakin tinggi dosisnya maka semakin cepat aksinya.
2.
Tempat injeksi. Pada umumnya insulin diberikan dengan injeksi
menembus kulit. Pada pemberian intravena aksinya cepat, pad transdermal atau secara subkutan maka pada otot terjadidegradasi insulin 20-25%. Makanya harus diperhitungkan untuk mendapatkan dosis yang tepat. Kebanyakan insulin diinjeksikan pada perut (intrperional). Jarum untuk injeksi insulin kecil sekali dan pendek (0,51 cm). Dapat juga menggunakan implant pad dada yang dapat mensuplai insulin sedikit demi sedkit. 3.
Kehadiran antibodi insulin. Hal ini terutama pada penggunaan hewan
sebagai insulin. Jika digunakan insulin dari luar dikhawatirkan terjadi reaksi antigen antibodi maupun perusakan lain, k ecuali pada penderita autoimun. 4.
Aktivitas fisik. Semakin banyak aktivitas fisik yang kita lakukan maka
kita perlu energi (dari glukosa) yang semakin besar sehingga tidak perlu aksi insulin yang ekstra untuk mengubah glukosa menjadi glikogen (insulin yang diperlukan semakin sedikit).
19
BAB III KESIMPULAN
Berdasarkan uraian di atas, dapat dibuat beberapa kesimpulan antara lain: 1.
Pembuatan insulin dengan menggunakan teknik DNA rekombinan merupakan salah satu contoh Bioteknologi karena memenuhi beberapa syarat, yaitu adanya agen biologi, pendayagunaan secara teknologi dan industri, serta adanya produk yang dihasilkan dari hasil ekstraksi dan pemurnian.
2.
Agen biologi yang digunakan adalah mikroorganisme (bakteri E. coli) yang dimanfaatkan sebagai vektor k arena adanya DNA plasmid.
3.
Produk yang dihasilkan adalah berupa hormon insulin yang dapat diproduksi secara industri dan dimanfaatkan untuk pengobatan diabetes mellitus.
20
DAFTAR PUSTAKA
Almazini. 2010. M embuat Insulin M anusia d en gan T ek nik Rek ombinan. http://myhealing.wordpress.com/2010/12/11/pembuatan-insulinmanusia-dengan-teknik-dna-rekombinan/diunduh pada 26 April 2011 pukul 09.00 WIB. MedStar. (no years). Insulin.pdf. Health The MedStar Diabetes Institute. Washington, DC. Rosalia. 2010. P embuatan Insulin M anusia d en gan T ek nik Rek ombinan sebagai S al ah S at u P en gemban gan Biotek nolo gi d al am Bid an g K esehatan.pdf. Universitas Syiah Kuala Darussalam. Banda Aceh. Tof, Ilanit. 1994. Recombinant DNA T echnolo gy in t he S y nt hesis of Human. http://www.littletree.com.au/dna.htmdiunduh pada 26 April 2011 pukul 09.00 WIB. Wijaya. 2009. P r oduk si Insulin M en ggunakan Bakter i. http://juharrywijaya.blogspot.com/2009/10/produksi-insulinmenggunakan-bakteri-e.htmldiunduh pada 26 April 2011 pukul 09.00 WIB.
