330045163 Makalah Protein Terapeutik

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan karuniaNYA kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini tepat waktu. Makalah yang kami buat ini berjudul ”Vaksin Rekombinan dan Protein Terapeutik”. Tujuan membuat makalah ini yaitu untuk memenuhi tugas mata kuliah Biologi Molekuler yang dibimbing ibu Hayati Semoga makalah ini dapat bermanfaat dan berguna, khususnya bagi kami dan umumnya bagi pembaca. Demikian makalah ini dibuat, kami menyadari di dalam penyusunan dan pembuatan makalah ini masih banyak kekurangan, maka dari pada itu kritik dan saran sangat kami harapkan demi mencapai kesempurnaan makalah ini agar lebih baik lagi dan atas kritik dan sarannya kami ucapkan terimakasih.

Jakarta,11 Desember 2017

Penyusun

i

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR................................................................................... i DAFTAR ISI................................................................................................. ii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah................................................................................. 1 1.3 Tujuan.................................................................................................... 2 1.4 Manfaat.................................................................................................. 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Definisi vaksin dan Protein.................................................................... 3 2.2 Proses Pembentukan Protein................................................................. 4 2.3 Vaksin Rekombinan dan Protein Terapeutik........................................ 8 2.4 Teknologi Produksi Protein Rekombinan.............................................. 10 2.5 Sistem Prokariot dan Eukariot dalam Memproduksi Protein Terapeutik.............................................................................................. 11 2.6 Sistem Terapi Protein Terapeutik......................................................... 12 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan............................................................................................. 14 3.2 Saran...................................................................................................... 15 DAFTAR PUSTAKA

ii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Protein terapeutik merupakan molekul protein yang memiliki aktivitas sebagai obat sehingga dapat digunakan untuk keperluan klinis. Sejak penemuan insulin pada tahun 1920, perkembangan penelitian dan produksi protein terapeutik mengalami kemajuan yang sangat pesat. Saat ini lebih dari 130

protein

atau

peptida

telah

disetujui

oleh Food

and

Drug

Administration untuk digunakan dalam kepentingan klinis dan sebanyak 95 protein diantaranya diproduksi menggunakan teknologi DNA rekombinan. Perkembangan protein terapeutik dalam bidang Farmasi dan klinik sangat pesat dalam dekade terakhir. Setiap tahunnya ratusan produk terapetik baru dipasarkan di Benua Eropa dan Amerika. Perkembangan protein terapetik di Indonesia juga sangat pesat mengingat aplikasinya yang sangat luas, yaitu mulai dari bidang prognosis, diagnostik, terapi, hingga preventif. Produksi protein terapeutik saat ini sangat berkembang karena adanya kemajuan teknologi di berbagai bidang. Perkembangan di bidang informatika memfasilitasi

desain

protein

terapeutik

secara

in

silico.

Berbagai

perkembangan di bidang DNA rekombinan juga memfasilitasi produksi protein terapeutik dengan skala besar dengan aktivitas biologis yang meningkat. Aplikasi protein terapetik juga semakin meningkat karena berbagai keunggulannya dibandingkan senyawa obat sintesis konvensional. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari latar belakang tersebuta adalah sebagai berikut: 1 Apa yang dimaksud dengan protein terapeutik? 2 Apa yang dimaksud dengan vaksin rekombinan? 3 Bagaimana teknologi produksi protein rekombinan?

1

1.3 Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui tentang protein terapeutik. 2. Untuk mengetahui tentang vaksin rekombinan. 3. Untuk mengetahui teknologi produksi protein rekombinan. 1.4 Manfaat Semoga dengan adanya makalah ini dapat bermanfaat khusunya bagi penyusun dan umumnya bagi

pembaca tentang vaksin rekombinan dan

protein terapeutik, sehingga dapat menambah pengetahuan mengenai materi tersebut.

2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Definisi Vaksin dan Protein Vaksin berasal dari bahasa latin vacca (sapi) dan vaccinia (cacar sapi). Vaksin adalah bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit sehingga dapat mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh organisme alami atau liar. Vaksin dapat berupa galur virus atau bakteri yang telah dilemahkan sehingga tidak menimbulkan penyakit. Vaksin dapat juga berupa organisme mati atau hasilhasil pemurniannya (protein, peptida, partikel serupa virus, dsb.). Vaksin akan mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau hewan untuk bertahan terhadap serangan patogen tertentu, terutama bakteri, virus, atau toksin. Vaksin juga bisa membantu sistem kekebalan untuk melawan selsel degeneratif (kanker). Pemberian vaksin diberikan untuk merangsang sistem imunologi tubuh untuk membentuk antibodi spesifik sehingga dapat melindungi tubuh dari serangan penyakit yang dapat dicegah dengan vaksin. Ada beberapa jenis vaksin. Namun, apa pun jenisnya tujuannya sama, yaitu menstimulasi reaksi kekebalan tanpa menimbulkan penyakit Protein berasal dari kata protos (bahasa Yunani) yang berarti "yang paling utama". Protein adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadangkala sulfur serta fosfor. Protein terdapat pada semua sel hidup, kira-kira 50% dari berat keringnya dan berfungsi sebagai pembangun struktur, biokatalis, hormon, sumber energi, penyangga racun, pengatur pH, dan sebagai pembawa sifat turunan dari generasi ke generasi. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

3

Protein adalah suatu senyawa organik yang mempunyai berat molekul besar antara ribuan hingga jutaan satuan(g/mol). Protein tersusun dari atomatom C, H, O dan N ditambah beberapa unsur lainnya seperti P dan S. Atomatom itu membentuk unit-unit asam amino. Urutan asam amino dalam protein maupun hubungan antara asam amino satu dengan yang lain, menentukan sifat biologis suatu protein. (Girinda, 1990). 2.2 Proses Pembentukan Protein Proses sintesis protein terdiri atas dua tahap, yaitu: a. Transkripsi Transkripsi adalah proses pemindahan informasi genetika dari ruas DNA ke dalam molekul RNA. Transkripsi dilakukan dengan cara pembentukan RNAd oleh DNA. Utas DNA digunakan sebagai cetakan atau pola sintesis. Proses tersebut terjadi di dalam nukleus dan dibantu oleh katalisator berupa enzim polimerase RNA yang berperan sebagai enzim transkriptase. Enzim polimerase RNA berfungsi untuk membuka pilinan heliks ganda DNA pada titik awal transkripsi dan memulihkan kembali pilinan heliks ganda. Nukleotida RNA di dalam ikatan nukleoplasma melengkapi basa-basa pada salah satu dari dua rantai DNA. Molekul-molekul gula RNA berikatan dengan kelompok fosfat RNA membentuk rantai tunggal RNAd. Kode basa RNAd disalin di atas rantai DNA. Setiap kombinasi tiga basa pada bergerak dalam sitoplasma. Transkripsi terdiri dari tiga tahap ,yaitu: 1) Inisiasi (Permulaan) Inisiasi dimulai dari promoter. Promoter yaitu daerah DNA tempat melekatnya RNA polimerase. Suatu promoter mencakup titik awal (start point ) transkripsi yaitu adanya nukleotida yang menunjukkan dimulainya sintesis protein (kodon start). Promoter berfungsi untuk menentukan tempat dimulainya transkripsi dan menentukan satu rantai DNA yang akan digunakan sebagai cetakan.

4

Gambar untuk tahap inisiasi pada transkripsi :

2) Elongasi (Pemanjangan) Saat RNA bergerak disepanjang DNA, pilinan ganda DNA terbuka secara berurutan. Enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida dari molekul RNA yang sedang tumbuh disepanjang rantai DNA. Setelah sintesis RNA selesai, rantai DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru terlepas dari cetakannya. Gambar untuk tahap elongasi pada transkripsi :

3) Terminasi (Pengakhiran) 5

Proses transkripsi akan berhenti setelah sampai pada terminator. Terminator adalah urutan DNA yang berfungsi menghentikan transkripsi (kodon terminasi). Gambar untuk tahap terminasi pada transkripsi :

b. Translasi Kodon-kodon dari RNAd diperlukan untuk membangun protein di dalam sitoplasma. Proses itu disebut translasi. Pada saat translasi terjadi proses penerjemahan kode asli dari DNA menjadi protein serta interaksi antara RNAd dan RNAt. Setiap unit RNAt dapat terikat dengan kodon RNAd pelengkapnya dan mengikat asam amino khusus. Tiga basa dalam RNAt disebut antikodon. Ada tiga tahap dalam translasi yaitu sebagai berikut : 1) Inisiasi Ribosom kecil mengikatkan diri pada RNAm dan RNAt inisiator. Ribosom melekat pada salah satu ujung RNAm. Didekat pelekatan tersebut terdapat kodon start AUG (yang membawa kode untuk membentuk asam amino metionin). Kodon ini memberikan sinyal dimulainya proses translasi.

6

2) Elongasi Selanjutnya terbentuk asam amino-asam amino yang berikatan dengan metionin. Molekul RNAr dari ribosom besar berfungsi sebagai enzim. Enzim itu mengkatalis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida ke asam amino yang dibawa RNAt. Setelah itu RNAt keluar dari ribosom. Ribosom dan RNAm bergerak dengan arah yang sama, kodon demi kodon. Peristiwa ini berlangsung sampai terbentuk polipeptida.

7

3) Terminasi Elongasi akan berhenti setelah ribososm mencapai kodon stop. Triplet basa kodon stop yaitu UAA, UAG, atau UGA. Kodon stop bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Selanjutnya, polipeptida yang terbentuk lepas dari ribosom.

2.3 Vaksin Rekombinan dan Protein terapeutik Protein terapeutik merupakan molekul protein yang memiliki aktivitas sebagai obat sehingga dapat digunakan untuk keperluan klinis. Produksi protein terapeutik saat ini sangat berkembang karena adanya kemajuan teknologi di berbagai bidang. Perkembangan di bidang informatika memfasilitasi

desain

protein

terapeutik

secara

in

silico.

Berbagai

perkembangan di bidang DNA rekombinan juga memfasilitasi produksi protein terapeutik dengan skala besar dengan aktivitas biologis yang meningkat. Aplikasi protein terapetik juga semakin meningkat karena berbagai keunggulannya dibandingkan senyawa obat sintesis konvensional. Perkembangan teknologi rekayasa genetika pada produksi protein terapeutik telah dilakukan pada mikroorganisme/organisme selain manusia. Vaksin juga telah banyak diproduksi dengan teknologi ini.Vaksin yang dibuat melalui teknik rekayasa genetika untuk memperoleh fragmen antigenik dari mikroorganisme disebut dengan vaksin rekombinan.

8

Vaksin rekombinan memungkinkan produksi protein virus dalam jumlah besar. Gen virus yang diinginkan diekspresikan dalam sel prokariot atau eukariot. Sistem ekspresi eukariot meliputi sel bakteri E.coli, yeast, dan baculovirus. Dengan teknologi DNA rekombinan selain dihasilkan vaksin protein juga dihasilkan vaksin DNA. Penggunaan virus sebagai vektor untuk membawa gen sebagai antigen pelindung dari virus lainnya, misalnya gen untuk antigen dari berbagai virus disatukan ke dalam genom dari virus vaksinia dan imunisasi hewan dengan vaksin bervektor ini menghasilkan respon antibodi yang baik. Susunan vaksin ini (misal hepatitis B) memerlukan epitop organisme yang patogen. Sintesis dari antigen vaksin tersebut melalui isolasi dan penentuan kode gen epitop bagi sel penerima vaksin. Rekayasa genetika telah memproduksi vaksin subunit yang berasal dari protein permukaan virus. Vaksin sub unit pertama diproduksi adalah vaksin hepatitis. Dengan menggunakan vaksin sub unit, tidak ada resiko terjadi infeksi, dibandingkan dengan penggunaan vaksin yang berasal dari virus utuh. Sejak vaksin diperkenalkan Edward Jenner 1796, vaksinasi sering dilakukan untuk melindungi manusia dan hewan terhadap infeksi virus. Keberhasilan vaksinasi tercermin dari berkurangnya penyakit-penyakit infeksi pada manusia dan hewan ternak. Vaksinasi sekarang menjadi istilah umum untuk pemaparan antigen terhadap manusia atau binatang dalam membangkitkan respon kekebalan. Kebanyakan vaksin virus yang digunakan saat ini merupakan sel utuh yang telah dilemahkan atau dimatikan. Keuntungan vaksin ini pada umumnya mampu menghasilkan imunitas cukup lama dan merangsang seluruh reaksi kekebalan pada host yaitu humoral antibody dan cell-mediated 2.4 Teknologi Produksi Protein Rekombinan Protein rekombinan merupakan protein yang diperoleh dari hasil teknologi DNA rekombinan. Kemajuan teknologi DNA rekombinan telah 9

mendorong berkembangnya berbagai metode produksi protein rekombinan menggunakan inang yang aman dan relatif mudah dikultur sehingga protein dapat diproduksi pada skala industri. Sebagian besar enzim yang digunakan untuk proses industri merupakan hasil rekayasa, baik rekayasa pada tingkat genetik maupun protein. Melalui teknologi DNA rekombinan dapat dilakukan pemindahan gen pengode enzim/protein dari satu organisme ke organisme lain. Sehingga bila enzim/protein tersebut diidentifikasi sebagai kandidat enzim untuk digunakan dalam industri, gen pengode enzim/protein tersebut dapat dikloning dalam suatu mikroorganisme inang yang cocok, dan diproduksi dalam skala industri. Dengan cara ini produksi enzim industri dengan kualitas dan kemurnian yang tinggi dapat dilakukan. Beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam melakukan produksi protein rekombinan adalah : 1.

Pengetahuan mengenai pemilihan sistem ekspresi untuk memperoleh protein terapeutik dengan sifat dan aktivitas sesuai harapan.

2. Penyesuaian dengan regulasi dari badan berwenang untuk tujuan komersialisasi 3. penguasaan berbagai metode untuk karakterisasi dan purifikasi protein serta pengetahuan mengenai status permasalahan terkini dari protein terapeutik dan pemecahannya untuk melakukan pengembangan melalui modifikasi protein. Protein yang digunakan untuk bidang farmasi dan kedokteran (protein terapeutik

dan

vaksin)

juga

telah

diproduksi

secara

rekombinan.

Biopharmaceutical diistilahkan untuk obat-obatan yang merupakan protein rekombinan, vaksin rekombinan dan antibodi monoklonal. Protein yang digunakan untuk kepentingan pengobatan dan terapi ini disyaratkan mempunyai kemurnian yang tinggi. Teknologi DNA rekombinan juga telah menyediakan

berbagai

strategi

untuk

meningkatkan

produksi

dan

mempermudah pemurnian protein. Salah satu contoh penggunaan teknologi produksi enzim rekombinan adalah produksi enzim detergen Lipolase oleh Novo Nordisk A/S, yang mempercepat pembuangan lemak yang tertinggal 10

pada kain. Enzim ini pertama kali diidentifikasi pada jamur Humicola languinosa dengan jumlah yang tidak cukup untuk produksi komersial. Fragmen DNA dari gen pengode enzim ini dikloning dalam jamur Aspergillus oryzae sehingga dapat diproduksi secara komersial. Enzim ini terbukti efisien pada berbagai kondisi pencucian pakaian. Enzim ini juga stabil pada beberapa variasi suhu dan pH, serta resisten terhadap proteolisis 2.5 Sistem prokariot dan eukariot dalam memproduksi protein terapeutik Sistem prokariot (bakteri) dan eukariot (yeast, mamalia sel, serangga dan tanaman) telah digunakan sebagai inang (host) dalam memproduksi protein terapeutik dan vaksin rekombinan manusia. Protein dengan ukuran lebih dari 100 kDa umumnya diekspresikan dalam sel eukariot, sementara protein yang berukuran kurang dari 30 kDa diproduksi di prokariot.Kelompok yeast juga telah digunakan sebagai organisme model dalam mempelajari biogenesis dan degradasi peroksisom. Sistem ekspresi prokariotik biasanya digunakan untuk memproduksi protein heterolog (rekombinan) dari cDNA eukariota yang dikloning. Akan tetapi pada beberapa penelitian, protein yang disintesis oleh bakteri tersebut tidak stabil atau tidak punya aktivitas biologi. Selain itu, meskipun kita menggunakan prosedur pemurnian protein yang sangat hati-hati, senyawa yang bersifat toksin pada bakteri dan senyawa yang menyebabkan kenaikan temperatur tubuh manusia dan binatang (pyrogen) mungkin dapat mengontaminasi produk (Glick dan Pasternak, 2003). Untuk mengatasi masalah ini beberapa peneliti telah mengembangkan sistem ekspresi protein eukariota, yaitu ragi, serangga atau sel mamalia untuk memproduksi proteinprotein terapetik yang tidak terkontaminasi, sehingga dapat digunakan oleh manusia atau binatang dengan jumlah yang banyak dan stabil; aktif secara biologi untuk studi biokimia, biofisik, dan struktur; dan protein yang digunakan untuk proses industri. Selanjutnya, protein manusia yang ditujukan untuk penggunaan medis harus identik sifatnya dengan protein aktif.

11

2.6 Sistem Terapi Protein Terapeutik Salah satu jenis protein terapeutik yang populer dan telah digunakan secara luas adalahinterferon (IFN). salah satu jenis protein IFN yaitu Interferon alfa-2a manusia (hIFNα2a). IFN merupakan suatu protein yang dihasilkan dalam tubuh ketika sel terpapar oleh virus, bakteri atau antigen asing. hIFNα2a memiliki tiga aktivitas berbeda, yaitu:

1. Antiproliferasi (menghambat pembelahan sel) Aktivitas antiproliferasi hIFNα2a digunakan untuk menghambat pertumbuhan sel kanker diantaranya : hairy cell leukemia, non-hodgkin limphoma, renal cell carcinoma, chronic myelogenous leukemia dan T-cell lymphoma. Antiproliferasi hIFNα2a terhadap sel kanker terjadi melalui aktivitas langsung dan tidak langsung. Aktivitas tidak langsung terjadi melalui aktivasi sistem imun dan aktivitas langsung terjadi melalui penghambatan pertumbuhan sel melalui produksi protein-protein yang berintervensi ke dalam jalur pembelahan sel (contoh : protein p21 dan p27). Aktivitas langsung dapat juga terjadi melalui induksi kematian sel terprogram (apoptosis). 2. Antivirus (menghambat perbanyakan virus)

12

Aktivitas antivirus rhIFNα2a yang paling sering digunakan adalah sebagai obat infeksi hepatitis B dan C. hIFNα2a digunakan dalam terapi tunggal atau kombinasi dengan obat antivirus lain seperti ribavirin, adevofir dan lamivudin. Efek antivirus juga terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Aktivitas langsung terjadi melalui produksi protein-protein antivirus yaitu MxA dan GBP (inhibitor terhadap proses transport dan sintesis materi genetik virus), 2’-5’ OAS (pendegradasi materi genetik virus), dan PKR (inhibitor produksi protein virus). Aktivitas tidak langsung terjadi melalui produksi protein-protein yang terlibat dalam pengenalan sel imun terhadap benda asing, aktivasi sel limfosit T, pergerakan limfosit dan fungsi efektor dalam sel imun 3. Immunomodulasi (menaikkan sistem kekebalan tubuh). Aktivitas

immunomodulasi

hIFNα2a

mendukung

aktivitas

antiproliferasi dan antivirus melalui stimulasi respon imun. hIFNα2a meningkatkan respon imun bawaan dan mengubahnya menjadi respon imun

dapatan

yang

dimediasi

sel

limfosit

T

CD8.

Aktivitas

immunomodulasi hIFNα2a juga menjaga keseimbangan populasi sel limfosit Th1 CD4 sehingga menciptakan pertahanan tubuh yang efektif. BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari makalah ini antara lain adalah sebagai berikut: 1. Vaksin adalah bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit sehingga dapat mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh organisme alami atau liar. 2. Protein adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari

monomer-monomer asam

dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida 13

amino yang

3. Vaksin yang dibuat melalui teknik rekayasa genetika untuk memperoleh fragmen

antigenik

dari

mikroorganisme

disebut

dengan

vaksin

rekombinan. 4. Protein terapeutik merupakan molekul protein yang memiliki aktivitas sebagai obat sehingga dapat digunakan untuk keperluan klinis. 5. Perkembangan teknologi rekayasa genetika telah memproduksi vaksin subunit yang berasal dari protein permukaan virus. Vaksin sub unit pertama diproduksi adalah vaksin hepatitis. 6. Kemajuan teknologi DNA rekombinan telah mendorong berkembangnya berbagai metode produksi protein rekombinan menggunakan inang yang aman dan relatif mudah dikultur sehingga protein dapat diproduksi. 7. Salah satu jenis protein terapeutik yang populer dan telah digunakan secara luas adalah interferon (IFN). salah satu jenis protein IFN yaitu Interferon alfa-2a manusia (hIFNα2a). IFN merupakan suatu protein yang dihasilkan dalam tubuh ketika sel terpapar oleh virus, bakteri atau antigen asing.

3.2 Saran Semoga dengan adanya makalah ini diharapkan pembaca dapat memahami tentang vaksin rekombinan dan protein terapeutik, sehingga dapat menambah pengetahuan mengenai materi tersebut. Makalah ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya membangun sangat kami harapkan.

14

15