Perencanaan Struktur Tersier Protein Vaksin HA dan NA CVLP H5N1 melalui Homology Modelling - Universitas Negeri Padang Repository

I

DIPAREGULER-UNP

/

LAPORAN PENELlTlAN

PERANCANGAN STRUKTUR TERSIER PROTEIN VAKSIN HA DAN
NA cVLP H5Nl MELALUI HOMOLOGY MODELLING

Oleh:
,.----

:I

Fitri Amelia, S.Si,M.Si

- -.,\-.
- : . i :- .' .' '

1

:,-'r , - .

;1 . , . \ ,

,. -

. . , , % ", 2 .
,..,

r\

Penelitian ini dibiayai oleh :
Dana DlPA Tahun Anggaran 201 1
Sesuai dengan Surat Perjanjian Penelitian
Nomor: 31 11UN35.21PG12011
Tanggal 19 Juli 201 1

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI PADANG
201 I

HALAMAN PENGESAHAN

1. Judul Penelitian
2. Bidang Penelitian
3. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap
b. Jenis Kelamin
c. NIP
d. Disiplin llmu
e. PangkatIGolongan
f. Jabatan
g. Fakultas 1Jurusan
h. Alamat
i. TelponlFakslE-mail
j. Alamat Rumah
k. TelponlHp
4. Jumlah Anggota Peneliti

Nama Anggota
5. Lokasi Penelitian
6. Jumlah
Biaya
yang
diusulkan

I

Perancangan Struktur Tersier Protein Vaksin
HA dan NA cVLP H5N1 melalui Homology
Modelling
MlPA
Fitri Amelia, M.Si
LIP
19800819 200912 2002
Biokimia
Asisten Ahlillllb
MIPA 1 Kimia
JI. Hamka, Kampus UNP Air Tawar Padang

0751-705742010751-7058772
JI. Cempaka Tunggul Hitam
085272445639
Laboratorium komputer, FMIPA, UNP
Rp. 7.500.000 (Tujuh Juta Lima Ratus Ribu
Rupiah)

Terbilang: Tujuh Juta Lima Ratus Ribu Rupiah

'w

&

Menyetujui:
Pembimbing Penelitian,

P daqg, Desember 201 1
K ua PqneIiti,

Dra. Iryani, M.S

Fitri Amel
M.Si
NIP. 1980081\9

I

HALAMAN BUKTI KETERLIBATAN MAHASlSWA
DALAM PROSES PENELlTlAN

Tanda
No.

Nama Mahasiswa

NIM

Bentuk Keterlibatan

Tangan

Ma hasiswa

1.

Mia Oktarina

0204212008 Mengumpul data

Menyetujui:
Pembimbing Penelitian,

Padang,' Desember 2011
Ketug Pen'qliti,

Dra. Iryani, M.S
NIP. 19620113 198603 2001

Fitri Amelia,
NIP. 19800819 200912 2002

'k

LEMBARAN IDENTITAS DAN PENGESAHAN
PENELlTlAN
1. a. Judul Penelitian

b. Bidang ilmu
2. Personalia
Ketua peneliti
Nama Lengkap dan
Gelar
Pangkat/Gol.INIP
Fakultasl Jurusan

3. Usul Penelitian

:

Perancangan Struktur Tersier Protein
Vaksin HA dan NA cVLP H5Nl melalui

Homology Modelling

: Kimia

:

Fitri Amelia, S.Si, M.Si

: Asisten Ahli/Illb119800819 200912 2 002
: MIPA / Kimia

: Telah direvisi sesuai saran pembahas

Padang, Desember 201 1
Mengetahui :
Pembahas.

Dr. Hj. Latisma, Dj, M.Si
NIP. 19521215 198602 2 002

RINGKASAN DAN SUMMARY
PERANCANGAN STRUKTUR TERSIER PROTEIN VAKSIN HA DAN NA cVLP
H5Nl MELALUI HOMOLOGY MODELLING
(Fitri Amelia, S.Si, M.Si)

Avian Influenza H5N1 (A1 H5N1) atau flu burung merupakan salah satu penyakit
menular akibat virus yang menakutkan karena tingkat kematiannya yang sangat tinggi
pada manusia, sehingga pembuatan vaksin sangat dibutuhkan. Pada penelitian
sebelumnya telah dirancang sekuen vaksin Al H5N1 berdasarkan protein HA dan NA.
Agar protein vaksin HA dan NA dapat menginduksi pembentukan sistem imun, maka
perlu diketahui struktur 3D dari protein tersebut melalui homology modelling.
Berdasarkan hasil pencarian template didapatkan protein template 3S13-B sebagai
template untuk protein vaksin HA dan protein template 3CKZ-A untuk protein vaksin NA.
Berdasarkan hasil prediksi dan evaluasi struktur 3D menggunakan Ramachandran plot,
didapatkan bahwa ke-enam rancangan struktur memiliki kualitas struktur yang baik karena
jumlah residu non-glisin pada daerah outlier memiliki persentase yang rendah. Persentase
residu non-glisin pada daerah outlier untuk ke-3 vaksin HA adalah 0.0% dan untuk ke-3
vaksin NA adalah 0.3%.
Hasil alignment ke-3 struktur 3D vaksin HA adalah tidak memberikan rekomendasi
kesamaan dengan struktur 3D lain pada database NCBI. Hal ini disebabkan belum adanya

struktur yang sama dengan database yang pada NCBI. Namun, hasil alignment struktur 3D
vaksin NA memberikan rekomendasi kemiripan 1737 buah struktur 3D yang ada pada
database NCBI.

PENGANTAR
Kegiatan penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalarn ha1
ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen untuk
melakukan penelitian sebagai bagian integral dari kegiatan mengajamya, baik yang secara
langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari sumber lain
yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait.
Sehubungan dengan itu, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang
bekerjasama dengan Pimpinan Universitas, telah memfasilitasi peneliti untuk
melaksanakan penelitian tentang Pernncnngan Struktirr Tersier Protein Vaksin Ha Dan
Na c VLP H5Nl melalui Homology Modeling, sesuai dengan surat perj anj ian Penelitian
DIPA Anggaran 201 1 Nomor: 3 1l/UN35.2/PG/2011 Tanggal 19 Juli 201 1.
Kami menyambut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai
permasalahan pembangunan, khususnya yang berkaitan dengan permasalahan penelitian
tersebut di atas. Dengan selesainya penelitian ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri
Padang akan dapat memberikan informasi yang dapat dipakai sebagai bagian upaya
penting dalam peningkatan mutu pendidikan pada umumnya. Di samping itu, hasil

penelitian ini juga diharapkan memberikan masukan bagi instansi terkait dalam rangka
penyusunan kebijakan pembangunan.
Hasil penelitian ini telah ditelaah oleh tim pembahas usul dan laporan penelitian,
kemudian untuk tujuan diseminasi, hasil penelitian ini telah diseminarkan ditingkat
Universitas. Mudah-mudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada
umumnya dan khususnya peningkatan mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.
Pada kesempatan ini, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak
yang membantu terlaksananya penelitian ini, terutama kepada pimpinan lembaga terkait
yang menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, dan tim pereviu
Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang. Secara khusus, kami menyampaikan
terima kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah berkenan memberi
bantuan pendanaan bagi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi dan kerjasama yang
terjalin selama ini, penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan sebagaimana yang
diharapkan dan semoga kerjasama yang baik ini akan menjadi lebih baik lagi di masa yang
akan datang.
Terima kasih.
ng, Desember 2011
, mbaga Penelitian

,,

.'

/-;.\

Dr. q ~ e r j m e n t r i M.Pd.
,

----

~ .'*--4-%2../ 8 ~ ! & 0 7 2 2 198602 1 002

DAFTAR IS1
Halaman
HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN HASlL PENELlTlAN

i

LEMBARAN IDENTITAS DAN PENGESAHAN

ii

RINGKASAN

iii

PENGANTAR

iv

DAFTAR IS1

v

DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR GAMBAR

viii

DAFTAR LAMPIRAN

BAB

I.

PENDAHULUAN
1. I . Latar Belakang Masalah
1.2. Perumusan Masalah
1.3 Pertanyaan Penelitian
1.4 Tujuan Penelitian

1.5 Manfaat Penelitian
BAB

II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Homology modelling
2.2. Struktur Protein
2.3. Vaksin chimeric virus like particle (cVLP)
2.4 Protein Hemagglutinin (HA) dan neuraminidase (NA)

BAB

Ill. METODE PENELlTlAN
3.1. Jenis Penelitian
3.2. Objek Penelitian
3.3. Alat dan Bahan
3.4. Prosedur Penelitian

BAB

IV. HASlL DAN PEMBAHASAN
5.1. ldentifikasi template dan penentuan struktur 3D

ix

vaksin secara homology modelling
5.2. Perbandingan struktur tersier vaksin dengan database

BAB

VI. KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan
6.2. Saran

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

12

15

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

1. Struktur virus influenza dan mekanisme masuk dan penggandan
virus dalam sel inang
2. Struktur 3D protein vaksin a) HA b) NA

8
14

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

1. Template protein yang digunakan untuk vaksin HA dan NA

12

2. Jumlah residu non-glisin yang berada pada outlier region

15

3. Perbandingan struktur vaksin HA dan NA berdasarkan template dengan
database

16

BAB l
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Avian Influenza H5N1 (Al H5N1) atau flu burung merupakan salah
satu penyakit menular akibat virus yang menakutkan karena tingkat
kematian yang sangat tinggi pada manusia. Berdasarkan data yang
terhimpun oleh WHO, tingkat kematian akibat infeksi Al H5N1 adalah

70,68% dari total kasus infeksi Al H5N1 di dunia (http://www.who.int).
Tingginya tingkat kematian akibat infeksi Al H5N1 juga terjadi di Indonesia.
Berdasarkan data yang dihimpun oleh Departemen Kesehatan Republik
Indonesia, jumlah total kematian akibat infeksi Al H5N1 adalah 84 orang
dengan rerata 80% (http://w.depkes.go.id). Oleh karena tingginya tingkat
kematian yang disebabkan oleh infeksi virus Al H5N1, maka pembuatan
vaksin sangat dibutuhkan.
Pada penelitian sebelumnya telah dirancang sekuen vaksin Al
H5N1 berdasarkan protein HA dan NA. Protein vaksin HA dan NA yang

dirancang harus memiliki fungsi yang dapat menginduksi pembentukan
sistem imun. Salah satu cara untuk mengetahui kemampuan vaksin dalam
menginduksi sisitem imun adalah dengan membandingkan struktur
tersiernya dengan struktur tersier protein virus. Protein-protein yang
memiliki struktur tersier yang mirip, pada umumnya memiliki fungsi yang
sama (Baxevanis, 2005)
UntukmPada penelitian ini, sekuen vaksin yang didapat dari hasil
penelitian sebelumnya, akan diprediksi dan dievaluasi struktur tersiernya
secara homology modelling. Homology modelling ini dilakukan dengan cara

membandingkan struktur tersier protein dari sekuen yang belum diketahui
struktur tersiernya secara eksperimen dengan struktur tersier yang ada di
database (Krieger, 2003).
1.2. Perurnusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka rumusan
masalah pada penelitian ini adalah "Bagaimanakah perancangan struktur
tersier vaksin cVLP H5Nl berbasis protein HA dan NA secara hommology
modelling?"
1.3. Pertanyaan penelitian

1. Bagaimana hasil prediksi, dan evaluasi homology modelling struktur 3D
vaksin cVLP H5N1 berbasis protein HA dan NA?
2. Berapa jumlah kesamaan rancangan struktur tersier protein vaksin yang

telah dirancang dengan yang ada di database?
1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan perancangan struktur tersier
vaksin cVLP H5N1 berbasis protein HA dan NA secara homology modelling.

3.1 Manfaat Penelitian

Penelitian ini memberikan manfaat pada bidang bioteknologi/biokimia
yaitu untuk

memberikan informasi tentang rancangan struktur tersier vaksin

cVLP H5N1 berbasis protein HA dan NA secara hommology modeling.

BAB II
TlNJAUAN PUSTAKA

2.1

Homology Modelling
Homology modelling adalah suatu teknik untuk memprediksi
struktur tiga dimensi protein berdasarkan koordinat homolog-homolog
yang diketahui dalam bentuk PDB. Pada homology modelling, kualitas
dari model yang dihasilkan tergantung dari tingkat kesamaan antara
sekuen yang dimasukkan dan sekuen homolognya. Semakin besar
tingkat kesamaan sekuennya, maka model yang dihasilkan akan semakin
baik (Baxevanis & Oullette, 2005).
Prosedur homology modeling dapat dibagi menjadi empat tahap,
yaitu seleksi template, alignment template target, konstruksi model, dan
penilaian model. Tahap seleksi template dan alignment template target
merupakan tahap dasar yang sering dilakukan secara bersamaan dan
cara umum yang digunakan untuk identifikasi template yang dihasilkan
berdasarkan alignment template. Namun, alignment ini mungkin tidak
cukup

berkualitas

karena

teknik

pencarian

database

lebih

memprioritaskan kecepatan daripada kualitas alignment. Mengoptimalkan
kecepatan dan ketepatan setiap tahapan untuk memprediksi struktur
skala besar merupakan komponen kunci dari kesuksesan dalam
memprediksi struktur genomik. Hal ini dikarenakan volume data yang
akan dihasilkan terlalu besar untuk diproses secara manual (Ginalski,
2006; Marti, 2000).

Ketepatan struktur yang dihasilkan dari homology modeling sangat
tergantung pada kesamaan sekuen antara target dan template. Jika
tingkat kesamaan sekuen dengan di atas 5096, maka model dapat
digunakan karena memiliki kesalahan minor yang hanya terdapat di rantai
samping, daerah rotamerik, dan nilai root-mean-square deviation (RMSD)
diantara model dan struktur eksperimental adalah sekitar 1 A. Perbedaan
prediksi antara model dan struktur eksperimental ini sebanding dengan
tipikal resolusi struktur yang diprediksi dengan menggunakan Nuclear
magnetic resonance

(NMR). Jika tingkat kesamaan sekuen dengan

template antara 30-5O0/0, maka struktur yang diprediksi memiliki kualitas
yang tidak bagus karena terdapat kesalahan pada daerah loop.
Kesamaan daerah sekuen dengan template di bawah 30% merupakan
kesalahan yang sangat serius. Hasil prediksi kesamaan tersebut sangat
rendah karena terjadi kesalahan pada lipatan (folding) protein akibat
kesalahan prediksi dan kemungkinan tidak sesuai dengan metode
pengenalan lipatan (Baker, 2001).

Struktur Protein
Protein tersusun oleh kombinasi asam amino melalui ikatan peptida
membentuk struktur primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Protein bisa
merupakan satu rantai polipeptida maupun beberapa rantai polipeptida
yang satu dengan lainnya membentuk ikatan atau interaksi tertentu.
Perbedaan

komposisi

dan

urutan

asam

amino

penyusunnya

mengakibatkan perbedaan sifat protein satu dengan lainnya.
Struktur primer protein merupakan polipeptida yang rnenunjukkan
urutan asam amino penyusun serta ikatan disulfida (bila ada). Struktur

sekunder

menggambarkan struktur primer dan ikatan Hidrogen antar

residu asam amino yang berdekatan membentuk struktur a-heliks dan

p-

heliks (Alberts, 2002). Struktur tersier adalah nama lain dari struktur tiga
dimensi (3-D) suatu protein. Struktur ini terbentuk dari interaksi berbagai
struktur sekunder yang berbeda, dan membentuk folding dengan
konformasi yang paling stabil (Baxevanis & Ouellette, 2005).
Suatu protein dapat diidentifikasi dari urutan asam aminonya,
namun sifat biologis dari protein (misalnya, kemampuan untuk mencema
gula) tidak muncul dari urutan asam amino yang linear, namun dari
struktur 3-D yang dapat mengadaptasi lingkungannya. Melalui penentuan
struktur 3-D protein yang pertama pada tahun 1958, didapatkan suatu
konsep dalam biologi molekular dan bioinformatika, yaitu fungsi protein
terkait erat dengan struktur 3-D protein tersebut, sehingga apabila dua
protein memiliki struktur 3-D yang mirip, maka fungsi kedua protein
tersebut dapat dikatakan sama (Claverie & Notredame, 2003).
Vaksin chimeric Virus-Like Particle (cVLP)
Vaksin cVLP merupakan substitusi epitope-epitope dari berbagai
tipe virus dengan menggunakan salah satu sekuen virus sebagai
backbone. Subtitusi ini bertujuan untuk memberikan respon imunitas
terhadap lebih dari satu tipe virus (Vider, 2007).
Vaksin cVLP banyak dikembangkan pada saat ini karena cVLP
merupakan vaksin yang secara morfologi dan immunologi mirip dengan
virus aslinya. Kelebihan vaksin cVLP adalah tidak mengandung material
genetik sehingga pada saat diinjeksikan ke dalam tubuh manusia, maka

cVLP tidak mampu bereplikasi di dalam tubuh manusia (Pinto, et al.,
2003).
Vaksin cVLP yang paling dikenal adalah vaksin cVLP quadrivalent
Human Papilloma Vims (HPV) yang dikembangkan oleh perusahaan

MERCK. Vaksin cVLP quadrivalent HPV merupakan vaksin yang berasal
dari substitusi beberapa epitope dari sekuen virus HPV tipe 16, 18, 6, dan
11. Berdasarkan uji coba fase Ill untuk vaksin tersebut, diketahui bahwa
vaksin cVLP quadrivalent HPV memberikan perlindungan sampai 70%
terhadap kanker mulut rahim invasive dan 90% untuk kutil genital (Sigh,
2005).
2.4

Protein Hemagglutinin (HA) d a n Neuraminidase ( NA)

Protein hemagglutinin (HA), neuraminidase (NA), dan matrik M2
merupakan antigen eksternal yang terdapat permukaan virus A1 H5N1.
Antigen yang terdapat pada lapisan permukaan merupakan pembeda
atau yang menjadi perbedaan antar virus influenza, karena Virus
influenza tipe A mempunyai 16 jenis hemagglutinin dan 9 neuraminidase.

2.4.1 Hemagglutinin (HA)
Salah satu faktor yang berperan dalam infeksi Al H5N1 adalah

adanya kecocokan antara envelope virus dengan reseptor pada
permukaan sel inang. lnfeksi Al H5N1 terjadi apabila virus H5N1
berikatan dengan glikoprotein permukaan sel inang yang mengandung
gugus spesifik. Bagian protein HA yang berikatan dengan reseptor inang
mempunyai susunan asam amino yang khas. Dengan kondisi seperti ini,
maka virus H5N1 inang avian tidak dapat dengan mudah menginfeksi
manusia (Nidom, 2005).

Setelah berikatan dengan reseptor sel inang, maka virus H5N1
akan masuk melalui fusi envelope virus dengan membran endosomal sel

inang. Proses ini memerlukan protease sel inang untuk mengaktivasi
prekursor hemagglutinin (HAo) menjadi fragmenl (HAI) dan fragmen2
(HA2) yang akan memungkinkan virus melepaskan ssRNA, yang
selanjutnya akan terjadi replikasi virus di dalam sel inang. Oleh karena itu,
aktivasi proteolitik protein HA merupakan faktor penting untuk infektivitas
dan penyebaran virus ke seluruh tubuh. Perbedaan kepekaan protein HA
virus Al terhadap profease inang akan berhubungan dengan tingkat
virulensi. Virus yang termasuk dalam kelompok HPAlV (High Pathogenic
Avian Influenza Virus) mempunyai hemagglutinin yang sangat peka
terhadap protease (Nidom, 2005).

2.4.2 Neuraminidase ( N A )

Neuraminidase berperan dalam spesifisitas Al H5N1 terhadap sel
host.

NA berfungsi untuk melepaskan partikel virus H5N1 yang sudah

selesai replikasi dalam sel dan mencegah virus H5N1 yang sudah
terbentuk tersebut menempel kembali pada reseptor sel host melalui HA.
Oleh karena itu efisiensi replikasi Al H5N1 sangat tergantung pada
kerjasama protein HA dan NA dari virus (Nidom, 2005).

Gambar I. Struktur virus influenza dan mekanisme masuk dan penggandan
virus dalam sel inang (Palese, P., Shaw, M.L.; 2001).

Pada Gambar 1 terlihat proses masuknya virus pada sel inang
melalui endositosis dan menggandakan diri dengan mereproduksi materi
genetik virus itu sendiri. Partikel virus pertama kali berasosiasi dengan sel
inang manusia dengan cara berikatan dengan sialic acid yang berisi
reseptor pada permukaan sel inang. pH endosomal sel inang yang
rendah memfasilitasi terjadinya mediasi fusi membran viral yang
dilakukan oleh protein viral hemagglutinin (HA), kemudian virus melepas
viral ribonucleoprotein kompleks yang sudah tidak berselubung ke dalam
sitosol sel inang. Viral ribonucleoprotein kompleks masuk ke dalam inti sel
melalui pori-pori inti. Di dalam nukleus, negative-sense viral RNA (vRNA)
ditranskripsi menjadi messenger RNA (mRNA) (Palese, P., Shaw, M.L.;
2001).
Genom virus influenza bereplikasi dalam inti sel inang yang
diarahkan oleh targetting signals nucleoprotein. Virus RNA (vRNA) dikopi

dari (-) sense rnenjadi (+) cRNA dan mRNA. cRNA tetap pada inti yang
berfungsi sebagai templafe pada produksi (-) sense vRNA baru,
sedangkan mRNA akan berpindah ke sitoplasrna untuk rnemproduksi
protein. NP (nucleoprotein) akan kembali ke inti dan akan berasosiasi
dengan vRNA membentuk nucleopcapsid (Palese, P., Shaw,
?11~\.'3jJigf!\.;~:?za,i.:tr?:I).
. 1
h t.: ~ : ~ / ~ ~ ~C..40%
homologi). (Kalyaanamoorthy & Chen, 2011). Data sekuen protein untuk
masing-masing protein vaksin digunakan sebagai input untuk pemodelan
struktur

tiga

dimensi

protein

menggunakan

Swiss-Model

Workspace

(~~.rtp~s~:is~~~i?ijei~g.~.p-".s>>.g:~:).
HasiI pencarian template menggunakan SwissModel Workspace untuk vaksin HA dan NA dapat dilihat pada lampiran 1 dan 2.

Tabel 1. Template protein yang digunakan untuk vaksin HA dan NA
Tipe

Template

Nilai E

HA BBT

3S13-B

6.52e-I7

HA BTB

3S13-B

HA TBB

ldentitas

Skor

Klasifikasi

100

1585

Protein Viral

4.72e-14

97.3

1585

Protein Viral

3S13-B

4.37e-15

100

1585

Protein Viral

NA BBT

3C KZ-A

0.00e-1

97.06

1951

Hidrolase

NA BTB

3CKZ-A

0.00e-1

97.07

1951

Hidrolase

NA TBB

3C KZ-A

0.00e-1

97.07

1951

Hidrolase

Vaksin

OO
/

Pemilihan template (tabel 1) didasarkan pada kesamaan sekuen residu
asam amino penyusun protein vaksin dan protein yang ada pada database
dengan tingkat kesamaan tertinggi. Pemilihan template juga berdasarkan pada
nilai E (Expected Value) terendah dan nilai skor tertinggi (Somvanshi, 2010).

Nilai E merupakan parameter yang menggambarkan jumlah

hit yang

diharapkan untuk melihat satu perubahan ketika dilakukan pencarian database.
Semakin rendah nilai E atau semakin mendekati nol, maka akan semakin tinggi
signifikansi kesamaannya. Nilai E berbanding terbalik dengan skor (S).
Berdasarkan hasil analisis didapatkan bahwa vaksin HA BBT memiliki
kesamaan 100% dengan protein template 3S13-B pada residu 407-447, vaksin
HA BTB memiliki kesamaan 97,3% dengan protein template 3S13-B pada
residu 411-447, vaksin HA TBB memiliki kesamaan 100% dengan protein
template 3S13-B pada
template ini

didasarkan

residu 410-447. Kesamaan residu vaksin dengan
daerah alpha-helix hemaglutinin yang merupakan

bagian yang sangat berpengaruh pada protein viral hemaglutinin.
Vaksin NA BBT memiliki kesamaan 97,06O/0 dengan protein template
3CKZ-A pada

residu 74-447, vaksin NA BTB memiliki kesamaan 97,07%

dengan protein template 3CKZ-A pada residu 73-447, vaksin NA TBB memiliki
kesamaan 97,0796 dengan protein template 3CKZ-A pada residu 73-447. Hasil
kesamaan residu vaksin dengan template berdasarkan kesesuaian residu
ketika disejajarkan dan memiliki tingkat kesamaan yang paling tinggi dengan
tidak merubah struktur dan fungsi protein hidrolase neuraminidase.
Template 3S13-B (protein HA) dan 3CKZ-A (protein NA) digunakan
dalam penelitian ini karena tingkat kesamaan antara sekuen dengan template
yang tinggi yaitu antara 90-100%. Struktur 3D yang memberikan tingkat
kemiripan yang melebihi 50% dengan sekuen dapat digunakan sebagai
template

karena

kemungkinan memiliki kesalahan yang

minor dalam

memprediksi struktur 3D sekuen, yaitu pada rantai samping dan daerah
rotametrik (Baker, 2001).

Protein template 3S13-B merupakan protein viral H2 Hemaglutinin ,
strain YU562 virus influenza A yang berasal dari chicken (Hongkong) dan
protein template 3CKZ-A merupakan protein hidrolase neuraminidase H5N1,
strain H274Y virus influenza A. Data PDB dapat didownload pada server RSCB
(lampiran 3 dan 4).
Struktur 3 dimensi dari vaksin yang dirancang dapat dilihat pada gambar
2. Struktur protein dievaluasi dengan skor Z dan QMEANS dari protein target

dan template. Pada penelitian ini kami mendapatkan skor Z antara target
dengan template mendakati no1 (lampiran 5).

, /

-

F ,

. "

'

"-

,

.

"
.
-.. $;.,nt$
\: , , -.. f"\,i
. '." ' - .

,

F

Y..
I

-

.

-.-

'

.
/

\_

:{~.:f$
- .;
:::y,-c
7;

.!:%
::::, @ "-\:.:,.

9

-'

.

..

:.\Li.:-

-

+..
+'

-.

" '

:

.,

.

,

\

yN

" ,. --;I

".,FA

(2

,

-7:.
..
*tt;- -

*

,

,,,

I -' -.
~- .'C.

adx

b

a

Gambar 2. Struktur 3D protein vaksin a) HA b) NA

Pengujian terhadap kualitas struktur vaksin agar dapat diterima secara
optimal oleh host (inang), salah satunya adalah dengan melihat kualitas
kestabilan struktur yang dibentuk. Pengujian kualitas struktur ini dapat
dilakukan

dengan

memplot masing-masing residu vaksin pada

ramachandran plot (Lovell, SC, et.al, 2002).

grafik

Berdasarkan grafik ramachandran plot dapat dianalisis berapa jumlah
residu asam amino yang berada pada outlier/disallowed

region yang

merupakan penentu kestabilan suatu struktur. Suatu protein memiliki kualitas
struktur yang baik atau buruk tergantung dari sedikit atau banyaknya residu
non-glisisn yang berada pada daerah outlier. Kualitas struktur protein dikatakan
baik jika residu non-glisin pada daerah outlier lebih kecil dari 15% dan semakin
kecil akan semakin baik kualitas struktur protein (Lovell, SC, et.al, 2002).
Berdasarkan hasil analisis ramachandran plot pada keenam vaksin
(Lampiran 6), dapat dilihat jumlah residu asam amino yang berada pada outlier
region (Tabel 2).
Tabel 2. Jumlah residu non-glisin yang berada pada outlier region.
Nama Vaksin
HA BBT
HA BTB
HA TBB
NA BBT
NA BTB
NA TBB

Jumlah Residu
0
0
0
1
1
1

Persentase
0.0%
0.0%
0.0%
0.3%
0.3%
0.3%

Terlihat bahwa jumlah residu non-glisin yang berada pada daerah outlier
dari keenam vaksin sangat jauh lebih kecil bila dibandingkan dari batas yang
diijinkan (15%). Sehingga untuk keenam vaksin memiliki struktur yang sangat
stabil.

4.2

Perbandingan struktur Tersier Vaksin dengan Database

Membandingkan struktur vaksin hasil homology modelling dengan yang
ada pada database bertujuan untuk menguji seberapa besar kemiripan struktur
vaksin yang telah dibuat dengan struktur native yang ada pada database.

Pengujian ini diharapkan dapat memberikan gambaran kemiripan folding
struktur sehingga didapat suatu kesamaan fungsi peptida dalam merangsang
sistem imun tubuh.
Perbandingan struktur tersier vaksin dengan database dilakukan
menggunakan Vector Alignment Search Tool (VAST) pada National Centre for
Biotechnology

Information

(NCBI)

dengan

alamat

situs

htt~:j/~,~/~l/.fi~:bi,nl~l,~:i~
I.U..
rtrl:,:;''~~r~:;-,tLj~'\~;L.ST~i~astsc.a~-~/~,i-:tml,
.
Has11 pencarian
.----,--,..--.~-.--....-...-.---....-,..----.-A

~

~

-

dengan VAST dapat dilihat pada tabel 3. Perbandingan struktur vaksin
berdasarkan template dan dengan yang ada pada database ditentukan dengan
seberapa banyak struktur yang sama dapat ditemukan.

Tabel 3. Perbandingan struktur vaksin HA dan NA berdasarkan template dengan
database
Vaksin
HA BBT
HA BTB
HA TBB
NA BBT

Chain ID
template
3S13-B
3S13-B
3S13-B
3C KZ-A

NA BTB

3CKZ-A

NA TBB

3CKZ-A

Domains

Alignment range

Entire chain
Entire chain
Entire chain
Entire chain
Domain 1
Domain 2
Domain 3
Entire chain
Domain 1
Domain 2
Domain 3
Entire chain
Domain 1
Domain 2
Domain 3

1-182
1-182
1-182
1-385
1-28, 265-385
29-191
192-164
1-385
1-28, 265-385
29-191
192-164
1-385
1-28, 265-385
29-1 91
192-164

Related
structure
0
0
0
1737
244
2943
1529
1737
244
2943
1529
1737
244
2943
1529

Vaksin HA berdasarkan template 3S13-B tidak memiliki kesamaan
struktur dengan yang ada pada database, ha1 ini dapat disebabkan belum
adanya data yang tersedia pada database. Vaksin NA memiliki banyak data

yang sama dengan yang ada pada database berdasarkan template 3CKZ-A.
Secara keseluruhan vaksin NA memiliki kesamaan sebanyak 1737 dengan
struktur yang ada pada database berdasarkan template 3CKZ-A. Kesamaan
struktur vaksin berdasarkan domain struktur penyusunnya dapat dibedakan
menjadi domain 1, domain 2, dan domain 3. Domain 1 memiliki kesamaan
struktur sebanyak 244, domain 2 sebanyak 2943, dan domain 3 sebanyak
1592. Dengan mengetahui banyaknya kesamaan struktur yang dimiliki maka
dapat dikatakan bahwa vaksin memiliki kesamaan folding dan fungsi dengan
yang ada pada database.

BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan
Tahap pertama dari homology modelling adalah melakukan pencarian
template yang cocok untuk sekuen vaksin HA dan NA. Berdasarkan hasil
pencarian template yang didasarkan pada kesamaan sekuen residu asam amino
protein vaksin dengan protein yang ada pada database swissmodel, maka
didapatkan protein template 3S13-B yang berasal dari viral H2 hemaglutinin
strain YU562 virus influenza A yang berasal dari chiken (Hongkong). Untuk
sekuen vaksin protein NA didapatkan protein template 3CKZ-A yang berasal dari
protein hidrolase neuraminidase H5N1 strain H274Y virus influenza A. Setelah
melakukan pencarian template, langkah selanjutnya adalah melakukan prediksi
struktur tersier dan analisis ramachandran plot. Berdasarkan hasil prediksi
struktur 3D dan hasil evaluasi menggunakan Ramachandran plot, didapatkan
bahwa ke-enam rancangan struktur memiliki kualitas stnrktur yang baik karena
jumlah residu non-glisin pada daerah outlier memiliki persentase yang rendah.
Persentase residu non-glisin pada daerah outlier untuk ke-3 vaksin HA adalah
0.0% dan untuk ke-3 vaksin NA adalah 0.3%.
Hasil alignment

struktur 3D ke-3 vaksin

HA tidak

memberikan

rekomendasi kesamaan dengan struktur 3D lain. Hal ini disebabkan belum
adanya struktur yang sama dengan database yang pada NCBI. Namun, hasil
alignment struktur 3D vaksin NA memberikan rekomendasi kemiripan 1737 buah
struktur 3D yang ada pada database NCBI.

"

,. * . -

j

-,*

g,,,1- b!Ecr-.[3,i 7. .~

*>!'--

5.2

Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka kami memberikan
saran kepada peneliti lain untuk dapat:
1. Mencari metode prediksi lain untuk memprediksi struktur 3D protein

vaksin

2. Melakukan analisis molecular dynamics dari struktur tersier hasil
modeling untuk mengetahui stabilitas dan fleksibiltas rancangan vaksin.

3. Melakukan penambahan asam amino signaling untuk MH Kelas I dan
MH Kelas II dalam sekuen vaksin akan mempercepat respon imunitas.

DAFTAR PUSTAKA

Alberts, B., Johnson, A, Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. 2002.
Molecular Biology of the Cell, 4th-ed.Garland Science; New York: USA
Baker D, Sali A. (2001). Protein structure prediction and structural genomics.
Science 294(5540):93-96.
Baxevanis, A.D. & B.F.F. Ouellette. 2001. BlOlNFORMATlCS A Practical Guide
to the Analysis of Genes and Proteins, 2nd-ed.John Wiley & Sons, Inc.,
USA.
Claverie, M. J., Notredame, C. 2003. Bioinformatics for Dummies. Research
Scientist, UC Santa Cruz.
Ginalski K. (2006). Comparative modeling for protein structure prediction. Curr
Opin Struct Biol16(2): 172-7.
Krieger, G. Koraimann, and G. Vriend. 2002. Increasing the precision of
comparative models with YASARA NOVA--a self-parameterizing force
field. Proteins, vol. 47: 393-402
Lovell S.C., I.W. Davis, W.B. Arendall Ill, P.I.W. de Bakker, J.M. Word, M.G.
Prisant, J.S. Richardson and D.C. Richardson (2002) Structure
validation by Calpha geometry: phi,psi and Cbeta deviation. Proteins:
Structure, Function & Genetics. 50: 437-450.
Marti-Renom MA, Stuart AC, Fiser A, Sanchez R, Melo F, Sali A. (2000).
Comparative protein structure modeling of genes and genomes. Annu
Rev Biophys Biomol Struct 29: 291-325.
Nidom, C. A. 2005. Analisis molekulergenoma virus avian influenza H5N1 di
Indonesia. Disertasi. UNAIR.
Palese, P, Shaw, ML. 2001. Otfhomyxoviridae: The Viruses and Their
Replication. 5th edition. Philadelphia: Lippencott Williams and Wilkins
Pinto LA, Edwards J, Castle PE et a/. 2003. Cellular immune responses to human
papillomavirus (HPV)-16 L1 in healthy volunteers immunized with
recombinant HPV-16 L1 virus-like particles. J Infect Dis 188: 327-338.
Somvanshi, P., Singh, V. 2010. Homology modelling and identification of active
site residue in the nucleoprotein of influenza virus through in silico
strategy for drug target. Int. J. Medical Engineering and Informatics, 2
(1):26-36

Vider, S. T., etal. 2007. Virus-epitope vaccine design: lnformatic matching the
HLA-I polymorphism to the virus genome. Mol. Immuno. 44; 12531261.

Lampiran 1. Template vaksin HA BBT, HA BTB, dan HA TBB

!.':.=+.Ii;.,{::r~z!jc:r~:
.. .-_-.
. .-: z - z z - - = = =:

..- -

.. . --.

Z l l l - t t l ~ IIIo::uI.-L
~ ~ r ~ ~

-

ififcr-.:ti:r:
7$.-.Is!+
:=.;I.
- - -. ...
....

44-

1:

7 .

.- ,;..' .La.
:
1........
~-- -. -- 2
I;.
. = ; - = i t ; '?:': .::
- - - - --........
. .
-- -:.=.
: :.:. ..

i i ,:.

s'--=

-:,s.,z-E.;-,:]...

-

-

.Lz-

Cueliti

jnfr,l--;ticl?:

-.o.=;.,

1.c

-..,- - . -

.L

7.: ,'.=;..,.;
-. . . . .......;
. . . . . -......
. .-.

.

.::':

- ----

?'

I

.--..:
,$

?::.%

-

-.,.
- - .
.....

Liglr'd inf?l;..r.ti?r:
.-..--.
- 1 - 5 ,+.--:1z
- . - - ,.- L
-- --. . ..-.- .= .. ..-..
- ---- --

: - 5

:, ..:

.=- -- -- 1.. rzl.;tf-1.' T-; rst-r:.t-s-::
::
-......-.................
.. - - .- -- --- . - -- - - - I -. - z.r:..-r-lZ
- -- -

,

-

,:.--.

-

:: ........-......
-.
- - - . - .- 1 -. - :. + :iz< :; p.: ::. - ? .

-

-.

.I Z.-..,&-,:$

:.:I:.

.A,

:.:
.,....

l ; ~ ~ l i :::y::
y~

....
.= :I,:

~Gunli!, ii;!!rr~llatic.!i:

I,.tlS: T $ ......
. . . :.. .

::'

,;

:,,;-,

~i:rlj:, nl?del: :;,:::
.,:I

:;+.:'Is

= 1'.
- .___..

-inan!: irl:.miatic r,:
- I-.:-.:
,-.-i- 1 - i ;+,..cl;!i
.=>...-8,:
:.
- . .-=I

'I.,:.:

-.,.c:.,
::1 :;:.:.

3mter1:zr) strut::tr+ i~:f'r[iia!i;~i:
Te.:.y12:+ '?z,:i
--..-::..
:. [*. 2 . - - 2

:I

Erl,:

-

ii-

-;.

I
-?-:

. 5;

.

.-._
-.==...;.

-.. .

.

!:

I.:,+::

,

'

. 2; re:::

5

:,I ,:

. y : : ~ \ >.,>!i\:
!'

,::.;

;;: y;:-e-::

..

-.
..

::.c:

.
:
.2.
I
3
#

; : . e- ,,; : : :
L
.. - 1 2

-

r -

:-=-

-v
:T - . r ; -.---

.

---

.

residues

t

I = ,

---

. . -1-.
I --

-r

f*.-:=-.L-es

,

-- -

.

.-

::e,;:::-.

. . .1
:
e
. =- z j :-sz::r.
L--Fli-Le=
:
r
l---llel--.:=.

z, :

Z?g 2 -Z 7.

L r

,::--,.rei rcC:-r.

2.z

-----.2-..,--3

:-erL.z:--.:-. - -j - _ = - _-.-..
.
- . .
r.----.-.-c3
~-e~:rx
X l l . = : i c 3 1-*~:zr
-z.11::.;=3
I
*
,
;
:
:
:
._..._
. - 5 z5gL.17.
-- =---z...-%zi =*GI:?-.._-_-_._ \-.ALL--1 ,----.--:-..red:-e.;::7-=-:. 1:....-e=j
:-e,-> :-.
:. -+;-17.
$

,

..
- . -.. . -.?
--5 1

;.

.S

?>:re.z:*r::
s:.:.;e.:T*S.

..

--- - .
?

-

-._.
-

- - -% :
,,:..?.=.
?

-

.-

I

Z . L Z Z '

I

:. _
-

z =
.;;

Vaksin NA TBB

Evaluation of residues
=-.==..
- - - --- =4..

Z.ss.:=i-Le
...

' P I -

L

.
i

-2- l ; > E
.- . - -

:<
...:---..

:€;.!I..

.pa

-Z

-

2 , :
2 : :

-- ----

- -5

t

.

..- ?
= _. , - - = -= .. - L % I
< - : ; c . L L ,- L F E . L: \

..

;,z=s:=:.:e

--

,

.

:

5 -

:

i

. -

L

:

I

:
4

: sz;:
:

-

-:- :.
-:
1

,-

I.-__=.

i-.=

,

- - . -->I
. - . . - =- .:

z'

,

:

1. :y
:
-..- 1- - :

,

.- .

-C,- .i :<
-1.4 . - ? I
- -- 31, - -. ? .- . I.
- , - - .= =
. I = .:E.,
- I- . L C :
I.

-- - -=.:-,
. --

--

- c = .

- E I . F E , - -

-:-..::..-- ..

, - -. -. -

?

- =. ;

4.f - :
- -:.f.21
f

- -- .
,+.
=- 5 -- r.- ,- - - ..
-. ."'~I:-"
.- - -- .-= :-. - -=: --.-.
- -1. . r-. 5 :
1
z'-..:-- . =...
- - --=,-. ,--..

.

-

.

-

-

_

_._

-

+

_ I

-----

Lampiran 7. Hasil VAST vaksin HA dan NA
--,

r..-

-.

.

" . i .

'\

-(-.

Structure Summary
MMDB

.
. . . . .

.

Crysr;r! Srruciur~eOf H5n' In*I~c;!,zz \arcs Hrn:kyglulinin
Cr;ctal Fcrni 2

--- -

-

-- -

--- .

-- .- .

- . .

.

.-

~

-.

t . ~ t ~ ri r, . ~
.

Srraln i'u562

---- -

)'l)tl

i,

I

!

i

I

i

~ ' Pr

I ~ e p o = , i f i ~Llirle:
n

U p d a r e d i t ) r.tt.l!ln:
~ x p r t ! , q > r ! ~ t r.:~?tllo,J:
ol
- -:. 1
R