PEMBERIAN VAKSIN MELALUI TANAMAN TRANSGENIK

  ISSN : 1693-9883

REVIEW ARTIKEL

  Majalah Ilmu Kefarmasian, Vol. I, No.1, A pril 2004, 1 - 9 PEM BERIAN VAKSIN M ELALUI TAN AM AN TRAN SGEN IK

  M aksum Radji Depar temen Far masi, FM IPA Univer sitas Indonesia, Depok.

  

ABSTRACT

V accines have played an important role in preventive medicine since Edward

Jenner discovered that cowpox induced protection against human smallpox. Until

recently, a vaccination has meant a needle in the arm. However, with the increas-

ing need for inexpensive, easily administered vaccines, along with the improve-

ments in genetic engineering, the concept of edible vaccines is fast becoming real-

ity. This is especially important in developing countries, where it is estimated that

three to five million children die each year from common diseases, which could have

easily been prevented with the proper vaccination. Compared to traditional lab-

synthesized vaccines, plants are capable of producing proteins at lower cost, and

need not be isolated for injection. Plant-based vaccines are also safer than traditional

vaccines because they use selected sub-units of the disease rather the attenuated

whole disease-causing organism.

  Keyword : transgenic plants; edible vaccines.

  PEN D A H ULUA N

  dengan akhir tahun 1990-an melalui kampanye internasio nal terhad ap Peranan vaksin dalam penang- p enanggulangan p enyakit utama gulangan dan pencegahan penyakit penyebab infeksi seperti difteri, per- infeksi telah sejak lama kita ketahui. tussis, po lio , campak, tetanus dan Terutama sejak dunia terbebas dari tuberkulosis, lebih dari 80 % balita penyakit cacar, akibat keberhasilan di seluruh dunia telah divaksinasi para peneliti dalam menghasilkan d engan ke-enam jenis vaksin ter- vaksin cacar yang dapat menjangkau sebut, sehingga dapat menurunkan masyarakat di selusuh pelosok ter- tingkat kematian bayi d i seluruh pencil sekalipun di seluruh dunia, dunia secara signifikan. saat ini dunia terbebas dari penyakit Namun demikian tidak semua cacar yang mematikan itu. Keber- p ro g ram v aksinasi ini berhasil hasilan serupa diharapkan pula oleh dengan baik. Sekitar 20 % bayi-bayi W H O terhad ap v aksinasi p o lio yang dilahirkan belum terjangkau dengan dicanangkannya dunia akan oleh vaksinasi, sehingga tingkat ke- bebas polio pada tahun 2005. Sampai matian balita akibat penyakit infeksi

  Corresponding author : E-mail : maksum@makara.cso.ui.ac.id

  1

REVIEW ARTIKEL

  2

  di seluruh dunia masih tinggi hingga mencapai 3-5 juta balita pertahunnya. Kondisi tersebut sangat mengkhawa- tirkan p ara p emerhati kesehatan, terutama dengan semakin tingginya mobilitas penduduk dunia dari be- lahan dunia yang satu ke belahan lainnya, akan mempercepat penye- baran p enyakit infeksi (A rnzten, 1997).

  Beberapa faktor penting penye- bab kegagalan vaksinasi antara lain ad alah harga vaksin yang mahal, menurunnya efeksifitas vaksin akibat d istribusi y ang tid ak baik, cara p eny imp anan v aksin y ang tid ak tepat, tidak adanya kotak pendingin dalam pendistribusiannya, dan se- bagian besar vaksin harus diberikan dengan cara penyuntikan, dll. Kea- daan ini mempengaruhi ketersediaan vaksin terutama d i negara-negara penyakit infesi tersebut sangat tinggi angka kesakitan dan kematiannya. Keterbatasan-keterbatasan tersebut telah memacu para peneliti untuk menemukan suatu tero bo san baru dalam teknologi pembuatan dan cara pemberian vaksin. Bentuk vaksin yang diminati adalah vaksin yang dapat dikonsumsi tanpa harus me- nyuntikkannya atau tanpa harus di- simpan di ruang pendingin sehingga memudahkan pendistribusiannya.

  V A KSIN ED IBEL

  Untuk mengatasi kendala yang dihadapi dalam ketersediaan vaksin terutama bagi para balita yang tinggal di negara-negara yang sedang ber- kembang, pada awal tahun 1990-an telah dikembangkan suatu teknologi tanaman transgenik dimana tanaman tersebut mengandung fragmen DNA yang berasal dari bakteri atau virus. Fragmen DNA bakteri atau virus yang dikloning ke dalam suatu ta- naman ini merupakan gen yang akan mengko d e p embentukan p ro tein, yang biasanya dipilih protein yang terletak dipermukaan sel bakteri atau virus, sehingga bila tanaman tersebut d iko nsumsi akan meng hasilkan respon imun. Sistem kekebalan tubuh yang terbentuk akan dapat menge- nali epitop spesifik pada permukaan sel bakteri dan virus, yang masuk ke d alam tubuh, sehingga akan ter- hindar dari infeksi bakteri atau vi- rus tersebut (Haq, et al. 1995; Hood, et al.,1999). memiliki beberapa keuntungan yang antara lain adalah tanaman inang dapat dipilih dari jenis tanaman lokal, murah, dan dapat ditanam dengan teknologi sederhana sesuai dengan daerah tumbuhnya, dan dapat dipro- d uksi sebany ak mung kin sesuai dengan kebutuhan. Beberapa jenis tanaman yang dipakai sebagai ta- naman inang adalah pisang, tomat, kentang, padi, kedelai, w o rtel, ja- gung, kacang-kacangan dan temba- kau (Haq, et al. 1995; Carrillo, et al., 2001; Daniell et al., 2001 Haq, et al., 1995; Mason et al., 1992; Tacket and Mason, 1999).

  Pisang transgenik yang mengan- dung protein yang bersifat sebagai

REVIEW ARTIKEL

  3

  vaksin yang mengandung pro tein yang berasal bakteri atau virus me- rupakan buah transgenik yang sangat diminati. Pohon pisang yang dapat tumbuh di seluruh dunia terutama di negara-negara tropis ini banyak di- konsumsi oleh penduduk. Buah pi- sang dapat langsung dimakan tanpa perlu dimasak terlebih dahulu, se- hingga protein (vaksin) yang dikan- dungnya tidak mengalami degradasi oleh pemanasan.

  Jika balita diberi makan pisang transgenik ini, di dalam tubuhnya akan diproduksi imunoglobulin yang dapat melindungi mereka dari penya- kit infeksi. (Haq, et al., 1995). Sejak saat itu, dalam 10 tahun terakhir ini berbagai penelitian untuk mempro- d uksi beberap a jenis p ro tein d an imunogen untuk kebutuhan farmasi dan kedokteran telah berkembang et al., 2001; Mor, et al., 1998; Tacket and Mason, 1999).

  Vaksin yang diproduksinya akan sangat ekonomis karena tidak me- merlukan sarana distribusi khusus, dan ruang pendingin seperti vaksin konvensional. Vaksin ini dikonsumsi secara oral sehingga tidak memerlu- kan bantuan petugas kesehatan untuk menyuntikkannya.

  Diband ingkan d engan v aksin konvensional, vaksin yang dapat di- makan (

  edible vaccine

  ) ini sangat aman karena kemungkinan untuk reversi menjadi patogen sebagaimana yang terjad i pad a vaksin ko nvensio nal, yang p embuatannya d engan cara mematikan atau melemahkan sifat virulensi dari mikroorganisme yang dipakai, tidak akan terjadi. Dalam tanaman transgenik tidak terdapat bakteri atau virus utuh melainkan hanya protein permukaan atau pro- tein spesifik dari bakteri atau virus tersebut. Sebag ai v aksin d alam bentuk yang dapat dimakan, tidak memerlukan proses pemurnian se- bagaimana yang biasa d ilakukan p ad a p ro d uksi sub-unit v aksin dengan menggunakan bakteri atau sel binatang sebagai inangnya.

  Beberap a kelo mp o k p eneliti telah berhasil mengembangkan ber- bagai jenis vaksin yang dapat dikon- sumsi ini. Vaksin edibel yang meng- ekspresi protein struktural dari virus mulut dan kuku ( Foot & M outh Virus ), terbukti menginduksi respon imun pada mencit setelah diimunisasi oral maupun parenteral (Wigdorovits et berasal dari hepatitis B surfice antigen (HbsA G) telah berhasil diekspresi- kan dalam tanaman tembakau (Ma- son et el., 1992). Percobaan lain me- nunjukkan bahwa tanaman tembakau transgenik yang mengandung pro- tein yang berasal d ari

  hepatitis B surfice antigen

  (HbsA G) ini setelah dicoba pada binatang coba ternyata d ap at memberikan resp o n imun spesifik pada mencit (Thanavala et al., 1995). Untuk membuktikan apakah vaksin edibel ini dapat memberikan respon imun mukosal bila diberikan secara o ral, p enelitian d ilakukan dengan membuat kentang transgenik yang dapat mengekspresikan protein yang berasal dari

  hepatitis B surfice

REVIEW ARTIKEL

  4 antigen

  (HbsA G) (Kap usta et al., 1999; Richter et al., 2000). Hasil penelitian pada mencit menunjukkan bahw a vaksin transgenik ini dapat menghasilkan d an meningkatkan respon imun mukosal lebih baik dari pada vaksin yang direkayasa melalui reko mbinan DN A meng g unakan jamur sebagai inangnya (Kong et al., 2001; Richter et al., 2000).

UJI KLIN IK

  Keberhasilan berbagai penelitian yang telah dilakukan telah memacu para peneliti untuk terus mengem- bangkan vaksin yang berasal dari tanaman transgenik ini. Kand id at vaksin edibel yang mengandung pro- tein yang berasal dari

  labile toxin B subunit (LT-B) dari Enterotoxigenic Escherichia coli kapsid dari virus Norwalk (NVCP).

  ternyata dapat memberikan respon imun yang baik jika diberikan secara o ral p ad a binatang co ba (Ball, et al.,1998; Haq, et al.,1995; Mason, et al., 1996; Mason et al., 1998).

  Keberhasilan percobaan dengan binatang coba tersebut akhirnya me- motivasi para peneliti untuk melaku- kan uji klinik fase I dan fase II untuk melihat tingkat keamanan dan efek imunogenisitasnya dari vaksin edibel yang mengandung LT-B, NVCP, dan HbsAG pada manusia (Tacket et al., 1998; Tacket et al., 2000). Berdasar- kan hasil uji klinik yang dilakukan ter- nyata manusia yang mengonsumsi tanaman transgenik yang mengan- dung protein yang berasal dari LT-

  B, NVCP, dan HbsAG, menunjukkan peningkatan respon imun mukosal dengan meningkatnya kadar imuno- globulinnya. Berdasarkan hasil ter- sebut memung kinkan bag i p ara peneliti untuk terus melanjutkan uji klinik p ad a fase-fase selanjutnya sebelum vaksin edibel ini digunakan dan diproduksi secara masal (Ball, et al., 1999; Tacket, et al., 1998; Tacket, et al., 2000).

  Awal tahun 1998, merupakan era baru dalam cara pemberian vaksin. Para peneliti yang mendapatkan du- kungan dari

  National Institute of A l- lergy and Infectious Diseases (NIAID),

  A merika Serikat, telah berhasil membuktikan bahw a vaksin edibel dapat memberikan respon imun yang signifikan p ad a manusia. Vaksin edibel ini diyakini dapat menurunkan akibat penyakit infeksi hepatitis dan diare secara signifikan terutama di negara-negara yang sedang berkem- bang dimana fakto r penyimpanan dan cara pemberian vaksin konven- sional selama ini menjadi problem utamanya (Tacket, et al., 1998). Uji klinik yang pertama kali dilakukan untuk ed ibel vaksin ini bertujuan untuk mengetahui respon imun dari vaksin edibel pada manusia. Uji klinik melibatkan 14 sukarelaw an sehat, dimana 11 orang diantaranya secara acak d iberi makan kentang trans- genik mentah, sedangkan 3 o rang lainnya di beri kentang biasa. Hasil percobaan menunjukkan bahw a 10 dari 11 orang (91%) yang mengkon-

REVIEW ARTIKEL

  5

  sumsi kentang transgenik menun- jukkan peningkatan kadar antibodi dalam darahnya sebesar 4 kali lipat, dan 6 dari 11 (55%) orang sukarela- w an menunjukkan p ening katan kadar antibodi di intestinal sebesar 4 kali lipat (Tacket, et al., 1998).

  V A K S IN ED IBEL G EN ERA S I KED UA

  Teknologi tanaman transgenik memungkinkan para peneliti untuk meny isip kan beberap a sub-unit vaksin ke d alam sebuah tanaman yang dipilihnya. Vaksin multikom- ponen, yang mengandung beberapa su-bunit vaksin yang dapat mem- berikan p erlind ung an terhad ap beberapa mikroorganisme patogen merup akan v aksin y ang sang at kali pemberian vaksin edibel tersebut akan d ip ero lah sistem kekebalan yang dapat melindung tubuh dari beberap a jenis mikro o rg anisme pato gen, sesuai dengan jenis-jenis sub-unit vaksin yang dibuat.

  Salah satu cara untuk mempro- d uksi v aksin multiko mp o nen ini adalah melalui fusi epitop pada sub- unit toksin kolera (CT), dimana pada CT ini dapat dipresentasikan epitop d ari ro tav irus d an ETEC. Vaksin edibel yang bersifat trivalen ini dapat memberikan respo n humo ral d an respon selular yang dikenali oleh sel B dan sel T-helper, merupakan suatu indikasi hasil imunisasi yang baik. (Yu dan Langride, 2001).

  Pada umumnya protein asing di dalam tanaman terdapat dalam jum- lah yang sangat kecil yaitu sekitar 0,01 – 2 % dari total protein terlarut. Dalam uji klinik yang telah dilaku- kan, disebutkan bahwa kepada setiap sukarelawan diberikan 100 g kentang mentah yang mengandung LT-B dari ETEC dalam 3 dosis, untuk meng- atasi efek degradasi percernaan dan untuk meningkatkan sifat imunogeni- sitasnya agar menghasilkan respon imun yang diinginkan (Tacket, et al., 1998). Rendahnya kadar protein yang terd ap at d alam v aksin ed ibel ini merupakan salah satu kelemahannya. Beberapa perco baan telah d ikem- bangkan untuk meningkatkan aku- mulasi d ari p ro tein ini agar sifat imunogenisitasnya dapat ditingkat- kan misalnya dengan mentransfor- masikan d alam p lastid a to mat atau menggunakan virus tumbuhan untuk eksp resi g en asing (N em- chinov, et al., 2000) atau juga dengan cara fusi protein kapsul (Modelska, et al., 1998). Sifat imunogenisitas ini d ap at jug a d iting katkan d eng an menggunakan ajuvan seperti entero- toksin bakteri, immunomodulator, atau metabolit sekunder.

PEN UTUP

  Dengan semakin meningkatkan p ergerakan manusia d i d unia ini maka p enyebaran p enyakit yang disebabkan oleh infeksi mikroorga- nisme akan semakin cepat. Mere-

  REVIEW ARTIKEL

G ambar 1. Skema M etode Pembuatan V aksin edibel.

  

Isolasi gen terpilih dari mikroba yang akan

dipakai sebagai kandidat vaksin

Sisipkan gen terpilih ke dalam vektor

plasmid yang membawa gen resistensi

terhadap herbisida

Transformasikan plasmid rekombinan

ke dalam sel tanaman inang

Biakkan sel tanaman dalam media seleksi yang

mengandung herbisida

Seleksi sel tanaman transgenik

yang tumbuh dalam media + herbisida

Biakkan tanaman transgenik

dalam media buatan

Pindahkan tanaman transgenik

dan tanam di habitat aslinya

Uji aktivitas biologik, keamanan, allergisitas,

dan efikasinya pada binatang coba

Lakukan uji klinik pada manusia

  

(Fase I, II, III, dan IV)

Vaksin edibel siap digunakan

  6

REVIEW ARTIKEL

  V iral Immunol . 14: 49-57.

  Thanavala. 2001. Oral immuniza- tion with hepatitis B surface an- tigen exp ressed in transgenic

  13: 1796-1799. Ko ng Q ., L.Richter, Y.F. Yang , C.J.Arntzen, H.S. Mason and Y.

  FA SEB Journal.

  Kapusta J., J.M. Modelska, M. Figle- rowicz, T. Pniewski, M. Letellier, O. Lisow a, V. Yusibov, H. Ka- prow ski, A . Plucienniezak, and A.B. Legocki. 1999. A plant-de- riv ed ed ible v accine ag ainst hepatitis B virus.

  Hood, E.E. and J.M. Jilka. 1999. Plant based production of xenogenic pro teins. Curr. O pinion in Bio- technol . 10: 382-386.

  Science ., 268: 714-716.

  Haq T.A. H.S.Mason, J.D. Clements and C.J. Arntzen. 1995. Oral Im- munization with a recombinant bacterial antigen in transgenic plants.

  Plant Sci . 6:219-226.

  Wycoff. 2001. Medical molecular farming: Production of antibod- ies, biopharmaceuticals and ed- ible vaccines in plants. Trends

  Daniell H., S.J Streatfield and K.

  7

  baknya kejadian-kejadian penyakit infeksi yang melanda dunia akhir- akhir ini menyadarkan kita bahw a faktor perlindungan tubuh terhadap infeksi merupakan hal yang sangat penting.

  Carrillo , C., A .W ig g d o ro v itz , K.

  1998. Oral immunizatio n w ith Norwalk virus-like particles in- duces a systemic and mucosal immune response in mice. J. Vi- rology. 72(2): 1345-1353.

  . 117: 40- 48. Ball, J.M., M.F. Hardy, R.I. A tmav, M.E. Co nner, and M.K Estes.

  Gastroenterology

  Ball, J.M., D.Y Graham, A.R. Opekun, M.A. Gilger, R.A Guerrero, and M.K Estes. 1999. Reco mbinant N o rw alk v irus-like p articles given orally to volunteers: Phase I study.

  Public Health Report . 112: 190-197

  D A FTA R PUSTA KA A rntzen, C.J. 1997. Edible vaccine.

  salah satu komponen penting dalam upaya manusia untuk mempertahan- kan dirinya dari penyakit infeksi.

  edible vaccines ) diharapkan dapat menjadi

  Teknologi pengembangan vaksin telah berkembang sangat pesat na- mun tidak seluruhnya memuaskan, akibat ketersediaannya yang sangat terbatas terutama di negara miskin dan negara-negara yang sedang ber- kembang. W alaupun masih perlu untuk terus dikembangkan, namun hasil penelitian yang telah diperoleh dalam tehnologi tanaman transgenik d imana kita d ap at memp ro d uksi vaksin yang dapat dimakan (

  Tro no ,M.J. Dus Santo s,S. Cas- tanom, A.M. Sadir, R. Ordas, J.M. Escribano and M.V. Borca. 2001. Introduction of a virus-specific antibody response to foot and mouth disease virus using struc- tural protein VP1 expressed in transgenic po tato plants.

REVIEW ARTIKEL

  Tacket C.O ., H .S. M aso n, G.

  A rntzen and H.S. Mason. 2000.

  Production of hepatitis B surface antigen in transgenic plants for o ral immuniz atio n.

  N at. Bio- technol . 18: 1167-1171.

  Ruf S., M. Hermann, I.J. Berger, H.

  Carrer and R. Bock. 2001. Stable genetic transfo rmatio n o f to - mato platids and expression of a foreign protein in fruit. Nat. Bio-

  technol . 19: 870-875.

  Lo so nsky, J.D. Clements, S.S. Wasserman, M.M. Levine, and C.J. A rntzen. 1998. Immunoge- nicity in humans of a recombi- nant bacterial-antigen delivered in transgenic potato . Nat M ed. 4: 607-609. Tacket C.O., and H.S.Mason. 1999. A review of oral vaccination w ith transgenic vegetables.

  A rch. V irol

  M icrobes Infect . 1: 777-787.

  Lo so nsky , M .K. Estes, M .M . Levine ad C.J. A rntzen. 2000. Human immune respo nses to novel Norwalk virus vaccine de- livered in transgenic potatoes. J. Infect .Dis. 182:302-305. Thanavala Y., Y.F.Yang, P. Lyo ns, H.S. Maso n and C.J. arntzen.

  1995. Immunogenicity of trans- genic plant-derived hepatitis B surface antigen. Proc.Natl. A cad.

  Sci. USA . 92: 3358-3361.

  W igd o ro vitz, A ., C. Carrillo , M.J.

  Dus Santos, K. Trono, A. Peralta, M .C. Go mes, R.d . Rio s, P.M . Tranz o ne, A .M . Sad ir, J.U. Escribano, and M.V. Borca. 1999. Induction of a protective anti-

  . 145; 2557-2573. Richter L.J., Y. Thanav ala, C.J.

  8 plants.

  Proc.Natl. A cad. Sci. USA .

  Mason H.S., T.A. Haq, J.D. Clements and C.J. A rntzen. 1889. Edibel vaccine p ro tects mice against E.co li Heat-labile entero to xin (LT): Potatoes expressing a syn- thetic LT-B g ene.

  98: 11539-11544. Maso n H.S., D.M.K.Lam and C.J.

  A nrtzen. 1992. Exp ressio n o f hepatitis B surface antigen in transgenic plants.

  Proc.Natl. Acad. Sci. USA . 89: 11745-11749.

  Mason H.S. J.M.Ball, J.J. Shi, X. Jiang, M .K. Estes and C.J.A nrtz en.

  1996. Expression of Norwalk vi- rus capsid protein in transgenic tobacco and its oral immunoge- nicity in mice.

  Proc.Natl. A cad. Sci. USA . 93: 5335-5340.

  V accine

  Nemchino v L.G., T.J. Liang, M.M.

  16: 1336-1343. M o d elska A .B. Dietz sccho ld , N .

  D.C. Hooper, H. Koprowski and

  V. Yusibov. 1998. Immunization against rabies w ith p lant-d e- rived antigen. Proc.Natl. A cad.

  Sci. USA . 95: 2481-2485.

  Mor T.S., M.A. Gomez-Lim and K.E.

  Palmer. 1998. Edible vaccines: a co ncep t co mes o f age.

  Trends M icrobiol . 6:449-453.

  Rifaat, H.M. Mazyad, A. Hadidi and J.M. Keith. 2000. Develop- ment of plant-derived subunit vaccine candidate against hepa- titis C virus.

REVIEW ARTIKEL

  body respone to foot and mouth Yu J. and W.H. Langridge. 2001. A disease virus in mice follow ing plant-based multicomponent vac- oral and parenteral immuniza- cine protects mice from enteric tion with alfalfa transgenic plants diseases. Nat. Biotechnol . 19: 548- expressing the viral structural 552. protein VP1. Virology. 255: 347- 353.

  9