BIOTEKNOLOGI dan yang id bab 2




PRODUK BIOTEKNOLOGI FARMASI
Tahapan-tahapan penting dan rute menuju Bioteknologi dimulai tahun 1859 Charles Darwin
dengan theori Evolusinya “ On the Origin of Species by mean of the natural selection”,
kemudian 1865 era genetika dimulai ketika Gregor Mendel menemukan faktor keturunan
(heritable factors). Penemuan berikut merupakan hal yang sangat penting yaitu tahun 1953 James
Watson dan Francis Crick menentukan struktur DNA (Deoxyribose Nucleic Acid) “ double
helix” Era rekayasa genetika dimulai setelah pada tahun 1970 dengan penemuan enzim restriksi
untuk memotong DNA, pemenang hadiah Nobel kedokteran tahun 1978 Teknologi Rekombinan
DNA (DNA recombinant technology) dimulai tahun 1972 Paul Berg dengan 2 potongan
fragment DNA virus dan E.coli membuat DNA rekombinan dan memenangkan hadiah Nobel
Tahun 1976 Genentech.Inc (GENetic ENgineering TECHnology) dengan target kloning insulin
manusia, dan go public pada 14 oktober 1980.
Elli Lily lisensi dari Genentech tahun 1978 untuk klon insulin manusia, dan tahun 1982 humulin
merupakan obat DNA rekombinan pertama yang telah diuji FDA. Tahun 1986 PCR (Polymerase
Chain Reaction) oleh Kary Mullis merupakan revolusi biologi molekuler, yaitu untuk
penggandaan DNA Rencana ambisius dimulai tahun 1989 dengan HGP (Human Genome
Project) yaitu pemetaan genom manusia dengan perkiraan biaya “ $ 3 billion” Selanjutnya
berlomba inovasi-inovasi teknologi dan produk seperti tahun 1994 Calgene’s FlavrSavr tomato,

1996 kloning Dolly, DNA Chip Technology, 1997 Cloned Mice, 1997 Artificial Chromosone.
Pada tahun 2001 surprise tentang genom manusia mengandung 35.000 gen dipublikasi pada
majalah Nature, Tahun tersebut pula Cloning Ban, US House of Representatives meloloskan
Human Cloning Prohibition Act of 2001. 10 Agustus 2001 George Bush memutuskan untuk
memberikan pendanaan untuk Stem Cells yaitu untuk human embryonic stem cell (hES cells)
yaitu untuk penelitian theurapeutic cloning untuk mendapatkan hES stem cells, jaringan, organ
yang genetik identik dan kompatibel immunologik untuk donor.
Hormon dan protein terapis
Produksi hormon-hormon terapis melalui mikrobia mulai dikembangkan karena adanya
berbagai masalah kesehatan, khususnya berkembangnya penyakit-penyakit degeneratif, baik
yang merupakan penyakit genetis atau bukan. Salah satu penyakit yang banyak diderita
masyarakat modern adalah diabetes tipe I, yaitu penyakit dimana tubuh tidak dapat mensintesis
hormon insulin dalam jumlah cukup untuk pengaturan kadar gula darah. Karena
ketidakmampuan tubuh untuk mensintesis, maka satu-satunya cara pengobatan adalah dengan
menginjeksikan sumber insulin dari luar tubuh, yaitu menggunakan insulin dari ternak seperti
babi ataupun dari cadaver.
Penggunaan insulin dari cadaver dan hewan menimbulkan banyak masalah. Selain
jumlahnya yang terlalu sedikit untuk mengobati banyak penderita diabetes tipe I, insulin dari
hewan juga berpotensi untuk menimbulkan reaksi alergik karena ketidakcocokan struktur insulin

tersebut. Karena masalah yang ada, produksi insulin kemudian dialihkan ke cara lain, yaitu
dengan merekayasa mikrobia agar dapat menghasilkan insulin manusia.
Mikrobia yang digunakan untuk mensintesis insulin manusia adalah Escherichia coli.
Pertama-tama gen pada manusia yang mengkode insulin dan kloning vektor pUC19 dipotong
menggunakan enzim restriksi SalI menghasilkan sticky ends pada daerah gen LacZ pada
plasmid. Kemudian fragmen DNA yang membawa gen insulin dan vektor disambungkan
menggunakan enzim ligase, menghasilkan sejumlah plasmid rekombinan dan juga plasmid yang
gagal terekombinasi. Plasmid kemudian diintegrasikan kedalam sel E. coli melalui proses
transformasi dan kemudian dikulturkan. Proses seleksi transforman kemudian dilakukan dengan
melihat ekpresi gen resistensi antibiotik dan gen LacZ untuk menentukan transforman yang mana
yang sukses menerima plasmid rekombinan. Koloni transforman rekombinan kemudian
dikulturkan untuk memproduksi insulin yang akan diekspresikan oleh gen insulin manusia yang
telah disisipkan (Pommerville, 2010). Hormon insulin manusia sintesis, yang sebagai produk
farmasi dinamai dengan Humulin, mulai dipasarkan oleh perusahaan farmasi Eli Lilly sejak
tahun 1982.
Permasalahan yang sama juga melatarbelakangi rekayasa genetik mikrobia untuk
memproduksi hormon pertumbuhan manusia (hGH). Pada awalnya untuk mengobati
hipopituarisme, kelainan berupa kekerdilan akibat kekurangan hGH, hGH diekstraksi dari
pituitari cadaver. Suatu perusahaan farmasi, Genentech, kemudian berhasil mensintesis hGH
dengan menggunakan expression host bakteri E. coli dan kemudian dipasarkan dengan nama

Protropin sejak tahun 1985. Pada tahun 2003, perusahaan farmasi Pfizer memasarkan hGH
dengan nama Somavert (Wittmann, 2010).
Produk farmasi penting lainnya yang dihasilkan dengan rekayasa genetik adalah protein
yang disebut dengan Tissue Plasminogen Activator (tPA). Protein ini berfungsi untuk membantu
melarutkan darah yang membeku dan menurunkan resiko serangan jantung yang berikutnya jika
diberikan sesegera mungkin setelah serangan pertama (Campbell dan Reece, 2005). Produk tPA
rekombinan dipasarkan oleh Genentech dengan nama Alteplase sejak tahun 1985 (Wu-Pong and
Rojanasakul, 2008).
Antibiotik dan Vaksin
Produk farmasi lain yang dihasilkan melalui rekayasa genetik adalah berbagai macam
antibiotik yang digunakan sebagai pencegahan dan pengobatan penyakit-penyakit yang
disebabkan oleh infeksi mikrobia. Berbeda dengan rekayasa genetik untuk mensintesis hormon
dan protein terapis yang dilakukan dengan cara menyisipkan gen tertentu yang kemudian akan
diekspresikan oleh expression host, antibiotik memang merupakan produk sampingan dari
mikroba secara alami. Rekayasa genetik dilakukan dengan cara menyisipkan promoter dan
sekuen kontrol gen yang sangat aktif sehingga jumlah produk yang diinginkan dapat
ditingkatkan.
Fungi Acremonium chrysogenum adalah mikrobia yang digunakan dalam industri
antibiotik penicillin N dan cephalosporin. Kedua antibiotik ini merupakan produk yang dibentuk
dari reaksi yang dikatalisis oleh enzim bifungsional DAOC ekpandase-hidroksilase dan DAC

asetiltransferase. Kedua enzim ini dikode oleh gen cefEF dan cefG yang kemudian diamplifikasi
dan diperkuat ekspresinya dengan menggunakan promoter aktif sehingga dapat menghasilkan
produk yang lebih banyak hingga 50% (Hofrichter, 2010).
Antibiotik lainnya yang disintesis oleh fungi yang diproduksi dalam industri farmasi
adalah erythromycin. Erythromycin adalah antibiotik yang disintesis oleh Saccharopolyspora

erythrae yang digunakan untuk mengobati infeksi oleh Streptococcus, Staphylococcus,
Mycoplasma, Ureaplasma, Chlamydia, dan Legionella. Peningkatan sintesis erythromycin dapat
dilakukan dengan cara meningkatkan metabolisme oksigen. Metabolisme oksigen dapat
ditingkatkan dengan mengekspresikan gen haemoglobin bakteri Vitreoscilla (vhb). Rekayasa
genetik pada Sac. erythrea dengan memasukkan gen vhb yang dikontrol dengan promoter
PermE menggunakan vektor pETR432 memperlihatkan hasil produksi erythromycin 60% lebih
banyak daripada wild strain Sac. erythrea (Brunker et. al., 1998).
Produk lainnya yang dihasilkan melalui rekayasa genetik adalah vaksin. Vaksin
merupakan varian atau derivat patogen tidak berbahaya yang merangsang sistem imun untuk
melawan patogen tersebut. Teknik DNA rekombinan dalam produksi vaksin digunakkan dalam 2
cara. Cara pertama yaitu dengan mensintesis protein khusus yang secara alami terdapat pada
permukaan patogen untuk kemudian memicu respon imunitas terhadap jenis protein tersebut.
Cara kedua adalah dengan memodifikasi genom dari patogen sehingga patogenitasnya melemah
dengan teknik penyambungan gen. Cara yang kedua biasanya lebih efektif karena dapat memicu

respon dari sistem imun yang lebih baik (Campbell dan Reece, 2005).
BAKTERI AEROB DAN ANAEROB

Jenis Bakteri anaerobik
Ada tiga jenis bakteri anaerob:


Bakteri Anaerob fakultatif – ini adalah bakteri yang mampu tumbuh tanpa adanya
oksigen. Energi mereka berasal dari fermentasi. Tetapi jika oksigen hadir mereka dapat
memperoleh energi mereka dengan respirasi aerobik.



Bakteri anaerob Obligat – membutuhkan lingkungan di mana tidak ada oksigen karena
mereka tidak dapat tumbuh dalam kehadirannya. Beberapa bakteri anaerob obligat
bahkan dirugikan oleh oksigen.



Bakteri Aerotolerant – tidak membutuhkan oksigen untuk tumbuh, tetapi dapat bertahan

dalam kehadirannya.

Contoh Bakteri Anaerobik


Escherichia coli – anaerob fakultatif – dinamai penemunya Theodor Escherich. E. coli
adalah jenis umum dari bakteri dan sebagian besar strain tidak berbahaya – memang
banyak yang bermanfaat. Mereka dapat ditemukan dalam saluran usus burung, manusia
dan mamalia lainnya. Beberapa dari strain mereka yang dapat membuat Anda sakit,
beberapa menyebabkan diare, sementara yang lain dapat menyebabkan masalah
pernapasan dan infeksi saluran kemih. Mungkin jenis yang paling terkenal dari E.coli
adalah mereka yang menghasilkan toksin Shiga, khususnya strain yang dikenal sebagai E.
coli 0157: H7. Toksin shiga yang dihasilkannya adalah salah satu racun yang paling
ampuh yang kita ketahui. Pada 1980-an wabah E. coli 0157: H7 yang disebabkan karena

makan hamburger yang terkontaminasi. Sejak itu, banyak kasus ditemukan keracunan
oleh E.coli diyakini berasal dari daging sapi kurang matang.


Bakteri genus Staphylococcus – strain anaerob fakultatif -beberapa tidak berbahaya dan

berada pada kulit manusia atau selaput lendir. Di bawah mikroskop mereka tampak bulat
(cocci) dalam bentuk. Ada sejumlah strain yang dapat menyebabkan infeksi, baik dengan
menyerang sel-sel atau melepaskan racun. Salah satu jenis yang telah menimbulkan
kekhawatiran adalah bakteri Staphylococcus aureus, terutama methicillin resistant
Staphylococcus aureus (MRSA) yang tahan terhadap berbagai macam antibiotik dan
dapat menyebabkan sejumlah infeksi.



Genus Clostridium – anaerob obligat – di bawah mikroskop mereka muncul berbentuk
batang. Contohnya termasuk – 1) C. botulinum yang memproduksi toksin yang
mematikan-botulinum di dunia. Bakteri ini biasanya ditemukan dalam daging yang
ditangani secara tidak benar. Botulinum dalam jumlah kecil digunakan dalam obat untuk
mengobati kejang otot, dan dalam kosmetik untuk mengurangi munculnya keriput 2) C.
tetani yang menyebabkan tetanus dan 3) C. perfringen yang ditemukan dalam
pembusukan vegetasi dan dalam saluran usus manusia. Infeksi oleh bakteri ini dapat
menyebabkan nekrosis jaringan dan gas gangren.



Bakteroides – beberapa spesies yang bermanfaat bagi manusia karena mereka mendesak
keluar patogen potensial. Mereka membentuk bagian besar dari flora manusia normal.
Karena banyak strain tersebut patogen oportunistik pada manusia, dan dapat
menyebabkan infeksi di beberapa bagian tubuh termasuk rongga peritoneal dan saluran
urogenital perempuan.

Jenis Bakteri Aerob
Bakteri aerob merupakan bakteri yang membutuhkan oksigen atau zat asam untuk
pertumbuhannya.Bakteri aerob membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup. Jenis-jenis bakteri
aerob adalah sebagai berikut:




Aerob obligat – bakteri ini merupakan strain bakteri obligat yang membutuhkan oksigen
untuk memperoleh energi, pertumbuhan, reproduksi, dan respirasi sel.
Aerob fakultatif – jenis bakteri yang dapat menggunakan oksigen tetapi dapat juga
menghasilkan energi secara anaerobik.
Mikroaerofil – bakteri yang bisa menggunakan oksigen tetapi dalam konsentrasi yang
sangat kecil (mikromolar).

Contoh Bakteri Aerob
Mempelajari fitur karakteristik dan pentingnya bakteri adalah bagian utama dari bakteriologi.
Disebutkan di bawah ini adalah beberapa contoh bakteri aerob dan fitur karakteristik mereka:
 Basil

Genus Bacillus meliputi spesies bakteri jenis baik obligat dan fakultatif. Mereka termasuk
hidup bebas atau galur patogen. Misalnya, B. subtilis adalah bakteri tanah yang hidup bebas,
sedangkan B. antraks menyebabkan Infeksi penyakit anthrax. Ubiquitous dalam kebiasaan dan
memiliki genom ukuran besar, berbagai spesies Bacillus secara komersial digunakan untuk
produksi enzim dan penelitian genetik.
 Mycobacterium tuberculosis
Spesies bakteri patogen yang menyebabkan tuberkulosis. Ini adalah bakteri berbentuk batang,
bakteri aerob obligat, ditandai dengan adanya lapisan seperti lilin di dinding. Sebagai sebuah
spesies yang membutuhkan oksigen, M. tuberculosis menempati paru-paru mammalian, di mana
oksigen hadir dalam jumlah yang sangat tinggi. Ini terbagi pada tingkat yang sangat lambat,
infeksi setelah sekitar 15 jam.
 Nocardia
Berbentuk batang dan jenis gram positif, genus Nocardia terdiri lebih dari 80 spesies. Bakteri
ini, sebagian mampu menyebabkan kondisi kesehatan menurun, sementara yang lain nonpatogen. Penyakit yang disebabkan oleh infeksi Nocardia disebut Nocardiosis, hanya

mempengaruhi paru-paru atau seluruh tubuh. Biasanya, Nocardia tumbuh subur di rongga mulut,
terutama di gusi dan kotak periodontal.
 Lactobacillus
Lactobacillus bukan bakteri aerob benar, tetapi hal ini termasuk dalam jenis fakultatif. Anda
mungkin telah mendengar tentang aplikasi bakteri ini pada pengentalan dan fermentasi makanan.
Hal ini biasanya ditemukan di rongga mulut dan usus tanpa menyebabkan gejala apapun.
Sebaliknya, beberapa spesies Lactobacillus yang bermanfaat bagi kesehatan dan diklasifikasikan
sebagai tumbuhan probiotik.
Selain jenis yang dibahas di atas, bakteri aerob termasuk Pseudomonas, Staphylococcus
(fakultatif) dan spesies Enterobacteriacae (fakultatif). Peran utama bakteri aerob adalah daur
ulang nutrisi, pembusukan produk limbah dan membantu dalam penyerapan nutrisi tanaman.
Karena mereka memainkan peran penting dalam bekerja efisien sistem septik, aerob Generator
bakteri dikonfigurasi untuk memperkenalkan dalam tangki. Bakteri dari generator membantu
dalam mencerna gas berbahaya, bau busuk dan masalah mencerna limbah lainnya.