1. Optimalisasi Teknologi DNA Rekombinan pada Tanaman Tembakau dengan TMV (Tobacco Mosaic Virus) Sebagai Carrier untuk Produksi Hormon Insulin bagi Penderita Diabetes Tipe I

  Naskah 187

OPTIMALISASI TEKNOLOGI DNA REKOMBINAN PADA TANAMAN

TEMBAKAU DENGAN TMV (

  Tobacco Mosaic Virus) SEBAGAI CARRIER UNTUK

PRODUKSI HORMON INSULIN BAGI PENDERITA DIABETES

  Disusun Oleh : 2017

  Naskah 187

OPTIMALISASI TEKNOLOGI DNA REKOMBINAN PADA

TANAMAN TEMBAKAU DENGAN TMV (Tobacco Mosaic Virus)

  

SEBAGAI CARRIER UNTUK PRODUKSI HORMON INSULIN BAGI

PENDERITA DIABETES

  Disusun Oleh : 2017

  Naskah 187 ABSTRAK Optimalisasi Teknologi DNA Rekombinan pada Tanaman Tembakau dengan TMV (Tobacco Mosaic Virus) sebagai Carrier untuk Produksi Hormon Insulin bagi Penderita Diabetes Tipe I

  Tanaman tembakau merupakan tanaman perkebunan yang memiliki produktivitas tinggi sebesar 1,98 kg/Ha. Berdasarkan data statistik pertumbuhan luas lahan tembakau mencapai 11,96%. Teknologi DNA rekombinan dapat diterapkan untuk mengoptimalkan pemanfaatan tembakau. Salah satu pemanfaatan tembakau dapat digunakan sebagai obat bagi penderita diabetes diabetes tipe 1 yang dilakukan dengan cara teknologi rekombinan. Teknologi DNA rekombinan dapat dilakukan dengan cara memasukan DNA rekombinan berupa gen insulin dari pankreas manusia dan plasmid (gen lacZ yang mengkode B- galaktosidase) dari Escherichia coli ke dalam carrier berupa TMV (Tobacco

  Mosaic Virus), sehingga DNA rekombinan dapat bereplikasi dalam

  inangnya yaitu tembakau dan megekspresikan atau menghasilkan zat tertentu yang diinginkan. Teknik DNA rekombinan harus dapat mengintegrasikan gen yang menyandikan insulin manusia kedalam genom carriernya yaitu TMV (Tobacco Mosaic Virus). Pemanfaatan virus carrier ini yang menjadikan tingkat produktifitas dari insulin yang dihasilkan oleh tembakau dapat meningkat. Insulin dapat bertahan dengan gen yang ada pada Tobacco Mosaic Virus karena adanya gen LacZ pada plasmid yang dapat mengkode B-galaktose. B-galaktosidae merupakan enzim yang mengkontrol transkrip gen sehingga DNA insulin harus menempel pada gen ini. Perbedaan gugus asam amino ini dapat

  Naskah 187

  diabetes. Pengobatan yang perlu dilakukan untuk menyembuhkan diabetes ialah dengan menginjeksi insulin ke dalam tubuh penderita. Insulin yang hasilkan dari rekombinan lebih aman karena gen yang di gunakan ialah dari gen insulin manusia. Insulin berperan untuk mengatur kadar gula darah dijaga pada 3,5-8,0 mmol/liter. Melalui rekayasa genetika dapat dihasilkan TMV (Tobacco Mosaic Virus) yang merupakan penghasil insulin dalam jumlah banyak dan dalam waktu yang singkat. Injeksi TMV (Tobacco Mosaic Virus) kedalam tanaman tembakau yang dilakukan dengan memanfaatkan kerja infeksi penyakit mosaic dari tembakau. Sehingga dengan berkembangnya penyakit mosaic dalam tembakau akan terjadi juga replikasi insulin. Yield insulin yang dihasilkan dari teknologi DNA rekombinan akan lebih banyak dihasilkan dibandingkan dengan menggunakan metode ekstraksi konvensional yang dihaslikan secara langsung dari pankreas kadaver. Kerja insulin dipengaruhi oleh dosis, tempat injeksi, kehadiran antibodi insulin, aktivitas fisik.

  Kata Kunci: Tembakau, diabetes melitus tipe I, teknologi DNA rekombinan, insulin, Tobacco Mosaic Virus, plasmid.

  Naskah 187

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ………………………………………………… i ABSTRAK ………………………………………………………… ii DAFTAR ISI ………………………………………………………… iv

BAB 1. PENDAHULUAN ………………………………………… 1 BAB 2. GAGASAN ………………………………………… 4

  2.1 Deskripsi Insulin ………………………………………………… 4

  2.2 Proses Pembuatan Insulin ... ………………………………………. 5

  2.3 Karakteristik Tembakau ………………………………………… 7

  2.4 Injeksi insulin ………………………………………………… 7

  2.5 Sumber Insulin

  ………………………………………………… 8

  2.6 Dampak Inovasi ………………………………………………… 9

  2.7 Dampak Aplikatif ………………………………………………… 9

BAB 3. KESIMPULAN ………………………………………………… 10 DAFTAR PUSTAKA

  ……………………………………………...……….. 11

  Naskah 187

BAB 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Tanaman tembakau yang dikenal dengan nama latin yaitu Nicotiana

  

tabacum , merupakan salah satu tanaman perkebunan yang mempunyai

  peranan cukup penting bagi perekonomian nasional dengan menyumbang penadapatan devisa negara, serta sebagai salah satu sumber ekonomi di pedesaan berupa usaha perkebunan rakyat. Indonesia memiliki kurang lebih 100 varietas daun tembakau. Jenis-jenis daun tembakau yang tumbuh di Indonesia adalah Tembakau Deli, Tembakau Temanggung, Tembakau Vorstenlanden, Tembakau Madura, Tembakau Besuki, Tembakau Garut, dan Tembakau Lombok Timur (Paramatha dan Lazuardi 2013).

  Berdasarkan data statistik luas lahan tembakau di Indonesia mengalami peningkatan tiap tahunnya, data terakhir yang dipublikasikan oleh Direktorat Jendral Perkebunan pada tahun 2015 luas lahan tembakau mencapai 218.738 Ha, dengan pertumbuhan 11,96%. Dibandingkan dengan luas lahan perkebunan lainnya yang terus menyusut tiap tahunnya. Produksi tembakau pada tahun 2015 mencapai 202.322 ton, dengan produktivitasnya sebesar 1,98 kg/Ha. Sehingga dengan besarnya potensi tembakau tersebut, sangat memungkinkan untuk melakukan optimalisasi proses hilir komoditi tembakau. Kandungan terbesar dalam daun tembakau adalah nikotin sebesar 16%. Kondisi optimal untuk tumbuh dan berkembangnya tembakau harus memerhatikan curah hujan, kesuburan tanah (hara dan toksisitas), kemiringan lahan, pemupukan, pengolahan lahan.

  2 Naskah 187

  Pola hidup yang tidak sehat serta pola makan yang tidak teratur dapat menyebabkan berbagai macam penyakit tidak menular, salah satunya penyakit diabetes melitus. Terdapat dua kategori utama diabetes melitus yaitu diabetes tipe I dan diabetes tipe 2. Diabetes tipe 1 ini umumnya terjadi karena kurangnya produksi insulin (insulin

  dependent/childhood-onset diabetes ). DM tipe 1 adalah kelainan sistemik

  akibat gangguan metabolisme glukosa yang ditandai dengan hiperglikemia kronis (Pulungan 2009). Keadaan tersebut disebabkan kerusakan sel beta pankreas baik oleh proses autoimun maupun idiopatik, sehingga produksi insulin berkurang bahkan terhenti. Berdasarkan data statistik dari Kementrian Kesehatan RI untuk proporsi dan perkiraan jumlah diabetes pada penduduk usia lebih dari 15 tahun di Indonesia tahun 2013 sekitar 12,2 juta jiwa, dengan kondisi yang terdiagnosis sebanyak 30,4% dan kondisi tidak terdiagnosis sebesar 69,6%. Resiko diabetes terus meningkat dengan buruknya pola makan dan pola hidup yang tidak sehat.

  Pemanfaatan tembakau selama ini hanya terbatas pada penggunannya sebagai bahan baku pembuatan rokok, maupun pemanfaatan nikotin dalam daun tembakau untuk obat pencahar dan bioinsektisida. Sehingga perlu adanya sentuhan teknologi untuk mengoptimalkan manfaat dari daun tembakau, juga untuk meningkatkan nilai ekonomisnya. Salah satu pemanfaatan tembakau dapat digunakan sebagai obat bagi penderita diabetes diabetes tipe 1 yang dilakukan dengan cara teknologi rekombinan. Teknologi rekombinan dapat dilakukan dengan cara memasukan DNA rekombinan berupa gen insulin dari pankreas manusia dan plasmid (gen lacZ yang mengkode B-

  4 Naskah 187

  galaktosidase) dari Escherichia coli ke dalam carrier berupa TMV (Tobacco

  Mosaic Virus), sehingga DNA rekombinan dapat bereplikasi dalam

  inangnya yaitu tembakau dan megekspresikan atau menghasilkan zat tertentu yang diinginkan. Teknik DNA rekombinan harus dapat mengintegrasikan gen yang menyandikan insulin manusia kedalam genom carriernya yaitu TMV (Tobacco Mosaic Virus). Pemanfaatan virus carrier ini yang menjadikan tingkat produktifitas dari insulin yang dihasilkan oleh tembakau dapat meningkat (Pracaya 1991).

  Naskah 187

BAB 2. GAGASAN

2.1 Deskripsi Insulin

  Insulin adalah protein kecil sederhana yang terdiri dari 51 asam amino, 30 diantaranya merupakan satu rantai polipeptida, dan 21 lainnya yang membentuk rantai kedua. Kedua rantai dihubungkan oleh ikatan disulfida. Kode genetik untuk insulin ditemukan dalam DNA di bagian atas lengan pendek dari kromosom kesebelas yang berisi 153 basa nitrogen (63 dalam rantai A dan 90 dalam rantai B) (Suwanto 1998). DNA yang membentuk kromosom, terdiri dari dua heliks terjalin yang dibentuk dari rantai nukleotida, masing-masing terdiri dari gula deoksiribosa, fosfat, dan nitrogen. Terdapat empat basa nitrogen yang berbeda yaitu adenin, timin, sitosin, dan guanin. Sintesis protein tertentu seperti insulin ditentukan oleh urutan dasar yang diulang. Insulin berperan untuk mengatur kadar gula darah dijaga pada 3,5-8,0 mmol/liter (Suwanto 1998).

  

Carrier merupakan molekul DNA yang membawa suatu DNA asing

  kedalam sel inang, dengan harapan sifat yang ada pada DNA asing tersebut dapat terekspresi dalam sel inang. Salah satu vektor yang bisa digunakan untuk membawa molekul DNA asing masuk dalam sel inang adalah plasmid. Plasmid digunakan untuk melakukan rekayasa pada berbagai organisme yang tidak bisa diperoleh secara alami. Rekayasa ini dilakukan pada tingkat genetik sehingga disebut sebagai rekayasa genetika. Proses penyisipan gen memerlukan tiga faktor utama yaitu

  

carrier , virus, dan enzim. Carrier yaitu pembawa gen asing yang akan

  disisikan, biasanya berupa plasmid yaitu molekul DNA utas ganda

  6 Naskah 187

  sitoplasma, dan dapat melakukan replikasi secara autonom. Plasmid diambil dari bakteri Escherichia coli yang mengandung gen lacZ yang mengkode B-galaktosidase dan disisipi dengan gen insulin dari pankreas manusia. Virus berperan dalam memperbanyak plasmid, plasmid dalam tubuh bakteri akan mengalami replikasi atau memperbanyak diri, sehingga semakin banyak plasmid yang direplikasi, semakin banyak pula gen insulin yang ditranskripsikan sehingga terjadi cloning gen (Glick dan Pasternak 1994). Enzim berperan untuk memotong dan menyambungkan plasmid. Enzim restriksi bertindak sebagai pisau biologis yang hanya mengenali rangkaian nukleotida tertentu, sehingga memungkinkan untuk memutuskan pasangan basa nitrogen tertentu dan menghapus bagian DNA yang berisi kode genetik dari kromosom sebuah organisme sehingga dapat memproduksi insulin.

2.2 Proses Pembuatan Insulin

  Proses pembuatan insulin dengan teknik DNA rekombinan adalah sebagai berikut:

  1. Mengidentifikasi dan mengisolasi gen penghasil insulin dari sel panckeas manusia: a)

  Mula-mula mRNA yang telah disalin dari gen penghasil insulin diekstrak dari sel pankreas. Kemudian enzim transcriptase ditambahkan pada mRNA bersamaan dengan nukleotida penyusun DNA.

  b) Enzim ini menggunakan mRNA sebagai cetekan untuk membentuk DNA berantai tunggal.

c) DNA ini kemudian dilepaskan dari mRNA.

  7 Naskah 187

  d) Enzim DNA polymirase digunakan untuk melengkapi DNA rantai tunggal menjadi ranati ganda, disebut DNA komplementer (c-

  DNA), yang merupakan gen penghasil insulin.

  2. Melepaskan salinan gen penghasil insulin tersebut dengan cara memotong kromosom secara khusus menggunakan enzim retrikasi.

  3. Mengekstrak plasmid dari sel bakteri, kemudian membuka plasmid dari sel bakteri dengan menggunakan enzim retrikasi lain. Sementara itu, di dalam serangkain 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 kedalam cincin plasmid. Mula-mula ikatan yang terjadi masih lemah, kemudian enzim DNA ligase memperkuat ikatan ini sehingga dihasilkan molekul DNA rekombinan atau plasmid rekombinan.

  5. Memasukkan plasmid rekombinan kedalam virus TMV (Tobacco Virus). Dalam sel virus ini plasmid mengadakan replikasi.

  Mosaic 6.

  Mengultur virus TMV (Tobacco Mosaic Virus) yang akan berkembang biak dengan cepat menghasilkkan klon-klon virus yang mengandung plasmid rekombinan penghasil insulin. Melalui rekayasa genetika dapat dihasilkan TMV (Tobacco Mosaic Virus) yang merupakan penghasil insulin dalam jumlah banyak dan dalam waktu yang singkat.

  Injeksi TMV (Tobacco Mosaic Virus) kedalam tanaman tembakau yang dilakukan dengan memanfaatkan kerja infeksi penyakit mosaic dari tembakau. Sehingga dengan berkembangnya penyakit mosaic dalam tembakau akan terjadi juga replikasi insulin. Yield insulin yang dihasilkan

  8 Naskah 187

  dari teknologi DNA rekombinan akan lebih banyak dihasilkan dibandingkan dengan menggunakan metode ekstraksi konvensional yang dihaslikan secara langsung dari pankreas kadaver.

  2.3 Karakteristik Tembakau

  Menururt Russo dan Cove (1995), karakteristik tembakau yang menjadikannya sebagai inang untuk memproduksi insulin memiliki keunggulan sebagai berikut : _{1. 2.} Memiliki rentang umur yang pendek _3. Jumlah generasi yang banyak

  Lingkungan sel tumbuhan lebih mudah untuk dimodifikasi untuk _4. mempengaruhi ekspresi gen Menghasilkan produk yang hampir mendekati sesuai dengan _5. keinginan (menyerupai insulin yang dihasilkan sel β-pankreas Lebih ekonomis

  2.4 Injeksi Insulin

  Pemberian injeksi insulin secara teratur dalam meningkatkan kadar insulin dalam darah penderita dapat meminimumkan komplikasi. 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 dalam lambung. Setelah disuntikan, insulin akan diserap kedalam aliran darah dan dibawa keseluruh tubuh. Insulin akan bekerja menormalkan kadar gula darah (blood glucose) dan merubah glukosa menjadi energi.

  9 Naskah 187

  Kerja insulin dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya: a.

  Dosis, semakin tinggi dosisnya maka semakin cepat reaksinya b. Tempat injeksi, kebanyakan insulin diinjeksikan pada perut

  (interperional), pada pemberian pada transdermal maka pada otot terjadi degradasi insulin 20-25% c.

  Kehadiran antibodi insulin d. Aktivitas fisik, semakin banyak aktivitas fisik yang dilakukan, maka perlu energi (dari glukosa) yang semakin besar sehingga tidak perlu aksi insulin yang ekstra untuk mengubah glukosa menjadi glikogen (insulin yang diperlukan semakin sedikit).

2.5 Sumber Insulin

  Metode insulin rekombinan harus memperhatikan insulin dasar yang di akan digunakan. Insulin dihasilkan oleh sel pangkreas dari mahluk hidup. Namun, setiap makhluk hidup akan menghasilkan insulin yang berbeda. Terdapat perbedaan gugus asam amino dari gen insulin yang akan disisipkan dari setiap mahluk hidup. Insulin dari mahluk hidup didapat dari hasil ekstrak dari pangkreas sapi dan babi. Lebih dari 60% insulin di dunia dihasilkan oleh pangkreas babi. Terdapat perbedaan gugus asam amino dari insulin manusia dengan insulin mahluk hidup lainnya. Insulin babi dan manusia memiliki perbedaan di tiga asam amino yaitu pada A8, A10, dan B30 (Waluyo dan Lud 2005). Perbedaan gugus asam amino ini dapat menyebabkan efek samping seperti alergi pada beberapa penderita diabetes (Ansel dan Howad 2005). Insulin yang terbaik untuk mengobati diabetes ialah menggunkan DNA dari insulin

  Naskah 187 ₉

  yang di hasilkan oleh pangkreas manusia. Hal ini karena insulin manusia memiliki kesamaan gugus asam amino yang dapat diterima oleh tubuh.

  2.6 Dampak Inovasi

  Salah satu dampak yang diharapkan dengan adanya inovasi ini adalah merubah pandangan masyarkat mengenai tembakau. Tembakau yang selama ini hanya dianggap membawa dampak buruk bagi kesehatan, kini berdampak baik bagi kesehatan. Pemanfaatan virus TMV pada tanaman tembakau sebagai carrier dalam proses pembuatan insulin sangat berdampak bagi dunia farmasi. Melalui metode baru ini, ketersediaan insulin sebagai obat penyakit diabetes yang dapat dihasilkan semakin banyak. Jika ketersediaan obat semakin meningkat, maka biaya yang diperlukan untuk pengobatan bisa menjadi semakin murah. Disamping itu, dalam proses produksinya, untuk memproduksi insulin, metode ini tergolong murah jika dibandingkan dengan metode yang biasa selama ini dilakukan.

  2.7 Peluang Aplikatif

  Metode ini dapat digunakan dalam memenuhi permintaan akan obat diabetes yang setiap tahunnya semakin meningkat. Peneningkatan permintaan akan obat diabetes dikarenakan pola makan manusia yang tidak terkontrol sehingga bertambahnya penderita diabetes. Berdasarkan data statistik dari kementrian kesehatan RI untuk peningkatan jumlah penderita diabetes usia lebih dari 15 tahun di Indonesia pada tahun 2010- 2014 sebesar 2%. Pengobatan yang perlu dilakukan untuk menyembuhkan diabetes ialah dengan menginjeksi insulin ke dalam tubuh penderita.

  Naskah 187 ₁₀ Insulin yang hasilkan dari rekombinan lebih aman karena gen yang di gunakan ialah dari gen insulin manusia.

  Adanya kebijakan pemerintah untuk meningkatkan kualitas kesehatan masyarakat dengan mencari alternatife penghasil obat yang alami dengan mengurangi bahan kimia agar tidak menimbukan efek samping bagi penderita. Metode ini menggunakan insulin yang di rekombinan dengan virus yang berkembang biak dalam tembakau. Gen yang digunakan berasal dari insulin manusia sehingga memiliki kromosom yang sama dengan manusia sehingga membuat insulin dapat di terima dengan baik oleh tubuh. Tidak adanya perbedaan gugus asam amino membuat insulin dapat bekerja dengan baik dalam tubuh tanpa danya efek samping seperti alergi, atau penolakan dari sel darah putih. Kemudian metode ini tidak menggunakan bahan kimia dalam pengolahannya sehingga mengurangi peluang adanya racun dalam pengaplikasiannya

  Menurut data statistik dari direktorat Jendral Perkebunan tahun 2015 luas lahan tembakau di Indonesia mencapai 218.738 Ha dan mengalami pertumbuhan sebesar 11,96%. Hal ini menunjukan terdapatnya bahan baku yang sangat mendukung dalam peningkatan produksi insulin rekombinan. Tembakau sebagai media hidup virus diperlukan dalam jumlah yang banyak untuk memproduksi insulin. Sehingga luas lahan tembakau merupakan salah satu factor yang mempengaruhi produksi insulin hasil rekombinan. Ketersediaan lahan tembakau yang luas di Indonesia menjadi peluang dalam meningkatkan produksi insulin rekombinan. Kuatnya pengadaan bahan baku yang

  Naskah 187

  didukung dengan kemajuan teknologi membuat metode ini dapat dilakukan secara berkelanjutan.

  11 Naskah 187

BAB 3. KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.

  1. Tembakau dapat dimanfaatkan sebagai obat Diabetes Melitus tipe I dengan menggunakan teknologi DNA rekombinan

  2. Pemanfaatan carrier TMV (Tobacco Mosaic Virus) dapat menghemat proses pengkulturan karena memakai sel pada tembakau sebagai inangnya.

  3. Penggunaan TMV (Tobacco Mosaic Virus) dapat mempercepat proses replikasi, sehingga dapat menghasilkan insulin yang lebih banyak.

  4. Yield insulin yang dihasilkan melalui teknologi DNA rekombinan lebih murah dan lebih banyak.

  5. Insulin dari hasil teknologi DNA rekombinan lebih mudah diterima oleh sel tubuh manusia sebagai penerima insulinnya.

  Naskah 187

DAFTAR PUSTAKA

  Ansel, Howard C. 2005. Pengantar bentuk Sediaan Farmasi edisi ke- empat. Jakarta: UIN Direktorat Jendral Perkebunan. 2015. Luas Areal, Produksi dan

  Produktivitas Perkebunan di Indonesia Tahun 2011-2015. Jakarta Direktorat Jendral Perkebunan. 2015. Luas Areal, Produksi dan

  Produktivitas Perkebunan di Indonesia Tahun 2011-2015. Jakarta Glick BR, Pasternak JJ. 1994. Molecular Biotechnology: Principles and

  Applications of Recombinant DNA. Washington : ASM Press Paramartha, D., Lazuardi, Y. 2013. Pemanfaatan nikotin pada daun tembakau untuk memproduksi bioinsektisida dengan proses ekstraksi cair-cair. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri, 2(2): 233-239

  Pracaya. 1991. Hama dan Penyakit Tanaman. Jakarta: Penebar Swadaya Pusat Data dan Informasi Kementrian Kesehatan. 2013. Proporsi dan perkiraan jumlah diabetes pada penduduk usia lebih dari 15 tahun di Indonesia. Jakarta Russo E, Cove D. 1995. Genetic Engineering: Dreams and Nigthmares.

  New York (US): W.H. Freeman. Sefian dan Hanani. 2005. Dasar-dasar Mikrobiologi. Bogor: Fakultas Pertanian IPB.

  Suwanto A. 1998. Bioteknologi molekular: mengoptimalkan manfaat keanekaan hayati melalui teknologi dna rekombinan. Jurnal Hayati, 5(1): 25-28. Walyo, Lud. 2005. Mikrobiologi Umum. Malang: Universitas

  Muhammadiayah Malang