Kimia Bahan Alam Kelautan

(1)

Kimia Bahan Alam Kelautan

Prof. Dr. Dian Handayani

Fakultas Farmasi

Universitas Andalas

2014

(2)

Deskripsi Mata Kuliah



Mata kuliah ini membahas tentang konsep

dasar ilmu Kimia Bahan Alam Kelautan

(KBA Kelautan) yang meliputi biosintesa

senyawa metabolit sekunder yang berasal

dari laut.



Pada KBA Kelautan dibahas golongan

senyawa alami yang memiliki bioaktivitas

menarik dan potensial sebagai bahan obat

(3)

Tujuan Instruksional Umum

Setelah menyelesaikan kuliah ini, diharapkan mahasiswa mampu:

1. menjelaskan konsep dasar ilmu kimia bahan alam, 2. Menjelaskan perbedaan antara senyawa metabolit

yang berasal dari daratan dan laut,

3. memahami proses penemuan obat baru

4. mengenal potensi sumber daya laut sebagai

sumber penghasil bahan obat dan nutraseutical baru.

(4)

Silabus

 Pendahuluan dan ruang lingkup KBA Kelautan.  Tahapan Penemuan Obat.

 Senyawa Bioaktif dari Ganggang, Jamur dan Bakteri

Laut.

 Senyawa Bioaktif dari Invertebrata Laut.  Biosintesa Senyawa Bioaktif dari Laut.  Alkaloid Bioaktif dari Laut.

 Peptida Bioaktif dari Laut.  Nutraseutikal Laut.

 Bahan aktif dari mikroorganisme laut untuk nutraseutikal

(5)

Literatur



Bhakuni, D.S. and Rawat, D.S., Bioactive

Marine Natural Products, Springer, India,

2005.



Kim, S-K, (ed.), Marine Nutraceuticals, CRC

(6)

Metoda Penemuan Obat



Terutama di Industri Farmasi – Bagian

Research and Development (R&D)



Peningkatan produktivitas R&D: Peningkatan

efisiensi R&D (penurunan harga dan

mempersingkat waktu ke market)



Saat ini industri farmasi berhasil meningkatkan

produktifitas R&D, khususnya dengan cara

re-engineering proses pengembangannya.

(7)

Sisi Ekonomi:

Penemuan Obat dan Pengembangannya



Pada industri-industri farmasi terkemuka:

Sekitar 20% laba dimanfaatkan untuk R&D



Persentasi tersebut lebih tinggi dibandingkan

dengan industri lainnya, seperti elektronik, kapal

terbang, automobil dan komputer.



Meskipun jumlah pengeluaran dan usaha yang

besar dari industri farmasi terhadap R&D, setiap

tahun jumlah obat terapi baru semakin

(8)

Jumlah Obat Baru



Tahun 1960: 70 – 100



Tahun 1970: 60 – 70



Tahun 1980: 50



Tahun 1990: < 40

(9)

Periode rata-rata tahapan penemuan obat dan perioda pengembangannya

(10)

(11)

Innovation Defisit disebabkan oleh

meningkatnya kebutuhan terhadap obat

aman

 Jumlah rata-rata pengujian klinis tiap aplikasi obat

baru (NDA) mengalami peningkatan tiap tahun tahun 1970: 30 pengujian

tahun 1980: 40 pengujian

tahun 199o: 70 pengujian klinis

 Jika pada tahun 1980 an diperlukan 1500 pasien

sukarelawan untuk NAD, maka pada saat ini diperlukan sekitar 4000 pasien sukarekawan

 Peningkatan kebutuhan akan obat baru aman

mengakibatkan bertambah lamanya waktu yang

(12)

Keamanan obat merupakan faktor yang tidak

dapat dikompromikan, sehingga hal yang sangat

dibutuhkan adalah adanya metoda yang dapat

meningkatkan produktifitas R&D, yang

mengakselerasi penemuan obat dan mengurangi



Total waktu yang dibutuhkan dalam

proses pengembangan obat baru:

Tahun 1960 an: 8,1 tahun

Tahun 1970 an: 11,8 tahun

Tahun 1980 an: 14,2 tahun

Tahun 1990 an meningkat lagi menjadi

14,9 tahun.

(13)

 Tumbuh-tumbuhan merupakan sumber utama

penghasil senyawa kimia bioaktif

 Penggunaan tumbuhan sebagai obat secara

turun temurun (Obat tradisional)

 Persentase Perdagangan Obat di pasar:

25% berasal dari tumbuhan

12% berasal dari mikroorganisme

sisanya merupakan obat-obat sintetis

(14)

Biodiversiti Flora dan Fauna Laut

 ≈ 70% permukaan bumi: Laut

 Jumlah jenis organisme laut diperkirakan meliputi

½ dari jumlah total biodiversiti global dengan estimasi antara 3 juta hingga 500 juta spesies

 Jumlah jenis organisme laut?

Kendala: Identifikasi pada laut dalam

 Tumbuhan laut: ≈ 20.000 jenis (tumbuhan tingkat

tinggi terestrial 300.000 – 350.000 jenis)

(15)

 Kendala-kendala :

 “Ethnomedical History” sedikit yang dilaporkan

Senyawa tertua dilaporkan: zat warna purpur, 1600SM, dari keong laut Murex sp.

Materia Medika kuno Cina melaporkan penggunaan beberapa jenis alga dan ganggang sebagai obat cacing (anthelmintik)

Digenia simplex diisolasi dan dikarakterisasi di Jepang (1950 an)

menghasilkan senyawa bioaktif: asam α-kainoat.

20 tahun kemudian, diketahui bahwa senyawa ini dan derivat asam amino lainnya memiliki aktifitas neurobiologis tinggi dan berguna dalam studi penyakit syaraf (Huntington’disease dan epilepsi). Bagian struktur senyawa ini adalah GABA (asam γ-amino butirat), senyawa yang menghambat transmisi syaraf pada otak mamalia.

Organisme laut lainnya yang banyak dilaporkan di Cina: penggunaan invertebrata laut (ikan dan kerang/keong)

(16)

Penelitian terhadap senyawa bioaktif laut berkembang

dengan pesat mulai tahun 1950an seiring dengan meningkatnya kebutuhan obat baru

 Tahun 1951 penelitian terhadap spon laut

Crytothethia crypta menghasilkan Spongouridin (Ara-U) dan Spongothymidin (Ara-T)

Senyawa model (Lead Structure) dalam sintesa obat anti virus Ara-A

 Tahun 1969 ditemukan derivat prostaglandin

pada soft coral Plexaura homomalla

 Tahun berikutnya:

(17)



1977-1987: ≈ 2500 senyawa metabolit

sekunder dilaporkan berasal dari laut



1999: terbit lebih dari 200 publikasi ilmiah

tentang struktur dan bioaktifitas senyawa

bioaktif laut.



Marinlit tahun 2001: melaporkan lebih dari

13000 senyawa kimia dari laut (gol. Alkaloid,

peptida, terpenoid/steroid, fenilpropan dsb.)



Organisme laut merupakan sumber potensial

penghasil senyawa bioaktif alami, dengan

struktur beranekaragam dan tidak titemukan

pada tumbuh-tumbuhan.

(18)



Senyawa bioaktif laut yang telah

dikarakterisasi seringkali gagal diproses

lebih lanjut menjadi obat-obat baru.

Alasan- alasan utamanya:



Tidak terdapat informasi dari mekanisme

kerja farmakologis zat aktif



Senyawa yang telah dipublikasi kehilangan

(19)

Strategi Pencarian Obat

(Drug Discovery Tools)

 High Througput Screening (HTS); assays

with spesific pharmacological targets

 Kerjasama antara industri farmasi dan

institusi akademika Contoh:

 Australia Inst. Of Marine Science dengan

AMRAD National Products (Australia)

 NCI (U.S. National Cancer Institut’s) dengan

(20)

Alur Pengembangan Bahan Alam terhadap

Pengujian Klinis

Natural Products Lead Compounds Clinically Useful Drugs Drug Design Molecular Probes Analogs Define Receptors

(21)

Persen Aktifitas Invertebrata Laut terhadap

Sel Leukemia P388 (Skrining NCI, 1979)

Kelompok % Aktifitas Jumlah Test

Porifera 5.3 1,702 Ctenophora 8.3 12 Cnidaria 4.4 2,089 Annelida 2.5 158 Arthropoda 2.2 1,128 Mollusca 3.7 2,411 Echinodermata 3.8 1,515 Tunicata 5.2 425

(22)

Kuantitas Sampel dan Data Biologis Berbagai

Tahapan Pengembangan Obat

Tahapan Pengembangan Obat dari Alam Koleksi I Rekoleksi I Rekoleksi

Skala besar Tujuan Skrening Fraksinasi Isolasi Identikasi Kimia Farmakologi Formulasi Toksikologi Studi klinis Jumlah sampel _{1 kg} _{50 – 200 kg} _{500 – 5,000 kg} Studi Biologis _Taksonomi

Biologi Ekologi Distribusi Keberadaan Variasi kimia Physiological ecology Chemical ecology Alternate sources

(23)

Laut sebagai penghasil senyawa

bioaktiv alami

 Dalam lingkungan laut, banyak organisme tidak dapat

bergerak cepat, seperti untuk melarikan diri predator. Selain itu, adanya persaingan untuk ruang/tempat akibatnya bunga karang, koral dan invertebrata laut lainnya mensintesis aenyawa bioaktiv untuk:

1. Membela diri terhadap predator;

2. Mencegah hewan lain menempati ruang mereka; 3. Cari jodoh/pasangannya

(24)

Air meliputi 70 persen dari planet kita dan menyediakan lingkungan yang kaya dan belum dimanfaatkan dalam menghasilkan senyawa baru yang dapat dikaji dan

diisolasi untuk digunakan sebagai: ● obat-obatan farmasi,

● aplikasi biomedis lainnya, ● industri makanan,

● produk pertanian, dan

Potensi Senyawa Kimia Bahan Alam

Kelautan

(25)

Squalamine adalah senyawa kimia yang diisolasi dari hati dan perut dari Spiny Dogfish.

Squalamine menunjukkan aktivitas melawan tumor dan saat ini

sedang dipelajari sebagai obat yang potensial.

Senyawaini juga dijual sebagai suplemen makanan untuk

meningkatkan sistem kekebalan tubuh. C₃₄H₆₅N₃O₅ S http://www.cancerchoices.com/Merchant 2/merchant.mvc?Screen=PROD&Store_Co de=001&Product_Code=Squalamax&Categ

Senyawa Kimia Alami yang digunakan dalam

pengobatan dan suplemen

(26)

Senyawa alami pseudopterosin

diisolasi dari soft coral asal Karibia yang disebut sea whip

(Pseudopterogorgia elisabethae).

● Senyawa pseudopterosins terbukti memiliki aktivitas anti-inflammasi dan saat ini telah digunakan sebagai

bahan additive [ada beberapa produk Estèe Lauder untuk mencegah iritasi kulit. http://slimages.macys.com/is/im age/MCY/products/0/optimized/2 38640_fpx.tif?bgc=255,255,255& wid=327&qlt=90,0&layer=comp& op_sharpen=0&resMode=bicub& op_usm=0.7,1.0,0.5,0&fmt=jpeg

Senyawa Kimia Alami Laut sebagai bahan

kosmetika

(27)

Chitin is a polymer