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 :
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 :
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, TobaccoMosaicVirus, 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
2.7Dampak 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,
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
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
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
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.
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
Mosaic Virus). Dalam sel virus ini plasmid mengadakan replikasi. 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
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. Memiliki rentang umur yang pendek
2. Jumlah generasi yang banyak
3. Lingkungan sel tumbuhan lebih mudah untuk dimodifikasi untuk
mempengaruhi ekspresi gen
4. Menghasilkan produk yang hampir mendekati sesuai dengan
keinginan (menyerupai insulin yang dihasilkan sel β-pankreas
5. 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
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
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
Naskah 187
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
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.
