Penerapan Rekayasa Genetika pada Saccharomyces cereviceae dalam Produksi Vaksin Hepatitis B
Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang di inginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA.
Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun. Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyak cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid, dan rekombinasi DNA
Adapun peranan rekayasa genetik dalam produksi vaksin digunakan teknologi transplantasi gen atau fusi dari sel ragi.
Transplantasi gen
adalah pemindahan gen dari satu organisme kedalam organisme lain. Penerapan teknik ini dapat memberikan banyak manfaat dan dapat digunakan untuk menyembuhkan penyakit yang diturunkan atau untuk menghasilkan berbagai macam tanaman panen yang lebih baik.
Pada organisme tingkat tinggi, seperti tanaman dan hewan, gen yang dicangkok terlebih dahulu harus disambung ke dalam alat mengangkut, yaitu vektor seperti virus dan plasmid. Suatu vektor harus mampu memasuki suatu sel yang selanjutnya menjadi bagian dari genom sel sehingga mentaati kontrol sel secara normal pada transkripsi dan replikasi DNA. Tentu saja sangat penting bahwa setiap gen tambahan di mana vektor bisa membawa masuk ke dalam sel harus tidak berbahaya bagi sel. Pada masa sekarang, secara rutin gen-gen dicangkokan ke dalam sel-sel di kultur laboratorium.
Pengertian Vaksin
Vaksin (dari kata vaccinia, penyebab infeksi virus hepatitis yang ketika diberikan kepada manusia, akan menimbulkan pengaruh kekebalan terhadap hepatitis B), adalah bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit sehingga dapat mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh organisme alami atau “liar”.
Vaksin dapat berupa galur virus atau bakteri yang telah dilemahkan sehingga tidak menimbulkan penyakit. Vaksin dapat juga berupa organisme mati atau hasil-hasil pemurniannya (protein, peptida, partikel serupa virus, dan sebagainya). Vaksin akan mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau hewan untuk bertahan terhadap serangan patogen tertentu, terutama bakteri, virus, atau toksin. Vaksin juga bisa membantu sistem kekebalan untuk melawan sel-sel degeneratif (kanker). Penyakit Hepatitis
disebabkan oleh virus Hepatitis setelah ditemukan pada liver mumi anak kecil 500 tahun yang lalu di Korea.
Penyakit hepatitis merupakan penyakit infeksi yang
menyerang hati dan disebabkan oleh virus hepatitis B (HVB). Virus ini berasal dari genusOrthohepadnavirus, dan familinya
adalah Hepadnaviridae. Mula-mula, virus ini dikenal sebagai serum hepatitis. Bila dibandingkan dengan virus AIDS (HIV), HBV seratus kali lebih ganas dan sepuluh kali lebih banyak menularkan. Di bawah mikroskop elektron, HBV tampak sebagai partikel dua lapis berukuran 42 nm yang disebut partikel Dane (Chang, 2000).
Gambar 1: Virus Hepatitis B
(Sumber:www.hon.ch/Library/Theme/HepB/virology.html).
Lapisan luarnya terdiri atas antigen, yang disingkat HBsAg. Antigen ini membungkus bagian dalam virus yang disebut partikel inti atau core yang berukuran 27 nm. Masa inkubasi HBV kira-kira selama 6 sampai 25 minggu. Virus ini juga tidak dapat tumbuh dalam kultur jaringan, dan memiliki 7 genotip (A – G), serta 9 serotype (ayw1, ayw2, ayw3, ayw4, ayr, adw2, adw4, adrq+, adrq-).
HBV terdapat dalam semua cairan tubuh dari penderitanya, baik dalam darah, sperma, cairan vagina dan air ludah. Virus ini mudah menular pada orang-orang yang hidup bersama dengan orang yang terinfeksi melalui cairan tubuh tadi. Secara umum, seseorang dapat tertular HBV melalui hubungan seksual, penggunaan jarum suntik, penggunaan alat yang terkontaminasi darah dari penderita (pisau cukur, tato, tindik), 90% berasal dari ibu yang terinfeksi HBV, transfusi darah yang terinfeksi HBV, lewat peralatan dokter gigi dan peralatan dokter bedah, jika sterilisasi peralatannya kurang sempurna.
Sejarah Pembuatan Vaksin Hepatiitis B
Blumberg dan kawan- kawan di Philadelphia menemukan suatu antibodi pada pasien yang ditransfusi yang berasal dari suku Aborigin Australia, sehingga antigen tersebut dikenal dengan nama Antigen Australia. Pada tahun 1977, Blumberg mendapat hadiah nobel untuk penemuannya itu. Sekarang antigen tersebut dikenal dengan nama hepatitis B surface antigen atau disebut HbsAg (Zain, 2006).
Vaksin hepatitis B pertama kali diperkenalkan oleh Krugman dan koleganya pada tahun 1971. Mereka menggunakan serum yang mengandung virus Hepatitis B. Serum
diencerkan dan diinaktivasi panas 90ºC selama 1
Pengembangan vaksin ini selanjutnya menggunakan antigen lain untuk imunisasi aktif yaitu “Hepatitis B surface antigen (HBsAg)”. Vaksin HBsAg ini merupakan partikel yang berukuran 22 nm, diinaktivasi panas, diadsobsi dan bebas dari asam nukleat.
Dimurnikan melalui tahap presipitasi, ultrasentrifusasi, gel filtrasi dan afinitas kromatografi.
Tahun 1973 diketahui bahwa HBV dapat menginfeksi simpanse, tahun 1981 dibuatlah vaksin hepatitis B yang berasal dari plasma darah penderita, seiring dengan
perkembangan teknologi maka pada tahun 1986 dibuatlah vaksin rekombinan dengan menggunakan yeast Saccharomyces cereviceae. Penggunaan vaksin ini secara besar-besaran pada tahun 1991 dan dianjurkan pada bayi yang baru lahir dan tahun 1996 penggunaan vaksin secara umum untuk dewasa.
Sel Ragi atau Saccharomyces cereviceae
Saccharomyces adalah genus dalam kerajaan jamur yang mencakup banyak jenis ragi.Saccharomyces adalah dari berasal dari bahasa Latin yang berarti gula jamur. Banyak anggota dari genus ini dianggap sangat penting dalam produksi makanan. Salah satu contoh adalahSaccharomyces cerevisiae, yang digunakan dalam pembuatan anggur, roti, dan bir.
Koloni dari Saccharomyces tumbuh pesat dan jatuh tempo dalam 3 hari. Mereka adalah unicellular, bundar, dan ellipsoid untuk memperpanjang dalam bentuk. Multilateral (multipolar) budding ciri khasnya. Ascospores ini adalah bundar dan terletak di asci. Setiap ascus berisi 1-4 ascospores. Asci tidak menimbulkan perpecahan.
Jamur Saccharomyces cerevisiae, atau di Indonesia lebih dikenal dengan nama jamur ragi, telah memiliki sejarah yang luar biasa di industri fermentasi. Karena
kemampuannya dalam menghasilkan alkohol inilah, S. cerevisiae disebut sebagai mikroorganisme aman (Generally Regarded as Safe) yang paling komersial saat ini. Seiring dengan berkembangnya genetika molekuler, S. cerevisiae juga digunakan untuk menciptakan revolusi terbaru manusia di bidang rekayasa genetika. S. cerevisiae yang sering mendapat julukan sebagai super jamur telah menjadi mikroorganisme frontier di berbagai bioteknologi modern.
Pembuatan Vaksin Hepatitis B
Seperti yang kita ketahui cara yang dilakukan dengan memasukan mikroorganisme yang dilemahkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan kekabalan terhadap
Gambar 2: Virus yang dilemahkan (Sumber: Chang, Mei-Hwei. 2000)
Untuk menghasilkan vaksin dibutuhkan HBsAg yang berasal dari virus Hepatitis B, virus diperbanyak dalam medium tertentu sehingga nantinya dihasilkan virus yang tidak menyebabkan penyakit namun mampu merangsang system imun. Strain ini selanjutnya dikultur pada kondisi yang sesuai dan virusnya diinaktifkan melalui pemanasan dan proses kimia. Tahapan berikutnya virus yang telah dilemahkan ini diinjeksikan ke dalam tubuh.
Gambar 3: Penyisupan DNA virus ke sel ragi
(Sumber: http://www.health.gov.sk.ca/hepatitis-b-tearsheet).
untaian asam amino yang mengandung unsur-unsur genetik yang terdapat pada inti sel virus. Potongan inilah yang kemudian dijahitkan pada ragi Saccharomyces, jasad renik bersel satu. Ragi kemudian dipelihara dan dikembangbiakkan. Ternyata, dalam proses multiplikasi, ragi memproduksi pula HBsAg, berdasar Instruksi unsur genetik virus yang dijahitkan pada tubuhnya (Zain, 2006).
Tahap-tahap seperti pembuatan insulin adalah sebagai berikut:
1. Tahap pertama dalam membuat sel ragi yang bisa menghasilkan vaksin adalah dengan mengisolasi plasmid pada sel ragi tersebut yang akan direkayasa. Plasmid adalah materi genetik berupa DNA yang terdapat pada bakteria namun tidak tergantung pada kromosom karena tidak berada di dalam kromosom.
2. Kemudian plasmid tersebut dipotong dengan menggunakan enzim di tempat tertentu sebagai calon tempat gen baru yang nantinya dapat membuat vaksin. 3. Gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) vaksin diambil dari kromosom
yang berasal dari sel manusia.
4. Gen yang telah dipotong dari kromosom sel manusia itu kemudian ‘direkatkan’ di plasmid tadi tepatnya di tempat bolong yang tersedia setelah dipotong tadi.
5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia itu kemudian dimasukkan kembali ke dalam sel ragi
6. Sel ragi yang telah mengandung gen manusia itu selanjutnya berkembang biak dan menghasilkan vaksin yang dibutuhkan. Dengan begitu diharapkan vaksin dapat diproduksi dalam jumlah yang tidak terbatas di pabrik-pabrik.
Gambar 4: Tahap pemurnian oleh HBs Ag yang dilepaskan dari sel (Sumber: Chang, Mei-Hwei. 2000)
HBs Ag dilepaskan dari sel dengan homogeniser atau disruption menggunakan glass bead.Pemurnian melalui tahap klarifikasi, ultrafiltrasi, kromatografi dan ultrasentrifugasi serta diabsorbsi dengan alum hidroksida; sebagai pengawet ditambahkan thiomerosal. Karakterisisasi partikel dilakukan dengan membandingkan HBs Ag dari plasma antara lain meliputi berat molekul, komposisi asam amino, densitas dalam CsC12 dan
sebagainya. Analisis imunologis menggunakan antibodi monoklonal memperlihatkan vaksin dari plasma dan ragi mengandung epitop yang berperan menginduksi antibodi setelah vaksinasi (Heriansyah, 2010).
Vaksin Hepatitis B rekombinan (Recombivax HB)
Vaksin Hepatitis B rekombinan ini berasal dari Hepatitis B surface antigen (HBsAg) yang diproduksi dalam sel yeast. Bagian virus yang mengkode HBsAg dimasukkan ke dalam yeast, dan selanjutnya dikultur. Antigen kemudian dipanen dan dipurifikasi dari kultur fermentasi yeastSaccharomyces cereviceae, antigen HBsAg mengandung
gen adw subtype. Proses fermentasi meliputi pertumbuhan Saccharomyces cereviceae pada medium kompleks yang mengandung ekstrak Yeast, soy pepton, dextrose, asam amino, dan garam mineral. Protein dilepaskan dari sel yeast melalui pengrusakan sel kemudian dipurifikasi dengan metode fisika dan kimia. Selanjutnya potein dimasukkan ke larutan buffer posfat dan formaldehid, dipercepat dengan menggunakan alum (potassium aluminium sulfat).
Kesimpulan
1. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama,
sehingga dapat direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun.
2. Vaksin rekombinan memungkinkan produksi protein virus dalam jumlah besar. Gen virus yang diinginkan diekspresikan dalam sel prokariot atau eukariot. Sistem ekspresi eukariot meliputi sel bakteri E.coli, yeast, dan baculovirus. Dengan teknologi DNA rekombinan selain dihasilkan vaksin protein juga dihasilkan vaksin DNA.
3. Penggunaan virus sebagai vektor untuk membawa gen sebagai antigen pelindung dari virus lainnya, misalnya gen untuk antigen dari berbagai virus disatukan ke dalam genom dari virus vaksinia dan imunisasi hewan dengan vaksin bervektor ini menghasilkan respon antibodi yang baik.
4. Salah satu keuntungan vaksin dari sel ragi dibanding dari plasma yaitu siklus produksinya dapat dikurangi, dan konsistensi dari batch ke batch lebih mudah diperoleh. Bahkan antigen yang berasal dari sel ragi juga telah dicoba disiapkan dalam bentuk micellar. Vaksin polipeptida micelle ini di dalam laboratorium dilaporkan lebih antigenik.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous. 2010. Rekayasa Genetika Hepatitis
B. http://www.scribd.com/doc/54186246. Diakses 30 Desember 2011 Anonymous, 2009. Hepatitis B vaccine (Recombivax HB ® and
Engerix-B ®. Saskatchewan Ministry Health. http://www.health.gov.sk.ca/hepatitis-b-tearsheet. Diakses 30 Desember 2011
Anonymous. 2007. Hepatitis B Vaccine. Departement of Health and Human Service Center For Disease Control and Prevention. Vis-hep-b.pdf.
Chang, Mei-Hwei. 2000. Hepatitis B Vaccination and Control of Hepatitis B-Related Liver Disease. Journal of Pediatric
Isbagyo, Widyaningroem, Dyah, 2005. Masa Depan Pengembangan Vaksin Baru. Jakarta: Cermin Dunia Kedokteran.
O’shea. Robert,S. 2009. Hepatitis
B.http://www.clevelandclinicmeded.com/medicalpubs/diseas emanagement/hepatology/hepatitis-B/ Diakses 30 Desember 2011
Poland, A. Gregory and Jacobson, M. Robert, 2009. Prevention of Hepatitis B with the Hepatitis B Vaccine. New England: Journal Of Medicine.
Zain, Lukman, H., 2006. Hepatits B dan
