Kimia Organik Bahan Alam

(1)

1

Kimia Organik Bahan Alam:

“Natural Product Chemistry in Drug Discovery”

Eksplorasi Teknik Kultur Jaringan Tumbuhan, Mikroorganisme dan Sel sebagai Antikanker

Dr. Rahmat Kurniawan S. Si., M. Si.

Program Studi Kimia

Kimia Organik Bahan Alam

Pusat Riset dan Inovasi Material Alami dan Material Hayati

2021

(2)

2

Penyakit Kanker

Globocan (2020). Graph production: Global Cancer., Observatory (http://gco.iarc.fr), WHO, May 27.

(3)

3

Pengobatan Kanker

ebismedical.com/cancer-treatments/

www.cancer.org/treatment/treatments-and-side-effects/treatment-types/chemotherapy/how-chemotherapy-drugs-work.html

(4)

4

Drug Discovery

Z. Zhang et al., “Overcoming cancer therapeutic bottleneck by drug repurposing,” Signal Transduct. Target. Ther., vol. 5, no. 1, 2020,

(5)

5

Drugs Discovery Roadmap

https://www.ddw-online.com/drug-discovery/p316277-translational-chemical-biology:gap-assessment-for-advancing-drug-discoverydevelopment-and-precision-medicine.html

(6)

6

Drugs Discovery

Antony D. Buss, Mark S. Butler. (2008). Natural Product Chemistry for Drug Discovery. Sciences, R. S. C.

(7)

7

Sumber Senyawa Organik Bahan Alam

Organisme terestrial Organisme marine

James G. Speight. (2017). Properties of Organic Compounds, Environmental Organic Chemistry for Engineers.

(8)

8

Sumber Senyawa Organik Bahan Alam

Antony, D., B. and Butler, M., S. (20170). Natural Product for Drug Discovery. RSC Pub. Cambridge, UK.

Raharjo, T., J. (2013). Kimia Hasil Alam. Pustaka Plajar: Yogyakarta.

Organisme

Metabolit Sekunder

Metabolit Primer

(9)

9

Sumber Senyawa Organik Bahan Alam

Organisme

Metabolit Primer Metabolit Sekunder

Vinkrinstin Catharanthus roseus

Antony, D., B. and Butler, M., S. (2017). Natural Product for Drug Discovery. RSC Pub. Cambridge, UK.

Raharjo, T., J. (2013). Kimia Hasil Alam. Pustaka Plajar: Yogyakarta.

(10)

10

Kimia Organik Bahan Alam

Maíra, Fasciotti. (2017). Perspectives for the use of biotechnology in green chemistry applied to biopolymers, fuels and organic synthesis: from concepts to a critical point of view, Sustainable Chemistry and Pharmacy. 6. 82-89.

Bradley, S, G and Donna R. (2008). "Composition and Ultrastructure of Streptomyces venezuelae". Journal of Bacteriology: The American Society for Microbiology.

Nicholas P. Money. (2016). The Fungi (Third Edition), Fungi and Biotechnology.

Asam askorbat Kloramfenikol

Vitamin C diisolasi dari buah jeruk

Antibakteri ditemukan pada tahun

1947 dari Streptomyces venezuelae

(11)

11

Metabolit sekunder Sintesis Isolasi dari sampel alam

Topik Penelitian: Kimia Organik

Sampel Terestrial Sampel marine

Bioteknologi

Screening antikanker: sitotoksik

Senyawa Bioaktif

(12)

12

Sumber Senyawa Organik Bahan Alam

Kultur jaringan

tumbuhan Kultur Bakteri Kultur Jamur

Kultur tumbuhan Morus shalun

Kultur bakteri tanah

Sterptomyces Cyaneofuscatus

Jamur endofitik

Colletotrichum queenslandicum dari Artocarpus champeden

Kurniawan, Rahmat. (2017). Biotransformasi senyawa fenolik terprenilasi menggunakan Diels-Alderase dari kultur akar M. shalun, Master Tesis ITB.

(13)

Screening Sampel

Murbei Morus Spesies Sang-Bai-Pi

Yang, Y. et al., 2014. Journal of Asian Natural Products Research, 16(March), pp.690–702.

Vijayan, K., Saratchandra, B. & Teixeira da Silva, J.A. (2011). Scientia Horticulturae, 128 (4), Nomura, T. (1988). Progress in the Chemistry of Organic Natural Products, 53, 87-201.

13

Pakan ulat sutra

Rheumatism Arthritis Diabetes Traditional Chinese Medicine

(14)

Moracalkon A

M. Cathayana (Fukai et al., 1996) Antioxidant (Wei et al., 2016)

Mulberosida A

M. alba (Riviere et al., 2014) Antidiabetes (Yang et al., 2014)

Morasin E

Akar M. alba (Yang et al., 2015) Neuroprotektif (Wei et al., 2016)

14

Kuwanol E

M. australis (Zhang et al., 2007)

Inhibitor M. tuberculosis (IC₅₀1.5 μM) (Mascarello et al., 2013).

Kuwanon J

Akar M. shalun (Dai et al., 2004) (Leukemie P388 Cell )

(Jasmansyah, 2017)

Chalcomoracin

Morus, Moderate cytotoxic ( A549 IC₅₀5.5 μg/mL)

(Zhang et al., 2007)

Metabolit Sekunder: Senyawa Fenolik

(15)

Morus shalun

Eksplan Sterilisasi

Inokulasi Kultur M.shalun (9 minggu)

Kultur M shalun (11 minggu) Kultur akar M.shalun

Kultur akar M.shalun

(6 minggu) 15

Kultur Jaringan M. shalun

(16)

16

Kulttur M. shalun: Sterilisasi

Kontaminasi Organogenesis Nekrotik

(17)

17

(a) Kultur M. shalun usia 8 minggu; (b) Akar pada kultur M. shalun usia 12 minggu; (c)

Subkultur akar M. shalun pada media cair; (d) Kultur akar M. shalun usia 6 minggu (Media 1).

Kultur Jaringan M. shalun

(18)

18

Optimasi Kultur Akar M. shalun

NO Media Media cair Murashige-Skoog (MS) Waktu panen (minggu)

1 Media 1 MS normal* 6

2 Media 2 MS double strength + Vitamin + 1 ppm IBA 2

3 Media 3 MS double strength + Vitamin + 2 ppm IBA 2

*Murashige, T., Skoog, F., 1962. Physiol. Plant.15,473–497.

Media 2:16.27 ± 1.52 gram (4.09 ± 1.15 mg)

Media 3: 25.52 ± 2.23 gram (11.47 ± 2.24 mg)

Optimasi kondisi pertumbuhan kultur akar M. shalun

(19)

19

Aktivitas Sitotoksik

Cervic cancer (HeLa)

Lung cancer cell (A549)

Breast cancer cell (MCF-7)

Kurniawan, R., Hermawati, E., Hertadi, R., Abe, I., Morita, H., Piow, W. C., & Hakim, E. H. (2020). Intermolecular [4+2]-cycloaddition reaction to biotransform morachalcone a into kuwanon j, catalyzed by diels-alderase from a root culture of morus alba var. Shalun (m. shalun). EurAsian Journal of BioSciences, 14(1), 983–989.

(20)

20

Kultur Jamur Endofitik

Jamur Endofitik:

Merupakan jamur yang hidup dalam jaringan tumbuhan tanpa menyebabkan efek negatif pada tumbuhan, bersinergi dengan inang secara symbiosis mutualism (Schulz dkk., 2002)

Paclitaxel

Obat Kanker: dari tumbuhan Taxus dan jamur endofitik Taxomyces andreanae (Andrea dkk., 1993); Pestalotiopsis microspora (Strobel dkk., 1996); Fusarium redolens (Garyali dkk., 2013)

Taxus brefivolia

(21)

Screening Sampel

21 Artockarpin (IC₅₀= 1,9

μg/mL) (Hakim dkk., 2005)

Artoindonesianin B (IC₅₀= 3,9 μg/mL) (Hakim

dkk., 1999) Artoindonesianin V (IC₅₀=

0,5 μg/mL) (Syah dkk., 2004)

• Anggota: lebih dari 50 spesies

• Bahasa Yunani: artos (bread) dan karpos (fruit).

• Buah dapat dimakan (Nangka, Cempedak dan Sukun)

• Wilayah asal : Asia Selatan, Asia Tenggara dan Papua

• Studi fitokimia: fenolik dan nonfenolik.

• Aktivitas* : Sitotoksik, antimikroba, antiviral, antimalaria, antiplatelet, antihelmintik, antiinflamansi, antioksidan dan inhibitor enzim (Jagtap dan Bapat, 2010)

Artocarpus champeden

San Paris Mataputun. (2017). ISOLASI METABOLIT SEKUNDER DARI COLLETOTRICHUM QUEENSLANDICUM, JAMUR ENDOFITIK TUMBUHAN ARTOCARPUS CHAMPEDEN. Master Tesis ITB.

(22)

22

Kultur Jamur Endofitik

(23)

23

Kultur Jamur Endofitik

Sterilisasi permukaan

Hari pertama

Hari ke 2 Hari ke 3

Hari ke 4

Hari ke 7

(24)

24

Subkultur Kultivasi

Koloni tunggal jamur Inkubator 28^oC

Media PDB cair Identifikasi spesies

Kultur Jamur Endofitik

(25)

25

Metabolit sekunder Jamur Endofitik

Kanoklavin

dari jamur Neotyphodium sp

Liolin

dari jamur N. coenophialum

Lilitrem B

dari jamur N. coenophialum

Silarenon A

dari jamur Xylaria sp

Ergosterol peroksida

dari jamur C. Queenslandicium

Asam 3-indolasetat

dari jamur C. Queenslandicium

(26)

26

Kultur Bakteri

Ekosistem Hutan Hujan Tropis

Mikroorganisme dalam Tanah

Melimpah Actinomycetes

Streptomyces griseus

Streptomisin Streptomyces griseus

Nurfitriyani. (2019). Eksplorasi Metabolit Sekunder Bakteri Tanah Streptomyces cyaneofuscatus dari THR Djuanda, Master Thesis ITB.

eider, D., Engelhaupt, M., Allen, K., Kurniawan, S., Krashevska, V., Heinemann, M., Nacke, H., Wijayanti, M., Meryandini, A., Corre, MD., Scheu, S., dan Daniel, R. 2015. Impact of Lowland Rainforest Transformation on Diversity and Composition of Soil Prokaryotic Communities in Sumatra (Indonesia). Frontiers in Microbiology, 6, 1-12

(27)

27

Kultur Bakteri

Nobel Prize (2015) : Satoshi Omura

Streptomyces avermectinius

Antibiotik: Avermectin dari S. avermectinius

Antimicrob. Agents Chemother., 15, 361 (1979), Nat.Rev. Microbiol., 2, 984 (2004).

(28)

28

Antibiotik dari Bakteri

Tetrasisklin

Streptomyces aureofaciens

Kloramfenikol

Streptomyces venezuelae

Eritromisin

Streptomyces erythreus Vankomisin

Amycolatopsis orientalis

eider, D., Engelhaupt, M., Allen, K., Kurniawan, S., Krashevska, V., Heinemann, M., Nacke, H., Wijayanti, M., Meryandini, A., Corre, MD., Scheu, S., dan Daniel, R. 2015. Impact of Lowland Rainforest Transformation on Diversity and Composition of Soil Prokaryotic Communities in Sumatra (Indonesia). Frontiers in Microbiology, 6, 1-12

(29)

29

Kultur Bakteri

Preparasi sampel Inokulasi tanah pada media HVA

Subkultur koloni bakteri

Identifikasi bakteri Optimasi Kultivasi skala besar

Streptomyces cyaneofuscatus

(30)

30

Sc2

Metil 13-metil-tetradekanoat

Asam lemak

Sc4

Asam-13-metil-tetradekanoat Sc1

Asam heksanoat

Steroid

Sc6 Ergosterol

Siklodipeptida

Sc7

Siklo-(leusin-prolin) 14,919

Sc9 Siklo-(valin-prolin)

>100 Sc8

Siklo-(isoleusin-prolin) 1,256

Metabolit sekunder dari

Streptomyces cyaneofuscatus

(31)

31

Skema Penelitian KOBA

Kurniawan, Rahmat. (2019). Biotransformasi senyawa fenolik terprenilasi menggunakan Diels-Alderase dari kultur akar M. shalun, Disertasi ITB.

Screening sampel

Isolasi dan Pemurnian

Penentuan

Struktur Bioaktivitas Sampel Tumbuhan

Bakteri Jamur Sponge

Alga

Ekstraksi Kolom

KLT

HPLC preparative Kromatotron

FTIR HPLC LCMS NMR

Anti Jamur

Anti Bakteri

Anti Kanker

Anti Virus

Bioaktivitas lain

(32)

32

Skema Penelitian

Kurniawan, Rahmat. (2021). Hibah penelitian GBU45. LP3 ITERA.

(33)

Bakau Minyak

Mangrove

Diarrhea Nausea Vomiting Obat Tradisional

R. apiculata

Rahmat Kurniawan, Isolation, Identification, and Bioactivity Test of Stigmast-5-en-3β-ol (β -Sitosterol) Compound From Root Bark of Bakau Minyak (Rhizophora Apiculata), Jurusan Kimia, Universitas Lampung, Lampung, 2014.

Duke, C. N. 2006. Rhizophora apiculata, R. mucrona, R. stylosa, R. annamalal, (indo-west pasific still mangrove), species profile for Pasific Island forestry. International Journal of Mangrove Plants. II. 1-20.

https://ilmugeografi.com/ilmu-bumi/hutan/ciri-ciri-hutan-bakau

(34)

Senyawa Bioaktif Antikanker

Stomach adenocarcinoma Stomach adenocarcinoma Gastric carcinoma

Stomach adenocarcinoma Gastric carcinoma

Epithelioid cells Gastric epithelial Stomach adenocarcinoma

Gastric carcinoma

Thomas, A., Peter, P.K.J., Chandramohanakumar, N., 2016. A profiling of anti-tumour potential of sterols in the mangrove fern Acrostic humaureum. Int. J. Pharmacogn. Phytochem. Res. 8, 1828 1832.

(35)

Taxus sumatrana

Cemara Sumatera

HeLa MCF-7 A549

Obat Anti kanker T. sumatrana

P. Kumar et al., “Hyper-production of taxol from Aspergillus fumigatus, an endophytic fungus isolated from Taxus sp. of the Northern Himalayan region,” Biotechnol. Reports, vol. 24, p. e00395, 2019, doi:

10.1016/j.btre.2019.e00395.

Z. Hu, J. T. Chen, S. C. Jiang, Z. Liu, S. B. Ge, and Z. Zhang, “Chemical components and functions of Taxus chinensis extract,” J. King Saud Univ. - Sci., vol. 32, no. 2, pp. 1562–1568, 2020, doi:

10.1016/j.jksus.2019.12.012.

(36)

Senyawa Bioaktif Antikanker

Paclitaxel

Anticancer drugs

Docetaxel

Anticancer drugs

Baccatin III

Anticancer drugs

Deacetylbaccatin Anticancer drugs

U. Heinig and S. Jennewein, “Taxol: A complex diterpenoid natural product with an evolutionary obscure origin,” African J.

Biotechnol., vol. 8, no. 8, pp. 1370–1385, 2009, doi: 10.4314/ajb.v8i8.60130

(37)

37

(38)

38

(39)

39

Kemoterapi

Agen Pengalkilasi Antimetabolit Agen Anti Tumor

Inhibitor Topoisomerase Inhibitor Mitotic Steroid

(40)

40

Drug Discovery

(41)

41

Senyawa Fenolik dari Kultur M. shalun

Kurniawan, Rahmat. (2019). Biotransformasi senyawa fenolik terprenilasi menggunakan Diels-Alderase dari kultur akar M. shalun, Disertasi ITB.