BIOLOGI SELULER DAN MOLEKULER
KODE MK : 04015061 JUMLAH SKS : 2 SKS SEMESTER : III (TIGA)
Produk Rekombinasi dan Aplikasi Biologi Molekuler
di Bidang Kesehatan
Tatap Muka ke-15
Pokok Bahasan Utama
• Pengenalan produk-produk rekombinan pada bidang Farmasi
• Pengenalan aplikasi biologi molekuler
pada bidang kesehatan
Ingat Kembali Teknik Rekombinasi
DNA
Ingat Kembali Teknik PCR
Produk-produk rekombinan pada
bidang Farmasi
Teknologi Rekombinasi DNA Produk Rekombinan
Produk rekombinan
• Rekombinan Protein Pengganti (Human Protein Replacement)
• Protein Terapeutik
• Vaksin Rekombinan
Beberapa Produk Rekombinan di
Bidang Farmasi
Human Protein Replacement
• Dikenal sebagai terapi protein pengganti:
Pengobatan yang dilakukan dengan mangganti atau
menambah protein pada pasien yang mengalami kekurangan atau defisiensi protein tersebut.
• Pertama kali dikenal pada 1922: penambahan insulin pada pasien diabetes melitus.
• Contoh:
Insulin
hGH
Insulin
• Diproduksi oleh sel Langerhans Pankreas
• Terdiri dari 51 asam amino yang dipecah menjadi 2 rantai polipeptida:
• Rantai A 21 asam amino
• Rantai B 30 asam amino
• Digunakan untuk terapi Diabetes Melitus
• Terapi awal:
Insulin diisolasi dari sel pankreas babi dan sapi insulin babi/sapi berbeda 3 asam amino dari human insulin reaksi alergi
• Produk insulin rekombinan sebagai alternatifnya
Tahap Produksi Insulin Rekombinan
• Insulin dari DNA rekombinan mulai dibuat pada 1970
• Terapi mulai diujicobakan pada 17 relawan di Guy Hospital, London, pada tahun 1980
• Tahun 1982 menadapatkan approval
• Tahun 1986 mulai dipasarkan secara komersil oleh Eli Lilly company
Human Growth Hormone (hGH)
• Human Growth Hormone (hGH) diproduksi oleh Kelenjar Pituitari
• hGH terdiri dari 26 asam amino
• Kekurangan hGH dapat
menyebabkan kekerdilan (Dwarfism)
• Pasien yang mengalami kekerdilan dapat diterapi dengan penambahan hGH
Fungsi hGH
Produksi hGH Rekombinan
Protein Faktor Koagulasi VIII
• Digunakan untuk proses menutup luka
• Terapi protein faktor koagulasi VIII digunakan untuk
pengobatan Haemophilia A
• Produksi rekombinan faktor koagulasi VIII:
Menyelipkan gen pengkode faktor koagulasi VIII yang memiliki
ukuran 186 kb ke plasmid E. coli
Contoh Terapi Protein Rekombinan Pengganti Lainnya
Jenis Protein Merk Dagang Fungsi Contoh Penggunaan
Klinis
Insulin Humilin, Novolin
Meregulasi
kandungan glukosa di darah
Diabetes melitus
Factor VIII Bioclate, ReFacto Faktor koagulasi
darah Haemophilia A
Factor IX Benefix Faktor koagulasi
darah Haemophilia B
Lactase Lactaid Mencerna laktosa
Diare dikarenakan tidak dapat mencerna laktosa
• Merupakan molekul protein yang memiliki aktivitas sebagai obat sehingga dapat digunakan untuk keperluan klinis
• Pada tahun 2017*, sebanyak 239 protein atau peptide yang telah disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA)
untuk digunakan dalam kepentingan klinis. Beberapa diantaranya diproduksi menggunakan teknologi DNA rekombinan
Protein Terapeutik
Klasifikasi Protein Terapeutik
Produksi Protein Terapeutik Rekombinan
• Beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam melakukan produksi protein rekombinan:
• Pengetahuan pemilihan sistem ekspresi untuk memperoleh protein terapeutik dengan sifat dan aktivitas sesuai harapan,
• Penyesuaian dengan regulasi dari badan berwenang untuk tujuan komersialisasi,
• Penguasaan berbagai metode untuk karakterisasi dan purifikasi protein,
• Pengetahuan mengenai status permasalahan terkini dari protein terapuetik dan pemecahannya untuk melakukan pengembangan melalui modifikasi protein
• Erythropoietin
• Interferon
• Albumin serum manusia
• Aktivator plasminogen jaringan
• Antithrombin
• Limfokin
• Faktor Nekrosis Tumor (TNF(
• Dismutase superoksida
Beberapa Contoh Protein Terapeutik
Erythropoietin (EPO)
• Disintesis di ginjal
• Digunakan untuk terapi
anemia CKD (Chronic Kidney Disease)
• Pertama kali diproduksi oleh Amgen tahun 1989
• Tahun 1997 Ortho-Biotech memproduksi rekombinan EPO
• Rekombinan EPO disebut Epogen
• Interferon: substansi antiviral
• IFN-α
• IFN-β
• IFN-γ
Interferon (IFN)
Gen pengkode IFN diselipkan ke dalam plasmid E. coli
• Digunakan untuk terapi thrombosis
Tissue Plasminogen Activator (tPA)
Dnase I
• Berfungsi untuk menghidrolisis DNA yang panjang menjadi oligonukleotida
• Dnase I biasa digunakan untuk terapi Cystic Fibrosis (CF)
• Pasien CF biasanya mengalami infeksi bakteri pada paru- paru yang mengakibatkan akumulasi mucus sehingga
menghalangi pernafasan
• Gen pengkode Dnase I diisolasi kemudian diekspresikan pada E.coli Produk rekombinan Dnase I
Contoh Protein Terapeutik Lainnya
Jenis Protein
Terapeutik Merk Dagang Fungsi Contoh Penggunaan
Klinis
Erythropoietin Epogen Menstimulasi
erythropoiesis
Anemia dikarenakan kegagalan renal
(ginjal) Type I alpha-
interferon Infergen Immunoregulator Infeksi Hepatitis C kronis
Tissue Plasminogen
Activator (tPA) Activase Meningkatkan
fibrinolysis
Serangan jantung (mycocardial
infarction), Stroke
Streptokinase Streptase
Mengubah
plasminogen menjadi plasmin
Serangan jantung (mycocardial
infarction),
Contoh Protein Terapeutik Lainnya
Jenis Protein
Terapeutik Merk Dagang Fungsi Contoh Penggunaan
Klinis Collagenase Collagenase
Mehancurkan kolagen pada nekrosis luka
Kulit yang luka/terbakar
Dnase I Pulmozyme
Mendegradasi DNA pada sekresi paru- paru
Cystic fibrosis
• Merupakan salah satu jenis vaksin yang diproduksi melalui proses teknologi DNA rekombinan
• Vaksin Rekombinan dikembangkan dengan memasukkan gen pengkode antigen (seperti protein permukaaan bakteri) yang dapat menstimulasi respon imun
Vaksin Rekombinan
Jenis-Jenis Vaksin
Produksi Vaksin Rekombinan
Aplikasi biologi molekuler pada
bidang kesehatan
• Pengembangan produk Biosimilar
• Forensik DNA
• Diagnostik Penyakit
• Farmakogenomik & Farmakogenetik
• Terapi Gen
• Stem Cell
• Diagnosa penyakit dengan metode Biomarker
Beberapa Aplikasi Molekuler
di Bidang Kesehatan
Produk Biosimilar
• Produk Biosimilar adalah produk biologi medis yang bentuk molekulnya sangat menyerupai dengan obat biologis.
Beberapa Contoh Produk Biosimilar
Forensik DNA
• Untuk kasus-kasus forensik, sperma, daging, tulang, kulit, air liur atau sampel biologis apa saja yang ditemukan di Tempat Kejadian Perkara (TKP) dapat dijadikan sampel tes DNA Fingerprint
• DNA Fingerprint merupakan teknik untuk
mengidentifikasi seseorang berdasarkan pada profil DNA nya memanfaatkan penanda genetik
Paternity Testing
Ilustrasi DNA Fingerprint pada TKP
• Dapat diaplikasikan untuk diagnostik penyakit genetik maupun penyakit yang disebabkan oleh pathogen
• Implementasinya memanfaatkan teknik PCR
Diagnostik Penyakit
Diagnostik Penyakit
Diagnostik Patogen Penyebab
Penyakit
Mari mengenal perbedaan keduanya 1. Farmakogenetik
Ilmu yang mempelajari bagaimana pewarisan sifat (genetika) mempengaruhi respon tubuh terhadap obat
Studi gen tunggal dan pengaruhnya terhadap interindividual
2. Farmakogenomik
Ilmu yang mempelajari bagaimana pengaruh genom manusia dan variasi antar individu dalam ekspresi dan fungsinya
terhadap respon obat/metabolism
Farmakogenomik - Farmakogenetik
Farmako - Genomik vs Genetik
Manfaat Farmakogenetik
Peranan Farmakogenomik
1. Dapat mengembangkan obat yang lebih spesifik dan mengurangi kerusakan sel sehat karena obat yang diberikan;
2. Dapat mengembangkan obat yang lebih akurat dengan dosis yanag lebih tepat;
3. Membuat pengembangan obat menjadi lebih mudah, cepat, dan murah;
4. Dapat mengurangi waktu uji coba obat dan proses uji coba lebih singkat.
• Merupakan suatu metode terapi pada individu yang mengalami kegagalan DNA dengan cara mentransfer materi genetik untuk memperbaiki gen yang cacat/tidak berfungsi sehingga dapat memperbaiki/mengontrol ekspresi gen yang tidak diinginkan
• Terapi gen ditujukan untuk:
• Penggantian gen abnormal
• Mengendalikan regulasi gen abnormal
• Melenyapkan gen abnormal dengan rekombinasi homolog
• Beberapa penyakit yang dapat ditangani dengan terapi gen:
Terapi Gen
Illustrasi Terapi Gen
Ada 2 Strategi dalam Terapi Gen:
1. Terapi Gen secara In vivo, dimana vector gen dikirim ke dalam suatu tipe sel yang selektif tingkatannya. Seperti
proses injeksi jaringan secara langsung atau melalui proses reseptor termediasi
2. Terapi Gen secara Ex vivo, yang dilakukan degan mengambil jaringan pasien, transfeksi (atau transfeksi virus) sel dalam suatu kultur dan penempatan kembali selnya yang telah
diperbaiki secara genetic ke pasiesn
Strategi Terapi Gen
Terapi Gen In Vivo
Terapi Gen Ex Vivo
Aplikasi Terapi Gen
• Merupakan sel yang berasal dari embryo yang nantinya akan membentuk sel somatik dan sel germinal
• Dalam proses reproduksi, perkembangan zygot yang
membentuk bola kecil yang terdiri dari sekumpulan sel (sel pluripotent). Bentukan ini yang dinamakan Stem Cell
Stem Cell / Sel Punca
Stem Cell memiliki 2 sifat/karakter:
1. Kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi sel lain yang lebih spesifik (sel saraf, sel otot, sel epitel, dsb) -
Differentiate
2. Kemampuan untuk memperbaharui atau meregenerasi dirinya sendiri – Self-regenerate/Self-renew
Stem Cell / Sel Punca
Bagan Perkembangan Stem Cell
Melakukan Kultivasi Stem Cell
Pemanfaatan Terapi Stem Cell
Beberapa penyakit yang potensial dapat diterapi dengan Stem Cell:
• Parkinson dan Alzheimer
• Cidera medula spinalis
• Stroke
• Luka bakar
• Penyakit jantung
• Diabetes
• Osteoporosis
• Sirosis hepatis
• Leukimia
• Anemia sel sabit (sickle cell anemia)
• Osteoarthritis
Diagnosa Penyakit dengan Biomarker
• Biomarker merupakan suatu penanda/indikator yang
dapat terukur keberadaannya dan dapat mengindikasikan keberadaan atau kondisi suatu penyakit.
• Prinsip diagnosa dengan teknik hibridisasi yang dapat digunakan untuk diagnosa penyakit genetik
• Beberapa teknik yang dapat digunakan adalah:
• FISH
• PCR (realtime/digital)
• Sekuensing (NGS)