Produksi Insulin Via Bakteri E. Coli Sebagai Pencegah Diabetes Melitus

Arindra Trisna W (09330018), Mayong Indra P (09330067), Rizka Efrila Ramadhani (09330089), Dr. H. Moch. Agus Krisno Budianto, M.kes
Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang
Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Biotechnology is a branch of biology that organisms use to produce goods for the welfare of man himself. Diabetes Mellitus is a disease in which the organ is no longer biased pancreas produce insulin properly, so blood sugar levels become high. Sharing ways to produce insulinpun conducted including using pork or beef insulinya synthesized humanity.

Insulin is a hormone naturally produced by the island of island of Langerhans of the pancreas. This hormone works regulate blood glucose levels in a manner facilitate the entry of glucose into all tissues of the body. Insulin deficiency in humans causes the genetic disease type I diabetes mellitus or IDDM called (Insulin Dependent Diabetes Mellitus). Giving regular insulin injections in insulin levels in the blood increase the patient can minimize complications. Injection of insulin in the same area one can reduce the variation of absorption. And methods of insulin production is better than ever before.

Keywords: Biomolecular Engineering, Biotechnology, Insulin, Diabetes Mellitus

 

 

Abstrak

            Bioteknologi adalah suatu cabang ilmu biologi yang memanfaatkan organism untuk menghasilkan barang demi kesejahteraan manusia itu sendiri. Diabetes Mellitus merupakan suatu penyakit dimana organ pancreas tidak lagi bias memproduksi insulin dengan baik, sehingga kadar gula dalam darah menjadi tinggi. Berbagi cara untuk memproduksi insulinpun dilakukan termasuk menggunakan babi atau sapi yang insulinya disintesis kemanusia.

Insulin adalah suatu hormon yang secara alami dihasilkan oleh pulau pulau langerhans pankreas. Hormon ini bekerja mengatur kadar glukosa dalam darah dengan cara mempermudah masuknya glukosa ke dalam semua jaringan tubuh. Defisiensi insulin dalam manusia menyebabkan penyakit genetik diabetes mellitus jenis I atau disebut IDDM (Insulin Dependent Diabetes Mellitus). Pemberian injeksi insulin secara teratur dalam meningkatkan kadar insulin dalam darah penderita dapat meminimumkan komplikasi. Penyuntikkan insulin pada satu daerah yang sama dapat mengurangi variasi penyerapan. Dan metode produksi insulin ini lebih baik daripada yang sebelumnya

Kata Kunci : Biomolekuler, Bioteknologi, Insulin,  Diabetes Melitus.

PENDAHULUAN

Insulin pertama kali di ekstraksi dari jaringan pankreas anjing pada tahun 1921 oleh para ahli fisiologi asal kanada Sir Federick Glant Banting dan Charles Hebert Best serta ahli fisiologi asal Inggris Sir Federick Glant Banting dan Charles Hebert Best Macleod. Seorang ahli boikimia James Betram Collip kemudian memproduksi dengan tingkat kemurnian yang cukup baik untuk digunakan sebagai obat pada manusia (Budiyanto, 2011). Pada tahun 1965 insulin manusia telah berhasil disintesis secara kimia. Insulin merupakan protein manusia pertama yang disintesis secara kimia. Secara tradisional, insulin untuk pengobatan pada manusia diisolasi dari pankreas sapi atau babi. Walaupun insulin hewan secara umum cukup memuaskan tetapi untuk penggunaan pada manusia dapat menimbulkan dua masalah. Pertama, adanya perbedaan kecil dalam asam amino penyusunnya yang dapat menimbulkan efek samping berupa alergi pada beberapa penderita. Kedua, prosedur pemurnian sulit dan cemaran berbahaya asal hewan tidak selalu dapat dihilangkan secara sempurna. Pada tahun 1981 telah terjadi perbaikan secara berarti cara produksi insulin melalui rekayasa genetika. Insulin yang diperoleh dengan cara ini mempunyai struktur mirip dengan insulin manusia. Melalui teknologi DNA rekombinan, insulin diproduksi menggunakan sel mikroba yang tidak patogen. Karena kedua hal tersebut di atas, insulin hasil rekayasa genetika ini mempunyai efek samping yang relatif sangat rendah dibandingkan dengan insulin yang diperoleh dari ekstrak pankreas hewan, tidak menimbulkan efek alergi serta tidak mengandung kontaminan berbahaya (Soffie, 1996). Pembuatan insulin dari bahan berupa makhluk hidup menunjukkan tanda – tanda kekuasaan Allah SWT sesuai firman Allah SWT dalam surat An Nahl ayat 5 yang artinya

“Dan Dia telah menciptakan binatang ternak untuk kamu, padanya ada (bulu) yang menghangatkan dan berbagai – bagai manfaat dan sebahagiannya kamu makan”

 

METODE

Prinsip dasar teknologi rekayasa genetika adalah memanipulasi atau melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA (gen) atau menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Gen yang diselipkan dan organisme penerima dapat berasal dari organisme apa saja. Pada proses rekayasa genetika organisme yang sering digunakan adalah bakteri Escherichia coli. Bakteri Escherichia coli dipilih karena rentang umur yang pendek, jumlah generasi yang banyak, susunan genetik bakteri lebih mudah dimodifikasi, lingkungan luar dapat dimodifikasi ekspresi gen, menghasilkan produk, hampir mendekati yang kita inginkan (menyerupai insulin hasil sekresi β-pankreas) serta lebih ekonomis (Esha, 2011).

 

Proses Rekayasa Genetika

Pada proses penyisipan gen diperlukan tiga faktor utama yaitu

  1. Vektor, yaitu pembawa gen asing yang akan disisipkan, biasanya berupa plasmid, yaitu lingkaran kecil ADN yang terdapat pada bakteri. Plasmid diambil dari bakteri dan disisipi dengan gen asing.
  2. Bakteri, berperan dalam memperbanyak plasmid. Plasmid di dalam tubuh bakteri akan mengalami replikasi atau memperbanyak diri, makin banyak plasmid yang direplikasi makin banyak pula gen asing yang dicopy sehingga terjadi cloning gen.
  3. Enzim, berperan untuk memotong dan menyambung plasmid. Enzim ini disebut enzim endonuklease retriksi, enzim endonuklease retriksi yaitu enzim endonuklease yang dapat memotong ADN pada posisi dengan urutan basa nitrogen tertentu (Budiyanto, 2011).

http://3.bp.blogspot.com/_4IwHTsRufBg/TIoHbcKBp0I/AAAAAAAAEug/ML9lGMTvP4s/s1600/teknik+plasmid.jpg

  1. Pada proses pembuatan insulin ini, langkah pertama adalah mengisolasi plasmid dari E. coli. Plasmid adalah salah satu bahan genetik bakteri yang berupa untaian DNA berbentuk lingkaran kecil. Selain plasmid, bakteri juga memiliki kromosom. Keunikan plasmid ini adalah: ia bisa keluar-masuk ‘tubuh’ bakteri, dan bahkan sering dipertukarkan antar bakteri.
  2. Pada langkah kedua ini plasmid yang telah diisolir dipotong pada segmen tertentu menggunakan enzim restriksi endonuklease. Sementara itu DNA yang di isolasi dari sel pankreas dipotong pada suatu segmen untuk mengambil segmen pengkode insulin. Pemotongan dilakukan dengan enzim yang sama.
  3. DNA kode insulin tersebut disambungkan pada plasmid menggunakan bantuan enzim DNA ligase. Hasilnya adalah kombinasi DNA kode insulin dengan plasmid bakteri yang disebut DNA rekombinan.
  4. DNA rekombinan yang terbentuk disisipkan kembali ke sel bakteri.
  5. Bila bakteri E. coli berbiak, maka akan dihasilkan koloni bakteri yang memiliki DNA rekombinan (Bambang, 2011).

 

PEMBAHASAN

Insulin bervariasi dari satu organisme ke organisme lainnya, namun hal ini tidak membedakan aktivitasnya. Pada mulanya sumber insulin untuk penggunaan klinis pada manusia diperoleh dari pancreas sapi atau babi. Insulin yang diperoleh dari sumber – sumber tersebut efektif bagi manusia karena indentik dengan insulin manusia. Insulin pada manusia, babi, dan sapi mempunyai perbedaan dalam susunan asam aminonya, tapi aktivitasnya tetap sama (Budiyanto, 2011).

Tabel 1. Perbedaan susunan asam amino pada insulin manusia, babi (pork), dan sapi (beef).

Spesies A8 A10 B28 B29 B30
Manusia Thr Ile Pro Lys Thr
Babi Thr Ile Pro Lys Ala
Sapi Ala Val Pro Lys Ala

Sumber :  Budiyanto, 2011

Pemberian Insulin Pada Penderita Diabetes Mellitus

Insulin adalah suatu hormon yang secara alami dihasilkan oleh pulau pulau langerhans pankreas. Insulin memungkinkan sel – sel tubuh mengabsorbsi glukosa dari darah untuk digunakan sebagai sumber energy, diubah menjadi molekul lain yang diperlukan, atau untuk disimpan. Insulin juga merupakan sinyal control untama konversi glukosa menjadi glikogen untuk penyimpanan internal di hati dan sel otot.  Bila jumlah insulin yang tersedia tidak mencukupi, sel tidak merespon adanya insulin (tidak sensitif atau resisten), atau bila insulin itu sendiri tidak diproduksi oleh sel – sel beta akibat rusaknya sel –sel beta pada pancreas, maka glukosa tidak dapat dimanfaatkan oleh sel tubuh ataupun disimpan dalam bentuk cadangan makanan dalam hati maupun sel otot. Akibat yang terjadi adalah peningkatan kadar glukosa dalam darah, penurunan sintesis protein, dan gangguan proses – proses metabolisme dalam tubuh. Hormon ini bekerja mengatur kadar glukosa dalam darah dengan cara mempermudah masuknya glukosa ke dalam semua jaringan tubuh. Jika jumlah insulin yang diproduksi tidak memadai, kadar glukosa dalam darah akan meningkat dan sebagai akibatnya glukosa akan di ekskresi dalam urine. Defisiensi insulin dalam manusia menyebabkan penyakit genetik diabetes mellitus jenis I atau disebut IDDM (Insulin Dependent Diabetes Mellitus). Bila tidak diobati penyakit ini akan membahayakan kehamilan, bahkan dapat menyebabkan kematian. Adanya insulin yang dapat membantu mengatur kadar glukosa darah merupakan salah satu tanda kekuasaanNya. Hal ini tercantum dalam firman Allah surat Al furqan ayat 2 yang artinya

“ Yang kepunyaanNya lah kerajaan langit dan bumi, dan dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagi Nya dalam kekuasaan (Nya), dan dia telah menviptakan segala sesuatu, dan dia menetapkan ukuran – ukurannya dengan serapi – rapinya.”

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 didalam lambung. Setelah disuntikan, insulin akan diserap kedalam aliran darah dan dibawa ke seluruh tubuh. Disini insulin akan bekerja menormalkan kadar gula darah (blood glucose) dan merubah glucose menjadi energi. Perlu diperhatikan daerah mana saja yang dapat dijadikan tempat menyuntikkan insulin. Bila kadar glukosa darah tinggi, sebaiknya disuntikkan di daerah perut dimana penyerapan akan lebih cepat. Namun bila kondisi kadar glukosa pada darah rendah, hindarilah penyuntikkan pada  daerah perut. Secara urutan, area proses penyerapan paling cepat adalah dari perut, lengan atas dan paha. Insulin akan lebih cepat diserap apabila daerah suntikkan digerak-gerakkan.

Penyuntikkan insulin pada satu daerah yang sama dapat mengurangi variasi penyerapan. Penyuntikkan insulin selalu di daerah yang sama dapat merangsang terjadinya perlemakan dan menyebabkan gangguan penyerapan insulin. Daerah suntikkan sebaiknya berjarak 1inchi (+ 2,5cm)  dari daerah sebelumnya. Lakukanlah rotasi di dalam satu daerah selama satu minggu, lalu baru pindah ke daerah yang lain (Budiyanto, 2011).

Kerja insulin dalam tubuh dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya :

1. Dosis

Semakin tinggi dosisnya maka semakin cepat aksinya.

2. Tempat injeksi

Pada umumnya insulin diberikan dengan injeksi menembus kulit. Pada pemberian intravena aksinya cepat, pad transdermal atau secara subkutan maka pada otot terjadi degradasi insulin 20-25%. Makanya harus diperhitungkan untuk mendapatkan dosis yang tepat. Kebanyakan insulin diinjeksikan pada perut (intrperional). Jarum untuk injeksi insulin kecil sekali dan pendek (0,5-1 cm). Dapat juga menggunakan implant pad dada yang dapat mensuplai insulin sedikit demi sedkit.

3. Kehadiran antibodi insulin

Hal ini terutama pada penggunaan hewan sebagai insulin. Jika digunakan insulin dari luar dikhawatirkan terjadi reaksi antigen antibodi maupun perusakan lain, kecuali pada penderita autoimun.

4. Aktivitas fisik

Semakin banyak aktivitas fisik yang kita lakukan maka kita perlu energi  (dari glukosa) yang semakin besar sehingga tidak perlu aksi insulin yang ekstra untuk mengubah glukosa menjadi glikogen (insulin yang diperlukan semakin sedikit).

Insulin dapat dibedakan atas dasar :

  1. Waktu kerja insulin (onset), yaitu waktu mulai timbulnya efek insulin sejak disuntikan.
  2. Puncak kerja insulin, yaitu waktu tercapainya puncak kerja insulin.
  3. Lama kerja insulin (durasi), yaitu waktu dari timbulnya efek insulin sampai hilangnya efek insulin (Budiyanto, 2011).

Insulin sampai saat ini dikelompokkan menjadi beberapa jenis antara lain:

1. Kerja cepat (rapid acting)

Contoh: Actrapid, Humulin R,Reguler Insulin (Crystal Zinc Insulin) Bentuknya larutan jernih, efek puncak 2-4 jam setelah penyuntikan, durasi kerja sampai 6 jam. Merupakan satu-satunya insulin yang dapat dipergunakan secara intra vena. Bisa dicampur dengan insulin kerja menengah atau insulin kerja panjang.

2.  Kerja menengah (intermediate acting)

Contoh: Insulatard, Monotard, Humulin N, NPH, Insulin Lente Dengan menambah protamin (NPH / Neutral Protamin Hagedom) atau zinc (pada insulin lente), maka bentuknya menjadi suspensi yang akan memperlambat absorpsi sehingga efek menjadi lebih panjang. Bentuk NPH tidak imunogenik karena protamin bukanlah protein.

3. Kerja panjang ( long acting)

Contoh: Insulin Glargine, Insulin Ultralente, PZI. Insulin bentuk ini diperlukan untuk tujuan mempertahankan insulin basal yang konstan. Semua jenis insulin yang beredar saat ini sudah sangat murni, sebab apabila tidak murni akan memicu imunogenitas, resistensi, lipoatrofi atau lipohipertrofi (Kiranawati, 2011).

Karakteristik farmakokinetik: pendek, intermediet dan long-acting sediaan insulin

Pemberian insulin:

Tabel 2. Karakteristik farmakokinetik : pendek, intermediet dan long-acting sediaan insulin

Kategori

Onset (jam setelah pemberian)

Aktivitas puncak (jam setelah pemberian)

Durasi (jam)

Aksi pendek

0,5-1

2-5

6-8

Aksi menengah

2

4-12

Sampai 24

Aksi lama

4

10-20

Sampai 36

Sumber :  Budiyanto, 2011

  1. short acting : diberi 0,5-1 jam sebelum makan
  2. intermediet acting : diberi 2 jam sebelum makan
  3. long acting : diberi 4 jam sebelum makan

Pemberian preparat insulin perlu diatur seperti di atas supaya saat kadar glukosa dalam tubuh tinggi (mencapai puncak) maka kadar insulin juga sudah tinggi, jadi harus seimbang. jika kadar insulin tinggi kadar glukosa darah rendah maka akan terjadi shock. Jika kadar insulin rendah tetapi kadar glukosa darah tinggi maka terjadi kelebihan gula (diabetes) (Budiyanto, 2011).

 

KESIMPULAN

  1. Defisiensi insulin dalam manusia menyebabkan penyakit genetik diabetes mellitus jenis I atau disebut IDDM (Insulin Dependent Diabetes Mellitus).
  2. Insulin adalah suatu hormon yang secara alami dihasilkan oleh pulau pulau langerhans pankreas.
  3. Insulin untuk pengobatan pada manusia diisolasi dari pankreas sapi atau babi tetapi masih menimbulkan efek samping.
  4. Produksi insulin bisa dilakukan dengan cara rekayasa genetika menggunakan bakteri E. coli.
  5. Insulin diberikan dengan injeksi karena jika diberikan melalui oral insulin akan rusak didalam lambung.
  6. Keja insulin dipengaruhi oleh dosis, tempat injeksi, kehadiran antibodi dan aktivitas.

 

DAFTAR PUSTAKA

–       Anonymous. 2011. Bioteknologi. (online) http:// Wikipedia.org. Diakses Tanggal 09 Desember 2011

–       Bambang, 2011. Membuat insulin dengan bantuan E. coli. (online) http://biologimediacentre.com/ bioteknologi-5-membuat-insulin-dengan-bantuan-e-coli/”. Diakses tanggal 09 Desember 2011

–       Budiyanto, Agus K. 2011 Rekayasa genetika dalam proses pembuatan insulin (online) http://aguskrisnoblog. wordpress.com/2011/01/11/rekayasa-genetika-dalam-proses-pembuatan-insulin-sebagai-salah-satu-terapi-penyakit-diabetes-mellitus/Diakses pada 09 Desember 2011.

–       Esha, et all.  2011. Pembuatan Insulin. http://www.slideshare.net/khairulhamidhamd/pembuatan-insulin.

–       Soffie, 1996.  Rekayasa Genetika Perbaiki Insulin. http://www.scribd.com/mobile/documents/search?query=5060348&commit=Search

–       Kiranawati, 2011. Penggunaan Insulin Pada Pasien Diabetes Melitus http://www.naturindonesia.com/diabetes-militus/insulin.html

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: