Penerapan Rekayasa Genetika pada Saccharomyces cereviceae dalam Produksi Vaksin Hepatitis B

Penerapan Rekayasa Genetika pada Saccharomyces cereviceae dalam Produksi Vaksin Hepatitis B

 

Application of Genetic Engineering in Saccharomyces cereviceae in the production of Hepatitis B Vaccine

 

Dian Mayangsari dan DR. H. Moch. Agus Krisno B, M.Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

 

Abstract

The role of genetic engineering to produce new combinations of genetic material through the insertion of nucleic acid molecules into a system of vector DNA (plasmid of bacteria, viruses, etc.) and then insert this vector into a host so it will produce a gene product in large quantities.

The purpose of writing this article is to investigate the role of genetic engineering in the health sector especially in addressing hepatitis B. One of the products of genetic engineering is a Hepatitis B vaccine produced by yeast (Saccharomyces cereviceae) through recombinant DNA techniques using hepatitis B surface antigen (HBsAg).

The use of this vaccine has been widespread throughout the world and proved effective in suppressing hepatitis B virus infection (HVB). Recombinant vaccines are the most commonly used are Recombivax HB and Energix-B, administered intramuscularly in newborns, children, and adults.
Key word: Genetic engineering, vaccine, HBsHg, Saccharomyces cereviceae

Abstrak

Peranan rekayasa genetika akan menghasilkan kombinasi baru dari materi genetik melalui penyisipan molekul asam nukleat kedalam suatu sistem DNA vektor (plasmid bakteri, virus dan lain-lain) dan kemudian memasukkan vektor ini kedalam suatu inang sehingga akan dihasilkan suatu produk gen dalam jumlah banyak.

Tujuan penulisan artikel ini adalah untuk mengetahui peranan rekayasa genetika dalam bidang kesehatan khususnya dalam menangani penyakit Hepatitis B. Salah satu produk rekayasa genetika adalah Vaksin Hepatitis B yang dihasilkan oleh yeast (Saccharomyces cereviceae) melalui teknik rekombinan DNA menggunakan hepatitis B surface antigen (HBsAg).

Penggunaan vaksin ini telah meluas di seluruh dunia dan terbukti efektif dalam menekan jumlah infeksi virus Hepatitis B (HVB). Jenis vaksin rekombinan yang paling umum digunakan adalah Recombivax HB dan Energix-B, diberikan secara intramuscular pada bayi yang baru lahir, anak-anak, dan dewasa.

 

PENDAHULUAN

Teknologi DNA rekombinan atau sering juga disebut rekayasa genetika merupakan teknologi yang memanfaatkan proses replikasi, transkripsi dan translasi untuk memanipulasi, mengisolasi dan mengekspresikan suatu gen dalam organisme yang berbeda. Biasanya gen dari organisme yang lebih tinggi diekspresikan pada organisme yang lebih rendah. Teknologi ini juga memberikan kesempatan yang tidak terbatas untuk menciptakan kombinasi baru dari gen yang tidak ada pada kondisi normal.

Melalui rekayasa genetika, akan dihasilkan kombinasi baru dari materi genetik melalui penyisipan molekul asam nukleat kedalam suatu sistem DNA vektor (plasmid bakteri, virus dan lain-lain) dan kemudian memasukkan vektor ini kedalam suatu inang sehingga akan dihasilkan suatu produk gen dalam jumlah banyak.

Rekayasa genetika telah banyak digunakan dalam berbagai bidang diantaranya dalam bidang pertanian (tanaman transgenik), pangan, pembuatan antibiotic, peternakan (kloning hewan), pengolahan limbah, pembuatan protein rekombinan, pembuatan enzim (streptokinase, rekombinase), pembuatan hormone (growth hormone) serta pembuatan vaksin (polio, hepatitis B, dan cacar). Dalam hal ini, produksi vaksin salah satunya vaksin hepatitis B dapat diterapkan dengan teknik rekayasa genetik dari sel ragi.

Infeksi virus hepatitis B dapat menyebabkan penyakit hati menahun, sirosis dan karsinoma hepatoselular. Di seluruh dunia diperkirakan ada lebih 200 juta orang sebagai carrier virus hepatitis B. Oleh karena itu, vaksin dalam imunisasi diperlukan terutama bagi yang mempunyai resiko infeksi tinggi, antara lain berdasarkan pola epidemiologi, faktor sisio ekonomi, budaya dan lingkungan.

Selain itu adanya transmisi perinatal virus hepatitis B di beberapa tempat menunjukan pentingnya imunisasi bayi, terutama yang lahir dari ibu karier (Poland, 2009).

Tujuan vaksinasi hepatitis B antara lain untuk mencegah penyakit klinis dan transmisi virus hepatitis B ke individu lain. Faktor yang mempengaruhi imunogenisitas pada waktu imunisasi antara lain faktor host dan faktor imunisasi. Faktor host meliputi umur, lingkungan dan genetik, sedang faktor imunisasi meliputi tempat inokulasi, dosis, vaksin dan program imunisasi.

Kemajuan di bidang genetika molekuler dan kimia asam nukleat, telah memungkinkan identifikasi dan analisis gen pengkode substansi aktif, transfer di antara organisme dan memproduksinya di bawah kondisi terkontrol. Gen pengkode produk tertentu dapat diisolasi dan dibiakkan untuk memproduksi zat tersebut, dengan cara memasukkan molekul DNA (alami atau sintetik) ke dalam vektor yang sesuai, kemudian dimasukkan ke dalam host.

Teknik rekombinan ini telah membuka jalan untuk mengembangkan produksi vaksin, terutama sumber infeksi yang belum tersedia vaksinnya dan untuk meningkatkan vaksin yang ada. Pendekatan baru terhadap perkembangan vaksin ini sangat berharga terutama untuk mikroorganisme/virus yang tidak dapat dibiakkan dengan metode yang ada, seperti virus hepatitis B.

Teknologi rekombinan DNA ini telah berhasil digunakan untuk memproduksi HBs Ag dengan berbagai sel antara lain sel prokariot seperti E. coli dan B. subtilis, sel eukariot seperti sel S. cerevisiae, sel CHO dan sebagainya (Heriansyah, 2011).

Vaksin hepatitis B yang diproduksi sel ragi rekombinan telah menjalani pengujian keamanan, imunogenisitas dan evaluasi klinis. Hasilnya menunjukkan bahwa vaksin ini aman, antigenik dan relatif bebas efek samping yang merugikan, bahkan vaksin ini telah dilisensikan dan diproduksi di berbagai negara (Poland, 2009).

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 (Isbagyo, 2005).

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

Penyakit Hepatitis B banyak ditemukan diseluruh dunia, terutama di daerah Asia, Afrika, Pasifik Selatan, Amerika Selatan, Timur Tengah. Diketahui bahwa penyakit ini 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 genus Orthohepadnavirus, 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

menit. Vaksinasi dilakukan pada 29 orang anak, hasilnya separuh dari anak terlindung dari infeksi Hepatitis B.

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 adalah Saccharomyces 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.

Penerapan Sel Ragi dalam Perspektif Islam

Seperti dalam Al-Qur’an Allah telah menjelaskan dalam Surat Al-Furqan ayat 2 yang berbunyi:

 

 

Artinya: yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya.

Pada ayat tersebut menjelaskan segala sesuatu yang diciptakan Allah SWT mempunyai sifat-sifat dan fungsinya masing-masing dalam hidup. Dimana yang ada dibumi ini terdapat keanekaragaman organisme baik yang mikro ataupun makro yang tiap-tiap individu tersebut dapat menunjukkan karakteristik dan kelompoknya berdasarkan bentuk ukurannya. Misalnya sel ragi atau Saccharomyces cerevisiae yang memberikan kontribusi dalam produksi vaksin hepatitis B dengan teknologi rekayasa genetika.

Pembuatan Vaksin Hepatitis B

Seperti yang kita ketahui cara yang dilakukan dengan memasukan mikroorganisme yang dilemahkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan kekabalan terhadap mikroorganisme berbahaya disebut vaksinasi. Pembuatan vaksin Hepatitis B dengan rekayasa genetika sama dengan pembuatan insulin dari babi yang membedakannya hanya vaksin hepatitis B menggunakan sel ragi.

 

 

 

 

 

 

 

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).

Awalnya, unsur genetik yang bertanggung jawab memproduksi HBsAg diambil dari virus penimbul hepatitis. Caranya, memotong bagian itu dari DNA (deoxyribonucleic acid), 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)

Recombivax HB® vaccine mengandung antigen Hepatitis B, amorphous aluminum hidroksiphosfat, yeast protein yang diberi formaldehid, dan thimerosal sebagai pengawet.

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 yeast Saccharomyces 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

 

Advertisements

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: