Pada
awalnya, rekayasa genetika merupakan khayalan masa depan dalam cerita ilmiah.
Tetapi sekarang kemampuan untuk mencangkokkan bahan genetik dan membongkar
kembali informasi genetika memberikan hasil yang sangat nyata dan telah
terbukti sangat bermanfaat.Rekayasa genetika dapat memberikan hasil yang
menguntungkan. Misalnya, memaksa suatu mikroorganisme, yaitu bakteri untuk
membentuk insulin yang mirip sekali dengan insulin yang dihasilkan manusia, sehingga
sekarang para penderita diabetes dapat menerima insulin manusia yang dibuat
melalui bakteri. Dan dinyatakan bahwa insulin ini (insulin yang diperoleh dari
hewan) dapat diterima dengan baik oleh tubuh manusia.
Sejak
Banting dan Best menemukan hormon insulin pada tahun 1921, pasien diabetes
mellitus yang mengalami peningkatan kadar gula darah disebabkan gangguan
produksi insulin, telah diterapi dengan menggunakan insulin yang berasal dari
kelenjar pankreas hewan.
Meskipun
insulin sapi dan babi mirip dengan insulin manusia, namun komposisinya sedikit
berbeda. Akibatnya, sejumlah sistem kekebalan tubuh pasien menghasilkan
antibodi terhadap insulin babi dan sapi yang berusaha menetralkan dan
mengakibatkan respon inflamasi pada tempat injeksi. Selain itu efek samping
dari insulin sapi dan babi ini adalah kekhawatiran adanya komplikasi jangka
panjang dari injeksi zat asing yang rutin.
Faktor-faktor
ini menyebabkan peneliti mempertimbangkan untuk membuat Humulin dengan
memasukkan gen insulin ke dalam vektor yang cocok, yaitu sel bakteri E. coli,
untuk memproduksi insulin yang secara kimia identik dan dapat secara alami
diproduksi. Hal ini telah dicapai dengan menggunakan teknologi DNA rekombinan.
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.
Struktur
insulin
Secara
kimia, insulin adalah protein kecil sederhana yang terdiri dari 51 asam amino,
30 di antaranya merupakan satu rantai polipeptida, dan 21 lainnya yang
membentuk rantai kedua. Kedua rantai dihubungkan oleh ikatan disulfida.
Kode genetik
untuk insulin ditemukan dalam DNA di bagian atas lengan pendek dari kromosom
kesebelas yang berisi 153 basa nitrogen (63 dalam rantai A dan 90 dalam rantai
B). DNA yang membentuk kromosom, terdiri dari dua heliks terjalin yang dibentuk
dari rantai nukleotida, masing-masing terdiri dari gula deoksiribosa, fosfat dan
nitrogen. Ada empat basa nitrogen yang berbeda yaitu adenin, timin, sitosin dan
guanin. Sintesis protein tertentu seperti insulin ditentukan oleh urutan dasar
tersebut yang diulang.
Bakteri
Escherichia Coli
Escherichia
coli ( E-coli) merupakan salah satu jenis spesies utama bakteri gram
negatif. E. coli merupakan bakteri berbentuk batang dengan
panjang sekitar 2 micrometer dan diamater 0.5 micrometer. Volume sel E. coli
berkisar 0.6-0.7 micrometer kubik. Bakteri ini termasuk umumnya hidup pada
rentang 20-40 derajat C, optimum pada 37 derajat.
Bakteri yang
ditemukan oleh Theodor Escherich pada 1885 ini dapat ditemukan dalam usus besar
manusia. Di usus besar manusia terkandung sejumlah E-coli yang berfungsi
membusukkan sisa-sisa makanan. Di samping berfungsi membantu membusukkan sisa
pencernaan, E-coli juga menghasilkan vitamin B12 dan vitamin K yang penting
dalam proses pembekuan darah. Sedangkan fungsi E-coli dalam organ pencernaan
hewan, semisal kuda, adalah membantu mencernakan selusosa rumput menjadi zat
yang lebih sederhana agar dapat diserap oleh dinding usus( Waluyo, 2005).
Proses pembuatan insulin
Escherrichia coli (E. coli), penghuni saluran pencernaan
manusia, adalah pabrik yang digunakan dalam rekayasa genetika insulin. Ketika
bakteri berreproduksi, gen insulin direplikasi bersama dengan plasmid. E. coli
seketika memproduksi enzim yang dengan cepat mendegradasi protein asing seperti
insulin. Hal tersebut dapat dicegah dengan cara menggunakan E. coli strain
mutan yang sedikit mengandung enzim ini. Pada E. coli, B-galaktosidase adalah
enzim yang mengontrol transkripsi gen. Untuk membuat bakteri memproduksi
insulin, gen insulin perlu terikat pada enzim ini.
Enzim restriksi secara alami diproduksi oleh bakteri. Enzim
restriksi bertindak seperti pisau bedah biologi, hanya mengenali rangkaian
nukleotida tertentu, misal salah satunya rangkaian kode untuk insulin. Hal
tersebut memungkinkan peneliti untuk memutuskan pasangan basa nitrogen tertentu
dan menghapus bagian DNA yang berisi kode genetik dari kromosom sebuah
organisme sehingga dapat memproduksi insulin. Sedangkan DNA ligase adalah suatu
enzim yang berfungsi sebagai perekat genetik dan pengelas ujung nukleotida.
Setelah tumbuh
membentuk koloni, bakteri yang mengandung DNA rekombinan diidentifikasi menggunakan
probe. Probe adalah rantai RNA atau rantai tunggal DNA yang diberi
label bahan radioaktif atau bahan fluorescent dan dapat berpasangan dengan basa
nitrogen tertentu dari DNA rekombinan. Pada langkah pembuatan insulin ini probe
yang digunakan adalah ARNd dari gen pengkode insulin pankreas manusia.
Untuk
memilih koloni bakteri mana yang mengandung DNA rekombinan, caranya adalah
menempatkan bakteri pada kertas filter lalu disinari dengan ultraviolet.
Bakteri yang memiliki DNA rekombinan dan telah diberi probe akan tampak
bersinar. Nah, bakteri yang bersinar inilah yang kemudian diisolasi untuk
membuat strain murni DNA rekombinan. Dalam metabolismenya, bakteri ini akan
memproduksi hormon insulin (Isharmanto, 2009).
Langkah pertama pembuatan humulin adalah mensintesis rantai
DNA yang membawa sekuens nukleotida spesifik yang sesuai karakteristik rantai
polipeptida A dan B dari insulin. Urutan DNA yang diperlukan dapat ditentukan
karena komposisi asam amino dari kedua rantai telah dipetakan. Enam puluh tiga nukleotida
yang diperlukan untuk mensintesis rantai A dan sembilan puluh untuk rantai B,
ditambah kodon pada akhir setiap rantai yang menandakan pengakhiran sintesis
protein.
Antikodon menggabungkan asam amino, metionin, kemudian
ditempatkan di setiap awal rantai yang memungkinkan pemindahan protein insulin
dari asam amino sel bakteri itu. ‘Gen’ sintetik rantai A dan B kemudian secara
terpisah dimasukkan ke dalam gen untuk enzim bakteri, B-galaktosidase, yang
dibawa dalam plasmid vektor tersebut. Pada tahap ini, sangat penting untuk
memastikan bahwa kodon gen sintetik kompatibel dengan B-galaktosidase. Plasmid
rekombinan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel E. coli.
Praktis penggunaan teknologi DNA rekombinan dalam sintesis
insulin manusia membutuhkan jutaan salinan plasmid bakteri yang telah
digabungkan dengan gen insulin dalam rangka untuk menghasilkan insulin. Gen
insulin diekspresikan bersama dengan sel mereplikasi galaktosidase-B di dalam
sel yang sedang menjalani mitosis.
Protein yang terbentuk, sebagian terdiri dari
B-galaktosidase, bergabung ke salah satu rantai insulin A atau B. Rantai
insulin A dan rantai B kemudian diekstraksi dari fragmen B-galaktosidase dan
dimurnikan.
Kedua rantai dicampur dan dihubungkan kembali dalam reaksi
yang membentuk jembatan silang disulfida, menghasilkan Humulin murni (insulin
manusia sintetis).
Jenis
dan Pemanfaatan Insulin
Insulin
adalah hormon alami yang dikeluarkan oleh pankreas. Insulin dibutuhkan oleh sel
tubuh untuk mengubah dan menggunakan glukosa darah (gula darah). Dari glukosa,
sel membuat energi yang dibutuhkan untuk menjalankan fungsinya. Pasien diabetes
mellitus (kencing manis) tidak memiliki kemampuan untuk mengambil dan
menggunakan gula darah, sehingga kadar gula darah meningkat. Pada diabetes tipe
I, pankreas tidak dapat memproduksi insulin. Sehingga pemberian insulin
diperlukan. Pada diabetes tipe 2, pasien memproduksi insulin, tetapi sel tubuh
tidak merespon denga normal terhadap insulin. Namun demikian, insulin juga
digunakan pada diabetes tipe 2 untuk mengatasi resistensi sel terhadap insulin.
Dengan peningkatan pengambilan glukosa oleh sel dan menurunnya kadar gula
darah, insulin mencegah atau mengurangi komplikasi lebih lanjut dari diabetes,
seperti kerusakan pembuluh darah, mata, ginjal dan syaraf. Insulin diberikan
dengan cara disuntikkan di bawah kulit (subkutan). Jaringan subkutan perut
adalah yang terbaik karena penyerapan insulin lebih konsisten dibanding di
tempat lainnya. Terdapat banyak bentuk insulin. Insuin diklasifikasikan berdasarkan
dari berapa cepat insulin mulai bekerja dan berapa lama insulin bekerja.
Terdapat
lima tipe insulin yang tersedia: Fast insulin, Short acting, Intermediate
acting, Long acting dan Premixed insulin, yang tersedia dengan
teknologi rekombinan atau semi rekombinan sebagai insulin “human”.
Insulin analog yang dihasilkan melalui teknologi rekombinan DNA memiliki profil
kerja yang lebih fisiologik dibandingkan human insulin semisintetik yang
sebelumnya digunakan. Insulin manusia yang bekerja singkat (short-acting/regular
human insulin) yang bekerja sebagai prandial insulin masih memiliki berbagai
kelemahan, antara lain mula kerja yang lambat (perlu di berikan 30-45 menit
sebelum makan), risiko keamanan bila batal makan, masa kerja yang panjang,
hipoglikemia post-prandial 4-6 jam setelah makan, risiko hiperinsulinemia.
Dikembakangkannya
insulin analog yang bekerja cepat (rapid – acting), Seperti insulin
lispro, insulin aspart serta insulin glusine menghasilkan insulin yang memiliki
penyerapan di subkutan yang lebih cepat, puncak kerja yang lebih singkat dan
tinggi serta masa kerja yang juga lebih singkat. Akibatnya waktu pemberian
menjadi lebih dekat dengan waktu makan, bahkan dapat diberikan saat makan,
serta risiko hipoglikemia pots-prandial menjadi lebih kecil.
Insulin
lispro dan insulin aspart merupakan insulin analog kerja-cepat yang telah
beredar saat ini, dan kerja kedua insulin ini pada metabolisme karbohidrat dan
lipid tampaknya serupa.Insulin lispro memiliki asam amino B28 (lisin) dan B29
(prolin), yang berkebalikan dengan insulin manusia (B28 prolin dan B29 lisin).
Perbedaan ini menyebabkan disolusi yang lebih cepat menjadi dimer kemudian
monomer yang akan diserap dengan cepat (pada pemberian subkutan).
Insulin
glulisine (B3 lisin mengggantikan asparagin dan B29 glulisin menggantikan
lisin) merupakan insulin analog kerja cepat yang sedang menjalani evaluasi di
USA dan Eropa, dan pada beberapa penelitian menunjukkan anset, puncak dan masa
kerja yang mirip dengan kedua pandahulunya.
Secara
keseluruhan sebanyak 20-25% pasien DM tipe 2 kemudian akan memerlukan insulin
untuk mengendalikan kadar glukosa darahnya. Untuk pasien yang sudah tidak dapat
dikendalikan
kadar glukosa darahnya dengan kombinasi sulfonylurea dan metformin, langkah
berikut yang mungkin diberikan adalah insulin.
Disamping
pemberian insulin secara konvensional 3 kali sehari dengan memakai insulin
kerja cepat, insulin dapat pula diberikan dengan dosis terbagi insulin kerja
menengah dua kali sehari dan kemudian diberikan campuran insulin kerja cepat
dimana perlu sesuai dengan respon kadar glukosa darahnya. Umumnya dapat juga
pasien langsung diberikan insulin campuran kerja cepat dan menengah dua kali
sehari.
Kombinasi
insulin kerja sedang yang diberikan malam hari sebelum tidur dengan
sulfonylurea tampaknya memberikan hasil yang lebih baik daripada dengan insulin
saja, baik satu kali ataupun dengan insulin campuran. Keuntungannya pasien
tidak harus dirawat dan kepatuhan pasien tentu lebih besar.
Insulin
dapat diberikan pada keadaan: penurunan berat badan yang cepat,
hiperglikemia berat yang disertai ketoasidosis, ketoasidosis diabetic,
hiperglikemia hiperosmolar non ketotik, Hiperglikemia dengan asidosis laktat,
Gagal dengan kombinasi OHO dosis hamper maksimal, Stres berat (infeksi
sistemik, operasi besar, IMA, stroke), Kehamilan dengan DM/diabetes mellitus
gestasional yang tidak dapat dikendalikan dengan perencanaan makan, Gangguan
fungsi ginjal atau hati yang berat, Kontraindikasi dan atau alergi terhadap OHO
Untuk pasien
berobat jalan, bila sudah ada indikasi pemberian insulin maka dianjurkan untuk
memulainya dengan insulin kerja menengah 5 unit pada pagi hari dan dilakukan
evaluasi kadar glukosa darah harian dengan secara bertahap melakukan
penyesuaian dosis insulin sehingga tercapai target control glukosa darah.
Penyesuaian dosis insulin dapat dilakukan dengan menambah 2-4 unit setiap 3-4
hari. Macam dan jadwal pemberian insulin dapat diubah sesuai respon.
Daftar Pustaka
Walyo, Lud. 2005. Mikrobiologi
Umum. UMM Press : Malang
Isharmanto.2009.Rekayasa
Genetika.http://Isharmanto.Biologi Gonzaga
Tof, Ilanit. 1994.
Recombinant DNA Technology in the Synthesis of Human Insulin Diunduh dari: http://www.littletree.com.au/dna.htm