INSULIN

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