Bioteknologi di Bidang Kedokteran

Assalamualaikum wr.wb kali ini saya akan membagikan sedikit pengetahuan saya tentang bioteknologi di bidang kedokteran. Bioteknologi telah memberikan kontribusi besar dalam diagnosis penyakit.

Metode diagnostik yang menggunakan bioteknologi, seperti tes DNA, tes darah, dan tes genetik, telah memungkinkan dokter untuk mendeteksi penyakit dengan lebih cepat dan lebih akurat. Dengan bantuan bioteknologi, kita sekarang dapat mengidentifikasi penyakit genetik, seperti kanker, diabetes, dan penyakit jantung, dengan lebih mudah.

Sejarah Perkembangan Bioteknologi di Bidang Kedokteran

1. 1857 (Bioteknologi Non-Mikrobial dan Mikrobial): Pada tahun ini, bioteknologi non-mikrobial diterapkan karena belum terungkap bahwa makanan hasil fermentasi merupakan hasil kerja mikroorganisme. Setelah itu, Louis Pasteur pada tahun yang sama menemukan bahwa fermentasi dalam pembuatan anggur merupakan hasil kerja mikroorganisme. Produk makanan atau minuman yang dihasilkan melalui proses fermentasi termasuk tempe, tape, sake (di Jepang), tuak, anggur, dan yoghurt.
2. 1920: Proses fermentasi oleh mikroorganisme mulai digunakan untuk memproduksi zat seperti aseton, butanol, etanol, dan gliserin. Fermentasi juga dimanfaatkan untuk memproduksi asam laktat, asam sitrat, dan asam asetat menggunakan bakteri. Setelah Perang Dunia II, dihasilkan produk bioteknologi lain seperti penisilin dari jamur Penicillium notatum.
3. Tahun Produk atau Jasa Terkait:
   • 3000 SM: Minuman beralkohol hasil fermentasi.
   • 1680: Penemuan sel khamir oleh Antonie van Leeuwenhoek.
   • 1818: Fermentasi sel khamir oleh Erxleben.
   • 1857: Fermentasi asam laktat oleh Pasteur.
   • 1897: Buchner mengungkap enzim yang berperan dalam fermentasi.
   • 1928: Fred. Griffith menemukan konsep transformasi.
   • 1944: Oswall Avery, Colin McLeod & Maclyn McCarty menunjukkan bahwa yang ditransformasikan adalah senyawa asam nukleat tipe deoksiribosa.
   • 1953: Watson & Crick menemukan struktur tiga dimensi DNA.
   • 1970-an: a. Nathan & Smith menemukan enzim endonuklease restriksi, yang dapat memotong molekul DNA secara spesifik. b. Penemuan enzim DNA ligase untuk menyambung potongan DNA. c. Paul Berg berhasil menyambung molekul DNA sehingga dihasilkan DNA rekombinan pertama kali (Nobel). Awal abad ke-20: Konsep pewarisan sifat dari Gregor Mendel.
4. Produk Bioteknologi dalam Bidang Kedokteran: Bioteknologi dalam bidang kesehatan menghasilkan senyawa antibiotik yang mampu menghambat bakteri patogen.
5. Penemuan Antibiotik: Sir Alexander Fleming menemukan antibiotik pertama kali pada tahun 1928. Antibiotik tersebut dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum, yang dikenal sebagai penisilin.
6. Strain Antibiotik: Beberapa tahun kemudian, ditemukan strain lain, yaitu P. chrysogenum, yang memiliki kemampuan produksi lebih baik.
7. Produksi Antibiotik: Sebagian besar antibiotik dihasilkan oleh kapang tertentu atau bakteri dari kelompok Actinomycetes yang umumnya ditemukan di tanah. Produksi massal antibiotik dimulai pada dekade 1940-an. Awalnya, antibiotik diproduksi secara alami, namun saat ini telah dimodifikasi secara kimia sehingga merupakan proses semi-sintesis.

Tujuan dari Rekayasa Genetik Mikroorganisme

Rekayasa genetik pada mikroorganisme membawa harapan baru dalam melawan kanker serta dalam mengatasi masalah seperti salmonella typhimurium yang seringkali menjadi penyebab keracunan pangan.

Bakteri tersebut dapat diarahkan untuk melawan tumor dan kanker secara sistematis setelah direkayasa secara genetik. Melalui proses ini, bakteri dimodifikasi secara genetik agar mampu memusnahkan sel-sel kanker, namun tetap tidak berpotensi merusak atau menjadi patogen pada jaringan tubuh manusia.

Macam-macam Bioteknologi dalam Kedokteran

1. Rekayasa Pembuatan genetika vaksin
2. Fusi sel atau Pembuatan hibridoma antibotik
3. Teknologi Pembuatan plasmid hormon insulin
4. Rekombinasi Kloning DNA
5. Terapi gen
6. Antibodi

1. Rekayasa Genetika

Rekayasa Genetika merupakan suatu teknik manipulasi genetik untuk menciptakan organisme baru dengan sifat-sifat yang diinginkan.

Dalam rekayasa genetika, penggunaan DNA dimanfaatkan untuk menggabungkan sifat-sifat organisme. Karena struktur DNA pada setiap organisme memiliki kesamaan, DNA dapat direkayasa dengan lebih mudah. Terdapat beberapa metode untuk mengubah DNA sel, seperti transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid, dan rekombinasi DNA.

2. Fusi sel atau hibridoma

Fusi sel atau hibridoma merujuk pada penyatuan dua sel, baik dari spesies yang sama maupun berbeda, untuk membentuk sel baru atau hibridoma. Proses fusi sel dimulai dengan penggabungan membran dua sel, diikuti oleh penggabungan sitoplasma (plasmogami) dan penggabungan inti sel (kariogami).

Manfaat dari teknik fusi sel antara lain:

1. Pemetaan kromosom
2. Produksi antibodi monoklonal
3. Pengembangan spesies baru

Dalam proses fusi sel, komponen yang diperlukan meliputi:

1. Sel sumber gen (yang mengandung sifat-sifat yang diinginkan)
2. Sel wadah (yang mampu membelah dengan cepat)
3. Fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).

3. Teknologi plasmid

Teknologi plasmid memanfaatkan lingkaran kecil DNA yang terdapat di luar kromosom dalam sel bakteri atau ragi, yang disebut plasmid. Plasmid digunakan sebagai vektor untuk memindahkan gen ke dalam sel target. Sifat-sifat plasmid meliputi:

1. Mengandung gen tertentu
2. Kemampuan untuk melakukan replikasi sendiri
3. Kemampuan untuk berpindah ke sel bakteri lain
4. Sifat pada keturunan bakteri yang sama dengan plasmid induk.

4. Rekombinasi DNA

Rekombinasi DNA merupakan proses penyambungan fragmen DNA yang bertujuan untuk menggabungkan gen yang ada dalam DNA. Rekombinasi DNA terdiri atas dua jenis, yaitu alami (melalui pindah silang, transduksi, transformasi) dan buatan (melalui penyambungan DNA secara in vitro).

Faktor-Faktor DNA Rekombinan:

1. Enzim (pemotong & penyambung)
2. Vektor
3. Agen (sel target)

5. Antibodi monoclonal

Antibodi monoklonal merupakan hasil produksi dari pengembangan sel β limfosit yang hanya mampu mensekresikan satu jenis antibodi.

Proses produksi antibodi monoklonal dimulai dengan menyuntikkan antigen spesifik ke tikus secara in vitro, yang menghasilkan sel-sel β limfosit dalam limpa.

Teknik fusi sel kemudian digunakan untuk menggabungkan sel-sel β limfosit dengan sel-sel tumor (sel myeloma), membentuk sel hibridoma. Proses fusi sel ditingkatkan melalui penggunaan polietilen glikol (PEG), senyawa kimia yang membuka membran sel sehingga mempermudah fusi sel. Sel hibridoma kemudian ditanam pada medium selektif untuk berkembang biak. Setelah 10-30 hari, sel hibridoma dipisahkan dari campuran dan dibiakkan dalam tabung fermentasi.

Antibodi monoklonal yang dihasilkan harus dipisahkan dan dimurnikan. Antibodi monoklonal yang spesifik ini dapat digunakan dalam perangkat kit diagnostik, seperti pengiriman obat-obatan ke bagian yang terkena, deteksi penyakit secara cepat, pengujian kehamilan, serta pengobatan kanker.

6. Pembuatan vaksin

Vaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadap tubuh yang berasal dari mikroorganisme. Vaksin didapat dari virus dan bakteri yang telah dilemahkan atau racun yang diambil dari mikroorganisme tersebut.

Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia. Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen (contoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria)

7. Pembuatan antibiotik

Pembuatan antibiotik melibatkan metabolit sekunder yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Antibiotik tidak dihasilkan secara langsung oleh gen, tetapi diproduksi dalam sel melalui reaksi katalis enzim. Enzim diatur berdasarkan instruksi gen spesifik.

Teknologi fusi sel memungkinkan gabungan gen dan sintesis enzim baru, memungkinkan mikroba untuk menghasilkan antibiotik baru. Sebagai contoh, penisilin dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum.

Berikut adalah beberapa antibiotik dan mikroorganisme penghasilnya:

1. Aklasinomisin A: Diproduksi oleh Streptomyces antibioticus, berfungsi sebagai anti-tumor.
2. Aktinomisin D: Juga diproduksi oleh Streptomyces antibioticus, berperan sebagai anti-tumor.
3. Basitrasin: Dihasilkan oleh Bacillus sp., memiliki sifat antibakteri.
4. Bleomisin: Diproduksi oleh Streptomyces verticillium, efektif sebagai anti-kanker.
5. Daurubisin: Dihasilkan oleh Streptomyces peucetius, berperan sebagai anti-protozoa.
6. Fumagilin: Diproduksi oleh Aspergillus sp., bertindak sebagai pembunuh amuba.
7. Grisovulvin: Dihasilkan oleh Penicillium sp., memiliki sifat anti-jamur.
8. Kloramfenikol: Diperoleh dari Cephalosporium sp., efektif sebagai antibiotik.
9. Mitomisin C: Diproduksi oleh Streptomyces lavendulae, berperan sebagai anti-tumor.
10. Natacin: Dihasilkan oleh Streptomyces, berfungsi sebagai pengawet makanan.
11. Nisin: Juga dari Streptomyces, berperan sebagai pengawet makanan.
12. Penisilin G: Diproduksi oleh Penicillium sp., efektif sebagai antibiotik.
13. Rifomisin: Dihasilkan oleh Nocordia sp., memiliki sifat anti-TBC.
14. Sepalosporium: Diproduksi oleh Acremonium sp., berperan sebagai antibiotik.
15. Streptomisin: Dihasilkan oleh Streptomyces sp., memiliki sifat antibakteri.

8. Pembuatan hormon insulin

Pembuatan hormon insulin melibatkan pengambilan insulin manusia dari DNA sel manusia. Proses ini melibatkan pemotongan DNA sel manusia menggunakan enzim pemotong (enzim restriksi).

Gen yang menghasilkan insulin kemudian disambungkan ke plasmid bakteri Escherichia coli menggunakan enzim ligase. Hasil penyambungan ini kemudian dimasukkan ke dalam sel bakteri Escherichia coli, sehingga bakteri tersebut mengandung gen insulin manusia.

9. Kloning

Kloning merupakan salah satu bentuk reproduksi aseksual di mana tidak terjadi proses meiosis dan rekombinasi, sehingga sel-sel atau organisme yang dihasilkan memiliki kesamaan genetik yang tinggi. Ada dua jenis kloning:

1. Kloning Gen: Jenis kloning ini mengacu pada proses menggandakan sekuens genetik tertentu untuk tujuan penelitian atau aplikasi tertentu.
2. Kloning Individu: Merupakan proses pembuatan organisme baru yang memiliki materi genetik identik dengan organisme asalnya.

10. Terapi gen

Terapi gen digunakan untuk mengatasi penyakit yang disebabkan oleh kelainan genetik. Proses terapi gen melibatkan penyetelan gen normal ke dalam sel pasien, dengan tujuan menggantikan atau memperbaiki gen yang rusak.

Gen normal diselipkan melalui vektor virus seperti retrovirus atau adenovirus. Vektor virus ini menginfeksi sel-sel sumsum tulang yang diambil dari pasien. Kemudian, vektor virus memasukkan gen normal ke dalam inti sel, memungkinkan sel untuk memproduksi protein sesuai dengan instruksi gen normal tersebut.

Dampak Perkembangan Bioteknologi di Bidang Kedokteran

Perkembangan bioteknologi memiliki dua dampak utama dalam bidang kedokteran:

Dampak Positif

Perkembangan bioteknologi di bidang kedokteran memiliki dampak positif yang signifikan, termasuk:

1. Hormon Pertumbuhan (STH): Merupakan protein hasil rekayasa genetika yang berguna dalam mengatasi penyakit jantung dan stroke.
2. Antibodi Monoklonal: Digunakan untuk mendiagnosis penyakit dan meningkatkan sistem kekebalan tubuh terhadap kanker.
3. Manipulasi Produk Vaksin: Melalui Escherichia coli dan antibiotik baru hasil fusi sel, meningkatkan kemampuan dalam produksi vaksin yang lebih efektif.
4. Interferon: Merupakan antibiotik yang dimodifikasi untuk melawan melanoma (kanker darah) dan membantu dalam penyembuhan penyakit rematik tulang.

Dampak Negatif

Namun, terdapat dampak negatif dari perkembangan bioteknologi dalam bidang kedokteran, seperti:

1. Produk Rekayasa Genetik yang Berpotensi Berbahaya: Ada produk hasil rekayasa genetik yang dapat menimbulkan masalah serius, seperti kematian akibat penggunaan insulin yang tidak tepat.
2. Risiko Kontaminasi Bahan Kimia Berbahaya: Contohnya, sapi yang disuntik dengan Hormon BGH (Bovine Growth Hormone) yang mengandung bahan kimia berpotensi berbahaya.
3. Gen Resisten terhadap Antibiotik pada Tomat Flavr Savr: Ditemukan bahwa tomat ini membawa gen resisten terhadap antibiotik.
4. Efek Samping Antibodi Monoklonal: Pasien yang menggunakan Antibodi Monoklonal dapat mengalami efek samping seperti demam, menggigil, nyeri otot, nyeri kepala, dan rasa letih.
5. Penggunaan Antibiotik yang Tidak Sesuai Dosis: Penting untuk menggunakan antibiotik sesuai dengan dosis yang dianjurkan, karena dosis yang terlalu rendah atau terlalu tinggi dapat membahayakan.

Dalam pengembangan bioteknologi kedokteran, penting untuk mempertimbangkan dan meminimalkan risiko-risiko yang terkait dengan produk-produk rekayasa genetik serta memastikan penggunaannya sesuai dengan petunjuk medis yang tepat.