Dari Gen ke Jarum Suntik: Memahami Tahapan Teknologi Plasmid dalam Pembuatan Hormon Insulin

Diabetes melitus, penyakit kronis yang mempengaruhi jutaan orang di seluruh dunia, bergantung pada ketersediaan insulin untuk mengelola kadar gula darah. Sebelum revolusi bioteknologi, insulin yang digunakan untuk terapi diabetes berasal dari pankreas hewan ternak, seperti babi dan sapi. Proses ini mahal, berpotensi menimbulkan reaksi alergi, dan ketersediaannya terbatas. Namun, perkembangan teknologi plasmid merevolusi produksi insulin, memungkinkan produksi insulin manusia yang aman, efektif, dan melimpah. Artikel ini akan menjelaskan secara rinci tahapan teknologi plasmid dalam pembuatan hormon insulin, mulai dari isolasi gen hingga proses pemurnian produk akhir.

1. Isolasi dan Kloning Gen Insulin:

Perjalanan pembuatan insulin rekombinan dimulai dengan isolasi gen insulin manusia. Gen ini, yang bertanggung jawab untuk mengkodekan rantai polipeptida insulin (rantai A dan rantai B), diisolasi dari sel-sel pulau Langerhans pankreas manusia. Proses isolasi ini melibatkan beberapa teknik molekuler canggih, termasuk:

• Pembuatan cDNA (copy DNA): mRNA yang mengkode insulin diekstraksi dari sel-sel pulau Langerhans. Enzim reverse transcriptase kemudian digunakan untuk mengubah mRNA menjadi cDNA, sebuah molekul DNA untai tunggal yang komplementer dengan mRNA. cDNA lebih stabil daripada mRNA dan cocok untuk manipulasi genetik selanjutnya.
• Amplifikasi PCR (Polymerase Chain Reaction): Teknik PCR digunakan untuk memperbanyak salinan cDNA gen insulin. Proses ini menggunakan primer spesifik yang dirancang untuk mengikat urutan DNA yang membatasi gen insulin. Dengan siklus pemanasan dan pendinginan berulang, jutaan salinan gen insulin dihasilkan dalam waktu singkat.
• Pemotongan dan Penyisipan Gen Insulin ke dalam Vektor Plasmid: Gen insulin yang telah diamplifikasi selanjutnya dipotong menggunakan enzim restriksi. Enzim restriksi adalah enzim yang mengenali dan memotong DNA pada urutan basa spesifik. Potongan DNA ini kemudian disisipkan ke dalam vektor plasmid, sebuah molekul DNA sirkuler kecil yang ditemukan pada bakteri. Plasmid yang digunakan sebagai vektor harus memiliki beberapa karakteristik penting, seperti:
  • Origin of Replication (Ori): Urutan DNA yang memungkinkan plasmid bereplikasi secara independen di dalam sel bakteri.
  • Marker Seleksi: Gen yang memberikan resistensi terhadap antibiotik tertentu, memungkinkan identifikasi bakteri yang mengandung plasmid rekombinan.
  • Situs Restriksi: Urutan DNA spesifik yang dikenali oleh enzim restriksi, memungkinkan penyisipan gen insulin.

Proses penyisipan gen insulin ke dalam plasmid disebut kloning. Setelah penyisipan, plasmid rekombinan (plasmid yang mengandung gen insulin) diligasi (disatukan) menggunakan enzim ligase DNA.

2. Transformasi Bakteri:

Plasmid rekombinan yang mengandung gen insulin selanjutnya ditransformasikan ke dalam sel bakteri, biasanya Escherichia coli (E. coli). Transformasi adalah proses transfer materi genetik dari luar sel ke dalam sel bakteri. Beberapa metode transformasi dapat digunakan, termasuk:

• Transformasi Kimia: Sel bakteri diperlakukan dengan senyawa kimia yang membuat membran selnya permeabel terhadap DNA plasmid.
• Transformasi Elektroporasi: Sel bakteri diberi pulsa listrik yang membuat pori-pori sementara pada membran sel, memungkinkan masuknya plasmid.

Setelah transformasi, bakteri yang telah mengambil plasmid rekombinan akan tumbuh dan berkembang biak, menghasilkan banyak salinan plasmid dan gen insulin. Bakteri yang berhasil ditransformasikan dipilih dengan menggunakan marker seleksi yang ada pada plasmid, misalnya resistensi terhadap antibiotik.

3. Ekspresi Gen Insulin:

Bakteri yang mengandung plasmid rekombinan kemudian dibudidayakan dalam fermentor berskala besar. Dalam kondisi pertumbuhan yang optimal, bakteri akan mengekspresikan gen insulin, menghasilkan rantai polipeptida A dan B insulin. Proses ekspresi ini melibatkan mekanisme transkripsi dan translasi di dalam sel bakteri. mRNA dari gen insulin ditranslasi oleh ribosom bakteri menjadi rantai polipeptida insulin. Namun, rantai polipeptida ini belum berbentuk insulin yang aktif secara biologis.

4. Pemrosesan dan Pemurnian Insulin:

Rantai polipeptida A dan B insulin yang dihasilkan oleh bakteri kemudian harus diproses dan dimurnikan untuk menghasilkan insulin yang aktif secara biologis. Proses ini melibatkan beberapa tahapan:

• Pemisahan Rantai A dan B: Rantai A dan B insulin dipisahkan dari protein bakteri lainnya menggunakan teknik kromatografi. Kromatografi adalah teknik pemisahan berdasarkan perbedaan sifat fisikokimia komponen.
• Penggabungan Rantai A dan B: Rantai A dan B insulin kemudian digabungkan secara kimiawi untuk membentuk struktur insulin yang aktif.
• Pemurnian Akhir: Insulin yang telah terbentuk dimurnikan lebih lanjut untuk menghilangkan kontaminan dan memastikan kemurnian yang tinggi. Teknik pemurnian yang digunakan dapat berupa kromatografi afinitas, filtrasi ultra, dan lain-lain.

5. Pengujian dan Kontrol Kualitas:

Insulin yang telah dimurnikan selanjutnya diuji secara ketat untuk memastikan kemurnian, potensi, dan keamanannya. Pengujian ini meliputi:

• Pengujian Kemurnian: Memastikan tidak ada kontaminan protein bakteri atau senyawa lain yang berbahaya.
• Pengujian Potensi: Memastikan insulin memiliki aktivitas biologis yang sesuai.
• Pengujian Sterilitas: Memastikan insulin bebas dari mikroorganisme.
• Pengujian Toksisitas: Memastikan insulin aman untuk digunakan.

Setelah semua pengujian dan kontrol kualitas terpenuhi, insulin rekombinan siap dikemas dan didistribusikan untuk digunakan dalam terapi diabetes. Proses produksi insulin rekombinan melalui teknologi plasmid telah merevolusi pengobatan diabetes, memberikan akses yang lebih luas terhadap terapi insulin yang aman dan efektif. Kemajuan teknologi terus dilakukan untuk meningkatkan efisiensi dan skalabilitas proses produksi, serta untuk mengurangi biaya. Teknik rekayasa genetika yang lebih canggih, penggunaan sel inang selain E. coli, dan optimasi proses pemurnian terus dikembangkan untuk memastikan ketersediaan insulin yang berkualitas tinggi untuk jutaan pasien di seluruh dunia.

Kesimpulan:

Pembuatan insulin rekombinan menggunakan teknologi plasmid merupakan contoh sukses penerapan bioteknologi dalam bidang farmasi. Proses ini, yang melibatkan tahapan isolasi gen, kloning, transformasi, ekspresi, pemrosesan, dan pemurnian, menghasilkan insulin manusia yang identik dengan insulin yang diproduksi oleh tubuh manusia sendiri. Teknologi ini telah memberikan dampak yang signifikan terhadap pengobatan diabetes, meningkatkan kualitas hidup jutaan penderita diabetes di seluruh dunia. Perkembangan teknologi di masa depan diharapkan akan semakin meningkatkan efisiensi dan menurunkan biaya produksi, sehingga akses terhadap terapi insulin yang terjangkau dan berkualitas tinggi dapat semakin meluas.

penulis zanuar farel cristian