PERANAN BIOLOGIDALAM DUNIA KEDOKTERAN

• Beberapa perkembangan biologi dalam dunia

kedokteran

ANTIRETROVIRAL

• Obat golongan ini menghambat replikasi HIV dengan menghalangi kerja enzim reverse transkriptase. Enzim ini mengubah materi genetik HIV (RNA) menjadi DNA

• Hal ini harus terjadi sebelum materi genetik HIV dipadukan dengan materi genetik sel yang terinfeksi HIV

Fertilisasi In Vitro

• Teknik ini dapat membantu pasangan suami istri yang sulit mendapatkan keturunan karena suatu kelainan.

• Fertilasi ini tentunya berasal dari gamet pasangan yang bersangkutan.

• Teknik karakterisasi dan pemisahan gamet sperma yang membawa kromosom X dan Y (penentu jenis kelamin keturunan) juga telah berhasil dilakukan.

Transplantasi Organ

• penderita penyakit yang mengalami kerusakan pada salah satu organ tubuhnya, kini telah mendapatkan jalan keluarnya yaitu melalui teknik transplantasi (pencangkokan) organ.

• Transplantasi organ yang sudah berhasil dilakukan oleh para dokter adalah pencangkokan ginjal, jantung, sumsum tulang belakang maupun hati.

Pembuatan Vaksin

• Virologi pun telah memberikan sumbangannya dalam usaha menciptakan vaksin-vaksin. Misalnya : Virus Flu Burung.

• satu gen virus flu burung kemudian menggantikan gennya tadi dengan gen flu manusia. Hasil dari kombinasi virus buatan ini kemudian dipersiapkan sebagai basis untuk pembuatan vaksinnya.

Sintesis antibiotika

• Mikrobiologi kedokteran telah berhasil mengidentifikasi beberapa jenis mikroba yang menyebabkan penyakit pada manusia maupun hewan. Dengan demikian, antibiotik untuk mikroba-mikroba tersebut dapat dibuat.

PETA KONSEP

Kelangsungan Hidup Manusia

Ditunjang Oleh

Teknologi

melalui

Bioteknologi

Bioteknologi Konvensional Bioteknologi Modern

Produksi Misalnya

Tempe Kecap Keju mikroprotein Kultur Jaringan

Rekayasa Genetik

Pengertian Bioteknologi Pemanfaatan organisme hidup untuk

menghasilkan produk dan jasa yang bermanfaat bagi manusia

Manipulation of the molecular basis of inheritance by methods collectively called recombinant DNA technology

Perbandingan Bioteknologi Konvensional dan Modern

B. Konvensional1. Memakai makhluk

hidup scr langsung

2. Tanpa didasari prinsip ilmiah

3. Berdasarkan keteram-pilan yg diwariskan turuntemurun

4. Tidak diproduksi scr masal

B. Modern1. Memakai makhluk hi-

dup dan komponen-nya scr langsung

2. Menggunakan prinsip-prinsip ilmiah

3. Hasil pengkajian berbagi disiplin ilmu yg mendalam

4. Diproduksi secara masal

Amerika Serikat mengijinkan digunakannya sel tubuh manusia untuk kegiatan penelitian mengenai terapi gen.1990

Metode polymerase chain reaction (PCR) pertama kali dipublikasikan1988

Badan paten Amerika Serikat mengumkan bahwa tikus yang direkayasa secara genetis peka terhadap kanker1988

Ti plasmid yang telah direkayasa digunakan untuk transformasi pada tanaman1983

Pertama kalinya vaksin hewan diproduksi menggunakan teknologi DNA rekombinan di Eropa1982

Pertama kalinya kit diagnostik yang dibuat dari antibodi monoklonal digunakan secara luas di Amerika Serikat1981

Pertama kalinya alat otomatis untuk sintesis DNA dijual secara komersial1981

Badan pengadilan Amerika Serikat menetapkan peraturan dalam kasus Diamond VS Chakrabarty yang melakukan manipulasi mikroorganisme yang dipatenkan.

1980

Perusahaan Genentech memproduksi insulin manusia pada sel bakteri Escherichia coli1978

Pengembangan teknik untuk mengetahui sekuen DNA1976

Pertama kali dikeluarkan pedoman untuk penelitian dalam bidang DNA rekombinan1976

Kohler dan Milstein mendeskripsikan produksi antibodi monoklonal1975

Boyer dan Cohen mengembangkan teknologi DNA rekombinan1973

Khorana dan rekan-rekannya dapat mensintesis keseluruhan gen yang mengkode tRNA1972

Isolasi pertama kali enzim endonuklease restriksi1970

Keseluruhan kode genetik dapat diketahui1961-1966

Watson dan Crick menemukan struktur DNA1953

Avery, MacLeod dan McCarty membuktikan bahwa DNA merupakan materi genetik.1944

Antibiotik penisilin diproduksi besar-besaran dalam skala industri1943

Karl Ereky pertama kali menyatakan istilah bioteknologi 1917

PeristiwaTahun

Untuk mempelajari kloning gen dibutuhkan pengetahuan tentang konsep biologi molekuler dan penggunaan tehnik-tehnik dalam

laboratorium

• Teknologi DNA telah meluncurkan revolusi dalam bidang bioteknologi yaitu manipulasi organisme atau komponen organisme untuk melakukan tugas tugas praktis untuk menghasilkan produk yang bermanfaat.

• Semuanya melibatkan para peneliti dari bidang a.l; biologi, mikrobiologi, biologi molekuler,dan para teknisi peralatan untuk menunjang kerja para peneliti.

Teknik ini menjanjikan berbagai kemampuan yang revolusioner, antara lain :– Cepat– Dapat diterapkan secara universal– Dapat dilakukan pengendalian yang ketat

terhadap proses manipulasi– Dapat membentuk berbagai kombinasi

genetik baru yang belum diseleksi sebelumnya dengan metode laboratorium

Perangkat Teknik DNA Rekombinan (Rekayasa Genetika)

:

• Enzim restriksi • Vektor / wahana kloning• Konstruksi dan pengklonan• Konjugasi, transformasi, transduksi

Enzim RestriksiEnzim yang dapat mengkatalisasi pembelahan /

pemotongan DNA dibeberapa tempat / lokasi spesifik dengan jumlah yang terbatas & dapat direproduksi. ▲ endonuklease restriksi ( Russell, 1980). ▲ memecah ikatan fosfodiester asam nukleat umumnya berupa tangga, karena urutan target umumnya sering muncul berkali kali. ▲ fragmen enzim restriksi berupa DNA untai ganda dengan sedikitnya satu ujung untai tunggal.

• Melindungi bakteri terhadap invasi bacteriophage dengan memotong phage DNA

• Memotong DNA pada basa yang sama

• Contoh EcoRI , Hind III

Pemisahan DNA oleh enzim retriksi

Vektor / Wahana kloning

♦ Seutas molekul DNA tunggal tempat dilekatkannya material genetik yang kita inginkan sebelum di injeksikan ataupun ditransformasikan kedalam bakteri tertentu. ♦Wahana kloning yang paling sering di

gunakan adalah plasmid.

Plasmid

• Adalah unsur genetik diluar kromosom (ekstrakromosomal), yang mengadakan replikasi secara autonom di dalam sel bakteri.

• DNAnya berbentuk lingkaran dan beruntai ganda.• Mendukung gen yang diperlukan untuk replikasi

ataupun fungsi lain yang dipikulnya.• Plasmid mudah dipisahkan dan dimurnikan dari DNA

inang• Pada Rhizobium sp. plasmid berguna karena terlibat

dalam proses fiksasi dan untuk mengikat nitrogen.

• Adalah molekul yang dapat diturunkan secara stabil tanpa mengkaitkannya dengan kromosom.

• Sangat berarti bagi bidang kedokteran , farmasi, dan pertanian , karena plasmid membawa resisten terha dap antibiotik yang berguna bagi manusia dan hewan.

• Selain itu dapat menjandikan toksin dan protein lain yang dapat meningkatkan virulensi patogen.

Aplikasi DNA Rekombinan

• Dalam Bidang Kedokteran• Dalam Bidang Farmasi• Dalam Bidang Forensik• Dalam Bidang Lingkungan• Dalam Bidang Pertanian• Dalam Bidang pangan

Some examples of single-gene diseasesCommon?

At OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM

This database catalogs human genes and genetic disorders. The database contains textual information and references. It also contains links to MEDLINE and sequence records in the Entrez system, and links to additional related resources.

HD gene: Ten years after

1984-1992: 6.2 Mb of DNA from the short arm of chromosome 4 is cloned and mapped.

February 1993: HD gene sequenced. Gusella names the protein Huntingtin.3144 amino acids!MATMEKLMKAFESLKSFQQQQGPPTAEEIVQRQKKEQATTKKDRVSHCLTICENIVAQSLRTSPEFQKLLGIAMEMFLLCSDDSESDVRMVADECLNRIIKALMDSNLPRLQLELYKEIKKNGASRSLRAALWRFAELAHLIRPQKCRPYLVNLLPCLTRITKRQEETIQETLAAAMPKIMAALGHFANDGEIKMLLKSFVANLKSSSPTIRRTAASSAVSVCQHSRRTSYFYTWLLNVLLGLLVPVDEEHHSHLILGVLLTLRYLMPLLQQQVNTISLKGSFGVMQKEADVQPAPEQLLQVYELTLHYTQHWDHNVVTAALELLQQTLRTPPPELLHVLITAGSIQHASVFRQDIESRARSGSILELIAGGGSTCSPLLHRKHRGKMLSGEEDALEDDPEKTDVTTGYFTAVGADNSSAAQVDIITQQPRSSQHTIQPGDSVDLSASSEQGGRGGGASASDTPESPNDEEDMLSRSSSCGANITPETVEDATPENPAQEGRPVGGSGAYDHSLPPSDSSQTTTEGPDSAVTPSDVAELVLDGSESQYSGMQIGTLQDEEDEGTATSSQEDPPDPFLRSALALSKPHLFESRGHNRQGSDSSVDRFIPKDEPPEPEPDNKMSRIKGAIGHYTDRGAEPVVHCVRLLSASFLLTGQKNGLTPDRDVRVSVKALAVSCVGAAAALHPEAFFNSLYLEPLDGLRAEEQQYISDVLGFIDHGDPQIRGATAILCAAIIQAALSKMRYNIHSWLASVQSKTGNPLSLVDLVPLLQKALKDESSVTCKMACSAVRHCIMSLCGSTLSELGLRLVVDLFALKDSSYWLVRTELLETLAEMDFRLVNFLERKSEALHKGEHHYTGRLRLQERVLNDVVIQLLGDDDPRVRHVAASAVSRLVSRLFFDCDQGQADPVVAIARDQSSVYLQLLMHETQPPSQLTVSTITRTYRGFNLSNNVADVTVENNLSRVVTAVSHAFTSSTSRALTFGCCEALCLLAVHFPICTWTTGWHCGHISSQSSFSSRVGRSRGRTLSVSQSGSTPASSTTSSAVDPERRTLTVGTANMVLSLLSSAWFPLDLSAHQDALLLCGNLLAAVAPKCLRNPWAGEDDSSSSSTNTSGGTHKMEEPWAALSDRAFVAMVEQLFSHLLKVLNICAHVLDDTPPGPPVKATLPSLTNTPSLSPIRRKGKDKDAVDSSSAPLSPKKGNEANTGRPTESTGSTAVHKSTTLGSFYHLPPYLKLYDVLKATHANFKVMLDLHSNQEKFGSFLRAALDVLSQLLELATLNDINKCVEEILGYLKSCFSREPTMATVCVQQLLKTLFGTNLASQYEGFLSGPSRSQGKALRLGSSSLRPGLYHYCFMAPYTHFTQALADASLRNMVQAEHEQDTSGWFDVMQKTSNQLRSNIANAARHRGDKNAIHNHIRLFEPLVIKALKQYTTSTSVALQRQVLDLLAQLVQLRVNYCLLDSDQVFIGFVLKQFEYIEVGQFRDSEAIIPNIFFFLVLLSYERYHSKQIISIPKIIQLCDGIMASGRKAVTHAIPALQPIVHDLFVLRGSNKADAGKELETQKEVVVSMLLRLVQYHQVLEMFILVLQQCHKENEDKWKRLSRQIADVILPMIAKQQMHLDSPEALGVLNTLFETVAPSSLRPVDMLLKSMFTTPVTMASVATVQLWVSGILAVLRVLVSQSTEDIVLSRIHELSLSPHLLSCHTIKRLQQPNLSPSDQPAGDGQQNQEPNGEAQKSLPEETFARFLIQLVGVLLDDISSRHVKVDITEQQHTFYCQQLGTLLMCLIHVFKSGMFRRITVAASRLLKGESGSGHSGIEFYPLEGLNSMVHCLITTHPSLVLLWCQVLLIIDYTNYSWWTEVHQTPKGHSLSCTKLLSPHSSGEGEEKPETRLAMINREIVRRGALILFCDYVCQNLHDSEHLTWLIVNHVRDLIDLSHEPPVQDFISAVHRNSAASGLFIQAIQSRCDNLNSPTMLKKTLQCLEGIHLSQSGSLLMLYVDKLLSTPFRVLARMVDTLACRRVEMLLAETLQNSVAQLPLEELHRIQEYLQTSGLAQRHQRFYSLLDRFRATVSDTSSPSTPVTSHPLDGDPPPAPELVIADKEWYVALVKSQCCLHGDVSLLETTELLTKLPPADLLSVMSCKEFNLSLLCPCLSLGVQRLLRGQGSLLLETALQVTLEQLAGATGLLPVPHHSFIPTSHPQSHWKQLAEVYGDPGFYSRVLSLCRALSQYLLTVKQLPSSLRIPSDKEHLITTFTCAATEVVVWHLLQDQLPLSVDLQWALSCLCLALQQPCVWNKLSTPEYNTHTCSLIYCLHHIILAVAVSPGDQLLHPERKKTKALRHSDDEDQVDSVHDNHTLEWQACEIMAELVEGLQSVLSLGHHRNTAFPAFLTPTLRNIIISLSRLPLVNSHTRVPPLVWKLGWSPQPGGEFGTTLPEIPVDFLQEKDVFREFLYRINTLGWSNRTQFEETWATLLGVLVTQPITMDQEEETQQEEDLERTQLNVLAVQAITSLVLSAMTLPTAGNPAVSCLEQQPRNKSLKALETRFGRKLAVIRGEVEREIQALVSKRDNVHTYHPYHAWDPVPSLSAASPGTLISHEKLLLQINTERELGNMDYKLGQVSIHSVWLGNNITPLREEEWGEDEDDEADPPAPTSPPLSPINSRKHRAGVDIHSCSQFLLELYSQWVIPGSPSNRKTPTILISEVVRSLLAVSDLFTERNQFDMMFSTLMELQKLHPPEDEILNQYLVPAICKAAAVLGMDKAIAEPVCRLLETTLRSTHLPSRMGALHGVLYVLECDLLDDTAKQLIPTVSEYLLSNLRAIAHCVNLHNQQHVLVMCAVAFYMMENYPLDVGTEFMAGIIQLCGVMVSASEDSTPSIIYHCVLRGLERLLLSEQLSRVDGEALVKLSVDRVNMPSPHRAMAALGLMLTCMYTGKEKASPAARSAHSDPQVPDSESIIVAMERVSVLFDRIRKGLPSEARVVARILPQFLDDFFPPQDIMNKVIGEFLSNQQPYPQFMATVVYKVFQTLHATGQSSMVRDWVLLSLSNFTQRTPVAMAMWSLSCFFVSASTSQWISALLPHVISRMGSSDVVDVNLFCLVAMDFYRHQIDEELDRRAFQSVFETVASPGSPYFQLLACLQSIHQDKSL

Huntington’s disease gene

3144-amino-acid neuronal protein. Expansion of microsatellite in Huntingtin gene causes the disease. 28 or fewer CAG repeats: normal. Individuals with HD usually have 40 or more repeats. A small percentage of individuals, however, have a number of repeats that fall within a borderline region.

No. of CAG repeats Outcome

<28 Normal range; individual will not develop HD

29-34 Individual will not develop HD but the next generation is at risk

35-39 Some, but not all, individuals in this range will develop HD; next

generation at risk

>40 Individual will develop HDModel for microsatellite expansion

• (1) menghasilkan ‘DNA library’ dari organisme• (2) Identifikasi individual genes • (3) Menghasilkan copy gene• (4) Memasukkan gene pada organisme yang

diinginkan dan regulasi ekspresi gen

DNA Library

• “filling system”• Molecular photocopying of DNA• Enzim restriksi, plasmid, molekular genetik

bakteri dll• Genome Project 6 juta nukleotida (3 juta pasang), dengan rata-

rata protein dikode 300-400 asam amino** Kode genetik – penentuan DNA sequence

PCR ( Polymerase Chain Reaction)

• Adalah suatu teknik / metode dimana setiap fragmen DNA dapat diamplifikasi atau diperbanyak berkali-kali,dengan cepat tanpa menggunakan sel.

• PCR dapat melipat gandakan DNA milyaran kali dalam beberapa jam. Peristiwa ini harus ada primer karena DNA polimerase akan menambahkan nukleotida hanya pada rantai nukleotida yang sudah ada sebelumnya dengan bantuan primer.

Manfaat PCR

• Memperkuat gen spesifik sebelum diklon.• Membuat fragmen Gen DNA secara berlimpah• Kerjanya sangat spesifik dan ampuh.• Dapat mendeteksi DNA gen virus yang sulit untuk

dideteksi• Dapat mendeteksi/ mendiagnosis DNA sel embrio -

nik yang mengalami kelainan sebelum dilahirkan.

Rekombinasi gen dilakukan dengan memotong DNA dan kemudian disambung dengan DNA baru yang membawa sifat unggul.

Tahap-tahap pembuatan DNA Rekombinan1 Mula-mula orang mencari DNA unggul,

misalnya diambil dari makhluk hidup lain atau membuatnya. Orang pada saat sekarang sudah berhasil membuat DNA ini.

2. Menyiapkan wahana (vektor), yaitu alat untuk memasukkan DNA itu ke dalam makhluk hidup yang akan diubah sifatnya. Wahana biasanya berupa virus atau plasmid dari bakteri. Plasmid adalah DNA yang bentuknya melingkar, terdapat di luar DNA inti bakteri. DNA plasmid mampu keluar masuk sel dan bisa bergabung dengan kromosom sel organisme lain.

3. Memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel.4. Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNA

yang sudah dimasukkan ke dalam sel, diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteri yang dimasuki DNA itu menggan-dakan DNA tersebut di dalam selnya.

5. Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNA yang sudah dimasukkan ke dalam sel, diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteri yang dimasuki DNA itu menggan-dakan DNA tersebut di dalam selnya.

Aplikasi dalam pencegahan penyakit

• Growth Hormone : purifikasi dari kelenjar pituitari

• 1985 : meninggal dari kontaminasi preparasi pembuatan hormon

• Genentech : memasukkan gene untuk growth hormone pada bakteri

• Hemofilia -- gen untuk faktor pembekuan darah• Virus : aplikasi vaksin

HIBRIDOMAHibridoma adalah fusi sel pada organisme tingkat tinggi yang bertujuan untuk mendapat-kan gabungan sifat kedua sel induk.Contoh :- Fusi sel manusia dan tikus untuk menghasilkan

antibodi untuk pengobatan kanker.

Amplifikasi gen – terapi penyakit

• 1990 : terapi abnormal allel pada gen• Memasukkan gen normal --- ekspresi gen

menjadi normal• Cystic fibrosis

Sequencing HbS proteins revealed a single change: Glu6Val in the chain.

Fiber formation (R) at low [O2] causes sickling of RBCs (center).

Gene finding 1. Sequence candidate genes or proteins

Penentuan Lokasi Gen

• RFLP : Restriction Fragment Length Polymorphisms

• Diagnose Sickle Cell Anemia• DNA Fingerprinting : Produk Analisis RFLP• Kasus : Forensik Telltale Palo Verde

Gene finding 2. RFLP analysisLook for restriction fragment length polymorphism (RFLP) that correlates with the inheritance pattern of the disease.

Fig. 9-46. Three alleles of a RFLP on chromosome 5 in 14 individuals in 3 generations. Each lane corresponds to the individual above it.

ORGANISME HASIL REKAYASA GENETIK

DAMPAK POSITIF BIOTEKNOLOGI

1. Peningkatan produksi pangan2. Peningkatan kesehatan3. Penyedia bahan bakar alternatif

DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI

1. Di bidang Etika/ MoralAda masyarakat yang menganggap bahwa menyisipkan gen suatu MH ke MH berten-tangan dengan nilai budaya dan melanggar hukum alam

2. Di bidang sosial ekonomiMenimbulkan kesenjangan antara negara/ perusahaan yang memanfaatkan biotekno-logi dengan yang belum memanfaatkan bioteknologi (negara dunia ke tiga)

3. Dampak di bidang kesehatanAda produk hasil rekayasa genetik yang disinyalir menimbulkan masalah serius, misalnya kematian akibat penggunaan insulin, sapi penghasil susu yang disuntik dengan Hormon BGH mengandung bahan kimia yang berbahaya, tomat Flavr Savr diketahui membawa gen resisten terhadap antibiotik.

4. Dampak terhadap lingkunganPelepasan organisme transgenik ke alam dapat keseimbangan alam dan kelestarian organisme.

Terimakasih