Diabetes, Inspirator Kemajuan Iptek

January 13, 2008 at 7:21 pm

[Berita Iptek, Kamis, 20.1.2005; Oleh Arief B. Witarto] Tanggal 14 November dicanangkan oleh International Diabetes Federation (IDF) dan WHO sebagai Hari Diabetes Sedunia [1]. Memang saat ini diabetes telah menjadi penyakit yang ditakuti manusia di seluruh dunia. Menurut IDF pada tahun 2000 saja terdapat 151 juta penderita diabetes di dunia [2]. Jumlah ini terus meningkat sampai 5 kali lipat hanya dalam 15 tahun. Akan tetapi di samping sisi negatif dari penyakit ini, ternyata diabetes telah memberikan sumbangan besar bagi kemajuan ilmu pengetahuan.

Inspirasi untuk Ilmu Hormon

Diabetes adalah penyakit yang disebabkan karena timbulnya masalah dalam produksi dan suplai sebuah hormon bernama insulin dalam tubuh [3]. Saat ini diketahui ada 50 lebih jenis hormon dalam tubuh manusia [4]. Perburuan penyebab penyakit diabetes telah memberikan sumbangan besar pada perkembangan ilmu hormon/endokrinologi.

Frederick Banting, seorang dokter tentara dari Kanada, memulai karirnya pada usia 30 tahun dengan tekad mendapatkan hormon itu [5]. Karena belum memiliki fasilitas penelitian sendiri, Banting meminta bantuan Professor John MacLeod dari Universitas Toronto-Kanada pada tahun 1921. Hanya dalam setahun, Banting muda berhasil mendapatkan ekstrak pankreas yang mengandung hormon insulin. Penyampaian hasil penelitian bahwa hormon yang didapatkan itu benar dapat menghilangkan gejala diabetes, disambut dengan standing ovation oleh peserta pada pertemuan ilmiah Asosiasi Dokter Amerika di Washington pada bulan Mei 1922. Atas pencapaian ini, Banting dan McLeod mendapatkan Hadiah Nobel Kedokteran 1923 [6]. Jasa Banting yang besar menyebabkan Hari Diabetes Sedunia ditetapkan berdasar tanggal kelahirannya [1].

Kemajuan endokrinologi sangat bergantung pada sensitivitas metode untuk mempelajari hormon karena dalam kondisi normal, tubuh hanya memproduksi hormon dalam jumlah sangat sedikit, misalnya hormon ACTH kandungannya 10-12 mol/liter [7]. Rosalyn Yalow, seorang peneliti fisika kedokteran dari Rumah Sakit (RS) Veteran New York berhasil mengembangkan metode yang diberi nama Radio Immunological Assay (RIA) untuk mengukur kadar hormon secara akurat [8]. Penemuan metode ini sebenarnya karena ketidaksengajaan yaitu berkat pengamatan bahwa penderita diabetes di RS itu setelah diinjeksi dengan insulin, ternyata tubuhnya memproduksi antibodi terhadap insulin [9]. Dengan memberikan label zat radioaktif Yodium131 pada insulin, Yalow dapat membuktikan terbentuknya antibodi itu pada tahun 1956 [10]. Teknik pelabelan dengan zat radioaktif ini mendasari metode RIA yang memiliki sensitivitas mendeteksi molekul sampai konsentrasi 10-12 g/l [7]. Berkata jasanya ini, Yalow mendapat Hadiah Nobel Kedokteran 1977 [11].

Untuk dapat menstimulasi kerja suatu sel, hormon yang berasal dari luar harus berinteraksi dengan bagian luar dinding sel yang menjadi target. Interaksi itu terjadi dengan protein bernama reseptor. Masing-masing hormon memiliki reseptor yang berbeda sehingga hormon-reseptor adalah dua hal yang tidak terpisahkan dalam endokrinologi. Reseptor insulin adalah reseptor hormon pertama yang dipurifikasi dan didapatkan gen-nya oleh manusia pada tahun 1985 [8]. Sebagaimana juga hormon, jumlah reseptor juga sangat sedikit. Untuk itu P. Cuatrecasas baru berhasil mengisolasi reseptor insulin menggunakan hati dari 200 tikus dengan teknik purifikasi afinitas [12]. Informasi sekuen asam amino reseptor ini digunakan oleh A. Ullrich untuk mengklon gen reseptor insulin itu dari kromosom nomor 19 [13]. Kelainan pada reseptor dapat menimbulkan berbagai penyakit sehingga saat ini penelitian terhadap reseptor menjadi salah satu target utama perusahaan farmasi dunia [14].

Inspirasi untuk Ilmu Protein

Insulin adalah hormon dari jenis protein yang tersusun dari 51 asam amino [15]. Urutan asam amino menentukan fungsi protein. Untuk itu pembacaan urutan asam amino protein sangat penting dalam mempelajarinya. Karena ada 20 jenis asam amino dalam alam, jadi ada 2051 atau 2,2 x 1066 kemungkinan sekuen untuk protein sekecil insulin. Jumlah yang fantastis! Frederick Sanger dari Medical Research Council (MRC), Inggris adalah orang pertama yang berhasil membaca sekuen protein menggunakan insulin [5]. Cara yang dikembangkan Sanger adalah menandai asam amino yang berada di ujung awal sekuen protein dengan senyawa kimia tertentu, lalu memisahkan asam amino itu dengan larutan asam [16]. Hal ini dilakukan berulang kali sampai semua asam amino itu dapat diuraikan. Barulah kemudian masing-masing komponen itu ditentukan jenisnya dengan teknik kromatografi kertas. Karena insulin memiliki 6 buah asam amino Cysteine yang membentuk 3 jembatan disulfida, maka tingkat kerumitannya menjadi lebih tinggi sebab ada puluhan kemungkinan pasangan Cysteine yang membentuk jembatan disulfida itu [17]. Hanya berkat kerja yang tekun dan melelahkan selama 15 tahun, barulah Sanger dapat memperoleh sekuen utuh asam amino insulin pada tahun 1953 [16, 18, 19]. Karena penemuan ini Sanger mendapat Hadiah Nobel Kimia 1958 [20]. Saat ini pembacaan sekuen asam amino protein sudah menjadi aktivitas rutin dan dapat dilakukan dalam semalam secara otomatis.

Fungsi suatu protein selain ditentukan oleh urutan asam aminonya juga dipengaruhi oleh struktur 3 dimensinya (3D). Sehingga, urutan asam amino yang membentuk rantai polipeptida ini harus melalui tahapan melipat (folding). Penentuan struktur 3D protein memberikan gambaran detil bagaimana protein itu bekerja. Insulin merupakan salah satu protein yang struktur 3D dijelaskan pertama kali [8, 21, 22]. Menggunakan teknik kristalografi sinar X, peneliti perempuan dari Universitas Oxford, Inggris, Dorothy Hodgkin mendapat Hadiah Nobel Kimia 1964 atas jasanya menjelaskan struktur senyawa biokimia penting seperti vitamin. antibiotik dan hormon insulin [23].

Inspirasi untuk Bioteknologi

Ketika bioteknologi modern lahir tahun 1973 berkat pengembangan teknologi DNA rekombinan, insulin adalah salah satu target pertama komersialisasi teknologi ini [24]. Genentech, perusahaan bioteknologi pertama di dunia yang berdiri tahun 1976, memproduksi insulin pada bakteri Escherichia coli pada tahun 1978 [25]. Saat ini, pasaran dunia protein sebagai obat (biofarmasetik) sudah mencapai milyaran US dollar per-tahun, dimana hampir semuanya diproduksi dengan teknologi ini [26].

Biosensor digunakan untuk mendeteksi satu senyawa tertentu berdasar kerja molekul biologis seperti enzim, antibodi, dsb. 90 % dari pasar biosensor dunia dikuasai oleh biosensor glukosa untuk mengukur kadar gula darah penderita diabetes [27]. Seperti dilaporkan oleh penulis (Kompas, 7/10/2003), biosensor glukosa ini juga adalah biosensor yang pertama kali yang dikembangkan di dunia oleh Leland Clark tahun 1962 [28]. Sebagai seorang ahli biokimia yang bekerja di RS, Clark mengetahui bahwa penderita diabetes harus secara teratur mengontrol kadar gula darahnya. Hal ini menginspirasinya untuk mengembangkan alat sensor oksigen yang sudah dibuatnya menjadi sensor gula darah berdasar reaksi glukosa dengan enzim glucose oxidase.

Menginjak abad 21 ini, bioteknologi pun memasuki era kedokteran regeneratif melalui pengembangan teknologi sel tunas (stem cell )dan kloning [29]. Dalam tubuh manusia ada 200-an lebih jenis sel dan sel tunas memiliki kemungkinan untuk berdeferensiasi menjadi sel-sel spesifik itu [30]. Salah satu harapan teknologi sel tunas yang paling besar sekarang adalah membuat sel beta pankreas yang dapat memproduksi insulin sehingga penderita diabetes pun dapat sembuh total dari penyakit ini [31].

Dari seluruh uraian di atas, nampak bahwa sumbangan diabetes tidak terbatas pada ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan penyakit ini saja tapi juga pada banyak cabang ilmu pengetahuan lainnya. [*]

Referensi

  1. http://www.idf.org/ (IDF-International Diabetes Federation-World Diabetes Day)
  2. http://www.idf.org/ (IDF-International Diabetes Federation-Why shoud I care?)
  3. http://www.idf.org/ (IDF-International Diabetes Federation-What is diabetes?)
  4. Daryl K. Granner. 1990. Chapter 44, Characteristics of hormone systems. In, Harpers’ Biochemistry (Robert K. Murray et al, eds). Prentice Hall International Inc., East Norwalk. Pp. 459-466 (p. 461).
  5. Anonymous. 1992. Introduction. In, Insulin. Molecular Biology to Pathology (F.M. Ashcroft and S.J.H. Ashcroft eds). IRL Press, Oxford. Pp. vii-ix, p. viii.
  6. http://www.nobel.se/ (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1923 for the discovery of insulin).
  7. http://www.nobel.se/ (Press Release: The 1977 Nobel Prize in Physiology or Medicine, October 1977)
  8. Anonymous. 1992. Introduction. In, Insulin. Molecular Biology to Pathology (F.M. Ashcroft and S.J.H. Ashcroft eds). IRL Press, Oxford. Pp. vii ・ix, p. ix.
  9. Rosaly Yalow. 1977. Radioimmunoassay: A Probe for Fine Structure of Biologic Systems. Nobel Lecture, 8 December 1977. Pp. 1-22.
  10. S. A. Berson, R. S. Yalow, A. Bauman, M. A. Rothschild, and K. Newerly. 1956. Insulin-I-metabolism in human subjects: Demonstration of insulin binding globulin in the circulation of insulin-treated subjects. Journal of Clinical Investigation 35, 170-190.
  11. http://www.nobel.se/ (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1977 for the development of radioimmunoassays of peptide hormones).
  12. Lubert Stryer. 1988. Chapter 38, Hormone Action. In, Biochemistry 3rd edition. W. H. Freeman & Company, New York. Pp. 975 -1004 (p. 996).
  13. T.L. Yang-Feng, U. Francke, and A. Ullrich. 1985. Gene for human insulin receptor: Localization to site on chromosome 19 involved in pre-B-cell leukemia. Science 228, 728-731.
  14. Daryl K. Granner. 1990. Chapter 44, Characteristics of hormone systems. In, Harper Biochemistry (Robert K. Murray et al, eds). Prentice Hall International Inc., East Norwalk. Pp. 459 -466 (p. 465).
  15. Lubert Stryer. 1988. Chapter 38, Hormone Action. In, Biochemistry 3rd edition. W. H. Freeman & Company, New York. Pp. 975 -1004 (p. 994).
  16. http://www.nobel.se/ (Nobel Prize in Chemistry 1958). Presentation Speech by A. Tiselius.
  17. Lubert Stryer. 1988. Chapter 2, Protein Structure and Function. In, Biochemistry 3rd edition. W. H. Freeman & Company, New York. Pp. 15-42 (p. 33).
  18. F. Sanger, and E. O. Thompson. 1953. The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin. I. The identification of lower peptides from partial hydrolysis. Biochemical Journal 53, 353-366.
  19. F. Sanger, and E. O. Thompson. 1953. The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin. II. The investigation of peptides from enzymic hydrolysates. Biochemical Journal 53, 366-374.
  20. http://www.nobel.se/ (The Nobel Prize in Chemistry 1958 for his work on the structure of proteins, especially that of insulin).
  21. M. M. Harding, D. C. Hodgkin, A. F. Kennedy, A. O’onnor, and P. D. Weitzmann. 1966. The crystal structure of insulin. II. An investigation of rhombohedral zinc insulin crystals and a report of other crystalline forms. Journal of Molecular Biology 16, 212 -226.
  22. M. G. Adam, L. Coller, D. C. Hodgkin, and G. G. Dodson. 1966. X-ray crystallographic studies on zinc insulin crystals. American Journal of Medicine 40, 667-671.
  23. http://www.nobel.se/ (The Nobel Prize in Chemistry 1964 for her determinations by X-ray techniques of the structures of important biochemical substances).
  24. Robbins-Roth. 2000. From alchemy to IPO: The business of biotechnology. Perseus Publishing, New York, USA.
  25. http://www.genentech.com
  26. A. B. Witarto. 2003. Bioteknologi kedokteran. Dari rekayasa genetika sampai rekayasa jaringan. Seminar Kloning dan Kesehatan Masyarakat, Fakultas Kesehatan Masyarakat-UI, Depok, 14 Juni 2003. Pp. 1-7.
  27. A. B. Witarto. 2000. From bench to business: The story of glucose sensor. Proceedings of the 9th Scientific Meeting, PPI ・Jepang, Osaka, 2 September 2000. Pp. 5-8.
  28. A. B. Witarto. 2003. Membedah alat pengukur gula darah. Kompas, 7 Oktober 2003.
  29. Boenjamin Setiawan. 2003. Aplikasi kloning terapetik dalam ilmu kedokteran. Diskusi Panel Kloning Terapetik dan Aplikasinya dalam Ilmu Kedokteran, Bagian Farmakologi dan Terapetik Fakultas Kedokteran-UI, Jakarta, 5 April 2003. Pp. 1-11.
  30. Daryl K. Granner. 1990. Chapter 44, Characteristics of hormone systems. In, Harper Biochemistry (Robert K. Murray et al, eds). Prentice Hall International Inc., East Norwalk. Pp. 459-466 (p. 460).
  31. S. Assady, G. Maor, M. Arnit, J. Itskovitz-Eldor, K. L. Skorecki, and M. Tzukerman. 2001. Insulin production by human embryonic stem cells. Diabetes 50

Klik di sini untuk versi asli di Berita Iptek.

Entry filed under: Biosensor, Rekayasa Protein, Riset & Laboratorium. Tags: .

Menjembatani Industri dan Peneliti Komunikasi dalam Sel, Siapa yang Mengatur Semuanya?


Categories

January 2008
M T W T F S S
     
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031  

Blog Stats

  • 117,955 hits

%d bloggers like this: