17312244009_bachtiar Briyan Bismoko_makalah Wakami-1.docx

Makalah Wawasan Kajian MIPA Terapi Gen Sebagai Integrasi Sains dan Teknologi Dalam Ilmu Biologi

DISUSUN OLEH:

NAMA

: BACHTIAR BRIYAN BISMOKO

NIM

: 17312244009

KELAS

: P. IPA I 2017

JURUSAN PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2018

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sains dan teknologi adalah dua hal berbeda yang saling berkaitan seperti ibu dan anak. Pasalnya, perkembangan sains yang semakin maju telah melahirkan teknologi baru. Contohnya saja konsep pemikiran sains yang menemukan besi membuat seseorang dapat menciptakan teknologi komputer. Kemajuan teori dan konsep sains membuat teknologi menjadi lebih canggih. Kemajuan teknologi ini melahirkan inovasi-inovasi baru khususnya dalam bidang kesehatan yang berguna bagi masyarakat. Sejak Watson dan Crick menemukan struktur double helix DNA pada tahun 1953, teknologi rekombinan DNA dan biologi molekuler berkembang dengan sangat cepat. Kemajuan ini membuka jalan untuk generasi baru kedokteran berbasis teknologi canggih, termasuk kedokteran gen (diagnosis genetik dan terapi gen), kedokteran regeneratif, kedokteran robotik, kedokteran molekuler dan nano-medicine. Dengan pengetahuan bahwa banyak penyakit-penyakit pada manusia disebabkan oleh abnormalitas ekspresi dan regulasi gen, terapi gen berkembang dengan harapan bahwa gen-gen fungsional yang disisipkan ke dalam sel dapat memperbaiki fungsi sel dan menghasilkan produk gen yang diperlukan, lalu mengkompensasi kelainan genetik dan menyembuhkan penyakit. Terapi gen merupakan bidang baru dalam bioteknologi untuk mengobati penyakit dengan target DNA, penggunaannya terutama pada keganasan dan penyakit genetik yang diturunkan. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan terapi gen? 2. Bagaimana mekanisme dan metode terapi gen? 3. Apa manfaat dari terapi gen? 1.3 Tujuan 1. Mengetahui pengertian dari terapi gen. 2. Mengetahui mekanisme dan metode terapi gen. 3. Mengetahui strategi dalam terapi gen. 4. Mengetahui manfaat dan resiko dari terapi gen tersebut. 5. Mengetahui konsep pemikiran yang sama pada teknologi serupa. 1.4 Manfaat Tulisan 1. Memahami pengertian dari terapi gen. 2. Memahami mekanisme dan metode dalam terapi gen. 3. Mengetahui strategi dalam melakukan terapi gen. 4. Memahami dan mengimplementasikan manfaat dari terapi gen serta memahami masalah-masalah dalam terapi gen. 5. Menambah literasi tentang terapi gen dan perkembangan teknologi serupa. BAB II. ISI 2.1 Pembahasan 2.1.1 Terapi Gen

Terapi gen adalah suatu teknik terapi yang digunakan untuk memperbaiki gen-gen mutan (abnormal/cacat) yang bertanggung jawab terhadap terjadinya suatu penyakit. Teknologi terapi gen tidak terlepas dari prinsip rekayasa genetika untuk menghasilkan GMO (Genetically Modified Organism) atau yang biasa dikenal sebagai organisme transgenik. Ide untuk terapi gen yaitu dengan menambahkan gen yang normal ke bagian genom yang mengalami mutasi ataupun kerusakan sehingga fungsi gen tersebut dapat diperbaiki (Kachroo & Gowder, 2016). Sedangkan menurut Thieman (2004) menjelaskan bahwa terapi gen merupakan pengiriman gen terapeutik ke dalam tubuh manusia yang bertujuan untuk pengobatan suatu penyakit yang disebabkan oleh satu atau banyak gen yang mengalami kerusakan. Penggantian gen rusak dapat dilakukan dengan memanfaatkan agen virus yang telah dilemahkan, senyawa kimia organik, atau dengan cara penyuntikkan. Penggunaan virus sebagai agen pembawa gen disebut metode viral. Metode ini memiliki

keuntungan

efektivitas

yang

tinggi.

Metode

ini

dapat

memanfaatkan sifat serangan virus pada jaringan tertentu yang khas. Berdasarkan uraian diatas dapat diarik sebuah benang merah mengenai apa itu terapi gen. Jadi, terapi gen adalah salah satu teknologi dalam

bidang

kedokteran

untuk

menyembuhkan

penyakit-penyakit

abnormalitas atau membutuhkan DNA yang baik dari luar tubuh untuk memperbaiki atau mengganti sesuatu yang rusak di dalam tubuh, salah satunya dengan injekor atau juga bisa dengan vector berupa virus. Pada mulanya, terapi gen diciptakan untuk mengobati penyakit keturunan (genetik) yang terjadi akibat mutasi gen. Terapi gen pada manusia didefinisikan sebagai transfer asam nukleat berupa DNA ke sel somatik pasien sehingga gen tersebut memiliki efek pengobatan terhadap penyakit pasien. Dewasa ini, terapi gen juga dimanfaatkan untuk pengobatan penyembuhan

berbagai penyakit

penyakit dengan

lain

bahkan

metode

ini

konsep telah

pemikiran

menginspirasi

penyembuhan-penyembuhan penyakit lain seperti tumor dan kanker dengan prinsip penyaluran DNA dengan cara injeksi atau dengan perantara virus. Menurut Thieman (2004) Beberapa jenis virus yang digunakan untuk agen terapi adalah sebagai berikut: 1) Retrovirus Golongan virus yang dapat membuat rantai ganda DNA dari genomnya dan disatukan dengan kromosom sel inangnya mis: HIV (human defisiensi virus). Dan jenis virus ini juga penyerang sel-sel

yang membelah cepat, mungkin cocok sebagai agen pembawa gen terapeutik untuk penyakit tumor. 2) Adenovirus Golongan virus dengan rantai DNA gandanya dapat menyebabkan infeksi

pada

saluran

pernapasan,

saluran

pencenaan

dan

menimbulkan kematian. Dan jenis virus ini juga penyerang sel dinding paru-paru mungkin cocok untuk mengirim duplikat gen cystic fibrosis yang dibutuhkan dalam sistem pernapasan. Misal : virus influenza. 3) Adeno-assosiated virus Virusnya kecil mempunyai single strandid DNA dan dapat memasukan material genetik di tempat spesifik pada kromosom 19. 4) Herpes simpleks Golongan virus dengan rantai ganda DNA yang menginfeksi sebagian dari sel seperti sel neuron. 2.1.2 Mekanisme dan Metode Terapi Gen Proses rekayasa genetik pada teknologi terapi gen meliputi tahapan berikut: isolasi gen target, penyisipan gen target ke vektor transfer, transfer vektor yang telah disisipi gen target ke organisme yang akan diterapi, transformasi pada sel organisme target. Gen target yang telah disisipkan pada organisme yang diterapi tersebut diharapkan mampu menggantikan fungsi gen abnormal yang mengakibatkan penyakit pada penderita (Wdyastuti, 2017: 61). Terdapat dua tipe utama terapi gen, meliputi terapi gen sel embrional (germ line gene therapy) dan terapi gen sel tubuh (somatic gene therapy) (Misra, 2013): 1) Terapi gen sel embrional (germ line gene therapy) Pada terapi gen sel kelamin ini, digunakan sel kelamin jantan (sperma) maupun sel kelamin betina (ovum) yang dimodifikasi dengan adanya penyisipan gen fungsional yang terintegrasi dengan genomnya. 2) Terapi gen sel tubuh (somatic gene therapy) Pada terapi gen sel tubuh ini, dilakukan transfer gen fungsional ke dalam sel tubuh pasien sehingga malfungsi pada organ dapat diperbaiki. Singh et al. (2016) menyatakan bahwa terapi gen sel tubuh spesifik untuk setiap pasien dan tidak diturunkan ke generasi berikutnya. Sedangkan metode dalam terapi gen secara umum terbagi menjadi dua, yaitu secara in vivo dan ex vivo. 1) Metode In Vivo Metode In Vivo merupakan transfer gen yang telah dimodifikasi atau gen

normal

ke

dalam

sel-sel

sasaran

pada

pasien

dengan

menggunakan vektor biologi yaitu virus. Menurut Widyastuti (2017: 64) Terapi gen secara in vivo tetap menggunakan bantuan vektor untuk mentransfer gen target ke dalam jaringan atau organ pasien penderita penyakit tertentu. Pada metode ini vektor transfer gen berupa virus

yang dimodifikasi menjadi virus rekombinan dengan menyisipkan DNA dengan gen target untuk terapi melalui metode teknologi DNA rekombinan. Vektor virus yang telah mengandung gen target tersebut kemudian diinjeksikan ke dalam tubuh pasien secara langsung menuju jaringan atau organ target di mana gen untuk terapi tersebut dibutuhkan atau diekspresikan. Terapi gen secara in vivo melibatkan proses transduksi secara langsung di dalam tubuh, lebih mudah dilaksanakan dan dikembangkan dalam skala tertentu, dan tidak membutuhkan fasilitas khusus karena injeksi atau transfer gen bisa dilakukan dengan metode umum maupun menggunakan biolistic gene gun. Namun, Wang et al. (2016) dalam Widyastuti (2017) menyatakan bahwa terapi gen secara in vivo memiliki spesifitas dan efisiensi yang lebih rendah dibandingkan terapi gen secara ex vivo.

Gambar 1. Metode In Vivo Sumber : Miesfeld (2000) dalam Widyastuti (2017) 2) Metode Ex Vivo Metode Ex Vivo merupakan transfer gen yang telah dimodifikasi atau gen yang normal dalam sel-sel sasaran pada pasien dengan menggunakan cara non virus. Menurut Widyastuti (2017: 64) Terapi gen secara ex vivo memiliki tahapan yang lebih kompleks dibanding secara in vivo. Terapi ini melibatkan transduksi di laboratorium dengan kondisi spesifik tertentu sehingga membutuhkan fasilitas laboratorium yang lebih lengkap. Metode ex vivo ini juga mengakibatkan kurangnya populasi sel yang diproliferasi. Gambar 2 menunjukkan tahapan dalam metode terapi gen secara ex vivo yang terdiri dari beberapa langkah, yaitu: 1. Isolasi sel yang memiliki gen abnormal dari pasien penderita penyakit tertentu. 2. Sel hasil isolasi ditumbuhkan pada media kultur tertentu yang sesuai dengan karakteristik sel. 3. Sel target yang telah dikultur kemudian diinfeksi dengan retrovirus yang mengandung rekombinan gen dalam bentuk gen normal untuk menggantikan gen abnormal pada sel.

4. Produksi rDNA dari RNA rekombinan (jika vektor virus merupakan virus dengan materi genetik berupa RNA) dengan transkripsi balik (reverse transcription). 5. Translasi gen normal pada sitoplasma sel menghasilkan protein yang bertanggung jawab pada gen yang mengalami kerusakan (terjadi integrasi antara gen target untuk terapi dengan gen pada sel yang dikultur. 6. Seleksi, perbanyakan, dan pengujian sel yang telah ditransfeksi untuk mendapatkan sel normal yang gen abnormalnya telah berhasil digantikan oleh gen baru 7. Injeksi kembali sel yang telah berhasil direkayasa dengan terapi gen ke dalam jaringan atau organ pasien.

Gambar 2. Metode Ex Vivo Sumber : Google Inc. 2.1.3 Strategi Dalam Terapi Gen 1) Gene Replacement Strategi ini dilakukan dengan melihat kemungkinan menggantikan gen yang termutasi dengan gen yang normal melalu rekombinasi homolog in situ. Ini merupakan cara yang lebih baik untuk mengobati atau bahkan menyembuhkan penyakit monogenik, tetapi jarang digunakan untuk terapi gen kanker karena keterbatasan teknis dan perubahan genetik yang kompleks pada kanker (Kufe, 1997 dalam Wijaya, 2017: 56). 2) Modifikasi Gen Strategi ini dilakukan dengan langsung mengubah gen termutasi dan merehabilitasi fungsi sel target. Ini merupakan cara yang ideal untuk terapi gen tetapi memiliki kesulitan besar. Jarang ditemukan penelitian dengan strategi ini (Ahrendt, 2003 dalam Wijaya, 2017: 56). 3) Augmentasi Gen Augmentasi Gen dilakukan dengan mentransfer gen terapeutik eksogen ke dalam sel yang kekurangan dan membiarkan produk hasil ekspresi menggantikan kekurangan tersebut. Ini adalah strategi yang paling umum digunakan dalam terapi gen. Titik utama teknologi ini

adalah pemilihan gen terapi dan sistem pengiriman gen. Banyak sistem pengiriman yang efisien telah dikembangkan untuk memperkenalkan materi genetik ke dalam sel eukariotik dan membuat mereka diekspresikan (Reid, 2002 dalam Wijaya, 2017: 56). 4) Blokade Gen Strategi ini bertujuan untuk mencegah transkripsi dan translasi gen terkait kanker tertentu dengan menggunakan urutan nukleotida pendek yang mengikat DNA atau RNA secara komplementer, yang dapat memblokir sinyal jalur transduks yang menyimpang dan menginduksi diferensiasi tumor dan apoptosis pad akhirnya. Hal ini juga dikenal sebagai terapi gen antisense. Bahan yang umum digunakan dalam strategi ini mencakup oligonukleotida antisense, ribozymes dan small interfering RNAs (siRNAs) (Soares, 2012 dalam Wijaya, 2017: 57). Keberhasilan terapi gen sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama efisiensi transfer dan ekspresi gen pada sel target. Transfer gen fungsional ke dalam sel target dalam terapi gen memerlukan vektor yang kompeten dan dapat membawa gen target dengan baik. Gen normal akan disisipkan ke dalam genom organisme untuk menggantikan gen abnormal yang menyebabkan penyakit. Menurut Misra (2013), tahapan penyisipan gen merupakan yang paling sulit dalam keseluruhan tahapan terapi gen karena pada tahapan ini menentukan keberhasilan terapi gen itu sendiri. Vektor yang akan digunakan untuk penyisipan gen pada terapi gen harus memenuhi beberapa karakteristik, yaitu memiliki spesifitas yang tinggi, mampu secara efisien menyisipkan satu atau lebih gen dengan ukuran tertentu, tidak dikenali oleh sistem imun tubuh penderita, dan dapat dipurifikasi dalam jumlah yang besar. Tujuan dari Vektor pembawa gen target harus tidak dikenali oleh sistem tubuh penderita adalah agar tidak akan menimbulkan reaksi alergi ataupun inflamasi bagi penderita. Penyisipan gen target via vektor tersebut harus aman bagi penderita dan lingkungan. Vektor penyisipan gen juga harus mampu untuk memfasilitasi ekspresi gen target sepanjang terapi tersebut dibutuhkan, bahkan sepanjang umur penderita. 2.1.4 Manfaat dan Resiko Terapi Gen Menurut Singh et al. (2016) terapi gen sudah banyak digunakan untuk pengobatan kanker, penyakit kardiovaskuler, penyakit infeksius, penurunan fungsi metabolisme tubuh, penyakit limfatik, hingga cedera akibat radiasi dan penyembuhan pasca bedah. Namun, tidak menutup kemungkinan berkembangnya terapi gen untuk mengobati jenis penyakit lainnya. Urutan pertama penyakit yang diterapi gen adalah kanker.

Beberapa jenis kanker terutama yang terkait dengan abnormalitas suatu gen telah berhasil diterapi dengan menyisipkan gen fungsional tertentu. Terlepas dari hal tersebut, tidak ada terapi dari eksperimen yang muncul tanpa resiko bahaya. Terlebih terapi gen ini melibatkan manusia sebagai objek kajiannya. Banyak ilmuan yang menelaah semua resiko yang muncul, namun belum ada waktu yang cukup untuk menyelesaikan studi rinci mengenai bagaimana terapi gen bekerja dan masalah yang ditimbulkannya. Berikut adalah kerugian atau resiko dari terapi gen menurut Misra (2013): 1) Sebelum terapi gen bisa menjadi obat permanen untuk kondisi apa pun, terapeutik DNA yang dimasukkan ke sel target harus tetap berfungsi dan sel yang mengandung DNA terapeutik harus berumur panjang dan stabil. Masalah dengan mengintegrasikan DNA terapeutik ke dalam genom dan sifat cepat banyak orang sel mencegah terapi gen untuk mencapai jangka panjang manfaat. Pasien harus menjalani beberapa

putaran

terapi

gen.

Selain

itu,

gen

baru

gagal

mengekspresikan dirinya atau virus tidak menghasilkan respons yang diinginkan. 2) Respon kekebalan: Setiap kali benda asing dimasukkan ke dalam jaringan manusia, sistem kekebalan tubuh telah berevolusi untuk menyerang penyerbu. 3) Virus akan membawa pilihan dalam studi terapi gen. Menyajikan berbagai masalah potensial untuk pasien- toksisitas, kekebalan tubuh dan respon inflamasi dan kontrol gen dan penargetan masalah. Selain itu,

selalu

ada

ketakutan

bahwa

virus

akan

meningkatkan

kemampuannya menyebabkan penyakit dalam tubuh manusia. 4) Kondisi atau gangguan yang muncul dari mutasi dalam gen tunggal adalah kandidat terbaik untuk terapi gen. Akan tetapi, sebagian dari gangguan yang terjadi, seperti penyakit jantung, darah tinggi tekanan, penyakit Alzheimer, arthritis dan diabetes disebabkan oleh efek gabungan variasi dalam banyak gen. Gangguan multigenik atau multifaktorial akan terjadi secara khusus sulit diobati secara efektif menggunakan terapi gen. 5) Masalah utama dalam genetika adalah virus mungkin menargetkan sel yang salah. Jika DNA terintegrasi di tempat yang salah dalam genom, misalnya dalam gen penekan tumor, itu bisa menginduksi tumor. Ini telah terjadi dalam uji klinis untuk X-linked SCID pasien di mana sel-sel induk

hematopoietik

ditransduksi

dengan

transgen

korektif

menggunakan retrovirus, dan ini memimpin untuk pengembangan leukemia sel T di 3 dari 20 pasien.

2.1.5 Teknologi Serupa Konsep pemikiran penyembuhan penyakit karena kelainan gen di mana mengambil gen normal dan memasukkannya ke dalam tubuh pasien untuk memperbaiki bahkan menggantikan gen yang rusak telah banyak dikembangkan menjadi teknologi baru serupa dengan terapi gen. Sebut saja teknologi robot nano pembunuh sel kanker yang ditemukan oleh Feringa dan timnya, telah sukses meraih gelar nobel dalam bidang kimia pada tahun 2016 lalu. Robot nano untuk tujuan pengobatan telah lama ditemukan, Untuk itu pakar kimia Ben Feringa mengembangkan robot molekuler, yang bisa dikendalikan dari jarak jauh dan dimuati obat ampuh pembunuh tumor. Kendaraan molekuler Ben ini dilengkapi dengan penggerak pada setiap roda di mana kendaraan ini dapat digerakkan dengan cahaya. Kendaraan molekuler yang dapat dikontrol dari jarak jauh ini berukuran sangat kecil, yaitu sepermilyar meter sehingga untuk melihatnya diperlukan mikroskop special yang membuat atom dapat terlihat. Konsep dan cara berpikir teknologi robot nano sama dengan konsep dan cara kerja terapi gen yang memasukan sesuatu yang normal untuk menggantikan sesuatu yang rusak atau membunuh sesuatu yang merusak di dalam tubuh. Perkembangan sains dalam disiplin ilmu biologi telah membuat kemajuan teknologi dalam bidang kedokteran, terutama kesehatan masyarakat terlebih saat ini semakin banyak penderita kanker. BAB III. PENUTUP 3.1 Simpulan Perkembangan sains yang semakin maju telah melahirkan teknologi baru. Sejak Watson dan Crick menemukan struktur double helix DNA pada tahun 1953, teknologi rekombinan DNA dan biologi molekuler berkembang dengan sangat cepat. Dengan pengetahuan bahwa banyak penyakit-penyakit pada manusia disebabkan oleh abnormalitas ekspresi dan regulasi gen. Kemajuan ini membuka jalan untuk generasi baru kedokteran berbasis teknologi canggih, termasuk kedokteran gen (diagnosis genetik dan terapi gen). Terapi gen berkembang dengan harapan bahwa gen-gen fungsional yang disisipkan ke dalam sel dapat memperbaiki fungsi sel dan menghasilkan produk gen yang diperlukan, lalu mengkompensasi kelainan genetik dan menyembuhkan penyakit. 3.2 Saran Penulis berharap dengan adanya makalah ini, masyarakat dapat sadar akan pentingnya kesehatan dan paham akan bahaya penyakit kelainan gen. Penulis juga berharap penderita kanker di dunia dapat berkurang dengan adanya literasi mengenai terapi gen dan teknologi serupa ini. Tambahan lagi, sebaiknya mencegah dari pada mengobati penyakit.

DAFTAR PUSTAKA Kachroo,S., & Gowder, S.J.T. 2016.Gene therapy: An overview Gene Technology. Journal Of Biotechnology, 5 (1), tidak ada halaman. Misra, S. 2013. Human gene therapy: a brief overview of the genetic revolution. Journal of the Association of Physicians of India, Vol 61, hlm 41-47. Singh, S. P., et al. 2016. Gene therapy: recent development in the treatment of various diseases. International Journal of Pharmaceutical, Chemical, and Biological Sciences, Vol 6, hlm 205-214. Thieman,W.J. Dan Palladino, M.A. 2004. Introduction to Biotechnology First Edition. USA : Pearson Education, Inc. Wdyastuti, Dyah Ayu. 2017. Terapi Gen : Dari Bioteknologi Untuk Kesehatan. Journal Of Biology, 10 (1), hlm 49-62. Wijaya, Cindy Aprillianie. 2017. Pengobatan Kanker Melalui Metode Gen Terapi. Jurnal Farmaka, 15 (1), hlm 53-68.