Peran Rekayasa Genetika Mikroba Dalam Industri Insulin
Insulin (bahasa latin: insula, “pulau”, karena diproduksi di pulau-pulau Langerhans di pankreas) adalah sebuah hormon polipeptida yang mengatur metabolisme karbohidrat. Selain merupakan “efektor” utama dalam homeostasis karbohidrat, hormon ini juga ambil bagian dalam metabolisme lemak (trigliserida) dan protein. Hormon ini memiliki properti anabolik. Hormon tersebut juga mempengaruhi jaringan tubuh lainnya.
Insulin menyebabkan sel (biologi) pada otot dan adiposity menyerap glukosa dari sirkulasi darah melalui transporter glukosa GLUT1 dan GLUT4 dan menyimpannya sebagai glikogen di dalam hati dan otot sebagai sumber energi. Kadar insulin yang rendah akan mengurangi penyerapan glukosa dan tubuh akan mulai menggunakan lemak sebagai sumber energi.
Secara normal insulin dihasilkan oleh pankreas. Dalam keadaan sehat pankreas secara spontan akan memproduksi insulin saat gula darah tinggi. Prosesnya sebagai berikut : jika gula darah rendah glukagon akan dibebaskan oleh sel alfa pankreas, kemudian hati akan melepaskan gula ke darah yang mengakibatkan kadar gula darah normal. Sebaliknya jika gula dalam darah tinggi, insulin akan dibebaskan oleh sel beta pankreas, kemudian sel-sel lemak akan mengikat gula darah, yang mengakibatkan kadar gula darah normal.
Struktur insulin manusia terdiri dari dua rantai polipeptida yang dihubungkan oleh ikatan disulfida, yaitu polipeptida alfa dan beta. Polipeptida alfa mengandung 21 asam amino sedang polipeptida beta mengandung 30 asam amino. Apabila urutan asam amino suatu polipeptida diketahui maka dengan menggunakan kode genetika dapat pula diketahui urutan nukleotida gena(DNA) yang mengkodenya.
Insulin digunakan dalam pengobatan beberapa jenis diabetes melitus. Pasien dengan diabetes mellitus tipe 1 bergantung pada insulin eksogen (disuntikkan ke bawah kulit/subkutan) untuk keselamatannya karena kekurangan absolut hormon tersebut, pasien dengan diabetes mellitus tipe 2 memiliki tingkat produksi insulin rendah ataukebal insulin, dan kadang kala membutuhkan pengaturan insulin bila pengobatan lain tidak cukup untuk mengatur kadar glukosa darah.
Hal yang berkaitan dengan pengobatan Diabetes Melitus tersebut sesuai dengan surat Asy Syu’araa’ ayat 80
Artinya: dan apabila aku sakit, Dialah Yang menyembuhkan aku.
Dalam hal ini dapat kita ketahui bahwa Allah SWT menciptakan sejenis mikroba berupa Eschericia coli yang dapat melakukan proses metabolisme. Dari hasil metabolisme tersebut dapat menghasilkan insulin yang dapat digunakan penderita DM.
Sebelum era rekayasa genetika, insulin yang diperlukan untuk mengobati penderita DM diperoleh dari hewan. Insulin yang dihasilkan oleh pankreas sapi atau babi digunakan untuk pengobatan DM pada manusia. Jika dibandingkan dengan insulin dari ekstraksi pankreas sapi yang hanya menghasilkan ½ cc saja, insulin babi dapat menghasilkan sekitar 1 L insulin dari gen pankreas yang diklon dalam ragi pada tabung fermentor kapasitas 1000 L. Bila diamati dengan cermat, secara ilmiah organ yang ada pada babi memiliki perwujudan yang sangat serasi dengan manusia. Perbandingan lain juga ditemukan dari hasil struktur kimia yang dimiliki oleh babi, ternyata struktur insulin yang dimiliki oleh pankres babi memiliki bentuk yang hampir sama dengan insulin manusia, yaitu :
Insulin Manusia : C256H381N65O76S6 MW = 5807,7
Insulin Babi : C257H383N65O77S6 MW = 5777,6
Namun cara ini mempunyai kelemahan, yaitu terbatasnya insulin yang dapat diproduksi oleh pankreas, yang tidak sebanding dengan jumlah penderita DM yang membutuhkan insulin. Selain itu memungkinkan adanya efek samping karena insulin yang dihasilkan tidak sama persis dengan insulin manusia. Meskipun diketahui insulin yang dihasilkan oleh babi paling mirip dengan insulin manusia, namun perlu diingat bahwa dalam islam babi merupakan binatang yang haram sebagaimana firman Allah dalam Al Quran surat Al An’am ayat 145 yang artinya : “Katakanlah : Tidaklah aku peroleh dalam wahyu yang diwahyukan kepadaku, sesuatu yang diharamkan bagi orang yang hendak memakannya, kecuali kalau makanan itu bangkai, atau darah yang mengalir atau daging babi …”.
Penemuan teknik rekayasa genetika pada E. coli untuk menghasilkan insulin, jauh lebih menguntungkan karena yang dihasilkan adalah insulin manusia sehingga tidak memberikan efek sampingan seperti halnya insulin hewan serta dapat dihasilkan banyak insulin dalam waktu yang relatif pendek. Hal ini dikarenakan waktu generasi E. coli yang cukup pendek, yaitu hanya 20 menit, sehingga setiap 20 menit, satu sel E. coli membelah menjadi 2 sel.
Penggunaan mikroba dalam produksi insulin dengan menggunakan jenis bakteri E. coli tergolong dalam mikrobiologi industri. E. coli merupakan anggota bakteri. Selama ini bila kita mendengar kata bakteri, maka yang terbayang di benak kita adalah sesuatu yang merugikan saja, misalnya penyebab suatu penyakit. Padahal sebenarnya E. coli tidaklah demikian, bakteri ini dikenal sebagai mikrobia normal tubuh manusia. E. coli tidak bersifat pathogen selama berada dalam usus dan bahkan menurut Sujono (1998) bakteri ini bersimbiosis mutualisme dengan manusia. E. coli membantu membentuk vitamin-vitamin (terutama vitamin K) dan dapat menghambat terbentuknya gas H2S, sedangkan E. coli juga mendapatkan makanan dari sisa-sisa metabolisme manusia. Fenomena ini sesuai dengan firman Allah dalam Al Quran surat Al- Imran ayat 191
Artinya: (yaitu )orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): “Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka.
Dalam surat Al-Imran ini menjelaskan bahwa segala sesuatu yang di ciptakan oleh Allah SWT dimuka bumi ini dari hal terkecil sampai hal terbesar mempunyai maksud dan tujuan untuk kehidupan manusia dimuka bumi.
E. coli banyak digunakan dalam teknologi rekayasa genetik. Biasa digunakan sebagai vector untuk menyisipkan gen-gen tertentu yang diinginkan untuk dikembangkan. E. coli dipilih karena pertumbuhannya sangat cepat dan mudah dalam penanganannya. Hormon insulin yang diproduksi dalam tubuh bakteri E.coli berlangsung secara biosintesis.
Proses produksi:
Sumber: http://www.littletree.com.au/dna.htm
Escherrichia coli (E. coli), penghuni saluran pencernaan manusia, adalah ‘pabrik’ yang digunakan dalam rekayasa genetika insulin. Ketika bakteri bereproduksi, gen insulin direplikasi bersama dengan plasmid. E. coli seketika memproduksi enzim yang dengan cepat mendegradasi protein asing seperti insulin. Hal tersebut dapat dicegah dengan cara menggunakan E. coli strain mutan yang sedikit mengandung enzim ini. Pada E. coli, B-galaktosidase adalah enzim yang mengontrol transkripsi gen. Untuk membuat bakteri memproduksi insulin, gen insulin perlu terikat pada enzim ini.
Enzim restriksi secara alami diproduksi oleh bakteri. Enzim restriksi bertindak seperti pisau bedah biologi, hanya mengenali rangkaian nukleotida tertentu, misal salah satunya rangkaian kode untuk insulin. Hal tersebut memungkinkan peneliti untuk memutuskan pasangan basa nitrogen tertentu dan menghapus bagian DNA yang berisi kode genetik dari kromosom sebuah organisme sehingga dapat memproduksi insulin. Sedangkan DNA ligase adalah suatu enzim yang berfungsi sebagai perekat genetik dan pengelas ujung nukleotida
Langkah pertama pembuatan humulin adalah mensintesis rantai DNA yang membawa sekuens nukleotida spesifik yang sesuai karakteristik rantai polipeptida A dan B dari insulin. Urutan DNA yang diperlukan dapat ditentukan karena komposisi asam amino dari kedua rantai telah dipetakan. Enam puluh tiga nukleotida yang diperlukan untuk mensintesis rantai A dan sembilan puluh untuk rantai B, ditambah kodon pada akhir setiap rantai yang menandakan pengakhiran sintesis protein.
Antikodon menggabungkan asam amino, metionin, kemudian ditempatkan di setiap awal rantai yang memungkinkan pemindahan protein insulin dari asam amino sel bakteri itu. ‘Gen’ sintetik rantai A dan B kemudian secara terpisah dimasukkan ke dalam gen untuk enzim bakteri, B-galaktosidase, yang dibawa dalam plasmid vektor tersebut. Pada tahap ini, sangat penting untuk memastikan bahwa kodon gen sintetik kompatibel dengan B-galaktosidase. Plasmid rekombinan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel E. coli.
Praktis penggunaan teknologi DNA rekombinan dalam sintesis insulin manusia membutuhkan jutaan salinan plasmid bakteri yang telah digabungkan dengan gen insulin dalam rangka untuk menghasilkan insulin. Gen insulin diekspresikan bersama dengan sel mereplikasi galaktosidase-B di dalam sel yang sedang menjalani mitosis.
Protein yang terbentuk, sebagian terdiri dari B-galaktosidase, bergabung ke salah satu rantai insulin A atau B. Rantai insulin A dan rantai B kemudian diekstraksi dari fragmen B-galaktosidase dan dimurnikan.
Sumber: http://www.littletree.com.au/dna.htm
Kedua rantai dicampur dan dihubungkan kembali dalam reaksi yang membentuk jembatan silang disulfida, menghasilkan Humulin murni (insulin manusia sintetis).
Sumber: http://www.littletree.com.au/dna.htm
Implikasi biologis dari rekayasa genetika Humulin rekombinan
Humulin merupakan protein hewani yang dibuat dari bakteri sedemikian rupa sehingga strukturnya benar-benar identik dengan molekul alami. Hal ini akan mengurangi kemungkinan komplikasi yang disebabkan produksi antibodi oleh tubuh manusia. Dalam studi kimia dan farmakologi, insulin rekombinan DNA manusia yang diproduksi secara komersil telah terbukti bisa dibedakan dari insulin pankreas manusia.
Awalnya, kesulitan utama yang dihadapi adalah kontaminasi produk akhir oleh sel inang, sehingga meningkatkan resiko kontaminasi dalam kaldu fermentasi. Bahaya ini diatasi dengan ditemukannya proses pemurnian. Ketika dilakukan tes pada produk akhir insulin, termasuk teknik terbaik radio-immuno assay, tidak ada ‘kotoran’ yang terdeteksi.
Seluruh prosedur, sekarang dilakukan dengan menggunakan sel ragi sebagai media pertumbuhan, karena sel ragi dapat menghasilkan sebuah molekul insulin manusia yang hampir lengkap dengan struktur tiga dimensi yang sempurna. Ini meminimalkan kebutuhan untuk prosedur pemurnian kompleks dan mahal.
Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia seperti insulin dan hormon pertumbuhan 
