III Vaksin Dan Antibiotik 2013

VAKSIN, ANTIBODI, DANMETABOLIT SEKUNDER (OBAT)METABOLIT SEKUNDER (OBAT)

BIOTEKNOLOGI DI BIDANG KESEHATAN

DR. HENI YOHANDINI

SISTEM IMUNITAS

Pendahuluan

• Tubuh manusia merupakan ekosistem yangtumbuh subur dan kompleks.

• Ia mengandung sekitar 1013 sel manusia dan jugasekitar 1014 sel bakteri, fungi, dan protozoa, yangsekitar 10 sel bakteri, fungi, dan protozoa, yangmewakili ribuan spesies mikroba.

• Mikroba-mikroba tersebut, yang disebut sebagaiflora normal, biasanya terbatas di area tubuhtertentu, termasuk kulit, mulut, usus besar, danvagina.

Pendahuluan

• Flora normal menyebabkan masalah hanyajika sistem imun kita melemah atau jikamendapat akses ke bagian tubuh yangnormalnya steril.normalnya steril.

• Penyakit infeksi disebabkan oleh patogen,yang meliputi bakteri, fungi, protozoa, cacing,virus, dan juga protein menular yang disebutprion

Pendahuluan

• Patogen berbeda dengan flora normal.

• Patogen memiliki mekanisme sangat khususuntuk melewati penghalang (barrier) selulerdan biokimia dan untuk menimbulkan respondan biokimia dan untuk menimbulkan responkhusus dari organisme inang yangberkontribusi pada kelangsungan hidup danperbanyakan patogen

Pendahuluan

• Bakteri patogen membawa gen virulence(“jahat”) khusus.

• Gen yang berkontribusi terhadap kemampuansuatu organisme menyebabkan penyakitdisebut gen virulence.disebut gen virulence.

Pendahuluan

• Protein yang dikodenya disebut faktorvirulence.

Faktor virulence seringkali berupa:

• protein toksin yang berinteraksi langsung• protein toksin yang berinteraksi langsungdengan struktural inang, atau

• protein signaling untuk memperoleh respon selinang yang menguntungkan bagi replikasi ataukolonisasi patogen, atau

• protein yang diperlukan untuk mengantarkantoksin-toksin tersebut ke target sel inangnya

Pendahuluan

• Patogen seringkali memanfaatkan sifat/atributbiologis sel inangnya supaya menginfeksimereka.

• Manusia, seperti halnya organisme multisel• Manusia, seperti halnya organisme multisellain, memiliki mekanisme untuk melawaninfeksi oleh patogen.

Pendahuluan

Ada 2 jenis mekanisme pertahanan terhadapinfeksi:

• Innate immune responses, yang bekerja segerasetelah terjadi infeksi dan tidak bergantung padapembukaan/pembongkaran (exposure) dahulupembukaan/pembongkaran (exposure) dahuluinang terhadap patogen

• Adaptive immune system, yaitu pertahahananlebih kuat yang bekerja kemudian terhadapinfeksi dan sangat spesifik untuk patogen yangmenginduksinya.

Sel T

• Ada 2 jenis sel-T dengan fungsi berbeda: sel Tsitotoksik yang membunuh secara langsung selterinfeksi dengan menginduksi sel menjalaniapoptosis; dan sel T helper yang membantuapoptosis; dan sel T helper yang membantumengaktifkan sel B untuk membuat responantibodi dan makrofag untuk menghancurkanmikroba yang menginvasi.

• Sel T helper juga membantu mengaktifkan sel Tsitotoksik

• Kedua jenis sel T mengekspresikan reseptorseperti antibodi di permukaan sel, yangdikode oleh gen-gen yang disusun dari multifragmen gen selama perkembangan sel T padathymus.thymus.

• Reseptor-reseptor ini mengenali fragmen-fragmen protein asing yang ditunjukkan(display) pada permukaan sel inangbersamaan dengan protein MHC

• Sel T sitotoksik dan helper, keduanyadiaktifkan di organ limfoid perifera oleh selpengunjuk-antigen (antigen-presenting cells),yang mengekspresikan kompleks MHC-yang mengekspresikan kompleks MHC-peptida, protein kostimulator, dan bermacammolekul perekat (adhesi) sel-sel padapermukaan selnya.

Sel B

VACCINE TECHNOLOGY

Traditional vaccine preparations

• Bakteri hidup yang dilemahkan, contohBacillus Calmette–Guerin (BCG) yangdigunakan untuk imunisasi melawantuberculosis.tuberculosis.

• Bakteri mati atau inaktivasi, contoh vaksincholera dan pertussis (batuk rejan).

• Virus hidup yang dilemahkan, contoh vaksinvirus campak, gondok dan demam kuning.

• Virus diinaktivasi, contoh vaksin virus hepatitisA dan poliomyelitis (polio).

• Toxoid (toksin yang dilemahkan), contohvaksin diphtheria dan tetanus.vaksin diphtheria dan tetanus.

• Antigen dari pathogen, contoh vaksin hepatitisB, meningococcal, pneumococcal danHaemophilus influenzae.

Attenuated, dead or inactivatedbacteria

• Pelemahan/attenuation (bakteri atau virus)merupakan proses penghilangan atau sangatmengurangi virulence pathogen.

• Secara tradisional, hal ini dicapai, misalnya,dengan treatment secara kimia atau pemanasan,dengan treatment secara kimia atau pemanasan,ditumbuhkan pada kondisi atau perkembang-biakan yang tidak cocok dalam inang tidak natural.

• Contohnya, vaksin BCG merupakan straintubercule bacillus (Mycobacterium bovis) yanggagal menyebabkan tuberculosis tapi tetapmemelihara antigenitas pathogennya.

• Membunuh atau inaktivasi bakteri pathogenbiasanya mengubahnya menjadi sesuaisebagai vaksin. Ini dicapai melalui treatmentpanas dan atau secara kimia.

• Produk yang diinaktivasi harus memeliharakarakteristik immunologis pathogen aktif.

• Vaksin Cholera, misalnya, merupakan suspensisteril Vibrio cholerae mati, yang diseleksiuntuk efesiensi antigenik tinggi.

Attenuated and inactivated viralvaccines

• Partikel virus yang akan digunakan sebagai vaksin,umumnya diperbanyak dalam sistem kultur sel hewanyang sesuai. Terkadang juga ditumbuhkan dalam teluryang difertilisasi, atau kultur jaringan embryo ayam

Toxoids, antigen-based and othervaccine preparations

• Vaksin Diphtheria dan tetanus umumnyamenggunakan toxoid-based vaccine preparations.

• Tahap awal produksi vaksin diphtheriamemerlukan penumbuhan Corynebacteriumdiphtheriae.diphtheriae.

• Toxoid kemudian dibuat dengan memperlakukantoksin aktif yang dihasilkan denganformaldehyde.

• Produksi vaksin Tetanus : Clostridium tetanidikulturkan dalam media yang tepat, toksindiinaktivasei dengan formaldehyde treatment.

• Preparasi vaksin berbasis antigen yang traditionalterdiri dari bagian antigenik yang tepat daripathogen (biasanya antigen dari permukaan;Table 10.14).Table 10.14).

• Senyawa-senyawa berbasis karbohidrat kurangimmunogenik daripada material berbasis protein

• Antigenitas senyawa-senyawa tersebut dapatditingkatkan melalui penggabungan secara kimia(conjugating) dengan antigen berbasis protein.

Recombinant sub-unit vaccines

• Perkembangan teknologi DNA rekombinanmemungkinkan produksi skala besarpolipeptida yang terdapat secara normal padapermukaan patogen.permukaan patogen.

• Polipeptida ini, setelah dimurnikan dariorganisme penghasilnya (misalnya Escherichiacoli, Saccharomyces cerevisiae) dapatdigunakan sebagai vaksin ‘sub-unit’.

MONOCLONAL ANTIBODIES

MONOCLONAL ANTIBODIES

• Mulai dikembangkan di pertengahan -1970,ketika Kohler dan Milstein berhasil memfusikansel myeloma immortal dengan B limfositpenghasil antibodi.

• Hibrid yang dihasilkan merupakan sel pemroduksi• Hibrid yang dihasilkan merupakan sel pemroduksiantibodi yang stabil, cancerous.

• Sel ‘hybridoma’ tersebut menjadi sumberantibodi monospecifik (monoklonal) yang tidakhabis-habis.

• Teknologi hybridoma memfasilitasi produksilangsung monospesifik antibodi dari antigen yangmenjadi sasaran.

First-generation anti-tumourantibodies: clinical disappointment

• Keberadaan infoemasi yang tidak cukupberkenaan dengan antigen tumor;

• Monoklonal murine memicu respon imun ketikadiberikan pada manusia;

• Penetrasi yang jelek terhadap massa tumor oleh• Penetrasi yang jelek terhadap massa tumor olehantibodi;

• Monoklonal murine menunjukkan waktu paruhyang relatif pendek ketika diberikan padamanusia;

• Pengenalan yang jelek domain Fc antibodi murineoleh mekanisme efektor manusia.

complementarity-determiningregions (CDRs) : regions withinvariable domain that actually dictateantigen specificity

METABOLIT SEKUNDER

Antibiotik

• Antibiotik memiliki target yang sangat terbatas

• Kebanyakan antibiotik menginhibisi sintesisprotein atau dinding sel bakteri

SECONDARY METABOLITES AS ASOURCE OF DRUGS

• Avermectins

• Zaragozic Acids (Squalestatins)

• Taxol

AVERMECTINS

Senyawa Avermectin B1.adalah lakton makrosiklikutama yang dihasilkan olehStreptomyces avermitilis.Ivermectin merupakansintetik turunan dariavermectin B1.

AVERMECTINS

• Avermectin ditemukan th 1980 sebagaisenyawa antihelminthic yang dihasilkan olehmikroba tanah.

• Helminth adalah cacing parasit yang• Helminth adalah cacing parasit yangmenginfeksi usus hewan.

• Merupakan senyawa yang aktif melawannematoda dan arthropoda tertentu pada dosissangat rendah, tapi memiliki toksisitas relatifrendah untuk mamalia.

AVERMECTINS

• Avermectin bekerja pada invertebrata dengancara mengaktifkan saluran glutamate-gatedchloride pada syaraf dan ototnya, merusak fungsipharyngeal dan locomotion. Parasit yangdilumpuhkan kebanyakan kelaparan sampai mati.dilumpuhkan kebanyakan kelaparan sampai mati.

• Toksisitasnya yang selektif – tidak membahayakanvertebrata – membawa pada kesimpulan bahwaavermectin menggunakan target seluler spesifikyang tidak ada atau tidak dapat diakses padaorganisme resisten

AVERMECTINS

• Avermectin tidak bermigrasi di dalam tanah danmenjadi subyek bagi fotodegradasi dandekomposisi mikroba secara cepat.Konsekuensinya, avermectin tidak diharapkantahan dalam waktu lama pada feses hewan yangdiobati.tahan dalam waktu lama pada feses hewan yangdiobati.

• Ivermectin (IVM; 22,23-dihydroavermectin B1a,semisintetik turunan avermectin B1a, merupakanobat yang sangat diperlukan untuk memberantaspenyakit serius yang disebabkan oleh: riverblindness (onchocerciasis) dan lymphatic filariasis

ZARAGOZIC ACIDS(SQUALESTATINS)

• Isopentenil, geranil, dan farnesilpirofosfat adalah prekursoruntuk sterol dan juga beberapaturunan isoprenoid penting.

• Produk fermentasi fungi• Produk fermentasi fungimevinolin (dari Aspergillusterreus) dan compactin (dariPenicillium spp.) merupakanobat sangat efektif yangdigunakan untuk mengurangikolesterol serum pada manusia.Jalur biosintetik

cholesterol padamanusia.

ZARAGOZIC ACIDS(SQUALESTATINS)

• senyawa-senyawa tersebutmerupakan inhibitor potensialbagi 3-hidroksi-3- metilglutaril-CoA reduktase dan memblockpembentukan semua produkjalur poliisoprenoid mamalia.jalur poliisoprenoid mamalia.

• Sebaliknya, asam zaragozicmenginhibisi squalene sintase,yang mengkatalisis tahap awalpada sintesis sterol dan tidakmempengaruhi pembentukanisoprenoid lain.Jalur biosintetik

cholesterol padamanusia.

• Struktur asam zaragozic dan presqualenepyrophosphate.

• [From Wilson, K. E., Burk, B. M., Biftu, T., Ball, R. G., and Hoogsteen, K.(1992). Zaragozic acid A, a potent inhibitor of squalene synthase: initialchemistry and absolute stereochemistry. Journal of Organic Chemistry,57, 7151–7158.]

TAXOL

TAXOL

• Taxol, diterpenoid yang sangat tersubstitusidengan multiple pusat asymmetric, diisolasi th1965 dari Pacific yew (Taxus brevifolia).

• Pada sel manusia, taxol mencegah depolimerisasi• Pada sel manusia, taxol mencegah depolimerisasimicrotubul selama pembelahan sel.

• Efek yang sama terjadi juga pada fungi sehinggadi alam taxol merupakan fungisida.

• Taxol terbukti menjadi oabt antikanker yangsangat efektif