EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARIOTIK (Insulin pada Manusia) A. Ekspresi Gen pada Sel Eukariotik Pada pembahasan terdahulu (struktur dan ekspresi gen) dijelaskan bahwa gen diekspresikan melalui pembentukan protein atau enzim. Pada pembahasan kali ini akan dijelaskan bahwa ekspresi gen atau sintesis protein dapat diatur, dihidupkan atau dimatikan sebagaimana mematikan dan menghidupkan merupakan katalisator yang berperan mejalankan proses reaksi metabolisme, keberadaan enzim akan menentukan berjalannya proses metabolisme. Bila suatu produk metabolisme di dalam sel sudah mencapai kuantitas yang mencukupi maka reaksi metabolisme tersebut harus dihentikan. Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara menghentikan produksi enzim, melalui penghentian ekspresi gen penyandinya. Mekanisme pengaturan ekspresi gen disebut regulasi ekspresi gen. Pada eukariot multiselular yang termasuk kedalam diferensiasi sel. Semua mahluk hidup termasuk manusia berasal dari satu sel, sehingga semua sel yang berasal dari sel awal ini akan mempunyai kandungan genetik yang sama. Melalui proses diferensiasi dihasilkan berbagai jaringan dan organ yang mempunyai bentuk dan fungsi yang berbeda-beda. Dalam suatu organ disintesis suatu produk, sedangkan pada organ lain disintesis produk yang lain. Jadi walaupun semua sel tersebut mempunyai kandungan genetik yang sama, ternyata terdapat gen-gen yang diekspresikan hanya pada organ tertentu. Salah satu penerapan dari ekspresi gen pada sel eukarioutik yaitu pada pembuatan human insulin. B. Pengertian Insulin Insulin adalah hormon yang mengubah glukosa menjadi glikogen, dan berfungsi mengatur kadar gula darah bersama hormon glukagon. Kekurangan insulin karena kelainan genetik pada pankreas, menyebabkan seseorang menderita diabetes melitus (kencing manis) baik tipe 1 (DMT1) di mana pankreas tidak memproduksi insulin maupun tipe 2 (DMT2) di mana terjadi gangguan sekresi maupun resistensi insulin, yang berdampak sangat luas terhadap kesehatan, mulai kelainan jantung, ginjal, mata (kebutaan) hingga impotensi. Penemuan insulin lebih dari 80 tahun yang lalu merupakan salah satu penemuan terbesar dalam dunia kedokteran abad ke- 20. Saat ini, penggunaan insulin mengalami kemajuan yang pesat. Beberapa kemajuan itu antara lain dalam hal jumlah penggunaan insulin per pasien, perbaikan mutu insulin, dan cara penggunaan insulin. Kemajuan di bidang bioteknologi yang lain diantaranya adalah sintesis insulin dengan bantuan bakteri yang biasa terdapat di usus besar yaitu Escherichia coli. Teknologi dasar proses ini disebut dengan bioteknologi plasmid atau rekayasa genetik.1 Sebelum ditemukan teknik sintesis insulin, hormon ini hanya bisa diperoleh dari ekstraksi pankreas babi atau sapi, dan sangat sedikit insulin bisa diperoleh. Setelah ditemukan teknik sintesis insulin di bidang bioteknologi inilah, harga insulin bisa ditekan dengan sangat drastis sehingga bisa membantu para pasien diabetes melitus. C. Insulin pada Hewan Insulin hewan merupakan jenis pertama dari insulin yang diberikan kepada manusia untuk mengobati diabetes. Insulin yang dimaksud berasal dari sapi dan babi. Hingga tahun 1980-an, insulin hewan merupakan satu-satunya pengobatan untuk diabetes yang tergantung insulin atau yang dikenal dengan diabetes tipe 1. Pada masa sekarang, penggunaan insulin hewan sebagian besar telah diganti dengan insulin manusia dan insulin analog manusia (human analogue insulin) meskipun insulin hewan masih tersedia seperti hypurin porcine neutral dan hypurin bovine neutral dari golongan short acting, hypurin porcine isophane dan hypurin bovine isophane dari golongan intermediate acting, hypurin bovine lente dan hypurin bovine PZI (Protamine Zinc Insulin) dari golongan long acting, dan hypurin porcine 30/70 dari golongan premixed. Mulai tahun 1922, dalam menghadapi permintaan yang besar untuk jenis obat baru, beberapa perusahaan diberikan izin oleh Universitas Toronto untuk memproduksi insulin. pada tahun inilah insulin mulai diproduksi secara masal. Pada tahun 1936, protamine yang merupakan protein dengan berat rendah yang ditemukan dalam sperma ikan digunakan untuk mengembangkan insulin kerja lambat (long acting insulin) Pada tahun 1959, pertama kali ditemukan berbagai tipe diabetes yang membutuhkan insulin. Dengan menggunakan teknologi radio immunoassay, Solomon Berson dan Rosalyn Yalow dapat mengukur kadar insulin dalam darah. Mereka mendapati sebagian pasien diabetes masih dapat menghasilkan insulin sendiri di mana mereka kemudian membagi jenis DM sebagai insulin dependent yaitu untuk diabetes melitus tipe 1 dan non insulin dependent yaitu dikenal sebagai diabetes melitus tipe 2. D. Insulin pada Manusia Insulin manusia dikembangkan dari tahun 1960-an hingga 1970-an dan disetujui untuk digunakan pada tahun 1982. Insulin manusia merupakan produk yang merupakan insulin sintetis yang diciptakan di laboratorium di dalam bakteri Escherichia coli untuk meniru insulin asli pada manusia. Para peneliti membutuhkan protein yang memproduksi insulin manusia dan protein ini didapat melalui serangkaian asam amino yang disintesis oleh DNA. Beberapa contoh human insulin yang beredar sekarang adalah Humulin S, Actrapid, dan insuman rapid dari golongan short acting; Humulin I, insuman basal, dan insulatard yang merupakan jenis-jenis NPH dari golongan intermediate acting; Humulin M2, M3 and M5 serta insuman comb 15, 25 dan 50 dari golongan premixed. Tahun 1982, Food and Drug Administration (FDA) menyetujui insulin manusia yang dihasilkan oleh bakteri diubah secara genetik. Insulin sintetis yang dikenal dengan insulin manusia berbeda dengan insulin yang berasal dari hewan. Insulin manusia memiliki keuntungan dari insulin hewan yaitu memungkinkan reaksi alergi menjadi lebih kecil. Insulin akhirnya diproduksi dan disebar secara luas. Humulin R (insulin human recombinant), Humulin N (NPH), Actrapid, serta Monotard dari golongan insulin kerja sedang (intermediate acting insulin) merupakan contoh yang paling mirip dengan insulin manusia. E. Fungsi Hormon Insulin yang Penting Bagi Tubuh Setiap manusia pasti memiliki hormon insulin di dalam sistem metabolisme tubuhnya. Hormon insulin memiliki beberapa fungsi yang sangat penting untuk menunjang fungsi tubuh yang sehat. Fungsi hormon insulin sangat terkait erat dengan glukosa atau gula darah. Berikut ini adalah beberapa fungsi hormon insulin yang penting bagi tubuh: 1. Memerintahkan sel untuk mengambil glukosa dari darah Setelah selesai makan makanan yang mengandung karbohidrat maka tubuh akan memecah karbohidrat menjadi glukosa atau yang biasa disebut juga sebagai gula darah. Pada waktu itu, kadar glukosa meningkat karena telah mengonsumsi karbohidrat. Fungsi hormon insulin yang utama adalah untuk memerintahkan sel-sel yang ada di otot, hati, dan lemak untuk menyerap glukosa yang ada di aliran darah. Hal ini penting agar glukosa di dalam darah tetap stabil dan glukosa bisa digunakan oleh sel-sel tersebut. 2. Memerintahkan sel hati untuk mengubah glukosa menjadi glikogen Fungsi hormon insulin selanjutnya adalah untuk memerintahkan sel-sel yang ada di organ hati untuk mengubah glukosa yang diserap dari aliran darah menjadi glikogen. Glikogen merupakan bentuk glukosa yang disimpan di dalam organ hati. 3. Mengubah glikogen menjadi glukosa yang dibutuhkan tubuh Di saat tubuh sedang memerlukan banyak glukosa seperti sedang belajar atau berolahraga maka hormon insulin akan menjalankan fungsinya yang lain. Fungsi hormon insulin pada kondisi tersebut adalah memerintahkan hati agar mengubah glikogen menjadi glukosa yang sedang dibutuhkan oleh tubuh untuk menunjang aktivitas. 4. Menyimpan kelebihan glukosa sebagai lemak Tidak hanya untuk mengubah glukosa menjadi glikogen dan sebaliknya, hormon insulin juga berfungsi untuk menyimpan glukosa yang berlebih. Ada saat di mana tubuh sedang tidak membutuhkan banyak glukosa dan hati sudah penuh menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen. Pada saat tersebut maka fungsi hormon insulin adalah memerintahkan sel-sel otot untuk mengubah glukosa dalam bentuk lemak yang biasanya disimpan di bawah lapisan kulit. Inilah salah satu proses orang yang mengalami kegemukan atau obesitas. F. Produksi Protein Human Insulin Tahapan proses produksi human insulin dalam kultur bakteri yaitu: 1. Proses pembentukan presekutor Suatu DNA kecil berbentuk lingkaran yang exist dalam bakteria, dikenal sebagai plasmid. Plasmid ini selanjutnya dimodifikasi agar disisipkan suatu urutan DNA manusia yang mengandung gen pembentuk proinsulin. Proinsulin adalah presecutor untuk membentuk insulin. 2. Produksi human proinsulin Plasmid yang telah mengandung gen proinsulin yang telah dibuat sebelumnya selanjutnya disisipkan (transformasi) ke dalam Eschericia coli (E.coli) yang selanjutnya akan memproduksi human proinsulin. Bakteri tersebut akan berkembang biak di dalam suatu fermentor yang berisi media produksi dan akan menghasilkan human proinsulin dalam jumlah besar. 3. Proses ekstraksi insulin Proses selanjutnya yaitu Bakteri diinaktifkan dengan cara heat sterilization kemudian proinsulin yang dihasilkan akan dipanen. Proinsulin tersebut kemudian diambil dengan cara memotong secara enzymatic sehingga yang akan dihasilkan hanya human insulinnya. Selanjutnya, dilakukan proses sentrifugasi dengan tujuan untuk menghilangkan sel-sel yang tidak diperlukan. Pemurnian dilakukan dengan cara chromatography dan crystallization.