Sekelompok peneliti dari Princeton University mengembangkan riset yang berfokus pada interaksi virus dan antibodi. Dengan melakukan manipulasi terhadap interaksi tersebut, mereka berharap desain vaksin flu yang lebih ampuh dapat diproduksi. Hasil penelitian ini dijelaskan dalam Proceedings of the National Academy of Science USA.
Ned Wingreen, profesor biologi molekular sekaligus anggota Lewis-Sigler Institute for Interative Genomics, menyatakan, “Kami telah mengamati adanya pengaruh yang besar antara interferensi antibodi dangan efektivitas antibodi tersebut untuk merespon infeksi virus. Oleh karena itu, demi memperoleh vaksin yang kuat, interferensi itu harus diperlemah.” Dalam penelitian ini, Profesor Wingreen bekerja sama dengan profesor biologi, Simon Levin dan siswa magister, Wilfred Ndifon.
Ketika virus influenza menginfeksi tubuh manusia, sistem imunitas akan merespon dengan pelepasan antibodi spesifik yang dapat melekat pada virus tersebut sehingga virus tidak dapat memulai siklus hidupnya. Dengan demikian, perkembangan penyakit dapat dicegah. Untuk memahami tahapan tersebut, para ilmuwan Princeton menganalisis struktur virus, tipe antibodi, serta reaksi antara keduanya.
Dari analisis ini, Ndifon menemukan adanya suatu pola yang teratur. Seringkali, antibodi justru lebih efektif dalam membunuh virus yang strukturnya mirip dengan virus yang memicu produksi antibodi tersebut, daripada virus asalnya sendiri. Fenomena ini dikenal dengan istilah reaktivitas silang.
Analisis yang lebih akurat menggunakan teknik gabungan biofisika dan komputer menguak proses interferensi antibodi. Proses ini dimulai ketika virus menginduksi pembentukan berbagai jenis antibodi. Semua antibodi tersebut akan berkumpul di sekitar virus dan memperebutkan permukaan untuk melekat. Anehnya, antibodi yang lebih efektif biasanya kalah bersaing dengan antibodi yang kurang efektif. Jika dapat ditemukan cara untuk mencegah hal ini, maka bisa didesain vaksin baru yang lebih baik.
Pola teratur dari reaktivitas silang yang diamati Ndifon hanya berlaku pada virus dengan situs pengikatan berbeda untuk antibodi yang kurang efektif. Variasi tersebut dapat menjadi kandidat yang ideal untuk produksi vaksin. Dengan ini, sistem imun akan distimulasi untuk membuat dua jenis antibodi, yaitu antibodi yang lebih efektif dalam menempel dan membunuh virus, serta antibodi yang kurang efektif untuk melakukan keduanya. Antibodi yang efektif akan menang sehingga infeksi virus dapat diatasi.
Berdasarkan hasil penelitian tersebut, vaksin terbaik adalah strain yang memiliki perbedaan tertentu dengan virus yang diharapkan pada tempat pelekatan antibodi yang kurang efektif. Dengan cara ini, antibodi tersebut tidak akan menghalangi antibodi lainnya. Meski tim peneliti Princeton tidak berencana untuk membuat vaksin, mereka berharap hasil penelitian ini dapat menginspirasi para produsen vaksin. Wingreen menjelaskan,”Kami hanya ingin mengekspresikan ide kami sejelas mungkin. Semoga saja ada yang akan tertarik untuk melakukan studi lebih lanjut untuk memperkuat maupun menentangnya.”
Bakteri Pengurai Kolesterol Diisolasi dari Lumpur Selokan
Suatu spesies bakteri pengurai kolesterol telah berhasil diisolasi oleh para ilmuwan di Universidad Complutense de Madrid, Spanyol. Dr Oliver Drzyzga beserta rekan-rekannya mengisolasi bakteri yang akhirnya dinamakan Gordonia cholesterolivorans tersebut dari lumpur saluran pembuangan atau selokan. Hasil penelitian mereka ini diterbitkan di International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.
Kolesterol merupkan sejenis steroid yang dapat ditemukan pada semua jaringan di dalam tubuh manusia. Komponen yang mengandung lemak ini biasanya digunakan sebagai zat penstabil, pelembab, serta pengikat air dalam industri kosmetik dan farmasi. Hal inilah yang menyebabkan mengapa steroid, khususnya kolesterol, menjadi kontaminan utama dalam saluran pembuangan daerah perkotaan.
Bakteri Gordonia mulai diklasifikasikan sebagai kelompok tersendiri dalam kingdom bakteri pada tahun 1997. Anggota orde aktinomycetales tersebut banyak ditemukan secara alami di air dan tanah. Sebagian besar dari ke-21 spesies dalam genus Gordonia terkenal dengan kemampuannya untuk menguraikan senyawa-senyawa hidrokarbon dan xenobiotik sehingga perannya sangat penting bagi proses bioremediasi dan biodegradasi. Sejauh ini hanya 5 spesies Gordonia yang dapat menimbulkan penyakit bagi manusia, dan infeksi yang telah menjangkau pembuluh darah hanya tercatat pada 11 kasus.
Di sisi lain, peranan Gordonia dalam mendegradasi berbagai polutan telah terbukti sejak lama. Beberapa contoh ‘makanan kesukaan’ bakteri ini antara lain phtalate (sejenis ester yang terdapat pada plastik), karet, serta berbagai senyawa berbahaya seperti heksogen (siklotrimetilentrinitramin) yang merupakan bahan dasar peledak. Saat ini, Dr. Drzyzga dan timnya sedang mempelajari sifat-sifat genetik dari Gordonia agar di kemudian hari dapat dikembangkan strain yang juga mampu memproduksi senyawa hasil uraian dari kolesterol.
Lebih lanjut mengenai peran G.colesterolivorans, Dr. Drzyzga menyatakan bahwa spesies ini masih bersifat patogen bagi manusia sehingga penggunaannya dalam pengobatan kasus yang berkaitan dengan kolesterol masih dipertanyakan. Untuk itu, mereka perlu menyelidiki mekanisme biokimia spesifik yang dilakukan oleh bakteri ini dalam mengurai kolesterol. Melalui melakukan berbagai rekayasa genetik, dapat dihasilkan strain dengan tingkat patogenesitas yang lebih rendah, namun mengurai kolesterol dengan lebih cepat dan efektif.
Cara Baru untuk Mengobati Depresi
Sebuah Penemuan yang dapat menolong orang yang gagal mengatasi depresi dengan menggunakan obat anti depresi yang ada.
Suatu target baru untuk mengobati depresi, yang ditemukan oleh peneliti di Iowa, menawarkan suatu alternative antidepresan tertentu, dengan menggunakan mekanisme lain untuk mengobati kondisi tersebut.
“Isu mekanisme sangat penting karena jika seorang pasien tidak bereaksi terhadap satu obat, kesempatan mereka menanggapi obat lain yang bekerja terus menerus dengan mekanisme yang sama menjadi rendah,” menurut Yohanes A. Wemmie, yang memimpin tim riset. Wemmie adalah seorang Guru Besar psikiatri dan bedah urat saraf di University of Iowa dan seorang peneliti dan dokter staff di Iowa City Veterans Affairs Medical Center.
Wemmie beserta timnya focus pada jalur biokimia yang meliputi ASIC (acid-sensing ion channel) protein yang terdapat pada neurons. ASICS diaktipfan oleh satuan listrik positif yang dipercaya bertindak sebagai neurotransmitters ( C&En, Jan. 14, 2008, halaman 10). Wemmie dan para rekan kerja nya berkonsentrasi pada kelas ASIC1a dari saluran ion ini, yang mana banyak terdapat di daerah otak ynag berhubungan dengan mood.
Kelompok riset sebelumnya melakukan uji coba terhadap tikus-tikus yang mana aktivitas ASIC1a dihubungkan dengan kegelisahan yang sering disertai depresi. Di pekerjaan yang baru, peneliti menunjukkan bahwa tikus-tikus yang kekurangan gen ASIC1a lebih sedikit peka dibanding tikus-tikus yang normal terhadap depresi yang disebabkan oleh stress. Pada percobaan kedua, peneliti memperlakukan tikus-tikus normal dengan A-317567, suatu percobaan inhibitor ASIC di Abbott Laboratories tengah mempelajari untuk pengobatan sakit/luka. Tim Wemmie melaporkan bahwa ASIC1a menghalangi dengan cara memproduksi efek antidepressant di binatang (J. Neurosci. 2009, 29, 5381).
“Jika kita temukan jalan untuk menghalangi saluran atau untuk mengontrol pH diharapkan akan menghalangi pengaktifan ASIC pada manusia,” kata Wemmie, ” ini dapat memberikan suatu kesempatan baru untuk mengurangi depresi pada pasien.”
“Pengembangan dari antidepressants itu adalah perlakuan pada target molekul lain di dalam otak kan menjadi suatu terobosan penting,” komentar Yohanes F. Cryan, ahli farmasi yang mempelajari pengobatan depresi di University College Cork, di Irlandia, tetapi tidak bergabung dengan pekerjaan di Lowa. Suatu paradigma pengobatan baru yang mungkin membantu lebih dari sepertiga pasien yang tidak efektif terhadap antidepressant tertentu, ia menambahkan.
Penyerapan Garam Mempengaruhi Tekanan Darah
Penyerapan garam yang tinggi telah diasosiasikan dengan penyakit jantung selama ribuan tahun. Padahal, hipertensi yang disebabkan oleh tingginya kadar garam dalam darah saja masih merupakan misteri. Hal ini menggelitik para ilmuwan dari Max Delbrück Center (MDC) bagi Pengobatan Molekular di Berlin-Buch dan Regensburg untuk bekerja sama dengan grup peneliti dari Finlandia dan Austria guna mengungkap hubungan antara penyerapan garam, proses biologis tubuh secara keseluruhan, dan regulasi tekanan darah. Sekelompok orang pintar dari Eropa tersebut menemukan adanya ruang-ruang penyimpanan garam pada jaringan kulit. Lebih uniknya lagi, ketidakstabilan pada proses penyimpanan ini dapat menyebabkan hewan-hewan percobaan mereka menjadi gelisah dan hipertensif.
Seperti yang kita ketahui, garam atau NaCl sangat penting bagi sistem regulasi air di dalam tubuh, khususnya dalam proses difusi dan osmosis. Oleh karena itu, kekurangan garam dapat berujung pada kacaunya sistem biologis tubuh manusia yang 70% tersusun atas air. Pada sistem pencernaan, garam akan diserap oleh lambung dan usus, lalu sebagian besar diekskresi oleh ginjal. Namun, garam juga disimpan pada sela-sela antarsel tubuh. Grup peneliti MDC, bagian Pusat Riset Klinik dan Eksperimental, dapat membuktikan bahwa konsumsi garam yang tinggi pada tikus menyebabkan akumulasi molekul garam diantara sel-sel kulit. Ternyata, proses ini diregulasi secara spesifik oleh makrofag (sel darah putih).
Pada makrofag tersebut ditemukan regulator gen berupa faktor transkripsi yang dinamakan TonEBP-tonicity-responsible enhancer binding protein atau protein pengikat enhancer yang mengatur tekanan fluida sel. Enhancer itu sendiri merupakan suatu gen yang ekspresi fenotipnya menjadi lebih kuat akibat suatu mutasi yang berimbas dari mutasi gen lainnya. TonEBP akan diaktivasi untuk merespon kadar garam yang tinggi. Selanjutnya, regulator ini akan mengaktifkan gen VEGF-C-vascular endothelial growth factor C atau faktor pertumbuhan C pada sel endotelium pembuluh darah-yang mengontrol pembentukan sel-sel limfa. Dengan demikian, secara tidak langsung, konsumsi garam yang tinggi dapat meningkatkan pembentukan sel-sel limfa sehingga menambah kepekatan darah sekaligus mengurangi tekanannya.
Hasil penelitian tersebut juga menunjukkan bahwa konsentrasi makrofag yang rendah atau absennya VEGF-C menyebabkan tubuh menjadi tidak mampu menyimpan garam secara optimal sehingga terjadilah hipertensi. Namun, kaitan antara proses tersebut dengan terjadinya berbagai gangguan kardiovaskuler masih belum dipahami dengan jelas.
Teka-Teki Patogenesitas Osteoporosis Telah Dipecahkan!
Osteoporosis, atau pengeroposan tulang, adalah penyakit yang populer di kalangan manula, khususnya wanita. Meskipun demikian, selama ini tidak diketahui dengan jelas bagaimana proses ini terjadi di dalam tubuh. Para ilmuwan Max Delbrück Center (MDC) untuk Pengobatan Molekuler di Berlin-Buch, Jerman, akhirnya berhasil memecahkan mekanisme regulasi yang menjaga kestabilan antara pembentukan dan penguraian tulang. Dr. Jeske J. Smink, Dr. Valérie Bégay, dan Professor Achim Leutz menemukan adanya dua materi genetik-isoform pendek dan isoform panjang-yang mengendalikan kedua proses tersebut. Para ilmuwan MDC berharap penemuan ini dapat membuka alternatif baru bagi terapi penyakit-penyakit tulang.
Pasien osteoporosis mengalami penguraian sel-sel tulang secara berlebihan. Tulang mereka akan kehilangan densitasnya sehingga strukturnya menjadi rapuh dan mudah patah, bahkan akibat kecelakaan ringan sekalipun. Harmonisasi kerja antara dua sel, yaitu sel osteoblas (pembentuk sel tulang) dan osteoklas (pengurai sel tulang), menentukan kepadatan jaringan tulang secara keseluruhan. Keseimbangan kerja dua sel tersebut dikendalikan secara ketat oleh sistem regulasi genetik untuk mencegah ketimpangan antarproses yang satu dengan yang lain. Dr. Smink, Dr. Bégay, and Professor Leutz merumuskan sistem rumit tersebut dengan bantuan aktivator C/EBP beta. Protein ini memiliki beberapa bentuk yang masing-masing dibedakan oleh ukuran dan jumlah komponen-komponen dasarnya. Isoform berukuran panjang dinamai LAP, sedangkan isoform berukuran pendek dinamai LIP.
LAP mengaktivasi represor MafB yang berfungsi untuk mencegah pembentukan osteoklas. Sebaliknya, LIP menekan aktivitas MafB sehingga terjadi proliferasi osteoklas. Hasilnya, aktivitas osteoklas dalam menguraikan sel tulang akan lebih tinggi dibandingkan pembentukan sel tulang baru oleh osteoblas. Ketidakseimbangan inilah yang menyebabkan terjadinya osteoporosis.
Aktivitas molekul sinyal, mTOR (mammalian Target of Rapamycin atau target mamalia dari rapamisin), menentukan isoform mana yang akan dibentuk. Ripamisin menginhibisi mTOR dan, secara tidak langsung, menahan pembentukan osteoklas. Sayangnya, rapamisin memiliki efek samping terhadap sistem imunitas. Profesor Leutz masih berharap suatu saat akan ditemukan obat pengganti rapamisin yang dapat mengendalikan mTOR dengan efek samping yang tidak membahayakan sehingga abnormalitas osteoklas dapat diatasi secara efektif.
Kulit Buatan Berhasil Diproduksi Melalui Proses Otomatis
Kulit buatan telah lama menjadi impian para ahli farmasi, kimia, dan kedokteran. Berbagai riset telah lama menuntut adanya kulit buatan dalam skala besar sehingga dapat dipakai sebagai permodelan ketika melakukan uji sensitivitas produk, seperti krim, sabun, pembersih, obat, serta perban perekat. Uji produk secara langsung pada kulit manusia tentunya akan lebih efektif dan akurat dibandingkan uji pada kulit hewan eksperimen. Adapun kendala yang ditemui adalah terbatasnya ketersediaan kulit buatan tersebut. Proses produksi yang kompleks dan membutuhkan banyak tenaga manual membatasi produksi kulit buatan pada jumlah 2000 lembar perbulan.
Rekayasa jaringan itu sendiri sebenarnya masih merupakan ilmu yang mentah sehingga produk kulit buatan yang selama ini ada hanya berupa lapisan tunggal dengan jenis sel yang sama. Namun, salah satu perusahaan kulit, yaitu Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, memiliki akses pada paten kulit buatan berlapis ganda yang tersusun atas lebih dari satu macam sel. Produk buatan mereka merupakan representasi yang paling mendekati kulit asli dibandingkan produk-produk lainnya yang ada di pasaran pada saat ini.
Tim gabungan peneliti dari berbagai bidang di Fraunhofer sedang mengembangkan produksi otomatis pertama untuk membuat model kulit lapis ganda. Dalam proses konvensional, proses awalnya adalah sterilisasi sampel kulit, lalu pemotongan sampel tersebut menjadi bagian-bagian yang sangat kecil. Selanjutnya, kulit tersebut dipisahkan menjadi dua fraksi dengan bantuan enzim, kemudian kedua fraksi itu diperbanyak. Tahap berikutnya adalah mengkombinasikan dua tipe sel yang ada menjadi kulit berlapis ganda, berikut dengan tambahan kolagen pada lapisan kulit paling bawah (dermis) untuk memberikan efek elastis yang alami. Pada kondisi lembab dengan temperatur yang menyerupai suhu tubuh, dibutuhkan waktu kurang dari tiga minggu hingga kulit buatan tumbuh dengan sempurna (diameter sekitar 1 cm). Meskipun tingkat keberhasilannya tinggi, metode ini masih dianggap tidak efektif karena tenaga manual yang dibutuhkan sangat besar.
Oleh karena itu, para ahli sains dan teknik dari keempat institusi Fraunhofer bekerja sama untuk mengembangkan dan menyempurnakan mesin yang dapat mengerjakan keseluruhan proses produksi kulit secara otomatis, termasuk melakukan validasi dan integrasi pada mesin tersebut agar dapat bekerja secara akurat. Hasil kerja keras mereka pun terbayar ketika setahun kemudian mereka berhasil menginisiasi 8 prosedur paten.
Pada acara BIO tahun 2009 di Atlanta, stan Fraunhofer-Gesellshaft mempresentasikan permodelan komputer dari sistem produksi mereka secara keseluruhan, berikut dengan tiga submodul terpenting. Modul pertama meliputi persiapan sampel jaringan dan isolasi dua tipe sel kulit; modul kedua merupakan tahap proliferasi atau perbanyakan sel. Model kulit yang utuh dan sempurna dikultivasi pada modul ketiga. Terakhir, ada proses pengemasan yang dilakukan oleh robot.
Para peneliti tersebut mengakui bahwa masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk menyempurnakan mesin rakitan mereka. Beberapa parameter penting yang mereka pertimbangkan antara lain kualitas sampel kulit, durasi kerja enzim, serta viskositas larutan. Selain itu, kultur sel membutuhkan sistem kontrol yang teliti untuk mencegah kontaminasi jamur atau bakteri sepanjang proses produksi. Dengan berbagai pertimbangan tersebut, mereka merencanakan akan selesai dalam waktu dua tahun. Targetnya adalah produksi 5000 lembar model kulit dengan kualitas sempurna, namun dengan harga di bawah 34 euro.
Jika target ini tercapai, bukan hanya industri farmasi yang akan bersuka cita, tapi juga para dokter bedah yang dapat menggunakan kulit buatan tersebut untuk transplantasi. Demi memuaskan keinginan dokter-dokter bedah, tim Fraunhofer pun menjawab dengan melakukan penelitian untuk menambah pembuluh darah buatan di dalam kulit buatan tersebut. Dengan demikian, dapat dihasilkan kulit buatan yang berfungsi seperti layaknya kulit alami.
Prediksi kegunaan baru dari obat lama berdasarkan efek samping mereka
Pada tanggal 11 Juli 2008, Peneliti dari Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (EMBL) melaporkan, bahwa mereka telah menemukan cara baru untuk menggunakan efek samping obat yang tidak diinginkan. Mereka mengembangkan teknik komputasi yang membandingkan seberapa mirip efek samping dari berbagai macam obat, dan memprediksi seberapa mirip aksi obat tersebut dalam mentargetkan molekul yang sama. Kajian ini, yang telah dipublikasikan pada jurnal Science, menunjukkan penggunaan baru dari obat yang ada di pasaran.
Obat yang serupa, sering kali memiliki target protein yang serupa juga. Mereka juga memiliki modus aksi dan efek samping buruk yang mirip. Jika dilihat dari perspektif lain, ini berarti bahwa obat yang memiliki efek samping serupa bisa jadi mentargetkan molekul yang sama. Tim peneliti EMBL telah mengembangkan alat komputasi yang membandingkan efek samping tersebut, untuk menguji apakah mereka dapat memprediksi target umum dari obat.
” Korelasi seperti itu tidak hanya membongkar basis molekuler dari berbagai efek samping, namun juga memberi harapan pada potensi terapi yang menjanjikan. Ia menunjukkan penggunaan baru dari obat di pasaran pada penyakit-penyakit yang bukan dikembangkan untuk obat tersebut,” kata Peer Bork, kordinator gabungan dari unit Biologi struktur dan komputasi EMBL.
Namun profil protein target mereka saling tumpang tindih dan tidak diketahui secara pasti. Strategi serupa telah terbukti sukses di masa lalu. Sebagai contoh, obat yang dipasarkan sebagai Viagra pada awalnya digunakan untuk menangani Angina. Namun efek samping pada seksualitas telah mengubah area terapetiknya.
Dengan mengaplikasikan metode baru tersebut pada 746 obat di pasaran, peneliti telah menemukan 261 obat yang berbeda, yang mekanismenya sudah diketahui, namun mengikat pada target molekuler yang tidak diinginkan. 20 dari obat ini kemudian diuji secara eksperimen, dan 13 dari mereka menunjukkan pengikatan pada target yang diprediksi memiliki efek samping serupa. Dengan menguji 9 dari mereka lebih jauh di esei sel, mereka semua menunjukkan aktivitas dan efek yang diinginkan pada sel, dengan interaksi pada target protein yang baru ditemukan.
Hasil tersebut mengungkapkan, bahwa efek samping dapat membantu untuk menemukan interaksi obat-target yang baru dan relevan, yang bisa dikembangkan untuk terapi baru. Obat penguat otak Donepezil, sebagai contoh, memiliki target yang serupa dengan obat anti depresi, Venlafaxine. Ini membuktikan bahwa ada kemungkinan Donepezil dapat digunakan untuk mengatasi depresi.
Keunggulan utama dari obat yang ada dipasaran, adalah mereka telah diuji secara klinis dan terbukti aman pada pasien. Ini berarti, bahwa peneliti dapat segera terapi yang baru jauh lebih cepat, tanpa harus menunggu sampai 15 tahun untuk diaplikasikan pada pasien.
“Dengan beberapa pengujian dan pengembangan, metode kami dapat diaplikasikan pada skala lebih besar di masa depan. Obat baru dapat dicek secara rutin pada komputer untuk target tersembunyi tambahan, dan penggunaan potensial di berbagai area terapetik. Ini akan menghemat banyak uang, dan akan mempercepat pengembangan obat secara signifikan.” Demikian kesimpulan Bork.
Editted by Sudarmono
