Terjemahan dari NIH (National Institutes of Health) https://stemcells.nih.gov/info/2001report/chapter11.htm (Tuban, 9 Agustus 2019)

Penggunaan Sel Punca yang Dimodifikasi Secara Genetik dalam Terapi Gen Eksperimental

Sampai saat ini, hanya sel induk manusia nonembrionik yang digunakan dalam terapi gen berbasil sel. Keterbatasan yang melekat pada sel punca ini, seperti yang dibahas di bawah, telah mendorong para ilmuwan untuk merenungkan dan mengeksplorasi apakah sel punca embrionik manusia dapat mengatasi hambatan saat ini untuk keberhasilan klinis terapi gen berbasis sel

Prinsip dan  harapan Terapi Gen

Terapi gen adalah pendekatan yang relatif baru, dan masih sangat eksperimental, untuk 

mengobati penyakit manusia. Sementara terapi obat tradisional melibatkan pemberian 

bahan kimia yang telah diproduksi di luar tubuh, terapi gen mengambil pendekatan yang 

sangat berbeda: mengarahkan sel pasien sendiri untuk menghasilkan dan mengantarkan 

agen terapeutik. Instruksi untuk ini terkandung dalam transgen terapeutik (materi genetik 

baru yang diperkenalkan ke pasien). Terapi gen menggunakan rekayasa genetika — 

pengenalan atau penghilangan gen spesifik dengan menggunakan teknik biologi molekuler 

untuk memanipulasi materi genetik secara fisik — untuk mengubah atau menambah fungsi 

gen abnormal dengan menyediakan salinan gen normal, untuk secara langsung memperbaiki

 gen semacam itu, atau untuk menyediakan gen yang menambah fungsi baru atau mengatur 

aktivitas gen lain. paya klinis untuk menerapkan teknologi rekayasa genetika pada pengobatan 

penyakit manusia terjadi pada tahun 1989. Awalnya, uji klinis terapi gen berfokus pada kanker,

 penyakit menular, atau gangguan di mana hanya satu gen yang tidak normal, seperti cystic 

fibrosis. Namun, semakin banyak upaya diarahkan pada penyakit kronis yang kompleks yang 

melibatkan lebih dari satu gen. Contoh yang menonjol termasuk penyakit jantung, aliran darah 

 yang tidak memadai ke anggota tubuh, radang sendi, dan penyakit Alzheimer.

Keberhasilan potensial teknologi terapi gen tidak hanya bergantung pada pengiriman transgen

 terapeutik ke dalam sel target manusia yang tepat, tetapi juga pada kemampuan gen untuk 

berfungsi dengan baik di dalam sel. Kedua persyaratan menimbulkan tantangan teknis yang 

cukup besar.

Peneliti terapi gen telah menggunakan dua strategi utama untuk memberikan transgen terapeutik ke penerima manusia

Gambar 11.1 Strategi untuk Memberikan Transgen Terapi ke Pasien (© 2001 Terese Winslow).

Yang pertama adalah "secara langsung" menanamkan gen ke dalam seseorang. Virus yang telah diubah untuk mencegahnya menyebabkan penyakit sering digunakan sebagai wahana untuk mengirimkan gen ke jenis sel manusia tertentu, dengan cara yang sama seperti virus biasa menginfeksi sel. Metode pengiriman ini tidak tepat dan terbatas pada jenis sel manusia tertentu yang dapat terinfeksi oleh virus. Sebagai contoh, beberapa virus yang biasa digunakan sebagai sarana pengiriman gen hanya dapat menginfeksi sel yang secara aktif membelah. Ini membatasi kegunaannya dalam mengobati penyakit jantung atau otak, karena organ-organ ini sebagian besar terdiri dari sel-sel yang tidak membelah diri. Kendaraan nonviral untuk mengirimkan gen secara langsung ke dalam sel juga sedang dieksplorasi, termasuk penggunaan DNA dan DNA polos yang dibungkus dengan lapisan molekul lemak yang dikenal sebagai liposom

Strategi kedua melibatkan penggunaan sel-sel hidup untuk mengirimkan transgen terapi ke dalam tubuh. Dalam metode ini, sel-sel pengiriman-sering jenis sel induk, limfosit, atau fibroblast-dikeluarkan dari tubuh, dan transgen terapeutik dimasukkan ke dalamnya melalui kendaraan yang sama yang digunakan dalam transfer-gen-langsung yang dijelaskan sebelumnya. metode. Saat masih di laboratorium, sel-sel yang dimodifikasi secara genetik diuji dan kemudian dibiarkan tumbuh dan berkembang biak, dan akhirnya, diinfuskan kembali ke pasien. Terapi gen menggunakan sel-sel yang dimodifikasi secara genetik menawarkan beberapa keuntungan unik daripada transfer gen langsung ke dalam tubuh dan terapi sel, yang melibatkan administrasi sel-sel yang belum dimodifikasi secara genetik. Pertama, penambahan transgen terapeutik ke sel pengiriman terjadi di luar pasien, yang memungkinkan peneliti mengukur kontrol yang penting karena mereka dapat memilih dan bekerja hanya dengan sel-sel yang keduanya mengandung transgen dan menghasilkan agen terapeutik dalam jumlah yang cukup. Kedua, para peneliti dapat merekayasa secara genetis, atau "memprogram," tingkat sel dan laju produksi agen terapeutik. Sel dapat diprogram untuk menghasilkan produk terapeutik dengan stabil. Dalam beberapa kasus, diinginkan untuk memprogram sel untuk membuat sejumlah besar agen terapeutik sehingga kemungkinan jumlah yang cukup dikeluarkan dan mencapai jaringan yang sakit pada pasien tinggi. Dalam kasus lain, mungkin diinginkan untuk memprogram sel untuk menghasilkan zat terapeutik secara teratur. Dalam hal ini, transgen terapeutik akan aktif hanya sebagai respons terhadap sinyal-sinyal tertentu, seperti obat yang diberikan kepada pasien untuk menghidupkan dan mematikan transgen terapeutik

Mengapa Stem Cell Digunakan Dalam Beberapa Terapi Gen Berbasis Sel

Hingga saat ini, sekitar 40 persen dari lebih dari 450 uji klinis terapi gen yang dilakukan di 

Amerika Serikat berbasiskan sel. Dari jumlah tersebut, sekitar 30 persen telah menggunakan 

sel-sel induk manusia — khususnya, sel-sel induk pembentuk darah, atau hematopoietik — 

sebagai sarana untuk mengirimkan transgen kepada pasien.

Beberapa studi terapi gen awal yang menggunakan sel-sel punca ini dilakukan bukan untuk 

tujuan terapeutik semata, tetapi untuk melacak nasib sel setelah diinfuskan kembali ke pasien. 

Penelitian tersebut bertujuan untuk menentukan di mana sel-sel induk berakhir dan apakah 

mereka memang menghasilkan produk gen yang diinginkan, dan jika demikian, dalam jumlah 

berapa dan untuk berapa lama waktu. Dari uji coba terapi gen berbasis sel induk yang telah 

memiliki tujuan terapeutik, sekitar sepertiga berfokus pada kanker (misalnya, ovarium, otak, 

payudara, mieloma, leukemia, dan limfoma), sepertiga pada penyakit virus human 

immunodeficiency virus ( HIV-1), dan sepertiga dari apa yang disebut penyakit gen tunggal 

(misalnya, penyakit Gaucher, defisiensi gabungan kekebalan yang parah (SCID), anemia 

Fanconi, penyakit Fabry, dan defisiensi kepatuhan leukosit).

Tetapi mengapa menggunakan sel punca untuk metode terapi gen ini, dan mengapa sel punca 

hematopoietik khususnya? Alasan utama untuk menggunakan sel induk dalam terapi gen 

berbasis sel adalah bahwa mereka adalah populasi sel yang memperbaharui diri dan dengan 

demikian dapat mengurangi atau menghilangkan kebutuhan untuk administrasi terapi gen 

yang berulang.

Sejak munculnya penelitian terapi gen, sel-sel induk hematopoietik telah menjadi sel 

pengiriman pilihan karena beberapa alasan. Pertama, meskipun jumlahnya kecil, mereka 

mudah dikeluarkan dari tubuh melalui sirkulasi darah atau sumsum tulang orang dewasa atau 

darah tali pusat bayi yang baru lahir. Selain itu, mereka mudah diidentifikasi dan dimanipulasi

 di laboratorium dan dapat dikembalikan kepada pasien dengan relatif mudah dengan injeksi.

Kemampuan sel punca hematopoietik untuk memunculkan berbagai jenis sel darah berarti 

bahwa begitu sel punca yang direkayasa berdiferensiasi, transgen terapeutik akan berada dalam 

 sel seperti limfosit T dan B, sel pembunuh alami, monosit, makrofag, granulosit, eosinofil , 

basofil, dan megakaryocytes. Aplikasi klinis terapi gen berbasis sel punca hematopoietik juga 

beragam, meluas hingga transplantasi organ, kelainan darah dan sumsum tulang, dan kelainan 

sistem kekebalan tubuh.

Selain itu, sel-sel induk hematopoietik "rumah", atau bermigrasi, ke sejumlah titik berbeda 

dalam tubuh — terutama sumsum tulang, tetapi juga hati, limpa, dan kelenjar getah bening. Ini 

mungkin lokasi strategis untuk pengiriman agen terapeutik lokal untuk gangguan yang tidak 

terkait dengan sistem darah, seperti penyakit hati dan gangguan metabolisme seperti penyakit 

Gaucher.

Satu-satunya jenis sel induk manusia yang digunakan dalam uji coba terapi gen sejauh ini 

adalah sel induk hematopoietik. Namun, beberapa jenis sel punca lainnya sedang dipelajari 

sebagai kandidat kendaraan pengiriman gen. Mereka termasuk sel-sel induk pembentuk otot 

yang dikenal sebagai myoblas, sel-sel induk pembentuk tulang yang disebut osteoblas, dan sel-

sel induk saraf.

Myoblast tampaknya menjadi kandidat yang baik untuk digunakan dalam terapi gen karena 

sifat biologisnya yang tidak biasa dan menguntungkan: ketika disuntikkan ke dalam otot, 

mereka menyatu dengan serat otot di sekitarnya dan menjadi bagian integral dari jaringan otot.

Terlebih lagi, karena jaringan otot umumnya disuplai dengan baik oleh saraf dan darah, agen 

terapeutik yang dihasilkan oleh transgen juga dapat diakses oleh saraf dan sistem peredaran 

darah. Dengan demikian, myoblasts mungkin tidak hanya berguna untuk mengobati gangguan 

otot seperti distrofi otot, tetapi juga gangguan nonmuskle seperti penyakit neurodegeneratif, 

defisiensi hormon turunan, hemofilia, dan kanker.

Beberapa penelitian pada hewan yang menjanjikan tentang terapi gen yang dimediasi myoblast 

telah dilaporkan [17]. Sebagai contoh, pendekatan ini berhasil dalam memperbaiki kelainan hati 

dan limpa yang terkait dengan penyakit penyimpanan lisosom pada tikus. Peneliti juga telah 

mencapai produksi stabil dari faktor pembekuan manusia yang kekurangan hemofilia pada 

konsentrasi terapeutik pada tikus selama setidaknya delapan bulan. Myoblast yang direkayasa

untuk mengeluarkan erythropoietin (hormon yang merangsang produksi sel darah merah) 

berhasil membalikkan jenis anemia yang terkait dengan penyakit ginjal stadium akhir dalam 

model tikus gagal ginjal.

Penelitian hewan lain tentang transfer gen yang dimediasi myoblast melibatkan model tikus dari 

 sclerosis lateral amyotrophic familial (ALS, juga dikenal sebagai penyakit Lou Gehrig), gangguan

 fatal yang ditandai oleh degenerasi progresif otak dan saraf sumsum tulang belakang yang 

mengontrol aktivitas otot. Peneliti menyuntikkan myoblast yang mengandung transgen untuk

 faktor pertumbuhan saraf manusia ke otot-otot tikus ALS sebelum timbulnya gejala penyakit 

dan degenerasi neuron motorik. Transgen tetap aktif di otot hingga 12 minggu, dan, yang paling

 penting, terapi gen berhasil menunda timbulnya gejala penyakit, memperlambat atrofi otot, 

dan menunda kemunduran keterampilan motorik [16]

Dalam serangkaian percobaan pada tikus, tim peneliti telah menguji sel-sel induk saraf sebagai

 kendaraan untuk terapi gen berbasis sel untuk tumor otak yang dikenal sebagai glioma. Glioma 

hampir tidak mungkin diobati karena sel-sel tumor siap menyerang jaringan di sekitarnya dan 

bermigrasi secara luas ke otak normal. Para peneliti memodifikasi sel induk saraf manusia secara 

genetis untuk menghasilkan protein — sitosin deaminase — yang mengubah obat prekursor tidak beracun menjadi bentuk aktif yang membunuh sel kanker. Sel-sel induk saraf yang direkayasa kemudian disuntikkan ke otak tikus dengan glioma yang berasal dari manusia. Dalam waktu dua minggu setelah terapi gen dan pengobatan sistemik dengan obat pendahulu, tumor telah menyusut hingga 80 persen. Penelitian pada hewan juga mengungkapkan bahwa sel punca saraf dapat dengan cepat dan akurat "menemukan" sel glioma, terlepas dari apakah sel punca ditanamkan langsung ke dalam tumor, ditanam jauh dari tumor (tetapi masih di dalam otak), atau disuntikkan ke dalam sirkulasi darah di luar otak [1].

Sistem terapi gen berbasis sel lain yang sedang diselidiki melibatkan penggunaan osteoblas, atau 

 sel-sel induk pembentuk tulang. Dalam studi pendahuluan baru-baru ini yang meneliti 

pendekatan terapi gen untuk perbaikan dan regenerasi tulang, para peneliti osteoblas yang 

direkayasa secara genetika untuk menghasilkan faktor pertumbuhan tulang. Osteoblas 

ditambahkan ke matriks biodegradable yang dapat bertindak sebagai "perancah" untuk 

pembentukan tulang baru. Dalam waktu satu bulan setelah perancah yang diimpregnasi 

sel diimplantasikan ke tikus, pembentukan tulang baru dapat dideteksi. Meskipun pekerjaan ini 

masih dalam tahap awal, ia menawarkan harapan alternatif yang efektif untuk teknik cangkok 

tulang konvensional [14]

Bagaimana Sel Punca Embrionik Dapat Berperan dalam Penelitian Terapi Gen Dengan satu pengecualian penting, hingga saat ini tidak ada efek terapeutik yang dicapai dalam uji coba terapi gen. Terapi gen pertama yang berhasil terjadi dalam sebuah penelitian di Perancis baru-baru ini di mana transgen terapeutik untuk memperbaiki defisiensi gabungan kekebalan X-linked yang parah diperkenalkan ke dalam sel-sel sumsum tulang anak-anak, menghasilkan peningkatan fungsi sistem kekebalan tubuh mereka dan koreksi penyakit [5 ] Selain keberhasilan yang menggembirakan ini, hasil yang umumnya mengecewakan adalah, sebagian, karena keterbatasan yang melekat pada orang dewasa dan sel induk darah tali pusat. Pada prinsipnya paling tidak, penggunaan sel induk embrionik manusia mungkin mengatasi beberapa keterbatasan ini, tetapi penelitian lebih lanjut akan diperlukan untuk menentukan apakah sel-sel induk embrionik lebih cocok untuk memenuhi kebutuhan aplikasi terapi gen daripada sel induk dewasa

Salah satu fitur penting dari sel optimal untuk memberikan transgen terapeutik adalah 

kemampuannya untuk mempertahankan transgen terapeutik bahkan ketika itu berkembang biak

 atau berdiferensiasi menjadi sel-sel khusus. Sebagian besar terapi gen berbasis sel yang dicoba 

sejauh ini telah menggunakan kendaraan viral untuk memasukkan transgen ke dalam sel induk 

hematopoietik. Salah satu cara untuk mencapai hal ini adalah dengan memasukkan transgen 

terapeutik ke dalam salah satu kromosom sel induk. Retrovirus mampu melakukan ini, dan 

untuk alasan ini, mereka sering digunakan sebagai wahana untuk menginfeksi sel induk dan 

memperkenalkan transgen terapeutik ke dalam DNA kromosom. Namun, retrovirus tikus hanya efisien menginfeksi sel yang secara aktif membelah. Sayangnya, sel-sel induk hematopoietik diam dan jarang membelah. Persentase sel induk yang benar-benar menerima transgen terapeutik biasanya terlalu rendah untuk mencapai efek terapeutik. Karena masalah ini, para peneliti telah mengeksplorasi penggunaan kendaraan viral yang dapat menginfeksi sel yang tidak terbagi, seperti lentivirus (mis., HIV) atau virus yang terkait adeno. Pendekatan ini belum sepenuhnya berhasil, karena masalah yang berkaitan dengan fakta bahwa sel-sel itu sendiri tidak dalam keadaan aktif [13, 19].

Salah satu pendekatan untuk meningkatkan pengenalan trans-gen ke dalam sel punca 

hematopoietik adalah dengan merangsang sel untuk membelah sehingga kendaraan virus dapat

 menginfeksi mereka dan memasukkan transgen terapeutik. Inder Verma dari Salk Institute

 telah mencatat, bagaimanapun, bahwa manipulasi ini dapat mengubah sifat-sifat penting lainnya

 dari sel-sel induk hematopoietik, seperti plastisitas, pembaharuan-diri, dan kemampuan untuk

 bertahan hidup dan tumbuh ketika diperkenalkan pada pasien [23]. Kemungkinan ini mungkin

 diatasi dengan penggunaan sel-sel induk embrionik jika mereka membutuhkan manipulasi yang 

 lebih sedikit. Dan pada kenyataannya, beberapa data awal menunjukkan bahwa vektor retroviral

 dapat bekerja lebih efisien dengan sel induk embrionik daripada dengan sel induk dewasa yang 

lebih matang. Sebagai contoh, para peneliti telah mencatat bahwa vektor retroviral memperkenal

kan transgen ke dalam sel punca darah tali pusat janin manusia lebih efisien daripada ke dalam 

sel punca darah tali pusat dari bayi yang baru lahir, dan bahwa sel punca darah tali pusat janin 

juga memiliki kapasitas proliferasi yang lebih tinggi (yaitu, mereka menjalani lebih banyak 

berikutnya pembelahan sel). Ini menunjukkan bahwa sel punca darah tali pusat janin mungkin 

berguna dalam terapi gen utero berbasis sel untuk memperbaiki gangguan hematopoietik 

sebelum kelahiran [15, 21].

Dalam beberapa kasus - seperti pengobatan penyakit kronis - mencapai produksi berkelanjutan 

dari transgen terapeutik selama hidup pasien akan sangat penting. Namun, secara umum, terapi

 gen menggunakan sel induk hematopoietik telah mengalami fenomena yang dikenal sebagai

 "pembungkaman gen," di mana, seiring berjalannya waktu, transgen terapeutik "dimatikan"

 karena mekanisme seluler yang mengubah struktur area kromosom di mana gen terapeutik 

telah dimasukkan [6, 7, 11, 22, 24]. Apakah penggunaan sel induk embrionik dalam terapi gen

 dapat mengatasi masalah ini tidak diketahui, meskipun bukti awal menunjukkan bahwa 

fenomena ini dapat terjadi pada sel-sel ini juga [8, 18].

Ketekunan sel yang mengandung transgen terapeutik sama pentingnya untuk memastikan 

ketersediaan agen terapeutik yang berkelanjutan. Verma mencatat bahwa sel-sel optimal untuk 

transfer gen yang dimediasi sel akan menjadi sel yang akan bertahan selama "sisa hidup pasien;

 mereka dapat berkembang biak dan mereka akan membuat protein yang hilang terus-menerus 

dan selamanya" [23]. Ketekunan, atau umur panjang, dari sel dapat muncul dalam dua cara: 

rentang hidup yang panjang untuk sel individu, atau proses pembaruan diri di mana sel berumur

 pendek mengalami pembelahan sel berturut-turut sambil mempertahankan transgen terapi. 

Idealnya, kemudian, sel yang dimodifikasi secara genetik untuk digunakan dalam terapi gen 

berbasis sel harus dapat memperbaharui diri (dengan cara yang terkontrol sehingga tumor tidak 

 terbentuk) sehingga agen terapeutik tersedia untuk jangka panjang. Ini adalah salah satu alasan 

 mengapa sel punca digunakan, tetapi sel punca dewasa tampaknya jauh lebih terbatas dalam 

jumlah kali mereka dapat membelah dibandingkan dengan sel punca embrionik. Perbedaan 

antara kemampuan sel induk dewasa dan embrionik untuk memperbaharui diri telah 

didokumentasikan pada tikus, di mana sel-sel induk embrionik terbukti memiliki kapasitas 

proliferasi yang jauh lebih tinggi daripada sel-sel induk hematopoietik dewasa [25].

Para peneliti mulai memahami dasar biologis dari perbedaan dalam kapasitas proliferatif antara 

sel-sel induk dewasa dan embrionik. Ketekunan sel dan kemampuan untuk menjalani 

pembelahan sel berturut-turut sebagian, setidaknya, fungsi dari panjang struktur di ujung 

kromosom yang disebut telomer. Panjang telomer, pada gilirannya, dipertahankan oleh enzim 

yang dikenal sebagai telomerase. Tingkat aktivitas telomerase yang rendah menghasilkan 

telomer yang pendek dan, dengan demikian, lebih sedikit putaran pembelahan sel — dengan 

kata lain, umur panjang yang lebih pendek. Tingkat aktivitas telomerase yang lebih tinggi 

menghasilkan telomer yang lebih lama, pembelahan sel yang lebih mungkin, dan persistensi 

keseluruhan yang lebih lama. Sel induk embrionik tikus telah ditemukan memiliki telomer yang

 lebih panjang dan tingkat aktivitas telomerase yang lebih tinggi dibandingkan dengan sel batang 

dewasa dan sel yang lebih khusus lainnya dalam tubuh. Ketika sel-sel induk embrionik tikus 

meningkatkan sel-sel induk hematopoietik, tingkat aktivitas telomerase turun, menunjukkan 

penurunan potensi pembaharuan diri dari sel-sel induk hematopoietik [3, 4]. (Untuk informasi 

lebih rinci mengenai telomer dan telomerase, lihat Gambar C.2. Telomer dan Telomerase.)

Sel induk embrionik manusia juga telah terbukti mempertahankan pluripotensi (kemampuan

 untuk menimbulkan jenis sel lain yang lebih khusus) dan kemampuan untuk berkembang biak 

dalam waktu lama dalam kultur sel di laboratorium [2]. Sel induk dewasa tampaknya hanya 

mampu melakukan sejumlah pembelahan sel terbatas, yang akan mencegah ekspresi jangka 

panjang dari gen terapeutik yang diperlukan untuk memperbaiki penyakit kronis. "Sel induk 

embrionik dapat dipertahankan dalam kultur, sedangkan itu hampir mustahil dengan sel punca

 darah tali pusat," kata Robert Hawley dari American Red Cross Jerome H. Holland Laboratory 

for Biomedical Sciences, yang mengembangkan vektor terapi gen untuk dimasukkan ke dalam 

hematopoietik manusia. sel [12]. "Jadi dengan sel induk embrionik, Anda memiliki kemungkinan

 pemeliharaan jangka panjang dan perluasan garis sel, yang tidak mungkin dilakukan dengan sel

 induk hematopoietik."

Respons sistem kekebalan pasien dapat menjadi tantangan signifikan lain dalam terapi gen. 

Sebagian besar sel memiliki protein spesifik pada permukaannya yang memungkinkan sistem 

kekebalan untuk mengenalinya sebagai "diri" atau "tanpa-diri." Protein ini dikenal sebagai

 protein histokompatibilitas utama, atau protein MHC. Jika sel induk dewasa untuk digunakan 

dalam terapi gen tidak dapat diisolasi dari pasien, sel donor dapat digunakan. Tetapi karena 

perbedaan protein MHC di antara individu, sel-sel induk donor dapat dikenali sebagai nonself 

oleh sistem kekebalan tubuh pasien dan ditolak.

John Gearhart dari Johns Hopkins University dan Peter Rathjen di University of Adelaide 

berspekulasi bahwa sel-sel induk embrionik mungkin berguna untuk menghindari reaksi 

kekebalan seperti itu [10, 20]. Sebagai contoh, dimungkinkan untuk membuat "bank" luas garis

 sel induk embrionik, masing-masing dengan set gen MHC yang berbeda. Kemudian, sel induk 

embrionik yang secara imunologis kompatibel untuk pasien dapat dipilih, dimodifikasi secara 

genetik, dan dipicu untuk berkembang menjadi jenis sel induk dewasa yang sesuai yang dapat 

diberikan kepada pasien. Dengan memodifikasi gen MHC secara gen dari sel induk embrionik,

 dimungkinkan juga untuk membuat sel "universal" yang akan kompatibel dengan semua pasien.

 Pendekatan lain mungkin untuk "menyesuaikan" sel-sel induk embrionik sehingga sel-sel yang

 berasal darinya memiliki protein MHC spesifik pasien pada permukaannya dan kemudian

 memodifikasinya secara genetik untuk digunakan dalam terapi gen. Pendekatan seperti itu 

adalah hipotesis pada titik ini, bagaimanapun, dan penelitian diperlukan untuk menilai kelayakan

nya

Ironisnya, kualitas yang membuat calon sel induk embrionik potensial untuk terapi gen (yaitu, pluripotensi dan kapasitas proliferatif tak terbatas) juga meningkatkan masalah keamanan. Secara khusus, sel-sel induk embrionik yang tidak berdiferensiasi dapat menimbulkan teratoma, tumor yang terdiri dari sejumlah jenis jaringan yang berbeda (lihat Bab 10. Menilai Keamanan Sel Induk Manusia). Dengan demikian mungkin lebih disukai untuk menggunakan turunan terdiferensiasi dari sel-sel induk embrionik yang dimodifikasi secara genetik yang masih dapat memunculkan sejumlah jenis sel yang terbatas (mirip dengan sel induk dewasa). Perhatian Esmail Zanjani dari University of Nevada, "Kita dapat membedakan sel-sel induk embrionik menjadi, katakanlah, sel-sel hati, dan kemudian menggunakannya, tetapi saya tidak melihat bagaimana kita dapat mengambil sel-sel induk embrionik per se dan memasukkan gen ke dalamnya untuk digunakan terapi "[26]. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah sel-sel induk yang dibedakan mempertahankan keuntungan, seperti rentang hidup yang lebih lama, dari sel-sel induk embrionik dari mana mereka berasal. Karena kesulitan dalam mengisolasi dan memurnikan banyak jenis sel induk dewasa, sel induk embrionik mungkin masih menjadi target yang lebih baik untuk transfer gen. Sel induk embrionik serbaguna dapat dimodifikasi secara genetik, dan kemudian, secara teori, dapat diinduksi untuk memunculkan semua varietas sel induk dewasa. Juga, karena sel-sel induk yang dimodifikasi secara genetik dapat dengan mudah diperluas, populasi besar dari sel-sel yang terdiferensiasi dapat diproduksi dan disimpan. Bahkan jika sel-sel yang berdiferensiasi tidak berumur panjang seperti sel-sel induk embrionik, masih ada cukup sel-sel yang dimodifikasi secara genetik untuk diberikan kepada pasien setiap kali diperlukan

Untuk mencapai keberhasilan klinis dengan terapi gen berbasis sel akan membutuhkan 

pengetahuan baru dan kemajuan di beberapa bidang utama, termasuk desain kendaraan viral

 dan nonviral untuk memasukkan transgen ke dalam sel, kemampuan untuk mengarahkan di

 mana dalam sel transgen diperkenalkan, kemampuan untuk mengarahkan sel punca yang 

dimodifikasi secara genetis atau agen terapeutik yang disekresikan ke jaringan yang sakit, 

optimalisasi dan pengaturan produksi agen terapeutik dalam sel punca, dan pengelolaan reaksi 

imun terhadap proses terapi gen. Kemampuan sel induk embrionik untuk menghasilkan 

berbagai jenis sel khusus dan mampu mempertahankannya di laboratorium akan membuat sel 

induk embrionik model yang menjanjikan untuk mengeksplorasi pertanyaan kritis di banyak 

bidang ini.

"Ada kemungkinan pemeliharaan jangka panjang dan perluasan sel induk embrionik dan 

diferensiasi sepanjang garis keturunan tertentu yang tidak mungkin dilakukan dengan sel 

induk hematopoietik," kata Zanjani. "Dan jika mereka [sel batang embrionik] dapat digunakan 

[di laboratorium] sebagai model untuk diferensiasi, Anda dapat mengevaluasi ... vektor untuk 

pengiriman gen dan mendapatkan ide tentang bagaimana gen diterjemahkan pada pasien.

" Cynthia Dunbar, seorang peneliti terapi gen di National Institutes of Health, juga mencatat 

bahwa sel-sel induk embrionik dapat bermanfaat tidak hanya dalam menyaring vektor virus 

dan nonviral baru yang dirancang untuk memasukkan transgen terapeutik ke dalam sel, tetapi 

terutama untuk menguji tingkat produksi terapi. agen setelah sel induk embrionik 

berdiferensiasi dalam kultur [9]. Menjelaskan Dunbar, "Perilaku ini sulit diprediksi untuk sel 

manusia berdasarkan studi pada hewan ... jadi ini akan menjadi alat laboratorium yang sangat 

berguna." Memang, kontribusi utama sel batang embrionik untuk terapi gen mungkin untuk 

memajukan pengetahuan ilmiah umum yang diperlukan untuk mengatasi banyak kendala 

teknis saat ini untuk transfer gen terapeutik yang sukses

Ilustrasi sel darah sabit dan proses 'pemotongan' ZFN.

Peneliti sel punca UCLA telah menunjukkan bahwa metode terapi gen sel punca yang baru dapat

 mengarah pada satu kali, pengobatan yang bertahan lama untuk penyakit sel sabit - kelainan 

darah bawaan paling umum di negara itu.

Diterbitkan 2 Maret dalam jurnal Blood, studi yang dipimpin oleh Dr. Donald Kohn dari UCLA 

Eli dan Edythe Broad Centre untuk Regenerative Medicine dan Stem Cell Research 

menguraikan metode yang mengoreksi gen yang bermutasi yang menyebabkan penyakit sel sabit

 dan menunjukkan, untuk yang pertama waktu, bahwa metode koreksi gen mengarah pada 

produksi sel darah merah normal.

Orang dengan penyakit sel sabit dilahirkan dengan mutasi pada gen beta-globin mereka yang 

menyebabkan sel punca darah - yang dibuat di sumsum tulang - untuk menghasilkan sel darah 

merah yang kaku yang menyerupai bentuk bulan sabit atau 'sabit'. Sel-sel darah merah yang 

berbentuk tidak normal ini tidak bergerak dengan lancar melalui pembuluh darah, sehingga 

kekurangan oksigen ke organ-organ vital.

Metode terapi gen sel punca yang dijelaskan dalam penelitian ini berupaya memperbaiki mutasi 

pada gen beta-globin sehingga sel punca sumsum tulang menghasilkan sel darah normal 

berbentuk lingkaran. Teknik ini menggunakan enzim yang direkayasa secara khusus, yang 

disebut nukleasi jari-seng, untuk menghilangkan kode genetik yang bermutasi dan 

menggantinya dengan versi yang diperbaiki yang memperbaiki mutasi beta-globin

Penelitian menunjukkan bahwa metode ini memiliki potensi untuk mengobati penyakit secara permanen jika tingkat koreksi yang lebih tinggi tercapai. "Ini adalah hasil yang sangat menarik," kata Kohn, profesor pediatri dan mikrobiologi, imunologi dan genetika molekuler. “Ini menunjukkan arah masa depan untuk mengobati penyakit genetik adalah dengan memperbaiki mutasi spesifik dalam kode genetik pasien. Karena penyakit sel sabit adalah penyakit genetika manusia pertama di mana kami memahami cacat gen dasar, dan karena setiap orang dengan sel sabit memiliki mutasi yang sama persis pada gen beta-globin, itu adalah target yang bagus untuk metode koreksi gen ini. ”

Referensi

1. 1. Aboody, K.S., Brown, A., Rainov, N.G., Bower, K.A., Liu, S., Yang, W., Small, J.E., Herrlinger, U., Ourednik, V., Black, P.M., Breakefield, X.O., and Snyder, E.Y. (2000). Neural stem cells display extensive tropism for pathology in adult brain: evidence from intracranial gliomas. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97,12846–12851.
   2. Amit, M., Carpenter, M.K., Inokuma, M.S., Chiu, C.P., Harris, C.P., Waknitz, M.A., Itskovitz-Eldor, J., and Thomson, J.A. (2000). Clonally derived human embryonic stem cell lines maintain pluripotency and proliferative potential for prolonged periods of culture. Dev. Biol. 227, 271–278.
   3. Armstrong, L., Lako, M., Lincoln, J., Cairns, P.M., and Hole, N. (2000). mTert expression correlates with telomerase activity during the differentiation of murine embryonic stem cells. Mech. Dev. 97, 109–116.
   4. Betts, D.H., Bordignon, V., Hill, J.R., Winger, Q., Westhusin, M.E., Smith, L.C., and King, W.A. (2001). Reprogramming of telomerase activity and rebuilding of telomere length in cloned cattle. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98, 1077–1082.
   5. Cavazzana-Calvo, M., Hacein-Bey, S., de Saint, B.G., Gross, F., Yvon, E., Nusbaum, P., Selz, F., Hue, C., Certain, S., Casanova, J.L., Bousso, P., Deist, F.L., and Fischer, A. (2000). Gene therapy of human severe combined immunodeficiency (SCID)-X1 disease. Science. 288, 669–672.
   6. Challita, P.M. and Kohn, D.B. (1994). Lack of expression from a retroviral vector after transduction of murine hematopoietic stem cells is associated with methylation in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 2567–2571.
   7. Chen, W.Y. and Townes, T.M. (2000). Molecular mechanism for silencing virally transduced genes involves histone deacetylation and chromatin condensation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 97, 377–382.
   8. Cherry, S.R., Biniszkiewicz, D., van Parijs, L., Baltimore, D., and Jaenisch, R. (2000). Retroviral expression in embryonic stem cells and hematopoietic stem cells. Mol. Cell. Biol. 20, 7419–7426.
   9. Dunbar, C., personal communication.
   10. Gearhart, J. (1998). New potential for human embryonic stem cells. Science. 282, 1061–1062.
   11. Halene, S. and Kohn, D.B. (2000). Gene therapy using hematopoietic stem cells: Sisyphus approaches the crest. Hum. Gene Ther. 11, 1259–1267.
   12. Hawley, R., personal communication.
   13. Korin, Y.D. and Zack, J.A. (1998). Progression to the G(1)b phase of the cell cycle is required for completion of human immunodeficiency virus type 1 reverse transcription in T cells. J. Virol. 72, 3161–3168.
   14. Laurencin, C.T., Attawia, M.A., Lu, L.Q., Borden, M.D., Lu, H.H., Gorum, W.J., and Lieberman, J.R. (2001). Poly(lactide-co-glycolide)/hydroxyapatite delivery of BMP-2-producing cells: a regional gene therapy approach to bone regeneration. Biomaterials. 22, 1271–1277.
   15. Luther-Wyrsch, A., Costello, E., Thali, M., Buetti, E., Nissen, C., Surbek, D., Holzgreve, W., Gratwohl, A., Tichelli, A., and Wodnar-Filipowicz, A. (2001). Stable transduction with lentiviral vectors and amplification of immature hematopoietic progenitors from cord blood of preterm human fetuses. Hum. Gene. Ther. 12, 377–389.
   16. Mohajeri, M.H., Figlewicz, D.A., and Bohn, M.C. (1999). Intramuscular grafts of myoblasts genetically modified to secrete glial cell line-derived neurotrophic factor prevent motoneuron loss and disease progression in a mouse model of familial amyotrophic lateral sclerosis. Hum. Gene Ther. 10, 1853–1866.
   17. Ozawa, C.R., Springer, M.L., and Blau, H.M. (2000). A novel means of drug delivery: myoblast-mediated gene therapy and regulatable retroviral vectors. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 40, 295–317.
   18. Pannell, D., Osborne, C.S., Yao, S., Sukonnik, T., Pasceri, P., Karaiskakis, A., Okano, M., Li, E., Lipshitz, H.D., and Ellis, J. (2000). Retrovirus vector silencing is de novo methylase independent and marked by a repressive histone code. EMBO J. 19, 5884–5894.
   19. Park, F., Ohashi, K., Chiu, W., Naldini, L., and Kay, M.A. (2000). Efficient lentiviral transduction of liver requires cell cycling in vivo. Nat. Genet. 24, 49–52.
   20. Rathjen, P.D., Lake, J., Whyatt, L.M., Bettess, M.D., and Rathjen, J. (1998). Properties and uses of embryonic stem cells: prospects for application to human biology and gene therapy. Reprod. Fertil. Dev. 10, 31–47.
   21. Shields, L.E., Kiem, H.P., and Andrews, R.G. (2000). Highly efficient gene transfer into preterm CD34⁺ hematopoietic progenitor cells. Am. J. Obstet. Gynecol. 183, 732–737.
   22. Struhl, K. (1998). Histone acetylation and transcriptional regulatory mechanisms. Genes. Dev. 12, 599–606.
   23. Verma, I., personal communication.
   24. Wade, P.A., Pruss, D., and Wolffe, A.P. (1997). Histone acetylation: chromatin in action. Trends Biochem. Sci. 22, 128–132.
   25. Yoder, M.C. and Hiatt, K. (1999). Murine yolk sac and bone marrow hematopoietic cells with high proliferative potential display different capacities for producing colony-forming cells ex vivo. J. Hemato. Stem Cell Res. 8, 421–430.
   26. Zanjani, E., personal communication.

Bioteknologi Dengan Menggunakan Mikroorganisme

Chotimahwati, 10 Agustus 2019

Era bioteknologi yang pertama kali di  muka  bumi  adalah  berkembangnya  teknik  fermentasi. Teknik fermentasi  merupakan  penerapan  bioteknologi  konvensional  di masyarakat Pada umumnya bioteknologi menggunakan mikroorganisme karena dapat tumbuh dengan cepat, mengandung protein yang cukup tinggi, dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya misalnya dari limbah dapat menghasilkan produk yang tidak toksik dan reaksi biokimianya dapat dikontrol oleh enzim organisme itu sendiri. Bioteknologi dengan menggunakan mikroorganisme dapat menghasilkan makanan dan minuman, penghasil obat, pembasmi hama tanaman, pengolah limbah, pemisah logam dari bijih logam.

1. Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan dan Minuman

Proses fermentasi dari suatu organisme dapat mengubah suatu makanan dan minuman. Ingatlah kembali pelajaran Metabolisme, proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari suatu senyawa organik dan menjadi produk organik yang lebih sederhana. Mengapa mikroorganisme dijadikan sebagai sumber makanan? Hal tersebut disebabkan mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dan juga massa mikroba minimal mengandung 40% protein dan memiliki kandungan vitamin dan mineral yang tinggi.

Beberapa jenis mikroorganisme dalam produk makanan dan minuman adalah sebagai berikut.

a. Pembuatan Tape

Tape merupakan makanan hasil fermentasi yang mengandung alkohol. Makanan ini dibuat dari beras ketan ataupun singkong dengan jamur Endomycopsis fibuligera, Rhizopus oryzae, ataupun Saccharomyces cereviceae sebagai ragi. Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah dan putih, kayu manis. Sebelum membuat tape perlu diperhatikan untuk menghasilkan kualitas yang bagus, warnanya menarik, rasanya manis dan strukturnya lembut dengan menggunakan cara antara lain:

a. bahan dasar singkong atau beras ketan memiliki kualitas baik;

b. memperhitungkan macam dan banyak ragi yang digunakan;

c. memilih cara pemasakan bahan dasar (ditanak atau direbus);

d. memilih cara menyimpan tape (dengan plastik atau daun);

e memperhatikan keadaan lingkungan pada saat menyimpannya.

Adakalanya pembuatan tape ketan dilanjutkan yang akhirnya akan menghasilan brem, baik untuk diminum atau untuk kue.

b. Pembuatan Tempe

Tempe adalah makanan yang populer di negara kita. Meskipun merupakan makanan yang sederhana, tetapi tempe mempunyai atau mengandung sumber protein nabati yang cukup tinggi. Tempe terbuat dari kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini akan mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna karena adanya perubahan-perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat.

Selama proses fermentasi kedelai menjadi tempe, akan dihasilkan antibiotika yang akan mencegah penyakit perut seperti diare. Tempe :melawan radikal bebas, menghambat proses penuaan dan mencegah terjadinya penyakit degeneratif (aterosklerosis, jantung koroner, diabetes melitus, kanker, dan lain-lain).

Tempe mengandung zat antibakteri penyebab diare, penurun kolesterol darah, pencegah penyakit jantung, hipertensi, dan lain-lain.

Enzim pencernaan yang dihasilkan oleh kapang tempe, protein, lemak, dan karbohidrat pada tempe menjadi lebih mudah dicerna di dalam tubuh dibandingkan yang terdapat dalam kedelai.

Dibandingkan dengan kedelai, terjadi beberapa hal yang menguntungkan pada tempe. Secara kimiawi dilihat dari meningkatnya kadar padatan terlarut, nitrogen terlarut, asam amino bebas, asam lemak bebas, nilai cerna, nilai efisiensi protein, serta skor proteinnya

c. Pembuatan Oncom

Pernahkan Anda makan oncom? Oncom merupakan makanan yang dikenal di kawasan Jawa Barat. Oncom terbuat dari ampas tahu, yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Jamur ini dapat menghasilkan zat warna merah atau oranye yang merupakan pewarna alami. Oncom hitam difermentasi oleh Rhizopus oligosporus sedangkan oncom merah oleh  Neurospora sitophila. Neurospora menghambat pertumbuhan A. flavus dan  A. parasiticus

Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap. 

d. Pembuatan Kecap

Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam. Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yang berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yang terjadi, tergantung pada waktu.

Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan jasmur Aspergillus wentii dan Rhizopus sp. Coba Anda perhatikan beberapa kecap di pasaran, ada yang kental, ada pula yang encer. Kecap yang kental karena banyak ditambahkan gula merah, gula aren, atau gula kelapa, sedangkan kecap yang encer dikarenakan mengandung lebih banyak garam. Ada juga kecap ikan, kecap udang, dan sebagainya. Itu bisa dilakukan karena selama proses pembuatan ada penambahan sari ikan ataupun sari udang ke dalamnya. Di Cina dan Asia Tenggara, berbahan kedelai, tetapi di Jepang, USA dan Eropa, bahannya kedelai:gandum= 1:1

Dengan proses fermentasi, rasa pahit dan berbagai antinutrisi dari kedelai dapat diatasi (inhibitor tripsin, pemicu favisme, dan penyebab kembung) dengan perendaman dan perebusan

e. Pembuatan Asinan Sayuran

Asinan sayuran merupakan sayuran yang diawetkan dengan jalan fermentasi asam. Bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus. Mikroorganisme tersebut mengubah zat gula yang terdapat dalam sayuran menjadi asam laktat. Asam laktat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikroorganisme lain dan memberikan rasa khas pada sayuran yang difermentasi atau sering dikenal dengan nama ‘acar’.

f. Pembuatan Roti

Jika Anda makan roti atau donat, pernahkah Anda berpikir bila pembuatan roti atau donat itu sebenarnya juga melalui proses fermentasi? Proses fermentasi ini dibantu dengan bantuan yeast atau khamir yaitu sejenis jamur. Jika Anda mempunyai kesempatan memperhatikan pembuatan roti atau donat, maka adonan tepung akan mengembang. Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbon dioksida dan alkohol. Gas karbon dioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang dan ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi. Hasilnya seperti yang Anda lihat roti akan berwarna kekuningan dan lembut, tetapi jika tidak beruntung roti akan keras dan padat (bantat).

g. Pembuatan Keju

Pada umumnya keju disukai banyak orang. Keju dibuat dari air susu yang diasamkan dengan memasukkan bakteri, yaitu Lactobacillus bulgarius dan Streptococcus thermophillus. Untuk mengubah gula susu (laktosa) menjadi asam susu (asam laktat) susu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu tertentu dengan maksud untuk membunuh bakteri yang berbahaya agar berhasil dalam proses pembuatannya. Selanjutnya, ditambahkan campuran enzim yang mengandung renin untuk menggumpalkan susu sehingga terbentuk lapisan, yaitu berupa cairan susu yang harus dibuang, sedangkan bagian yang padat diperas dan dipadatkan. Enzim tersebut akan menambah aroma dan rasa, juga akan mencerna protein dan lemak menjadi asam amino.

Pada umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yang dihasilkan dalam proses pemasakan. Keju menjadi keras apabila kelembabannya kecil dan pemampatannya besar. Jika masa inkubasinya semakin lama, maka keasamannya makin tinggi sehingga cita rasanya makin tajam. Misalnya, keju romano, parmesan sebagai keju sangat keras, keju cheddar, swiss sebagai keju keras yang berperan Propioniobacterium sp., keju roqueorforti yang berperan Pennicilium reguerforti sebagai keju setengah lunak, keju camemberti sebagai keju lunak yang berperan Pennicilium camemberti.

h. Pembuatan Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman yang terbuat dari air susu. Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yang terluka. Selain itu, yoghurt dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darah sehingga mencegah penyumbatan di pembuluh darah.

Dalam proses pembuatannya, air susu dipanaskan terlebih dahulu agar tidak terkontaminasi bakteri yang lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38 C – 44 C atau selama 12 jam pada suhu 32 C. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yang membuat yoghurt berasa asam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yang diinginkan.

i. Minuman Berakohol

Mikroorganisme yang digunakan adalah khamir dari genus Saccharomyces. Minuman yang sangat terkenal yaitu anggur sebenarnya adalah buah anggur yang sudah mengandung gula sehingga dapat digunakan secara langsung oleh ragi selama proses fermentasi. Pada proses pembuatan minuman ini sudah tidak diperlukan tambahan gula lagi, apabila ingin menambah cita rasa dapat ditambahkan buah-buahan dan gula secukupnya.

Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang bersifat asam laktat karena buah anggur mengandung asam malat yang tinggi. Bakteri tersebut akan mengubah asam malat menjadi asam laktat yang lemah dan proses ini disebut fermentasi malolaktat sehingga hasil minumannya memiliki rasa yang lebih baik dan sedikit asam. Bir sebenarnya merupakan produk yang berasal dari tepung biji padi-padian yang difermentasi oleh ragi. Hanya ragi tersebut tidak bisa menggunakan tepung itu secara langsung. Cara pembuatannya, yaitu biji padi-padian dibiarkan untuk berkecambah terlebih dahulu, kemudian dikeringkan lalu digiling, hasilnya disebut dengan malt yang berupa glukosa dan maltosa, dan proses perubahan tersebut dinamakan dengan malting. Selanjutnya baru difermentasi oleh ragi menjadi etanol dan karbondioksida.

j. Protein Sel Tunggal (PST)

Mengingat jumlah penduduk yang semakin meningkat dan masalah penyediaan bahan pangan yang semakin berkurang terasa adanya ketidakseimbangan antara hasil pertanian dan kebutuhan, bahkan sumber protein yang belum mencapai sasaran sehingga diperlukan cara baru melalui teknologi dengan hasil teknoprotein yang dinamanakan Protein Sel Tunggal (PST).

Protein sel tunggal merupakan protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme misalnya ganggang, bakteri dan berada di dalam sel mikroorganisme tersebut.  Mikroorganisme tersebut memiliki protein yang beratnya mencapai 80 % dari berat total sel. Jika mikroorganisme tersebut memiliki kemampuan reproduksi yang sangat cepat, maka akan dihasilkan protein dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang singkat.

K. Pewarna makanan

Jamur yang digunakan sebagai pewarna makanan alami adalam Monascus ruber yang digunakan sebagai pewarna merah. Orang awam biasanya mengenal jamur ini sebagai angkak. Sekarang angkak juga digunakan sebagai obat demam berdarah karena dapat meningkatkan jumlah trombosit.

2. Mikroorganisme Penghasil Obat

Mikroorganisme juga dapat membantu di bidang kesehatan yaitu dalam pengobatan, misalnya digunakan untuk antibiotik dan vaksin.

a. Antibiotik

Antibiotik sebenarnya merupakan suatu zat kimia hasil dari mikroorganisme yang dapat menghambat pertumbuhan atau mematikan mikroorganisme lainnya. Pembuatan antibiotik ini harus dalam lingkungan steril agar terhindar dari kontaminasi yang mungkin terjadi, sehingga pertumbuhan mikroorganisme yang diinginkan dapat optimal dan menghasilkan produk yang optimal juga. Antibiotik ini pertama kali ditemukan oleh Alexander Fleming yang diberi nama Penicilin yang dihasilkan oleh Penicillium. Jamur ini hidup dengan menyerap makanan dari lingkungan yang digunakan untuk metabolisme, bahkan dapat menghasilkan zat yang disekresikan ke lingkungannya dan dapat membunuh mikroorganisme lain.

Beberapa kelompok dari antibiotik adalah sebagai berikut.

1) Penicilin

Penicilin ini dapat menghambat infeksi dengan mencegah terbentuknya dinding sel bakteri sehingga tidak membahayakan sel manusia. Jadi, apabila Anda sakit disebabkan oleh bakteri atau virus, maka penggunaan antibiotik ini tidak ada gunanya.

Komponen utama penicilin adalah penisilin G yang dapat diubah menjadi bentuk-bentuk lain. Penicilin G terdegradasi oleh asam lambung sehingga lebih baik penicilin diberikan melalui suntikan. Ada juga jenis penicilin yang tidak dipengaruhi oleh asam lambung, dapat berupa sirup atau tablet.

2) Tetrasiklin

Perlu Anda ketahui tetrasiklin dihasilkan dari bakteri Streptomycin aureofaciens. Tetrasiklin mengikat kalsium dan diakumulasi dalam tulang dan gigi yang sedang berkembang. Tetrasiklin aktif melawan bakteri yang memiliki larutan yang sama dengan penicilin.

3) Sefalosporin

Sefalosporin dihasilkan oleh jamur Cephalosporium. Sefalosporin yang terbaru sangat efektif untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penicilin.

4) Eritromisin

Eritromisin bermanfaat untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penicilin atau dapat digunakan untuk pasien yang alergi terhadap penicilin.

b. Vaksin

Pada masa ini berjuta-juta orang melakukan vaksinasi terutama bagi anak-anak yang masih kecil. Vaksin telah membantu dalam pencegahan serangan penyakit. Vaksin berasal dari mikroorganisme yang telah dilemahkan atau dimatikan. Vaksin pada umumnya dimasukkan dengan suntikan atau oral ke dalam tubuh manusia agar aktif melawan mikroorganisme tersebut. Contohnya, vaksin disentri, tetanus, dan lain-lain.

3. Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman

Salah satu cara untuk mengurangi pencemaran lingkungan adalah penggunaan mikroorganisme sebagai pengendali hayati dalam membasmi hama tanaman. Pengendalian hama dapat digunakan dengan musuh alam; misalnya bakteri di tanah dan tanaman yaitu Bacillus thuringiensis. Bakteri ini dikembangkan menjadi insektisida mikrobial, yang menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga, yaitu larva atau ulat serangga. Racun ini hanya efektif pada suasana basa, sehingga jika di semprotkan ke tanaman, maka tanaman ini aman dikonsumsi manusia karena lambung manusia bersifat asam. Bacillus thuringiensis sekarang ini dikembangkan dengan campuran tertentu, dapat sebagai perekat dan langsung disemprotkan pada tanaman pertanian. Bacillus thuringiensis juga digunakan untuk menghasilkan tanaman transgenik anti hama serangga.

4. Mikroorganisme yang Berperan dalam Bidang Industri

a. Sebagai Penghasil Energi Minyak bumi dan batu bara

Semakin lama akan semakin habis karena merupakan sumber daya alam tidak dapat diperbarui dan cadangannya semakin tipis. Apabila kebutuhan manusia meningkat apa yang akan terjadi? Saat ini sudah dikembangkan gas bio sebagai penghasil energi. Apa yang dimaksud dengan gas bio? Gas bio merupakan gas metana yang diproduksi oleh mikroorganisme di dalam medium kotoran ternak dengan tangki fermenter.

Prosesnya mikrooganisme mencerna kotoran menjadi gas metana, gas ini kemudian dapat dialirkan ke rumah-rumah sebagai penghasil energi seperti gas elpiji. Limbahnya sangat baik untuk pupuk tanaman.

b. Sebagai Pencerna Limbah

Limbah organik di rumah tangga, industri, pasar pada umumnya dibuang ke sungai yang dapat mengakibatkan pencemaran. Mikroorganisme dapat mengolah limbah melalui penguraian secara aerob dan anaerob. Secara aerob pada beberapa mikroorganisme (bakteri, protista, dan jamur) yang menguraikan materi organik dari limbah menjadi mineral-mineral, gas-gas, dan air. Hal tersebut membutuhkan banyak oksigen. Pemrosesan limbah ada dua materi, yaitu menggunakan lumpur aktif dan proses menggunakan saringan tetes.

Sistem pengolahan dengan lumpur aktif merupakan pengolahan limbah cair yaitu bakteri aerobik dalam suatu bak limbah yang telah diberi aerasi, bertujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Sedangkan sistem pengolahan dengan saringan tetes merupakan pengolahan limbah cair yang menggunakan biofilum yang merupakan lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar bak limbah. Hamparan tersebut berupa tumpukan arang, plastik, dan kerikil. Penguraian secara anaerob merupakan proses biologis gas bio (gas metan= CH4). Gas bio dapat berguna sebagai sumber

energi alternatif yaitu pembakaran untuk menghasilkan listrik. Tahukah Anda bahwa bakteri dapat mencerna limbah? Bakteri tersebut dimasukkan dalam bak yang berisi limbah yang diberi lubang untuk masuknya udara (aerator), sehingga limbah akan terurai dan dapat dibuang ke lingkungan yang airnya sudah dipisahkan dari endapannya. Misalnya limbah logam berat yaitu Chromium, limbah tersebut dapat direduksi oleh bakteri Enterobacter cloaceae sehingga tidak akan membahayakan lagi bagi manusia.

c. Sebagai Pemisah Logam Berat

Bakteri Thiobacillus ferroxidans dan Thiobacillus oxidans termasuk khemolitotrof, yaitu bakteri pemakan batuan yang tumbuh subur di tempat pertambangan, peranannya sangat penting karena dapat mengekstraksi berbagai jenis logam. Bakteri ini dapat memperoleh energinya dari oksidasi zat anorganik, yaitu besi dan belerang. Bakteri ini juga dapat tumbuh dengan subur dalam lingkungan tanpa adanya zat organik, dia mampu mengekstrak karbon secara langsung dari karbon dioksida di atmosfer. Pemanfaatan mikrorganisme ini untuk memisahkan logam dari bijih logam yang diterapkan di tambang logam karena logam tidak bisa dimanfaatkan jika terikat dengan bijihnya.

d. Penghasil Asam Amino

Pada makanan sering ditambahkan monosodium glutamat, yaitu sebagai penambah cita rasa. Tahukah Anda lebih dari 165.000 ton asam glutamat telah digunakan untuk pembuatan monosodium glutamat. Asam-asam amino itu antara lain lisin, lisin ini terdapat pada manusia, hanya tingkatnya rendah. Bakteri yang dapat menghasilkan asam amino adalah Corinebacterium glutamicum mampu untuk menghasilkan asam glutamat. Untuk itu mikroorganisme ini digunakan sebagai menjadi produk utama industri, yaitu penghasil asam amino.

e. Meningkatkan Produksi Pertanian

Bakteri Rhizobium mampu menambat nitrogen sehingga tanaman akan menjadi subur. Saat ini telah dikembangkan strain (galur) bakteri yang mampu menambat nitrogen secara efektif yang dinamakan legin. Legin dapat disimpan dan dibiarkan ke dalam medium untuk dijual. Caranya yaitu dengan menyebarkannya di ladang dengan tujuan agar tanaman polong dapat bersimbiosis dengan bakteri ini. Bakteri Bacillus thuringiensis telah dikembangbiakkan karena kemampuannya untuk mematikan ulat yang menjadi hama tanaman, dengan cara menyemprotkan ke lahan pertanian. Hal ini merupakan cara pengendalian biologi atau hayati yang tidak menimbulkan pencemaran.

f. Penghasil Alkohol

Coba Anda amati produk dari etanol dan spirtus yang ada di pasaran saat ini. Jika Anda terkena spirtus, maka spirtus akan segera menguap karena mengandung alkohol. Tahukah Anda sebenarnya alkohol? Alkohol ini merupakan hasil fermentasi dari khamir, yaitu Saccharomyces cereviceae. Mikroorganisme tersebut dapat mengubah karbohidrat menjadi alkohol dan karbon dioksida.

Banyak sekali manfaat alkohol, di antaranya sebagai bahan bakar mesin karena mempunyai kelebihan mesin dapat menyala lebih lama, tidak menyebabkan polusi, dan tidak meningkatkan kadar karbondioksida di atmosfer.