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.

Read More

Biofilm dan Keadaan Tumbuhnya

Berbicara tentang biofilm, seharusnya bukan hal yang asing di telinga kita. Biofilm tertebaran di sekitar kita, baik di dalam tubuh kita maupun di lingkungan sekitar kita. Biofilm merupakan kumpulan bakteri yang terus tumbuh di sebuah permukaan bahan padat maupun cair. Sebagai gambaran adalah karang yang tumbuh di gigi kita. Itu adalah salah satu jenis biofilm bakteri dalam tubuh kita.

Pertumbuhan biofilm ini bergantung pada substansi matrix bahan yang digunakan. Matrix bahan yang digunakan ini akan menyediakan aseptor elektron bagi mikroba untuk proses oksidasi dalam rangka menghasilkan energi. Selain itu, pembentukan biofilm ini bergantung pada keragaman/variasi jenis mikroba yang tumbuh. Biofilm dapat dibentuk dari satu jenis mikroba saja, namun secara alami hampir semua jenis biofilm terdiri dari campuran berbagai jenis mikroba. Sebagai contoh fungi, alga, yeast (ragi), amuba (bakteri) dan jenis mikroba lainnya. Semakin beragam mikroba yang tumbuh, maka biofilm yang terbentuk akan semakin cepat dan kompetitif. Bagi bakteri yang bersifat aerob akan tumbuh di bagian dalam, sedangkan bakteri yang bisa tumbuh secara anaerob akan berada di layer bagian dalam. Semakin beragam bakteri, maka interaksi antara bakteri semakin kompleks. Demikian halnya jenis mikroba yang lain.

Biofilm akan terbentuk pada permukaan yang lembab, hal ini disebabkan mikroba dapat bertahan hidup jika ia mendapatkan kelembaban yang cukup. Pada prosesnya biofilm mengeksresikan suatu bahan yang licin (berlendir) pada sebuah permukaan, kemudian akan menempel dengan baik di permukaan tersebut jika keadaan minimum bakteri tersebut terpenuhi. Beberapa lokasi yang dapat dijadikan tempat hidup biofilm meliputi material alami di atas dan di bawah tanah, besi, plastik dan jaringan sel. Selama kita dapat menemukan kombinasi nutrien, air dan sebuah permukaan yang tidak mengandung senyawa beracun, disana sangat mungkin kita temukan biofilm.

Biofilms menjaga kesatuan formasinya dengan saling berikatan satu sama lain pada untaian molekul gula. Hal tersebut yang kemudian disebut sebagai EPS atau extracellular unsur polymeric, yaitu terbentuknya polimer antar biofilm, sehingga kemungkinan untuk melepas menjadi sulit. Karena dengan mengekskresikan EPS ini, masing-masing biofilm sangat mungkin saling mensuport untuk berkembang dalam dimensi yang kompleks dan sangat erat (utuh). Matriks yang terbentuk dengan EPS ini akan melindungi sel dan memudahkan komunikasi antar sel melalui isyarat biokimia. Beberapa biofilms berada dalam fasa cair, dimana keadaan tersebut membantu sel dalam mendistribusikan zat yang dibutuhkan dan memberi sinyal molekul pada sel. Matriks ini cukup kuat, oleh sebab itu pada kondisi-kondisi tertentu, biofilm dapat berwujud padat. Masing-masing layer dalam biofilm akan mempunyai ketebalan yang berbeda, hal ini sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan tumbuhnya.

Keterangan lebih lanjut dapat dibaca sendiri :

• Allison, D. (2000). Community Structure and Co-Operation in Biofilms. Cambridge: Cambridge University Press.
• Lappin-Scott, Hilary (2003). Microbial Biofilms. Cambridge: Cambridge University Press.

Read More

Ilmuwan Telah Menemukan Struktur Yang Paling Mendekati Bakteri Hijau

Tim ilmuwan internasional telah menentukan struktur molekul klorofil dalam bakteri hijau yang digunakan untuk energi pembakaran pada siang hari. Hasil dari tim ini dapat digunakan untuk membangun system artificial fotosintesis, seperti pengubahan energi solar menjadi energi listrik. Hasil karya penemuan para ilmuwan ini akan diumumkan pada tanggal 4 Mei 2009 di Akademi Keilmuan Nasional.

Para ilmuwan menemukan bahwa klorofil paling efisien dalam hal pembakaran energi panas. “Kami menemukan bahwa tujuan dari molekul klorofil membuat bakteri hijau makin efisien dalam hal pembakaran energi panas,” kata Donald Bryant, Ernest C. Professor Biotekhnologi di Penn State dan merupakan salah satu pemimpin tim.

Berdasarkan apa yang dikatakan Bryant, bakteri hijau ini merupakan jenis organisme yang biasa hidup di daerah yang mempunyai kadar cahaya yang rendah, seperti di kedalaman laut sampai 100 meter. Bakteri ini mempunyai struktur yang dinamakan klorosom, mengandung lebih dari 250.000 klorofil. ” Kemampuan menangkap energi cahaya dan secara cepat mengirimkan energi tersebut ke tempat yang diperlukan sangat penting untuk bakteri ini, terkadang hanya bisa dilihat beberapa photon saja per klorofil dalam sehari.”

Karena mereka sangat mengalami kesulitan dalam penelitiannya mengenai bakteri hijau, maka bakteri ini adalah klas terakhir yang dikategorikan secara struktural dalam pembakaran energi cahaya yang kompleks oleh ilmuwan. Para ilmuwan biasanya mengkategorikan struktur mulekul dengan memakai X-ray kristallographi, suatu teknik yang menentukan pembuatan dari molekul atom dan secara cepat memberikan informasi yang dapat digunakan untuk membuat gambaran molekul; walau bagaimanapun, X-ray kristallographi tidak bisa mengkarakteristikan klorosome bakteri hijau hanya karena dapat bekerja pada molekul dengan kesamaan pada bidang ukuran, bentuk dan struktur. “Tiap klorosom mempunyai keunikan sendiri-sendiri,” kata Bryant. Bakteri hijau mempunyai komposisi klorosom yang sering berganti-ganti sehingga menyulitkan para ilmuwan untuk menggunakan X-ray kristallographi untuk mengkelompokkan struktur internalnya.

Untuk mendapatkan jawabannya, tim ini menggunakan metode kombinasi untuk mempelajari klorosom. Mereka menggunakan metode genetic untuk menciptakan mutan bacterium, cryo-elektron mikroskopi untuk mengetahui seberapa besar jarak ikatan antar kromosom, solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spektroskopi untuk menentukan struktur dari suatu komponen molekul kromosom klorofil tersebut, dan setiap bagiannya dibawa untuk dibuatkan gambaran akhir sebuah klorosom.

Pertama-tama, tim ini menciptakan suatu mutan agar dapat menemukan alasan mengapa molekul klorofil di bakteri hijau bertambah complex dikarenakan bertambahnya waktu. Untuk menciptakan mutan tersebut, tim ini menonaktifkan 3 gen yang ada di dalam bakteri itu. Tim ini memperkirakan bahwa gen-gen inilah yang berperan penting dalam kemampuan untuk pembakaran energi. Sehingga didapat bahwa klorofil dapat menjadi lebih kompleks untuk meningkatan efisiensi pembakaran panas.

Kedua, tim ini memisahkan antara kromosom dengan mutan dan bentuk asli dari bakteri dengan menggunakan cryo-elektron mikroskopi - suatu tipe elektron mikroskopi yang dijalankan dengan cryogenik yang bertemperature super dingin - untuk mendapatkan gambar dari klorosom.

Tim ini berjalan selangkah lebih maju dengan menggunakan NMR cryogenicskopi untuk melihat lebih dalam lagi tentang klorosom. Teknik ini memberikan kemampuan untuk memahami hubungan antara inti atom dan memperoleh informasi yang lengkap tentang molekul.

NMR data memperlihatkan bahwa bahwa molekul terdiri dari dua molekul sederhana dan serupa dengan lapisan hidrophobik yang panjang atau anti air. Kata Bryant, “Kamipun mempelajari apakah molekul klorofil menyerang molekul satu dengan lainnya, dan kami juga memastikan jarak antar molekul.” NMR memperlihatkan bahwa molekul klorofil tersusun atas spiral-spiral helix. Pada mutan bakteri, molekul klorofil terletak hampir di sudut 90 derajat terhadap nanotubes. Lalu langkah terakhir adalah mengambil semua data dan membuat struktur model yang detail di komputer.

­­­­­Jika semua klorofil yang identik tersusun dalam sebuah kromosom, dan energi dari photon, sekali hal ini terserap, maka photon akan berjalan mengelilingi seluruh bagian klorofil, dengan memakan waktu yang cukup banyak. Tetapi pada bentuk tipe liar mempunyai perbedaan yang besar dimana molekul klorofil terlokalisir sehingga kemampuan dari energi photon untuk bermigrasi menjadi terbatas. Dengan kata lain, energi dari photon hanya dapat berjalan di sebagian kecil klorofil saja. Kecepatan yang diperoleh merupakan masalah bagi bakteri yang hanya menerima sedikit cahaya photon pada setiap klorofil perharinya.

Bryant mengatakan hasil dari tim ilmuwan ini suatu hari nanti akan digunakan untuk membangun sistem artificial fotosintesis yang mengubah energi solar menjadi energi listrik.

Sumber: http://www.chemistrytimes.com/research/Scientists_determine_the_structure_of_highly_efficient_light-harvesting_molecules_in_green_bacteria.asp

Read More

SEMAR (Seminar Kanker Otak) IPB

Pembicara Seminar

dr. Rini Andriani Sp. S (RS Kanker Nasional Dharmais)

(Pengobatan Kanker Otak)

dr. Abdul Hamid Sp. S

(Identifikasi dan Mekanisme Kanker Otak)

dr. Juliantri Bidramnanta Sp. S (RS Budi Asih)

(Penyebab dan Pencegah Kanker Otak)

Talk Show dan Motivasi Oleh:

Titah Rahayu (Pendiri Rumah Kanker)

HTM :

S0, S1 Rp 30.000,-

S2, S3 dan umum Rp 50.000,-

Ticket box @ Koridor Faperta

15 sampai 29 Mei 2009

Waktu dan Tempat:

Minggu, 31 Mei 2009

Pukul 08.00-16.00 WIB

Auditorium Andi Hakim Nasution

Kampus IPB Darmaga

Fasilitas:

Sertifikat, Seminar Kit, Coffee Break,

Lunch, Snack, Door Prize,

Grand Prize (Handphone), Souvenir

Info lebih lanjut:

CP : Bina 085711509191

Ganep 085718855869

semaripb.wordpress.com

Read More

Hubungan sinergis antara Bioinformatika dan Biokimia

Biokimia-bioinformatika Semenjak struktur 3D (tiga dimensi) DNA dielusidasi pada tahun 50an oleh Watson dan Crick, ilmu Biokimia telah berkembang demikian pesat. Setelah elusidasi struktur DNA, Biokimia diperkaya dengan penemuan-penemuan lanjutan yang tidak kalah penting, seperti penemuan fungsi enzim restriksi, elusidasi struktur 3D protein, sekuensing DNA/RNA/Protein dan tentu saja penggunaan teknologi DNA rekombinan, yang membuka lebar berbagai kemungkinan pada riset rekayasa genetika. Babak baru dalam perkembangan ilmu biokimia terjadi pada pengumuman Human Genome Project (Proyek Genom Manusia/PGM). Proyek ini bertujuan untuk mensekuensing seluruh sekuens DNA (Genom) yang terdapat pada manusia. Setelah proyek sekuensing ini selesai, diharapkan kedepannya informasi dari Genom tersebut bisa digunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan mendasar mengenai mekanisme ekspresi genetik, interaksi protein-protein, dan mekanisme penularan virus pada manusia. Aspek rekayasa dari proyek ini, tentu saja adalah untuk mendesain agen terapi untuk berbagai penyakit, baik penyakit menular atau tidak menular. Setelah proyek ini selesai pada tahun 2001, pada database genbank di situs NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) , terdapat berbagai data sekuens DNA/RNA/Protein, yang tersebar di berbagai entri. Namun, apakah makna dari semua data sekuens tersebut? Bagaimana mengkonversi data-data mati tersebut, menjadi informasi yang berguna demi kepentingan ilmu pengetahuan dan kemanusiaan? Mari kita simak.

Bersamaan dengan pengembangan ilmu Biokimia/Biologi Molekuler, Teknologi Informasi (TI), sebagai ilmu yang baru, juga berkembang pesat. Semenjak Intel, IBM, dan Microsoft berkolaborasi untuk menciptakan IBM PC, maka komputer menjadi barang yang bisa digunakan oleh semua kalangan. Sementara Apple menciptakan Macintosh, yang adalah komputer dengan GUI (Graphical User Interface), yang segera ditiru oleh Microsoft dengan Windowsnya. Dengan demikian, komputer menjadi semakin mudah digunakan, karena berbasis grafis. Akhirnya, perkembangan dunia TI telah mencapai babak baru, setelah Linus Torvald menciptakan sistim operasi Linux, yang adalah Open Source. Dengan kaidah Open Source, maka dimungkinkan diciptakan software, yang dapat digandakan, dan dimodifikasi tanpa mendapat tuntutan hak cipta (copyrights). Prinsip ini memungkinkan penyebaran ilmu pengetahuan, tanpa batas, dan murah. Contoh dari aplikasi Open Source adalah ensiklopedia Wikipedia. Adapun TI telah sukses diaplikasikan pada industri kelas berat, seperti keuangan dan militer. TI pun juga telah sukses diaplikasikan pada dunia kedokteran/kesehatan, misalnya untuk manajemen rumah sakit, dan Medical Imaging. Namun, bagaimana peran TI dalam menyelesaikan masalah Biokimia/Biologi Molekuler? Bagaimana hubungannya dengan ilmu kimia?

Setelah PGM diselesaikan, muncul masalah baru. Sebab, untuk mengetahui mekanisme biokimiawi/biomolekuler pada tubuh manusia, informasi mengenai sekuens DNA saja tidak cukup. Diperlukan juga informasi mengenai sekuens RNA dan Protein. Akhirnya, data mengenai sekuens protein sudah mulai banyak, namun akhirnya muncul pertanyaan baru lagi. Hanya dengan mengetahui sekuens protein, tidak mungkin mengetahui bagaimana reaktivitas protein. Reaktivitas protein sangat tergantung pada struktur protein, dengan kata lain struktur primer, sekunder, tersier dan kuartenernya harus diketahui. Jika membicarakan struktur protein, ini sudah memasuki ilmu kimia, sebab dalam pembentukan struktur protein, ikatan kimia berperan sangan penting. Contohnya, peranan ikatan hidrogen, van der waals, kovalen, dan ionik, semuanya berperan penting dalam pembentukan struktur protein. Dalam mendesain obat modern, selain informasi sekuens, informasi mengenai ikatan kimia sangat penting. Interaksi protein-obat adalah tema riset yang sangat penting dalam kimia farmasetikal. Prinsipnya, pengetahuan mengenai struktur protein, akan memimpin kita pada pengetahuan mengenai fungsi protein. Jika fungsi protein diketahui, maka pertanyaan-pertanyaan mendasar mengenai mekanisme protein, mekanisme penularan virus, dan masalah biomedis lainnya, akan mulai mendasar. Namun untuk mengetahui struktur protein secara lengkap, wajib mengetahui ilmu kimia. Ilmu TI di masa sekarang, telah memungkinkan untuk mengkomputasi struktur protein secara lengkap, dan juga untuk mengkomputasi interaksi ikatan, dan juga interaksi protein dengan obat atau inhibitor. Hal ini sebenarnya juga telah dilakukan pada riset kimia teoritis, dimana untuk mengetahui energi minimum dari suatu konformasi senyawa, diperlukan tenaga komputasi yang sangat besar, terutama jika senyawa tersebut sangat kompleks. Bioinformatika dalam perspektif ini, bisa ditafsirkan sebagai upaya kimia teoritis untuk menyelesaikan masalah kedokteran/kesehatan/famasetikal.

Daftar Referensi:

1.

Claverie, Jean et al. 2003. Bioinformatics for Dummies. Mc Graw Hill. New York
2.

Huheey, James et al. 1997. Inorganic Chemistry: Principle of Structure and Reactivity.

Read More

Penggunaan Komputer sebagai Strategi melawan Kanker

Komputer-dnaAnggota Fakultas dari Universitas Negeri Florida menggunakan teknik komputasi untuk mengevaluasi kelas baru dari obat pembunuh kanker.

Kevin C. Chen, asisten profesor dalam Teknik kimia dan biomedis pada Universitas Florida A&M-Fakultas Teknik Universitas Negeri Florida, menggunakan komputer berkekuatan tinggi untuk menentukan bagaimana substansi immunotoksin rekombinan dapat dimodifikasi untuk menyerang dan membunuh tumor ganas/kanker, namun tidak melukai sel yang sehat.

‘Kanker adalah penyakit yang sangat kompleks, sehingga analisis dan interpretasi data memerlukan metode komputasi yang terspesialisasi dan tangguh,’ kata Chen mengenai riset tersebut.

Menurut Chen, immunotoksin rekombinan adalah obat baru yang telah diuji pada uji klinis, untuk beberapa tipe terapi kanker. Mereka terdiri dari fragmen kecil antibodi protein yang difusikan pada tingkat genetis dengan toksin yang diproduksi oleh beberapa tipe bakteri, fungi, dan tanaman.

‘Begitu disuntikkan ketubuh, bagian antibodi dari immunotoksin akan mentargetkan protein spesifik, yang bernama antigen, yang diekspresikan secara massal pada permukaan sel kanker,’ kata Chen. ‘Sel ini akan dibunuh oleh toksin tersebut. Namun sel sehat tidak akan dikenali dan akan dibiarkan oleh toksin.’

Semua itu paling tidak dalam teori. Namun dalam prakteknya, Chen menyadari bahwa ada beberapa faktor yang dapat mengurangi efektivitas dari immunotoksin. Yaitu:

* Ukuran besar dari molekul immunotoksin dapat mengurangi kemampuan mereka untuk bergerak ke lokasi target untuk mengikat ke protein sel kanker, dan akan menyebabkan diperlukan usaha untuk mengurangi ukuran mereka.
* Stabilitas molekul immunotoksin pada aliran darah dan matriks ekstraselular dapat mempengaruhi rentang waktu di sirkulasi dan di jaringan tumor, sehingga mempengaruhi efektivitas untuk membunuh sel kanker secara optimal.
* Laju pengikatan immunotoksin terhadap sel kanker dan jumlah relatif antigen yang diekspresikan pada permukaan sel adalah faktor kritis, sebab ketidakseimbangan pada kedua faktor itu akan mengakibatkan sel kanker tunggal dibombardir secara berlebih oleh immunotoksin, dan membiarkan sel kanker lain tidak tersentuh. Skenario sebaliknya juga dapat terjadi: Jika tidak terdapat cukup immunotoksin untuk mengikat sel kanker, maka hanya sedikit sel kanker yang dibunuh.

‘ Karena tingkat dosis obat antikanker yang dapat diberikan ke pasien terbatas oleh imunogenitas (respon imun), maka adalah sangat penting untuk mengeksplorasi efisiensi dari immunotoksin rekombinan tanpa memberikan dosis berlebih,’ kata Chen. ‘ Riset komputasi kami telah dapat mengkuantifikasi dan mengembangkan model yang dapat menjabarkan berbagai faktor yang mempengaruhi perilaku immunotoksin dalam tubuh. Ini adalah pengetahuan penting yang dapat digunakan dokter dan peneliti untuk mengembangkan obat immunotoksin, yang dapat disetujui sebagai pengobatan standar untuk pasien kanker.’

Diterjemahkan dari:
Florida State University (2008, July 7). Computers Used To Hone Cancer-fighting Strategies. ScienceDaily. Retrieved April 18, 2009, from

Read More