MENEKAN DOSIS OBAT DENGAN MEMANFAATKAN LIPOSOM SEBAGAI DRUG CARRIER (PEMBAWA OBAT) MENGGUNAKAN BAKTERI SULFOLOBUS ACIDOCALDARIUS DAN THERMOPLASMA ACIDOPHILUM

SEKILAS TENTANG ARCHAEA

Archaea berasal dari bahasa Greek : archaios yang artinya purbakala. Archaea diduga sel makhluk hidup yang paling tua. Dinding selnya tidak mengandung peptidoglikan, seperti yang ditemukan pada dinding sel semua eubakteria (sering disebut bakteri). Peptidoglikan adalah suatu molekul kompleks yang mengandung fragmen disakarida amino dan peptida yang unik. Juga struktur DNAnya berbeda dari Eubakteria. DNA Archaea mempunyai bagian gen besar dan membran selnya mempunyai struktur kimia yang unik.
Lipid dalam membran plasmanya bercabang, tidak hanya berbeda dengan bakteri, tetapi juga berbeda dengan organisme lainnya. Lipid yang dibentuk ini biasanya berhubungan dengan lingkungan yang ekstrim tempat organisme tersebut hidup dan beradaptasi. “Archaea” ini tidak sensitif terhadap antibiotik.
Archaea yang bersifat fototrofik menggunakan pigmen rodopsin bakteri. Pada tingkat molekul, RNA transfer dan RNA ribosom “Archaea” ini memiliki untaian nukleotid yang unik. Banyak dari “Archaea” ini yang memperoleh energi dari reaksi anorganik untuk membuat bahan organik. Beberapa ada yang heterotrof. anggota dari “Archaea” memiliki beberapa macam bentuk yaitu berbentuk batang, bulat, spiral, berbentuk filament, dan flat (pipih).
Archaea hidup di lingkungan yang ekstrim dimana organisme lain tidak dapat hidup. Karena hidup di lingkungan yang ekstrim, mereka disebut ekstremofil. “Archaea” ada yang membedakannya atas tiga kelompok yaitu sebagai berikut.
• Kelompok metanogen (pembuat gas metan) yang hidup dalam dasar kolam dan rawa-rawa, beberapa jenis ada yang hidup dalam saluran pencernaan hewan Ruminansia (sapi, domba, kambing) dan saluran pencernaan manusia. Organisme ini menghasilkan gas metan dari hasil kemosintesis secara anaerob (tanpa oksigen). Methanobacterium yang dapat menghasilkan gas metana (CH4) dari hidrogen (H2) dan karbon dioksida (CO2). Methanobacterium ini berperan dalam pembuatan biogas. Kira-kira 65% dari gas metana yang didapatkan di atmosfir dihasilkan oleh bakteri metanogen ini. Contoh yang lain adalah Methanococcus vanniellii.
• Kelompok Halofilik “Archaea” yang didapatkan di tempat-tempat yang kadar garamnya tinggi (kadar garam 20%, seperti danau Great, laut mati) dan bersifat anaerobik. (Halo artinya garam). Archaea ini melibatkan sejumlah mekanisme untuk dapat hidup di lingkungan yang berkadar garam tinggi. Proteinnya mempunyai pompa klorida yang unik yang menggunakan halorodopsin (berhubungan dengan pigmen rodopsin di dapatkan dalam mata kita) untuk memompa klorida dan bakteriorodopsin mensintesis ATP pada saat adanya cahaya. ke dalam sel.
Beberapa jenis archaea mengandung klorofil dan oleh karena itu Archaea ini membangkitkan ATP (adenine trifosfat) dengan fotosistem. Dari kelompok halofilik ini ada yang mengandung pigmen karoten yang menyebabkan perairan berwarna kemerahan. Contohnya Halobacterium species .
• Kelompok Termoasidofilik yang hidup ditempat yang suhunya tinggi (70 O C atau lebih) dan di tempat yang pHnya rendah (di tempat yang asam) atau konsentrasi belerang yang tinggi. Lebih dari 500 species termofil telah diidentifikasi. Kelompok termo-asidofilik ini ada yang dapat mereduksi sulfur menjadi gas hidrogen sulfida.
Beberapa jenis Archaea hidup dalam kondisi asam yang ekstrim dengan pH 1-2 atau kurang. Contoh termoasidofilik adalah Pyrolobus fumarii tumbuh pada musim panas di batu kuning National Park dengan temperatur maksimum 113 o C, minimum 90 o C dan temperatur optimum 106 o C. Contoh yang lain adalah Thermoplasma acidophilum

Bakteri Sulfolobus acidocaldarius

Sulfolobus acidocaldarius adalah suatu crenarchaeon thermoacidophilic aerobic. Strain DSM639, adalah hyperthermoacidophile yang pertama untuk karakteristik dari terestrial solfataras.
Bakteri ini tumbuh secara optimal pada suhu 75 sampai 80°C dan pH 2 sampai 3, di bawah kondisi udara yang ekstrim, pada substrat organik kompleks, termasuk sari ragi, tryptone, dan asam Casamino dan dalam suatu gula dengan jumlah yang terbatas.
Banyak penelitian berkembang yang telah dilakukan pada archaea dan crenarchaea termasuk Sulfolobus acidocaldarius. Bakteri ini digunakan untuk menunjukkan persamaan transkripsi pada archaeal dan eukaryal. Juga, kepekaannya terhadap suatu antibiotik ribosom dan sudah dibuat perubahan bentuk acidocaldarius yang fokus untuk mempelajari di bidang genetik secara vivo.
Sulfolobus acidocaldarius juga telah digunakan untuk mempelajari ketepatan genetik pada temperatur tinggi dan salah satunya adalah archaeon hyperthermophilic dimana tingkat dan jenis dari mutasi spontan telah terukur secara vivo. Tingkat mutasiya relatif rendah, di samping suhu lingkungan yang tinggi, telah merangsang perhatian yang tinggi dalam sistem perbaikan efisiennya. Keistimewaan khusus meliputi kemampuannya untuk menukar gen kromosomal dalam sel dan kemampuan untuk tumbuh secara sinkronis di dalam kultur yang telah memudahkan mempelajari siklus sel archaeal.
Penentuan urutan genome dari S. acidocaldarius dan studi menghasilkan perbandingan dengan genome dari solfataricus dan S tokodaii, sudah dibuatnya menjadi mungkin untuk suatu database umum untuk genom Sulfolobus yang akan bertindak sebagai suatu sumber penelitian yang penting.

Bakteri Thermoplasma acidophilum

Thermoplasma acidophilum merupakan suatu archea thermoacidophilic yang tumbuh dengan subur pada suhu 59oC dan pH 2 dan telah diisolasi dari pertambangan batubara. Umumnya spesies dari genus thermoplasma yang kekurangan dinding sel, tetapi hanya memiliki selaput plasma.
Ahli fisiologi mikrobiologi dan ahli biologi struktural sangat tertarik pada jasad renik ini karena kemampuannya tumbuh pada temperatur yang tinggi dan pada pH rendah, padahal bakteri ini tidak memiliki perlindungan struktural. Morfologi sel dari bakteri ini berisi protein yang kompleks yang mirip dengan struktur dari sel bakteri eukariotik. Bahkan beberapa ilmuwan biologi evolusioner sempat berpendapat bahwa T. acidophilum merupakan nenek moyang sel eukariotik. Tetapi penelitian terkini menunjukkan bahwa bakteri ini memiliki sifat-sifat yang lebih condong pada bakteri eukariotik.
T. acidophilum mempunyai 1,564,905 pasangan genom dan termasuk salah satu dari genom mikroba terkecil. Genom pada mikroba ini merupakan kromosom lingkar tunggal. Penemuan ini dilakukan dengan cara “shotgun primer walking”. Metode ini merupakan penggabungan dari cara Shotgun sequencing dan metode primer walking. Metode penggabungan ini merupakan metode yang baru dan memberikan peranan yang signifikan dalam mengidentifikasi genom bakteri karena kemampuannya yang lebih cepat dan lebih murah.


A. TAKSONOMI
1. Bakteri Sulfolobus acidocaldarius
Kingdom : Archaea
Filum : Crenarchaeota
Klas : Thermoprotei
Ordo : Sulfolobales
Famili : Sulfolobaceae
Genus : Sulfolobus
Species : S. Acidocaldarius

2. Bakteri Thermoplasma acidophilum
Kingdom : Archaea
Filum : Euryarchaeota
Klas : Thermoplasmata
Ordo : Thermoplasmatales
Famili : Thermoplasmataceae
Genus : Thermoplasma
Species : T. Acidophilum


B. GAMBARAN MIKROSKOPIS
Bakteri Sulfolobus acidocaldarius Bakteri Thermoplasma acidophilum








C. GAMBARAN MAKROSKOPIS
Bakteri Sulfolobus acidocaldarius Bakteri Thermoplasma acidophilum



D. PERAN BAKTERI SULFOLOBUS ACIDOCALDARIUS DAN THERMOPLASMA CIDOPHILUM DI BIDANG KESEHATAN

Di masa depan, dosis obat yang dikonsumsi manusia akan ditekan sekecil mungkin dan dibawa langsung menuju organ sasaran. Selain lebih efektif dan efisien, hal itu bisa menekan efek samping obat yang dipakai. Caranya, dengan membuat struktur obat lebih stabil dan memanfaatkan liposom sebagai drug carrier (pembawa obat).
Salah satu yang sedang diteliti adalah penyempurnaan metilprednisolon-suatu kortikosteroid yang digunakan sebagai imunosupresan/penekan imunitas tubuh dalam terapi jangka panjang, misalnya pada kasus pascatransplantasi organ tubuh maupun gangguan imunitas seperti lupus eritematosus sistemik. Hasil penyempurnaannya menjadi metilprednisolon palmitat yang lebih stabil serta kemampuannya untuk berinkorporasi alias menempel pada liposom.
Hasil penelitian yang kemudian dituangkan dalam disertasi berjudul "Inkorporasi Metilprednisolon Palmitat pada Membran Liposom yang Mengandung Tetraeter Lipid berasal dari Archaea serta Gambaran Distribusinya di beberapa Organ Limfoid pada Mencit". Metilprednisolon palmitat merupakan obat baru yang sedang dikembangkan kelompok peneliti di Bernina Biosystems GmbH, laboratorium yang banyak meneliti transfer gen dan liposom di Munich, Jerman. Penelitian Ernie dilakukan di Laboratorium Bernina Biosystems GmbH, Munich, dan di Laboratorium Biokimia, Farmakologi dan Patologi Anatomi FKUI.
Metilprednisolon sudah banyak diteliti. Tapi obat itu sulit menempel ke liposom karena membentuk misel, semacam kelompok molekul lipid berukuran sangat kecil, kurang dari 10 nanometer, sehingga lepas terus dari membran liposom. Esterifikasi dengan palmitat memungkinkan metilprednisolon menempel lebih kuat pada membran liposom
Liposom sendiri adalah bahan pembawa obat yang terdiri dari lipid. Bahan ini diekstraksi dari kuning telur, kedelai, serta bisa dibuat secara sintetik. Jenis lipid yang digunakan bisa macam-macam sesuai organ sasaran. Kalau sasarannya jantung digunakan kardiolipin dan untuk otak digunakan fosfatidil serin. Sedangkan lipid yangdigunakan untuk sasaran hati adalah fosfatidil kolin.
Namun, fosfatidil kolin kurang stabil, mudah pecah sebelum mencapai organ sasaran. Untuk menstabilkan, dilakukan dengan mengkombinasinya dengan tetraeter lipid yang berasal dari bakteri Archaea, yaitu Sulfolobus acidocaldarius dan Termoplasma acidophilum.
Liposom yang sudah distabilkan lantas digunakan untuk membawa metilprednisolon palmitat. Penyuntikan pada hewan percobaan dengan dosis 2 mg/kg berat badan menunjukkan obat terdistribusi secara baik, terutama di hati. Selain itu juga di limpa, timus, ginjal, dan sumsum tulang.
Menurut ilmuwan mikrobiologi "Organ sasaran yang dituju metil-prednisolon adalah organ hati, karena metilprednisolon palmitat merupakan pro drug, yaitu obat dalam bentuk belum aktif, perlu dimetabolisme dulu di hati sebelum menyebar ke organ-organ lain dimana terjadi reaksi imunologis,"
Aplikasi pada manusia, cukup 1/20 dosis hewan percobaan atau 0,1 mg/ kg berat badan. Kalau orang bersangkutan bobotnya 70 kg, dosis metilprednisolon palmitat hanya 7 mg. Jauh lebih kecil dibanding dosis oral metilprednisolon yang 500-1.000 mg per hari untuk menekan imunitas tubuh.
Masalahnya, sejauh ini belum ada sediaan liposom dalam bentuk oral, masih harus disuntikkan sehingga menyakitkan pasien jika dilakukan setiap hari. Oleh karena itu, penelitian diarahkan agar liposom bisa digunakan secara oral.
Selain itu, perlu uji keamanan tetraeter lipid untuk penggunaan jangka panjang. Sejauh ini belum ditemukan pemecahan tetraeter lipid sehingga zat itu akan terakumulasi dalam tubuh.