Transduksi Sinyal Perekayasaan Protein

1.1 Perkembangan Bioteknologi Dewasa Ini

Masyarakat umum mungkin memahami "protein" sebatas zat makanan yang tercakup dalam 4 sehat 5 sempurna. Hal itu tidak salah, namun dewasa ini, dengan perkembangan bioteknologi, protein telah menjadi salah satu material hayati (biomaterial) yang sangat menjanjikan untuk berbagai aplikasi. Misalnya, sabun cuci saat ini telah lazim menggunakan enzim, protein yang berfungsi katalis, sehingga dapat menurunkan kadar detergen yang berpotensi merusak lingkungan. Beberapa obat-obatan, seperti obat kanker, juga telah menggunakan antibody berupa protein yang mengenali benda asing dalam tubuh, sebagai ganti dari senyawa kimia buatan yang memunculkan banyak efek samping.

1.2 Rekayasa Protein pada tiga jenis enzim berstruktur Beta-Propeller : GDH-A, GDH-B dan Sialidase.

Penelitian kali ini berkenaan dengan Rekayasa Protein terhadap protein-protein yang memiliki struktur Beta-Propeller dan protein-protein yang memiliki fungsi Sinyal Transduksi. Keduanya untuk tujuan aplikasi Kedokteran. Untuk bagian yang pertama, dilakukan Rekayasa Protein terhadap tiga jenis enzim yang memiliki struktur Beta-Propeller (Gambar 1), masing-masing membrane-bound type PQQ glucose dehydrogenase (GDH-A), soluble-type PQQ glucose dehydrogenase (GDH-B) dan sialidase. GDH-A dan GDH-B ini memiliki prospek yang menjanjikan untuk dipakai dalam biosensor pengukur kadar glukosa dalam darah penderita diabetes.

Gambar 1 : Struktur protein Beta-Propeller. Diberi nama demikian karena tersusun dari struktur sekunder Beta-sheet yang membentuk struktur mirip propeller atau baling-baling.

1.3 Capaian Riset

a. Melipatgandakan Produk GDHs Sejuta Kali Lipat

Tanggung jawab yang utama adalah menyangkut produksi massal dengan teknologi rekombinan DNA serta analisa biofisika dan bioinformatika struktur. Menggunakan berbagai variasi metoda dan material, berhasil didapatkan enzim GDHs dalam jumlah besar (skala miligram) sementara normalnya hanya nanogram (jadi sejuta kali lipat) secara kuantitas dan bila dilihat secara kualitas dibanding cara yang konvensional, ada peningkatan setidaknya

10 kali lipat dalam aktivitasnya.

b. Mengembangkan Metoda Prediksi Protein dengan Teknik CD Spectroscopy

Di samping itu, berhasil dikembangkan metoda pendugaan/ prediksi struktur protein ini melalui teknik spektroskopi bernama CD spectroscopy. Dengan membangun database protein berstruktur serupa, melalui analisa komputer, dapat dipisahkan elemen masing-masing struktur. Dipadu dengan kekuatan tool-tool bioinformatika, dengan akurasi tinggi bisa diperoleh struktur prediksi protein bersangkutan. Metoda ini memang tidak menjelaskan secara detail/ terperinci sampai level atom struktur protein seperti bila menggunakan metoda X-ray crystallography atau NMR, tapi bisa diperoleh arsitek global "wajah" protein tersebut secara cepat dan tetap akurat yang penting untuk tahapan Rekayasa Protein selanjutnya.

c. Pembuatan Mutan GDHs yang lebih stabil

Selain itu, ada juga pembuatan mutan-mutan GDHs yang hasilnya kita bisa dapatkan enzim mutan yang lebih stabil, lebih kuat dalam ikatan kofaktornya, lebih tinggi spesifikasinya dan sangat sesuai dengan syarat-syarat aplikasi biosensor glukosa. Berkatnya, tim kami diajak bekerjasama dengan perusahaan biosensor utama di Amerika, LifeScan untuk mensuplai enzim ini buat devais biosensor glukosa masa depan mereka.

Gambar 2: Biosensor glukosa produk Lifescan. Hanya dengan setetes darah, kadar glukosa dalam darah dapat diketahui.

1.4 Riset terhadap Sialidase

a. Fokus Riset : Proses Transduksi Sinyal dalam Sel

Selain GDHs, juga dilakukan riset terhadap sialidase. Enzim ini, seperti juga GDHs, berasal dari bakteri, namun juga ditemukan di virus seperti virus influenza. Sialidase dari virus influenza telah dijadikan target obat flu yang sudah dipasarkan saat ini dengan nama produk Relenza. Di sini sialidase dijadikan sebagai model untuk desain protein. Stabilitas strukturnya dicoba dirubah tanpa mengganggu karakter lain. Dari berbagai seri mutasi, didapatkan enzim seperti itu dan hal ini membuktikan bahwa protein berstuktur Beta-Propeller ini sangat potensial sebagai model desain protein. Dalam bagian kedua dari riset itu, ditaruh perhatian pada proses transduksi sinyal dalam sel. Sinyal-sinyal dari luar sel, baik yang bersifat kimiawi maupun fisik (panas, dll) dihantarkan ke dalam sel melalui sebuah proses yang disebut transduksi sinyal (Gambar 3). Proses ini dijalankan banyak protein dalam sebuah mekanisme yang mirip " pesan berantai " yaitu protein 1 menjadi aktif karena sinyal dari luar sehingga bisa menyampaikan ke protein 2. Akibatnya protein 2 jadi aktif dan meneruskannya lagi ke protein 3, demikian dan seterusnya. Kanker terjadi antara lain ketika salah satu protein itu menjadi tak terkontrol. Bagaimana mekanisme penghantaran sinyal di dalam sel itu, adalah fokus penelitiannya. Jadi dicoba dikembangkan metoda deteksi kapan protein dalam rantai transduksi sinyal ini "on" atau "off". Untuk itu digunakan peptida karena molekul ini kecil sehingga bisa masuk ke dalam sel hidup, alamiah serta mudah dan murah dibuat.

Gambar 3 : Sinyal Transduksi dalam sel. Sinyal dari luar sel dihantarkan ke dalam sel sampai inti sel melalui "pesan berantai" antara protein terkait.