(M11) Biopharming [PDF]

Citation preview

BIOTEKNOLOGI FARMASI



BIOPHARMING FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS BUANA PERJUANGAN KARAWANG



APA ITU BIOPHARMING?  Penggunaan tanaman pertanian untuk produksi molekul yang berguna untuk aplikasi non pangan, pakan atau serat. (juga disebut pertanian molekuler, pharming, atau biopharming).  Biopharming berbeda karena tanaman direkayasa secara genetik (RG) untuk menghasilkan molekul yang kita inginkan. (Tumbuhan atau hewan).



 Biopharming dimulai sekitar 20 tahun yang lalu dengan janji untuk menghasilkan molekul terapis dengan biaya yang lebih rendah  Beberapa molekul terapeutik sangat mahal untuk diproduksi (misalnya enzim glukerobrosidase).



BAGAIMANA MELAKUKAN BIOPHARMING?  Biopharming bertujuan untuk menggantikan bioreaktor yang sangat mahal (proses hulu) oleh industri farmasi yang digunakan untuk memproduksi molekul terapeutik.



 Molekul 'mahal' ini sekarang dapat diekspresikan pada tumbuhan melalui penyisipan gen yang mengekspresikan protein.  Biopharming mungkin juga lebih murah dalam proses ekstraksi (proses hilir) molekul yang diinginkan.



PERAN MOLECULAR PHARMING?



Penggunaan seluruh organisme, organ, jaringan atau sel, atau kultur sel, sebagai bioreaktor untuk menhasilkan produk bernilai komersial melalui teknik DNA rekombinan.



MOLECULAR PHARMING Molecular pharming



Molecular farming



 Didefinisikan sebagai produksi zat aktif farmasi dalam organisme hasil rekayasa genetika (genetically modified organisms / GMO).  Tanaman lebih disukai karena tanaman tidak membawa patogen. Keamanan GMO masih menjadi perhatian.  Protein farmasi (pharmaceutical protein) yang berasal dari tumbuhan pertama adalah serum albumin.



 Didefinisikan sebagai penggunaan organisme hasil rekayasa genetika (genetically modified organisms / GMO).  Sebagai platform produksi untuk bahan baku terbarukan, bahan kimia murni dan suplemen makanan.



LATAR BELAKANG SEJARAH 1986, Protein terapeutik rekombinan yang berasal dari tumbuhan pertama- GH manusia dalam tembakau & bunga matahari. (A. Barta, D. Thompson et al.)



1989, Antibodi rekombinan yang berasal dari tumbuhan pertama IgG berukuran penuh dalam tembakau. (A. Hiatt, K. Bowdish) 1990. Protein manusia asli pertama yang diproduksi dari tumbuhan - - serum albumin manusia dalam tembakau & kentang. (P. C. Sijmons et al.)



1995, Enzim industri turunan tanaman pertama - α-amilase dalam tembakau. (J. Pen, L. Molendijk et al.)



LATAR BELAKANG SEJARAH 1996, Polimer protein turunan tanaman pertama - elastin buatan dalam tembakau (X. Zhang, D. W. Urry, H. Daniel) 1997, Uji klinis pertama menggunakan antigen bakteri rekombinan dari kentang transgenik. (C.O. Tacket et al.) 1997, Produksi komersial avidin dalam jagung. (E. E. Hood et al.) 2000, GH manusia diproduksi di kloroplas tembakau. (J. M. Staub et al.) 2003, GH Manusia diproduksi di kloroplas tembakau. (J. M. Staub et al.) Ekspresi dan perakitan antibodi fungsional dalam alga. Produksi komersial dari bovine tripsin dalam jagung. (S. L. Woodard)



BAGAIMANA MELAKUKANNYA? Molekul DNA yang membawa informasi genetik untuk zat farmasi dimasukkan ke dalam genom tumbuhan. Proses ini (1) disebut transformasi. Gen dapat digabungkan secara permanen (transformasi stabil) atau untuk waktu yang singkat (transformasi transien). Pabrik yang diubah bertindak sebagai bioreaktor yang memproduksi zat farmasi dalam jumlah besar menggunakan mesin pembuat proteinnya (2). Melalui proses industri, zat aktif farmasi diekstraksi dari tanaman (3) Formulasi dan (4) pembuatan sediaan, misalnya pil.



STRATEGI UMUM PHARMING •



Kloning gen yang diinginkan



•



Transformasi host



•



Spesies platform



•



Tumbuhkan spesies inang, pulihkan biomassa



•



Proses biomassa



•



Purifikasi produk yang diminati



•



Berikan produk yang diminati



STRATEGI UNTUK BIOPHARMING 1. Strategi ekspresi gen tanaman • Transformasi transien



• keuntungan - produksi cepat dan mudah. • kerugian - sejumlah kecil produk, masalah pemrosesan.



• Transformasi yang stabil



• keuntungan - digunakan untuk memproduksi protein, stabilitas dan penyimpanan dalam jumlah besar. • kerugian - aliran gen - persilangan dengan spesies asli.



• Transformasi kloroplas



• keuntungan - mengurangi aliran gen melalui serbuk sari. • kerugian - protein tidak stabil untuk jangka waktu yang lama oleh karena itu komplikasi waktu ekstraksi / pemrosesan.



TRANSFORMASI GEN YANG DIMEDIASI AGROBACTERIUM



STRATEGI UNTUK BIOPHARMING 2. Lokasi ekspresi transgen Kuantitas dan preservasi protein • Seluruh tanaman



• keuntungan. - Mendapatkan banyak protein. • kerugian - masalah dengan pengawetan. • contoh - tembakau, alfalfa, duckweed.



• Targetkan jaringan tertentu (misalnya benih, akar) • keuntungan - jumlah protein yang tinggi dalam benih / akar, kemampuan penyimpanan jangka panjang. • contoh: kedelai, jagung, beras, barley



STRATEGI UNTUK BIOPHARMING



3. Pemilihan spesies dan karakteristik tumbuhan • Cara reproduksi - self / outcrossing • Hasil, panen, produksi, pengolahan



MENGAPA MENGGUNAKAN TANAMAN? Keuntungan



Kerugian



Pengurangan biaya



Pencemaran lingkungan - aliran gen - paparan satwa liar



- skalabilitas (misalnya Enbrel®) rendah biaya, modal kecil.



Stabilitas



- Penyimpanan.



Keamanan - sistem produksi eukariotik. - bebas dari virus hewan (misalnya BSE).



Kontaminasi pasokan makanan - pencampuran yang salah / sengaja / makanan manusia Masalah keamanan kesehatan - Variabel, kasus khusus



PRODUK INDUSTRI DI PASARAN Avidin by Sigma • • •



transgenic corn traditionally isolated from chicken egg whites used in medical diagnostics



GUS (ß-glycuronidase) by Sigma • • •



transgenic corn traditionally isolated from bacterial sources (E.Coli) used as visual marker in research labs



Trypsin by Sigma • • • • •



transgenic corn traditionally isolated from bovine pancreas variety of applications, including biopharmaceutical processing first large scale transgenic plant product Worldwide market = US$280 million in 2014 (Promo pharma



INDUSTRIAL PRODUCTS CLOSE TO MARKET



PLANT-MADE PHARMACEUTICALS (PMPS)



• Tumbuhan – pembuatan vaksin (edible vaccines). • Tumbuhan – pembuatan antibodi (plantibodies). • Tumbuhan – pembuatan protein dan zat antara terapeutik.



VAKSIN DARI TANAMAN KEUNTUNGAN EDIBLE VACCINE :



Dikelola secara langsung



• tidak diperlukan pemurnian • tidak ada bahaya assoc. w / suntikan



Produksi



• dapat ditanam secara lokal, di tempat yang paling dibutuhkan • tidak ada biaya transportasi



Disimpan secara alami



• tidak perlu pendinginan atau penyimpanan khusus



PLANT-MADE VACCINES Contoh edible vaccine yang sedang dikembangkan:



• Protein penekan HIV dalam bayam. • vaksin manusia untuk hepatitis B dalam kentang.



PLANTIBODIES  Plantibodi - antibodi monoklonal yang diproduksi pada tumbuhan.  Tanaman yang digunakan antara lain tembakau, jagung, kentang, kedelai, alfalfa, dan padi.  Bebas dari potensi kontaminasi virus mamalia.



 Contoh: kanker, karies gigi, virus herpes simpleks.



PLANT MADE PHARMACEUTICALS Protein terapeutik dan zat antara • Pengganti darah - hemoglobin manusia. • Protein untuk mengobati penyakit seperti HIV, Hipertensi, Hepatitis B… ..banyak lainnya.



RISIKO DAN KEKHAWATIRAN Pencemaran lingkungan • Aliran gen melalui serbuk sari. • Spesies non-target di dekat lokasi situs. Misalnya kupu-kupu, lebah, dll. Kontaminasi pasokan makanan • Kecelakaan, disengaja, aliran gen.



Masalah keamanan kesehatan • Respons organ non-target. • Efek samping. • Alergenisitas.



TANTANGAN SAAT INI 



Tingkatkan hasil molekul terapeutik.







Tingkatkan stabilitas molekul.







Perbaiki proses hilir.







Meningkatkan dan membangun sistem keamanan hayati yang lebih andal.



ARAH MASA DEPAN UNTUK BIOTEKNOLOGI PERTANIAN? Ilmu pengetahuan telah mengembangkan tanaman yang ditingkatkan secara genetik dan telah / dapat mengembangkan tanaman industri dan farmasi buatan nabati. Sejauh mana tanaman ini akan dikembangkan lebih lanjut untuk penggunaan komersial dan / atau kemanusiaan pada akhirnya akan bergantung pada… .. Persepsi publik



tentang risiko, dan Regulasi.