PRODUK-PRODUK FARMASETIK BERBASIS PROSES MIKROBIAL

1. PRODUK-PRODUK FARMASETIK BERBASIS PROSES MIKROBIAL KULIAH MIKROBIOLOGI FARMASI IX

2. Bioteknologi • serangkaian “proses” yang menggunakan organisma hidup (atau turunannya) untuk memproduksi sesuatu bahan atau mengatasi suatu permasalahan • segala teknik yang memanfaatkan organisma hidup atau produknya untuk membuat, memodifikasi atau memperbaiki kualitas tumbuhan atau hewan atau mengembangkan mikroba untuk tujuan spesifik • Penggunaan organisma hidup atau bagiannya untuk memproduksi obat atau substansi lainnya

3. Suatu rangkaian kerja dimana produk dihasilkan dari bahan mentah dengan bantuan organisma hidup (Karl Ereky 1917) • Pemanfaatan rekayasa genetik rekombinan untuk menghasilkan produk melalui pengolahan bahan mentah mengggunakan proses-proses biologis (G. Steven Burrill 1997)

5. Sejarah Bioteknologi 1750 B.C. Bangsa sumeria menggunakan yeast untuk pembuatan bir 500 B.C. Bangsa cina menggunakan jamur untuk mengobati borok (antibiotik ??) • 1863 Mendel menemukan pewarisan sifat • 1906 Penelitian awal tentang gen, dikenalkan istilah genetik pertama kali • 1919 Penggunaan istilah bioteknologi • 1928 Penemuan pinisilin • 1953 Watson dan Crick menemukan struktur double-helix DNA

6. 1960 Antibiotik sintetik pertama 1965 Fusi sel tikus-manusia pertama 1966 Pemecahan rahasia kode genetik 1973 Teknologi DNA rekombinan untuk memotong dan menyisipkan DNA 1975 Teknologi hibridoma (antibodi monoklonal) 1978 gen insulin berhasil diklon 1981 hewan transgenik pertama 1983 tanaman transgenik pertama (tembakau)

7. 1983 Kromososm buatan pertama 1985 Uji lapang pertama tanaman rekayasa genetik 1986 Penggunaan mikroba untuk membersihan cemaran minyak 1988 Paten pertama hewan transgenik (tikus) 1995 Sekuens gen lengkap pertama kali dari non-viral 1997 Publikasi terbuka tentang “Dolly” 2002 Pemetaan genom manusia secara lengkap 2005 Genom manusia resmi terkonfirmasi

8. Perkembangan Biomedisin/Farmasis • Penemuan alkaloid pertama yaitu isolasi dan pemurnian morfin oleh Friedrich Serturner 1805 • Diikuti isolasi bergam alkaloid termasuk kafein dan quinine oleh Caventou dan Pelletier 1810-1825 • Rudolf Buchleim 1847 ~ institut farmakologi pertama, farmakologi merupakan suatu disiplin ilmu • Rudolf Virchow 1858: memahami bagaimana kerja obat dengan mempelajari fungsi sel-sel organisma • Louis Pasteur (1878):Teori Kuman dan imunisasi • Paul Ehrlich born 1854: pewarna histologi, reseptor, antibodi, mengembangkan antitoksin difteri dan teori kerja antibodi didasarkan pada pengenalan kimia spesifik dari makromolekul mikroorganisma (Nobel 1908)

9. Industrial Biotechnology RedBiotechnology (Healthcare Biotechnology) Health - Diagnostics - Therapeutics- Vaccines GreenBiotechnology (Plant Biotechnology) Agriculture - Pesticides- Animal feed White Biotechnology (Industrial Biotechnology) • Chemistry • Fine chemicals • - Building blocks • - Amino acids • Vitamins • Antibiotics • Bioethanol • Biogas

10. ~ BioteknologiFarmasetik Diawali oleh • Alexander Fleming ~ penicillin (1928) • Fermentasi skala besar untuk mengatasi korban luka PD II oleh Florey & Chain Bioteknologi Modern: • transplantasi genetik inter spesies • hybridoma – fusi sel tumor dengan sel normal , misal lekosit, sel spleen • produksi protein heterologous (sel mikroorganisma, hewan dan tumbuhan)

11. Biofarmasetik ~ farmasetik dari produk biologi. Definisi luas dari produk-produk biologi yaitu: “Products Made by or Composed of Viable Organisms and Biopolymer Analogs” • Natural & rDNA Proteins • Monoclonal & Polyclonal (natural) Antibodies • Hormones, Peptides • Antibiotics, Plant & Animal Extracts, Allergens • Vaccines, Cell & Gene Therapy • Human & xenogenic Cells & Tissues • Blood & Blood Derivatives

13. Timeline dan Biaya Pengembangan Produk

14. Anidulafungin Caspofungin Ravucon XMP Sordarins Micafun Voricon Posacon Medical Mycology:The Last 50 Years # of drugs L-AmB ABCD ABLC Terbinafine Amphotericin B (1958) Itraconazole Griseofulvin Fluconazole Ketoconazole Miconazole Nystatin 5-FC

15. Overview of a Fermentation Process

16. Penggunaan Sel Bakteri Sebagai Sistem

17. Penggunaan Sel Yeast Sebagai Sistem

26. TAHAPAN UNTUK PENGEMBANGAN • PRODUK METABOLIT MIKROBA • Tahapan ke industri fermentasi • Isolasi mikroba/ gen • Penapisan untuk strain terbaiksecara alami atau mutasi/ atau penapisan gen potensial • Optimasi kondisi produksi di lab • Scale up dari skala lab. (hingga 10 L) menjadi scale industrail (>10,000 L)

29. Contoh produk fermentasi berupa enzim

30. PRODUK-PRODUK LAIN SEPERTI FARMASI , BUKAN PANGAN

32. Restriction enzymes

33. Biotechnology & industrial microbiology gene insertion into plants

34. pest-resistant plants Bt toxin dari B. thuringensis herbicide resistant plants improved nutritional valueβ-carotene pada padi Fe tinggi pada padi

36. Alginate • Enzymes • Fatty acids Importance of Pseudomonas Species Diverse habitats • Soil • Water (fresh/marine) • Association with plants • and animals Pseudomonads P. fluorescens P. aeruginosa P. syringae P. putida Food spoilage Industrial Plant pathogens Environmental biotechnology Opportunistic Human Pathogens • Corneal infections • Biotransformation • Bioremediation • Burn victims • Respiratory Infections • Biocontrol • Biofertilisation • Cystic fibrosis lung

37. Information Generated from Pseudomonas Genome Projects • Pseudomonas aeruginosa, • Pseudomonas syringae, • Pseudomonas putida, • Pseudomonas fluorescens Major Characteristics Large number of gene families >60 two-component membrane response regulator systems Many degradative pathways >300 membrane transport proteins High proportion of regulatory proteins Diverse ecological niches Metabolic and functional diversity Genome Evolution No major genome duplication Evidence of DNA acquisition by horizontal gene transfer

38. PSEUDOMONASINTERACTOMES Plant Rhizosphere Cystic Fibrosis Respiratory tract Arabidopsis Drosophilia Pseudomonas Mouse Infection model Zebrafish Infection model Nematode

39. Systems Approach to the Pseudomonas Interactions Human CF epithelial cells Host signals Plants Microbial signals Root exudates Plant signals Pseudomonas • Relevant for microbial • pathogenesis • Antibiotic resistance Microbial signals Transcriptome / Proteome analysis Relevant for Biocontrol & rhizosphere function Genes Pathways Networks

40. An Integrated Systems Biology Approach to Elucidating the Nature of Molecular Signalling in Microbial-Host Interactions Microbial signals Quorum sensing Environmental signals Overall Aim: To establish the importance of microbial and host signalling in determining the outcome of microbial-host interactions. Signalling and regulatory circuits Planktonic cells Pseudomonas aeruginosa Cytokines Host signals Secondary metabolites Signal molecules Biofilm formation Eukaryotic Host cells in culture

41. Integrated Systems Microbiology Microbiology Genetics Molecular Evolution Computer Science Future Directions Multi-Disciplinary Microbial - Host System Drug Discovery Antibiotic Resistance Diagnostics Vaccines • Biomedical Chemistry Ecology • Environmental • Industrial Biocontrol/ Bioremediation Bioreactors Bioenergy Biosensors Mathematics

42. Bacterial Vaccines • Bentuk vaksin bakteri awal: sel utuh yang diinaktivasi panas atau formaldehid • Vaksin hidup berupa sel hidup yang dilemahkan atau strain non-virulen • Vaksin protein mikroba- toksoid • Vaksin DNA

44. Produksi vaksin • Membutuhkan penerapan ketat good manufacturing practices (GMP) • Kultur bakteri ditumbuhkan pada fermenter kualitas tinggi kurang dari 1000L • Ferementasi didisain untuk produksi antigen optimum dan mencegah kontaminasi • Untuk whole cell: optimasi produksi biomassa • Untuk vaksin berbasin toksin atau antigen permukaan, kondisi pertumbuhan ditujukan untuk produksi antigen seluler spesifik atau toksin maksimum • Toksin biasa diinaktivasi dengan pemanasan atau formaldehid.

45. Protein dan Peptida Terapetik Rekombinan • Jika berasal dari jaringan hewan atau manusia mahal • Bentuk baru menggunakan sumber lain termasuk mikroba dengan teknologi rekombinasi DNA.

46. Protein rekombinan • terapetik (vaksin, antibodi, cytokines, growth factors, substitusi darah, enzim dan peptida untuk tindakan: • Mengatasi penyakit infeksi • Mengatasi tumor/kanker • Mengembangkan autoimunitas • Menaatasi alergi • Mengatasi penyakit jantung • Mengatasi peradangan atau penyembuhan luka • Mengatasi gangguan neurologis • Kepentingan diagnostik • Produksi enzim

48. Recombinant Proteins for Medical Use

49. Insulin • Insulin is a polypeptide hormone produced in the pancreas by the islets of Langerhans. • It is involved in the regulation of blood glucose levels, and in the metabolism of carbohydrate, fat and starch. • It consists of two peptide chains: • A chain with 21 amino acids • B chain with 30 amino acids

50. Insulin • To treat patients with diabetes,insulin was extracted from animal pancreases (bovine and porcine insulin) • These animal insulins have been partly replaced by recombinant human insulin. • Insulin chains A and B were cloned separately and produced separately in two hosts. • Purified chains are combined in a chemical step to form the complete insulin molecule.