Edy Meiyanto
Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta
Seluruh gen manusia, saat ini telah berhasil disidik. Program selanjutnya adalah melakukan analisis fungsi gen serta pemetaan hubungan gen satu dengan lainnya. Analisis ini sangat bermanfaat untuk mengenali lebih jauh mengenai proses normal biokimia dan fisiologi yang terjadi di dalam tubuh. Di samping itu analisis ini juga akan dapat membantu manusia untuk mengenali keadaan patologis seseorang serta dapat memperkirakan proses tanggapannya terhadap adanya rangsang dari luar, misalnya terhadap pemberian obat. Pemahaman tentang sistem kesehatan berdasar analisis genomik ini selanjutnya melahirkan disiplin baru yang dinamakan Farmakogenomik, sedang salah satu teknologi utama yang digunakan untuk pengembangannya adalah DNA microarray. Pengembangan ilmu Farmakogenomik akan mengantarkan manusia pada satu paradigma baru dalam sistem pengobatan yang disebut “pengobatan individual”.
Pendahuluan
Saat ini sebuah program besar sedang dikerjakan oleh para ilmuwan di bidang biologi molekuler yang tergabung dalam Human Genome Project (HGP) (http://www.ornl.gov/hgmis), yaitu berupa pemetaan lengkap seluruh gen yang dimiliki oleh manusia. Program tersebut semula direncanakan akan selesai pada tahun 2005, akan tetapi berkat adanya perkembangan ilmu dan teknik-teknik di bidang biologi molekuler yang pesat, program tersebut telah dapat diselesaikan lebih cepat dari jadwalnya. Bersama Celera (http://www.celera.com), pesaingnya dalam proyek genom ini, HGP mengumumkan hasil sekuensingnya pada tanggal 16 Juni 2000 di Gedung Putih, Washington. Dengan demikian, seluruh gen manusia yang berjumlah sekitar 100.000 sudah dapat dikenali. Program selanjutnya adalah melakukan analisis fungsi serta pemetaan hubungan satu dengan lainnya. Sulit dibayangkan, bagaimana membuat kemungkinan hubungan dari unsur-unsur sebanyak itu. Ini akan menjadi sebuah gambaran yang menarik, karena hal itu terjadi di dalam tubuh manusia sehingga memungkinkan bagi manusia untuk lebih dapat memahami secara rinci mengenai peristiwa yang terjadi di dalam tubuhnya. Oleh karena itu tidaklah berlebihan bila program tersebut dikatakan sebagai suatu program ambisius yang sedang dikerjakan oleh manusia mengawali abad ini. Selain itu, mengikuti keberhasilan program sekuensing genom ini, juga dilakukan program analisis keragaman genetik individu yang dinamakan Single Nucleotide Polymorphism (SNP) (http://www.snps.com atau http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP).
Keberhasilan program tersebut akan berdampak sangat besar terhadap kehidupan manusia, bahkan bisa jadi akan lebih luas dari perkiraan yang ada pada saat ini. Sebabnya adalah bahwa produk dari program tersebut akan menyediakan data lengkap mengenai karakterisik asal manusia yang tersimpan di dalam gen-gen yang telah dipetakan. Data lengkap gen atau data genomik ini akan membuka tabir mengenai keseluruhan proses biokimiawi yang terjadi pada tubuh manusia yang berpengaruh pada sifat-sifatnya. Pengetahuan yang lengkap tentang proses yang terjadi di dalam tubuh manusia ini akan dapat merubah paradigma dalam ilmu-ilmu yang berkaitan dengan manusia, misalnya ilmu kesehatan, psikologi, lingkungan dan mungkin juga filsafat.
Ekspresi gen dan DNA microarray
Genom adalah materi genetik yang merupakan satu set kumpulan gen-gen lengkap dari suatu makhluk hidup. Sedang gen merupakan sebuah sekuen DNA yang menurunkan sebuah protein yang memiliki fungsi tertentu di dalam sebuah sel yang menyusun tubuh. Protein-protein tersebut di dalam sel bekerja secara efisien dan berhubungan secara harmonis satu dengan yang lainnya, untuk menyusun sebuah organisasi kerja yang integral dan terpadu di dalam tubuh. Protein-protein tersebut tidak semuanya terus tersedia (baca: diekspresi) di dalam sel melainkan akan tersedia manakala protein tersebut dibutuhkan dan akan segera dihilangkan bila sudah tidak dibutuhkan. Dengan kata lain, organisasi sel yang mega besar itu akan menyediakan protein dalam jenis, saat dan jumlah yang tepat/pas. Adanya pergeseran atau perubahan, baik ujud, saat ataupun jumlah dalam penyediaan protein yang signifikan,akan dapat menimbulkan kelainan atau penyakit.
Perbedaan pola penyediaan protein (baca: ekspresi gen) sebenarnya secara alami terjadi di antara individu. Bahkan dapat dikatakan bahwa tidak ada dua individu yang memiliki kesamaan dalam pola penyediaan protein tersebut. Namun demikian, perbedaan-perbedaan yang ada tersebut masih berada dalam batas kenormalan fungsi secara keseluruhan sehingga masih akan kelihatan kewajarannya. Perbedaan dalam hal penyediaan protein inilah yang menyebabkan adanya kepastian perbedaan antara orang satu dengan lainnya. Perbedaan-perbedaan tersebut dalam kenampakannya (fenotip) akan terlihat misalnya dalam hal bentuk fisik, kecerdasan,emosi, kemampuan dalam hal tertentu (bakat), kepekaan terhadap segala rangsangan, penyakit bawaan, kerentanan terhadap segala pengaruh termasuk obat-obatan dan sebagainya. Pendek kata segala sifat-sifat yang melekat pada pribadi seseorang dapat dilacak dari karakter sel-selnya dalam penyediaan protein (genotip).
Bank data genomik akan menyediakan informasi lengkap mengenai segala hal yang berkaitan dengan sifat-sifat asli manusia. Sedang pola penyediaan protein dari masing-masing individu dapat dianalisis dengan merujuk pada bank genomik tersebut. Masalahnya sekarang adalah bagaimana caranya untuk mendapatkan data pola penyediaan protein dari seseorang dari sejumlah gen yang banyak itu? Masalah ini tidak sederhana. Kalau hanya satu atau dua atau beberapa jenis gen yang akan dianalisis memang dapat digunakan metoda-metoda yang sudah mapan yang tersedia pada saat ini, misalnya, Northern/ southern/ westhern blot ataupun dot blot. Akan tetapi, dengan sejumlah gen yang sebanyak puluhan ribu itu, metoda-metoda tersebut sudah tidak memungkinkan lagi.
Pengembangan teknologi baru yang dinamakan Chip DNA atau DNA microarray, telah menjanjikan untuk dapat mengatasi persoalan dalam analisis pola-pola ekspresi sejumlah besar gen yang dimiliki manusia. Dinamakan chip-DNA karena teknologi ini menggunakan lempengan kecil (chip) yang terbuat dari kaca yang di atasnya ditata sejumlah ribuan atau bahkan puluhan ribu jenis gen dalam bentuk fragmen DNA hasil penggandaan dari cDNA (Gambar 1). Selanjutnya chip yang memuat fragmen DNA dari ribuan jenis gen tersebut digunakan untuk menganalisis ekspresi gen dari suatu jenis sel dengan metode hibridisasi.
Gambar 1. Chip DNA yang memuat sampai puluhan ribu jenis gen dalam bentuk fragmen DNA atau cDNA (sampel dari Incryte Genomatics; http://www.incyte.com).
Pola ekspresi genetik dan farmakogenomik
Jenis gen yang dapat dianalisis dengan teknik ini tergantung pada ketersediaan DNA dari gen yang ada pada chip DNA. Apabila seluruh gen yang dimiliki oleh manusia sudah dikenali, kemudian semuanya dapat ditata pada chip DNA maka alat tersebut akan mampu menganalisis ekspresi seluruh gen yang terdapat di dalam sel manusia. Dalam prakteknya, teknologi ini membutuhkan alat bantu pengolah data yang berupa seperangkat komputer beserta software-nya. Teknologi ini akan membantu manusia dalam melakukan identifikasi seluruh sifat yang melekat pada seseorang. Selain itu teknologi ini juga akan dapat membantu manusia dalam melakukan diagnosis, memonitor dan memprediksi suatu penyakit, menemukan dan mengembangkan obat baru serta menentukan pilihan obat yang paling tepat untuk suatu penyakit dan pasien tertentu.
Saat ini masyarakat ilmuwan dunia yang tergabung dalam berbagai group, baik perusahaan komersial maupun Perguruan tinggi, telah berupaya untuk mengembangkan teknologi tersebut. Affymetrix (http://www.affymetrix.com ), sebuah perusahaan di bidang teknologi chip DNA, telah mampu memproduksi sebuah chip yang memuat lebih dari 60.000 jenis gene dalam bentuk fragmen DNA. Dua belas ribu di antaranya adalah gen-gen yang sudah dikenali berpengaruh terhadap kesehatan dan pengobatan.
Sementara itu, pemanfaatan chip DNA untuk analisis ekspresi gen manusia juga telah banyak dilakukan. Sebagai contoh misalnya Stanford University (http://cmgm.stanford.edu/pbrown) dan National Cancer Institute (http://www.nci.nih.gov) telah memanfaatkan teknologi ini untuk analisis klasifikasi tumor menggunakan chip DNA yang memuat lebih dari 30.000 jenis gen. Takara (http://www.takara.co.jp ), sebuah perusahaan bioteknologi di Jepang juga telah mengembangakan teknologi ini melalui pengembangan instrumentasi dan metodologi untuk diagnosis kanker. Saat inipun Takara beserta beberapa perusahaan biomedical juga melakukan program analisis genomik (Dragon genomics) terhadap beberapa spesies dari laut yang ditujukan untuk pengembangan obat.
Diperkirakan perkembangan teknologi chip-DNA ini akan terus meningkat sejalan dengan kemajuan yang dicapai oleh program Human Genome Project. Pada sekitar satu atau dua tahun ke depan, seluruh gen manusia diproyeksikan telah dapat ditata dalam sebuah chip DNA. Sementara itu analisis fungsional seluruh gen tersebut juga segera dapat dilakukan secara serentak sehingga pada tahun berikutnya seluruh proses fisiologis, biokimia dan patofisiologis manusia sudah akan dapat diidentifikasi.
Lebih dari itu, teknologi chip-DNA yang didasarkan pada analisis fungsional genomik tersebut akan menawarkan paradigma baru dalam diagnosis dan terapi suatu penyakit serta pengembangan dan penemuan obat baru. Paradigma baru inilah yang selanjutnya melahirkan sebuah disiplin baru yang dinamakan pharmacogenomics (Gambar 2.).
Ilmu pharmacogenomics akan berkembang dengan pesat pada tahun-tahun berikutnya, sehingga akan mampu mengidentifikasi sejumlah besar jenis penyakit yang ada pada manusia yang berhubungan dengan kelainan ekspresi gen (pola penyediaan protein). Selanjutnya juga akan dapat diidentifikasi mengenai kemungkinan adanya resiko munculnya penyakit-penyakit tertentu berdasarkan pola ekspresi gen, seperti misalnya, kanker, diabetes, kardiovaskular dan sebagainya. Pada tahun-tahun tersebut juga diperkirakan sudah akan diterapkan terapi gen untuk penyakit-penyakit tertentu seperti kanker, jantung dan hemofilia. Di samping itu penemuan obat baru dengan target yang spesifik juga berkembang dengan pesat. Seluruh jenis obat, pada saat itu, telah diketahui pengaruhnya terhadap ekspresi gen-gen tertentu sehingga dapat diketahui khasiatnya serta efek sampingnya dengan lebih jelas.
Gambar 2. Analisis Farmakogenomik dengan DNA microarray
Metoda DNA microarray memungkinkan untuk menganalisis pola ekspresi genetik global yang mencerminkan sifat tanggapannya terhadap suatu perlakuan (misalnya obat) yang meliputi farmakokinetik, farmakodinamik dan efek samping. Di samping itu metode ini juga dapat untuk menganalisis dan memperkirakan sifat pola penyakit dan tanggapannya terhadap suatu perlakuan. Keterangan lebih jelasnya dapat dilihat di dalam naskah.
Pada tahun-tahun berikutnya akan dilakukan identifikasi pola-pola ekspresi gen pada tiap-tiap individu juga dengan teknologi chip-DNA. Identifikasi genetik individual ini memungkinkan setiap individu untuk memiliki kartu identitas genetik masing-masing. Di sisi lain kemajuan bidang ilmu bioinformatics yang ditunjuang dengan sistem komputerisasinya memungkinkan untuk dapat menganalisis identitas genetik yang dimiliki tiap-tiap orang sehingga akan diketahui sifat-sifat fenotipnya. Selanjutnya, melalui pendekatan ilmu pharmacogenomic dan pharmacoinformatic, kartu identitas genomik dari tiap individu ini dapat dianalisis untuk menentukan sifat responsifnya terhadap tiap-tiap obat yang diberikan (respon individual terhadap obat). Respon individual terhadap obat ini meliputi pengaruhnya terhadap nasib obat di dalam badan (farmakokinetik: absorbsi, distribusi, metabolisme dan eliminasi), dan disposisi obat termasuk interaksi obat dengan molekul biologi sebagai target reaksinya (farmakodinamik). Pengetahuanyang teliti mengenai respon individual ini selanjutnya digunakan untuk menentukan khasiat obat serta efek sampingnya yang juga bersifat individual. Oleh karena itulah maka obat yang dikonsumsi oleh masyarakat juga akan bersifat individual yang didasarkan pada analisis genomik.
Penutup
Saat ini kita sedang bergerak mengikuti revolusi di bidang ilmu biologi molekuler yang pada saatnya nanti akan banyak merubah pandangan manusia terhadap diri manusia itu sendiri. Suatu kejadian kecil pada sebagian tubuh manusia (misalnya suatu penyakit), tidak dapat lagi dipahami dengan pendekatan parsial dari peristiwa tersebut, namun harus dilihat secara keseluruhan dalam sistem yang ada pada manusia tersebut (melalui analisis genomik); bahkan juga mengikutsertakan lingkungannya (karena lingkungan juga akan berpengarauh pada ekspresi gen). Dalam bahasa lain; manusia harus melihatnya secara holistik dalam sistem yang melingkunginya meskipun untuk memahami suatu peristiwa yang sederhana.Apakah pandangan yang holistik ini juga akan mewarnai seluruh aspek kehidupan manusia? Wallahu a`lam.
