Menelisik Enzim Fibrinolitik Bakteri sebagai Obat Penyakit Jantung Koroner

 

Oleh: Anastasia Salam dan Mario Richi

 

Sebagian besar dari kita pasti sudah sering mendengar penyakit kardiovaskular. Penyakit kardiovaskular merupakan salah satu penyebab kematian yang cukup tinggi di seluruh dunia. Menurut data dari World Health Organization (WHO), sebanyak 17.9 juta orang meninggal setiap harinya karena penyakit kardiovaskular / secara estimasi sebanyak 31% kematian yang terjadi di seluruh dunia (Koene et al. 2016; WHO 2022). Salah satu penyakit kardiovaskular yang umum terjadi adalah trombosis, yaitu penyakit kardiovaskular yang disebabkan karena adanya penyumbatan oleh fibrin secara berlebihan dalam pembuluh darah sehingga terjadi penggumpalan darah (Sharma et al. 2019). Selama ini, penanganan thrombosis yang paling umum adalah pemberian obat-obatan antitrombotik seperti obat anti platelet (umumnya aspirin) dan obat anti koagulan (umumnya heparin). Langkah penanganan medis berupa tindakan operasi juga dapat dilakukan. Akan tetapi, ketiga penanganan ini akan menyebabkan pasien menjadi sangat rentan terhadap resiko pendarahan (Kotb 2014).

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi serta meningkatnya kebutuhan akan obat-obatan antitrombotik, peneliti terus mengembangkan sumber baru zat-zat antitrombotik, salah satunya adalah penelitian terkait enzim fibrinolitik yang dianggap efektif dan telah terbukti baik secara in vitro maupun in vivo memberikan efek klinis sebagai antitrombotik. Enzim fibrinolitik yang telah menjadi produk komersial dalam bentuk suplemen makanan adalah enzim fibrinolitik yang diisolasi dari cacing tanah, yang bernama enzim lumbrokinase (Wang et al. 2018).

Eksplorasi enzim fibrinolitik dari bakteri menjadi sebuah minat penelitian yang menarik, karena asumsinya, bakteri akan lebih mudah dikultur, dirawat, dan ditingkatkan produksinya dalam skala yang lebih besar (Sharma et al. 2019). Selain itu, dengan ilmu bioteknologi, kultur yang mampu menghasilkan enzim fibrinolitik ini dapat ditingkatkan efisiensi produksinya dengan teknik modifikasi genetik (Yao et al. 2018). Berbagai enzim fibrinolitik dari bakteri telah ditemukan dan dikarakterisasi, seperti streptokinase, staphylokinase, serrapeptase, dan nattokinase (Sharma et al. 2021).

Tulisan ini dibuat untuk menambah wawasan pembaca mengenai mengapa enzim fibrinolitik dapat dimanfaatkan sebagai antitrombotik sampai dengan bagaimana enzim fibrinolitik dari bakteri bisa diproduksi serta teknologi apa saja yang hingga saat ini telah digunakan sehingga kedepannya enzim fibrinolitik dari bakteri ini dapat terus dikembangkan dan diproduksi secara komersial dalam skala industri.

Enzim Fibrinolitik dari Bakteri sebagai Anti Trombotik

Enzim fibrinolitik merupakan enzim protease yang mampu menghancurkan fibrin yang merupakan komponen protein utama bekuan darah yang terbentuk dari fibrinogen melalui proses fibrinolisis oleh trombin. Penghancuran fibrin oleh protease dengan cara mempercepat proses penghancuran fibrin maupun dengan mengubah plasminogen tidak aktif menjadi plasmin aktif sehingga bisa membuat pembuluh darah menjadi normal kembali. Organisme yang secara alami dapat menghasilkan enzim fibrinolitik adalah bakteri. Trombosis terutama disebabkan oleh akumulasi trombosit, fibrin, dan trombin, yang dapat menyebabkan pembentukan dan penyebaran plak aterosklerotik, sehingga agregasi fibrin pada pembuluh darah perlu dihancurkan.

Pengujian secara in vitro dan in vivo perlu dilakukan terhadap enzim fibrinolitik yang dihasilkan dari bakteri untuk membuktikan potensi enzim, membuktikan efektivitas klinis dan keamanan enzim sebagai antitrombosis. Uji in vitro merupakan uji yang dilakukan di laboratorium dengan prosedur uji dilakukan diluar organisme hidup, misalnya kultur sel; sementara uji in vivo merupakan uji yang dilakukan pada organisme hidup, misalnya pada hewan atau manusia. Kedua uji ini berfungsi untuk memahami mekanisme penyakit trombosis dan menilai potensi enzim fibrinolitik yang dihasilkan oleh bakteri untuk pencegahan dan penyembuhan komplikasi trombotik.

Pada uji in vitro dan in vivo yang telah dilakukan terhadap enzim fibrinolitik yang dihasilkan dari bakteri dan terbukti dapat mengurangi resiko penyakit kardiovaskular (Sharma et al. 2015). Berikut merupakan beberapa enzim fibrinolitik yang dihasilkan oleh bakteri yang telah dikarakterisasi, terbukti aman dan memiliki aktivitas antitrombotik:

• Streptokinase

Streptokinase merupakan enzim fibrinolitik yang dihasilkan oleh bakteri -hemolytic streptococci yang telah teruji secara klinis memiliki aktivitas antitrombotik dan telah diproduksi pada skala industri secara komersial. Streptokinase secara klinis digunakan sebagai agen trombolitik intravena untuk mencegah penyakit kardiovaskular dan termasuk ke dalam daftar model obat esensial WHO.

• Nattokinase

Nattokinase merupakan enzim fibrinolitik yang dihasilkan oleh bakteri Bacillus subtilis yang juga secara klinis memiliki aktivitas antitrombotik dan terbukti aman untuk konsumsi secara oral.

Studi In vivo pada mencit menunjukkan bahwa enzim Nattokinase-like-enzyme (NK-01) terbukti mampu menghambat angiotensinogen menjadi AngII yang kemudian akan menyebabkan lisisnya kininogen untuk mengontrol tekanan darah sehingga bisa mencegah penyempitan pembuluh darah (aterosklerosis). Studi in vivo pada manusia pun menunjukkan hasil yang serupa, yaitu mampu menurunkan tekanan darah.

Produksi Enzim Fibrinolitik dari Bakteri

Untuk dapat menghasilkan enzim fibrinolitik yang optimal sehingga dapat diproduksi secara komersial dalam skala industri, perlu dilakukan tahapan-tahapan produksi enzim yang terstruktur sebagai berikut:

Produksi enzim fibrinolitik dimulai dengan mengisolasi kultur bakteri dari sampel, kemudian kultur bakterinya diperbanyak dalam media untuk kemudian dilakukan penapisan awal. Enzim fibrinolitik yang merupakan protease dapat menghasilkan zona bening pada media berisi susu skim. Koloni yang menghasilkan zona bening tersebut kemudian diperbanyak, kemudian diambil medianya sebagai ekstrak kasar enzim fibrinolitik, lalu diseleksi lagi untuk aktivitas fibrinolitiknya menggunakan media khusus yang berisi fibrin. Ekstrak kasar yang memiliki aktivitas fibrinolitik akan membuat zona bening pada media khusus berisi fibrin tersebut. Isolat yang menunjukkan aktivitas tersebutlah yang kemudian akan dikarakterisasi lebih lanjut (Taneja et al. 2017).

Ekstrak kasar tersebut perlu dimurnikan dengan melakukan purifikasi secara bertahap mulai dari hasil yang paling kasar hingga hasil paling murni (secara berurutan) yaitu dengan metode pengendapan menggunakan ammonium sulfat; dilanjutkan dengan dialisis dan kromatografi kolom untuk memisahkan protein target (enzim fibrinolitik yang diinginkan) dari pengotor lainnya berdasarkan ukuran molekulnya. Barulah setelah mendapatkan fraksi protein murni, dilakukan karakterisasi dengan melakukan pencarian kondisi optimum aktivitas enzim seperti: suhu, pH, keberadaan logam, dan pengaruh inhibitor (Taneja et al. 2017).

Setelah diketahui kondisi optimum aktivitas enzim tersebut, barulah bisa dimulai bagaimana caranya untuk meningkatkan produksi enzim fibrinolitik dari bakteri. Teknik yang paling umum dan tradisional yakni mengoptimasi satu per satu aspek dari bagaimana bakteri tersebut memproduksi enzimnya, yaitu degan cara melakukan optimasi media tumbuh / optimasi durasi fermentasi produksi enzim / optimasi kulturnya dengan modifikasi genetik (Sharma et al. 2015). Metode lainnya yang lebih canggih yakni membuat prediksi model dengan bantuan statistika, lalu kemudian mengimplementasikan model tersebut dengan melakukan percobaan untuk mendapatkan data lapangan (Vijayaraghavan et al. 2017).

Setelah optimasi produksi, hal terakhir yang dapat dilakukan untuk lebih meningkatkan efisiensi produksi yaitu dengan melakukan rekayasa genetika pada isolat yang memproduksi enzim fibrinolitik tersebut. Salah satu contoh yang didokumentasi yakni terdapat peningkatan aktivitas enzim fibrinolitik ketika ekspresi gen penghasil enzim tersebut digandeng dengan promotor -amilase dari bakteri yang berbeda (Xiao et al. 2004). Meski seluruh optimasi ini membutuhkan waktu yang lama, tetapi hal ini tidak akan menghambat para peneliti enzim fibrinolitik yang sangat antusias untuk dapat membantu menghadirkan enzim ini sebagai produk jadi untuk masyarakat.

Telah terdapat enzim fibrinolitik yang dihasilkan dari bakteri yang terbukti kompatibel dan stabil dalam formulasi selain yang telah disebutkan sebelumnya (Streptokinase dan Nattokinase), misalnya saja KSK-II yang merupakan enzim fibrinolitik yang dihasilkan oleh Lactobacillus plantarum.

Dari pemaparan diatas, dapat disimpulkan bahwa bakteri dapat menghasilkan enzim fibrinolitik untuk memecah fibrin yang merupakan penyebab terjadinya penyumbatan pembuluh darah. Enzim fibrinolitik yang dihasilkan oleh bakteri ini dapat menjadi pilihan yang menjanjikan di masa depan untuk digunakan sebagai antitrombotik yang aman dan hemat biaya karena saat ini sebagian besar enzim fibrinolitik dari bakteri telah dapat dimurnikan dan dikarakterisasi serta produksi enzim yang optimal dapat dicapai melalui media yang dioptimalkan secara statistik. Selain itu, uji coba antitrombotik in vitro maupun in vivo telah terbukti memberikan efek klinis sebagai antitrombotik.

Reference:

• Koene, R.J., Prizment, A.E., Blaes, A. and Konety, S.H., 2016. Shared risk factors in cardiovascular disease and cancer. Circulation, 133(11), pp.1104-1114.
• Kotb, E., 2014. The biotechnological potential of fibrinolytic enzymes in the dissolution of endogenous blood thrombi. Biotechnology progress, 30(3), pp.656-672.
• Sharma, A., Sharma, A. and Shivlata, L., 2015. Optimization of medium components for enhanced production of extracellular fibrinolytic protease from Citrobacter braakii. Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci, 4, pp.248-259.
• Sharma, C., Salem, G.E.M., Sharma, N., Gautam, P. and Singh, R., 2019. Thrombolytic potential of novel thiol-dependent fibrinolytic protease from Bacillus cereus RSA1. Biomolecules, 10(1), p.3.
• Sharma, C., Osmolovskiy, A. and Singh, R., 2021. Microbial fibrinolytic enzymes as anti-thrombotics: Production, characterisation, and prodigious biopharmaceutical applications. Pharmaceutics, 13(11), p.1880.
• Taneja, K., Bajaj, B.K., Kumar, S. and Dilbaghi, N., 2017. Production, purification, and characterization of fibrinolytic enzyme from Serratia sp. KG-2-1 using optimized media. 3 Biotech, 7(3), pp.1-15.
• Vijayaraghavan, P., Rajendran, P., Prakash Vincent, S.G., Arun, A., Abdullah Al-Dhabi, N., Valan Arasu, M., Young Kwon, O. and Kim, Y.O., 2017. Novel sequential screening and enhanced production of fibrinolytic enzyme by Bacillus sp. IND12 using response surface methodology in solid-state fermentation. BioMed Research International, 2017.
• Wang, Y.H., Li, S.A., Huang, C.H., Su, H.H., Chen, Y.H., Chang, J.T. and Huang, S.S., 2018. Sirt1 activation by post-ischemic treatment with lumbrokinase protects against myocardial ischemia-reperfusion injury. Frontiers in Pharmacology, 9, p.636.
• World Health Organization. Cardiovascular Diseases Overview. Available online: https://www.who.int/health-topics/cardiovascular-diseases/#tab=tab_1 (accessed on 6 May 2022).
• Xiao, L., Zhang, R.H., Peng, Y. and Zhang, Y.Z., 2004. Highly efficient gene expression of a fibrinolytic enzyme (subtilisin DFE) in Bacillus subtilis mediated by the promoter of -amylase gene from Bacillus amyloliquefaciens. Biotechnology letters, 26(17), pp.1365-1369.
• Yao, Z., Kim, J.A. and Kim, J.H., 2018. Gene cloning, expression, and properties of a fibrinolytic enzyme secreted by Bacillus pumilus BS15 isolated from gul (oyster) jeotgal. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 23(3), pp.293-301.