Insulin: Tuhan dari Metabolisme, Penyelamat yang Membebaskan Tubuh dari Belenggu Gula

Diabetes melitus merupakan penyakit yang hari-hari ini banyak menyerang berbagai kalangan manusia. Diabetes melitus terdiri dari beberapa tipe, salah satunya diabetes melitus tipe 1 dan tipe 2. Pada diabetes tipe 1, sel pankreas rusak sehingga tidak bisa menghasilkan hormon yang bernama insulin (Wisman et al. 2016). Pada tipe 2, sel-sel tubuh tidak merespon insulin sehingga kerjanya tidak efektif. Hormon insulin merupakan hormon pengatur gula darah. Ketika manusia makan, karbohidrat yang ada dalam makanan akan diubah menjadi glukosa. Insulin akan membantu tubuh meregulasi glukosa tersebut dengan menyimpannya menjadi glikogen di hati. Jika manusia tidak punya insulin yang cukup, seperti pada kasus diabetes melitus tipe 1, maka glukosa dalam darah akan tinggi dan bisa menyebabkan gejala seperti sering buang air kecil atau poliuria, mudah lelah, mudah haus, dan lainnya. Berbagai peneliti dari tahun ke tahun mencari solusi dari permasalahan ini. Ditemukan bahwa pemberian insulin buatan merupakan cara yang efektif untuk penderita diabetes. Hal ini dinamakan terapi insulin yaitu dengan memberikan insulin buatan dengan menginjeksikannya ke tubuh pasien pada saat setelah makan atau saat tubuh tinggi kadar gula. Insulin buatan pertama kali dihasilkan dengan cara mengambil insulin dari hewan. Namun, seiring perkembangan teknologi, insulin dibuat dengan teknik rekombinasi DNA. Sehingga, saat ini banyak sekali penderita diabetes melitus yang diberikan insulin buatan sebagai agen terapeutik (Mathieu et al. 2021).

Produksi Insulin

Secara konvensional, insulin awalnya diproduksi dari pankreas hewan-hewan ternak. Salah satunya adalah sapi, dimana proses untuk memproduksi insulin ini diawali dengan pengambilan pankreas sapi. Dilanjutkan dengan tahapan ekstraksi, dimana pada tahap ini pankreas akan diekstrak dengan larutan asam-etanol untuk memisahkan antara insulin dan proinsulin dari komponen lainnya. Selanjutnya adalah filtrasi gel, dimana ekstrak dari tahapan sebelumnya akan dimasukkan ke dalam alat yang memiliki kolom filtrasi gel untuk memisahkan berdasarkan ukuran molekul. Setelah itu, dilanjutkan dengan kromatografi yang bertujuan untuk memurnikan lebih lagi ekstrak tersebut sehingga insulin akan terpisah dari kontaminan. Kemudian, dilakukan elektroforesis untuk dianalisis keberadaan dari insulinnya ini. Dan dilakukan lagi kromatografi untuk mendapatkan insulin yang lebih murni lagi. Proses terakhir adalah dengan mengeringkan, dimana hasil insulin yang sudah murni ini akan dikeringkan dengan menggunakan preservasi kering sehingga insulin dapat disimpan dalam keadaan kering (bubuk). Langkah terakhir dan yang paling penting adalah analisis insulin yang telah didapatkan untuk memastikan kemurniannya dan aktivias biologisnya (Steiner et al. 1968; Steiner et al. 1971).

Teknik Rekombinan Insulin

Namun, berkembangnya zaman membuat insulin tidak lagi diproduksi melalui hewan, tetapi bisa menggunakan bakteri sebagai penggantinya. Salah satunya adalah dengan menggunakan Escherichia coli. Dimana untuk mendapatkan insulin dari bakteri E. coli atau yang disebut dengan produksi insulin rekombinan, diperlukan proses seperti rekayasa genetika, ekspresi protein, pencucian, refolding, purifikasi, dan formulasi (Gambar 1). Dimulai dengan fermentasi E. coli yang membawa plasmid DNA rekombinan untuk menghasilkan proinsulin. Setelah fermentasi, sel E. coli akan dihancurkan untuk mengekstraksi badan inklusi (IB) yang mengandung proinsulin dan dicuci untuk memisahkan pengotor. IB yang mengandung proinsulin kemudian akan dilarutkan yang diikuti dengan reaksi CNBr cleavage dan oksidasi sulfitosis untuk memotong dan mengoksidasi protein sehingga terjadi reaksi pemotongan untuk membentuk struktur proinsulin yang kemudian dimurnikan serta dilipat (refolding). Proinsulin akan dipecah secara enzimatik menjadi insulin sehingga berakhir menjadi produk untuk terapi (Siew & Zhang 2021).

Kelebihan dan Kekurangan

Penggunaan Escherichia coli dalam pembuatan insulin sebagai protein terapetik memiliki berbagai kelebihan dan kekurangan. Sebagai host expression, E. coli digunakan karena tergolong ekonomis dari segi harga. Selain itu, E. coli dapat ditumbuhkan dalam waktu yang relatif singkat dan mudah untuk dilakukan, sehingga E. coli akan menghasilkan yield yang tinggi untuk memenuhi kebutuhan protein terapetik. Namun, terdapat juga kesulitan dalam ekspresi insulin menggunakan E. coli, seperti keterbatasan dalam penentuan stabilitas struktur insulin. Pada umumnya insulin membutuhkan jembatan disulfida untuk memperoleh bentuk aktifnya, tetapi di dalam sitoplasma E. coli tidak dapat terbentuk jembatan disulfida, sehingga proinsulin perlu diekspresikan dalam ruang prerisplamik yang dapat meningkatkan kompleksitas dari proses produksinya. Tidak hanya itu, dalam skala produksi yang besar dapat menimbulkan yield dengan hasil ekspresi protein yang kurang ideal khususnya karena proses modifikasi pasca-translasi tidak sepenuhnya dilakukan. Hal ini disebabkan oleh host expression yang tidak memiliki o-linked, enzyme-mediated N-linked glycosylation, glycosylation, hydroxylation, amidation, myristoylation, palmitation, atau sulfation (Herawati 2016; Kamionka 2011).

Contoh dari protein terapetik yang sudah banyak beredar dipasaran atau sudah dikomersialkan adalah Insulin. Hal ini karena insulin dibutuhkan untuk para penderita diabetes melitus. Terdapat 10-15% penderita diabetes membutuhkan insulin untuk menjaga kadar glukosa darah dan mencegah terjadinya kompilkasi. Nama produk insulin yang banyak digunakan adalah Humulin Eli Lily, yang merupakan insulin hasil dari teknik rekombinan DNA. Regulasi FDA atau Food and Drug Administration memperbolehkan insulin komersial mengandung kurang dari 10 mg/L proinsulin dan residu lain yang berkaitan dengan insulin (Bohannon 1983; Martius et al. 2020). Selain Humulin Eli Lily, terdapat insulin lain yang dikomersialkan antara lain Humulin R dan Humulin N. Keduanya sudah tersedia di Indonesia dan membantu penderita diabetes dalam kebutuhan insulin (Affifah 2016).

Jadi, diabetes melitus merupakan salah satu penyakit yang banyak menyerang berbagai kalangan manusia karena kadar glukosa yang tinggi dalam darah. Oleh karena itu, diperlukan insulin untuk mengatur kadar glukosa dalam darah. Insulin awalnya diproduksi dari pankreas hewan-hewan ternak. Namun, seiring perkembangan teknologi, insulin dibuat dengan teknik rekombinasi DNA. Escherichia coli merupakan salah satu bakteri yang digunakan dalam pembuatan insulin karena membawa plasmid DNA rekombinan untuk menghasilkan proinsulin yang akan dipecah secara enzimatik menjadi insulin. Terdapat kelebihan dan kekurangan dari penggunaan Escherichia coli dalam pembuatan insulin antara lain E. coli dapat ditumbuhkan dalam waktu yang relatif singkat dan mudah untuk dilakukan. Namun terdapat juga kesulitan dalam ekspresi insulin menggunakan E. coli yakni keterbatasan dalam penentuan stabilitas struktur insulin. Insulin yang sudah dikomersialkan ada banyak, namun hanya beberapa produk yang sudah tersedia di Indonesia yakni Humulin R dan Humulin N.