Peran gen rol Agrobacterium rhizogenes dalam transgenik tanaman

(Maurel et al., 1991)
 
Bakteri tanah Agrobacterium rhizogenes mampu menginduksi penyakit hairy root pada akar tanaman melalui transfer fragmen DNA (Ri T-DNA) yang terdapat pada plasmid inducing root (pRi). Proliferasi  tunas akar pada sisi terinfeksi menunjukkan ekspresi gen Ri T-DNA memberikan efek seperti auksin _{(auxin-like effect}). Gen biosintesis auksin telah diidentifikasi berada pada T_R-DNA strain agropine (A₄). Beberapa penelitian menunjukkan, A. rhizogenes pada pertumbuhan akar tembakau transgenik bersifat lebih sensitive terhadap auksin, dibandingkan dengan tembakau normal. Hal ini menunjukkan bahwa gen Ri T-DNA menginduksi proliferasi  dari sel akar yang mengalami transformasi. Gen dari pRi A₄ T-DNA yang bertanggung jawab terhadap induksi hairy root pada tembakau adalah rol A, B, dan C. Masing-masing gen mampu memodifikasi sendiri perkembangan tanaman tembakau. Gen rol A dan B berperan penting dalam menginduksi transformasi sel akar menjadi abnormal. Berdasarkan hasil former test, gen tunggal rol meningkatkan sensitivitas protoplast mesofil terhadap auksin.

Dalam artikel ini dikaji mengenai perbandingan sensitivitas akar tanaman tembakau normal dengan tembakau transgenik yang mengalami transformasi T-DNA dari pRi A₄ yang melibatkan tiga gen , yaitu rol A, B, dan C. Selain itu dikaji pula perbedaan potensial transmembran protoplast dan pembelahan sel.

Auksin berpengaruh terhadap morfologi akar tembakau transgenik berupa elongasi dan ekstrusi H⁺ pada ujung akar yang menampakkan hairy root. Peningkatan sensitivitas juga ditunjukkan pada tingkat seluler melalui protoplast hairy root pada respon elektrik terhadap auksin. Auksin menginduksi hiperpolarisasi yang diukur pada protoplast mesofil tembakau. Nilai Em yang rendah dari protoplast  dan amplitudo yang juga rendah dalam respon auksin pada protoplast akar, seperti dalam penelitian terhadap Catharantus roseus, meningkatkan polarisasi inisial protoplast dan intensitas respon auksin.

Peningkatan tunas rhizogenesis dalam tembakau oleh gen rol tunggal menunjukkan efisiensi gen B > A > C melalui percobaan inokulasi daun. Klasifikasi analog ditentukan berdasarkan pengaruh gen rol terhadap sensitivitas auksin terhadap respon elektrik protoplast mesofil. Korelasi antara kapasitas pembentukan akar dan sensitivitas terhadap auksin protoplast diamati dengan menggunakan model tanaman tembakau non rooting auxin-resistant. Kenaikan sensitivitas terhadap auksin dari sel yang ditrasformasi A. rhizogenes menjadikan kenaikan kapasitas pembentukan akar.

Pengaruh kuantitatif perbedaan gen rol pada protoplast terhadap sensitivitas auksin dan pada rhizogenesis, mungkin menunjukkan perbedaan tingkat ekspresi gen. Regulasi promoter rol pada protoplast mesofil tembakau  menunjukkan, adanya molekul NAA mengoptimalkan ekspresi rol B. Sensitivitas dari auksin pada protoplast rol B-transformed berkorelasi dengan ekspresi rol B. Peran tingkat ekspresi gen rol juga ditunjukkan dengan perbedaan sensitivitas auksin antara protoplast yang mengekpresikan protein rol C, dengan menggunakan kontrol rol C  atau promoter 35SCaMV. Sensitivitas hormonal dari rol C lebih rendah dari peran rol B, sehingga prduk gen rol punya potensi yang berbeda terhadap sensitivitas auksin.

Pengaruh pleiotropik dari salah satu gen rol pada beberapa fungsi seluler menyebabkan sensitivitas terhahadap auksin, sehingga berimplikasi pada morfogenesis. Penerimaan dan transduksi signal auksin dapat mempengaruhi respon auksin dalam jangka pendek (< 2 menit) atau jangka panjang (24 jam) untuk membentuk hairy root. Protoplast Ri-transformed mungkin menaikkan jumlah sisi plasmalemma yang dikenali antibodi  untuk bersaing dengan auksin-binding protein.

Berlawanan dengan pengaruh sensitivitas auksin pada respon elektrik protoplast, keseluruhan Ri T-DNA, hanya gen rol B yang mengekspresikan gen CaMV-C dan tidak memodifikasi pembelahan sel sebagai respon hormon. Auksin mengendalikan pembelahan sel dalam jangka panjang dan mekanismenya tergantung pada metabolisme auksin Hasil perbandingan sel yang ditrasformasikan Ri berbeda dengan perbandingan antara tembakau mutan yang resisten auksin dengan wild type. Auksin menginduksi hiperpolarisasi protoplast dan pembelahan sel, hal ini mengindikasikan mutan mengalami pengurangan sensitivitas terhadap auksin. Hasil ini menunjukkan adanya reseptor yang sama yang terlibat dalam respon permukaan sel jangka pendek dan pembelahan sel jangka panjang. Adanya perbedaan jalur penerimaan transduksi auksin, berimplikasi dalam peran auksin untuk mengendalikan pembelahan sel dan elongasi sel, serta rhizogenesis. Berbagai binding site untuk auksin yang menggambarkan karakterisasi fungsional masih belum diketahui.

Selektivitas gen rol yang mempengaruhi respon auksin mungkin berperan dalam kesesuaian transformasi Ri dengan perkembangan tanamanan secara keseluruhan. Gen rol B meningkatkan sensitivitas auksin protoplast 10⁴ kali pada wild type, tetapi tanaman mutan gen rol B berkembang dengan normal selama morfogenesis. Perubahan fenotipe yang disebabkan transformasi tembakau dengan CaMV-B menunjukkan kontrol ekspresi gen rol B yang baik sangatlah penting. Viabilitas tanaman dapat dijelaskan melalui pengendalian auksin dalam pembelahan sel. Adanya proses morfogenesis yang normal, dapat menunjukkan fungsi gen rol B yang efektif. Sehingga dapat disimpulkan bahwa mutasi gen mempengaruhi respon seluler pada fitohormon. Adanya gen rol tunggal A. rhizogenes T_L-DNA mampu meningkatkan sensitivitas protoplast terhadap auksin  

Penggunaan Agrobacterium dalam transgenik tanaman

Mutagenesis insersi T-DNA merupakan salah satu metode yang digunakan untuk menghasilkan tanaman transgenik . T- DNA merupakan elemen insersi spesifik yang ditransfer oleh bakteri Agrobacterium ke dalam tanaman. T-DNA ditransport ke dalam nukleus tanaman inang dan berintegrasi secara stabil dalam genom nuklear tanaman. Proses transfer T-DNA dimediasi oleh gen bakteri yang berlokasi pada region virulensi dalam vektor berupa plasmid. Gen virulen diregulasi oleh sistem regulatori-sensori kimia kompleks yang mampu mengenal metabolit tanaman yang diproduksi selama sintesis dinding sel lignin. Sintesis lignin yang diinduksi luka pada tanaman tidak hanya menyediakan jalan masuk secara fisik untuk Agrobacterium, tetapi juga menginduksi ekspresi gen virulen bakteri. Insersi T-DNA pada genom tumbuhan dapat digunakan untuk menginduksi fusi gen dan mutasi gen insersional, sehingga dapat digunakan untuk identifikasi dan karakterisasi fungsional dari berbagai gen tanaman

Spesies Agrobacterium yang sering digunakan dalam teknologi transfer genetik (trangenik) pada tanaman  adalah Agrobacterium tumefaciens dan Agrobacterium  rhizogenes. Bakteri  A. tumefaciens merupakan penyebab penyakit crown-gall pada tanaman, sedangkan A. rhizogenes merupakan penyebab penyakit hairy root pada akar tanaman. Patogenisitas dan virulensi Agrobacterium terhadap tanaman inang melibatkan adanya plamid yang ditransfer Agrobacterium pada saat menginfeksi tanaman. Plasmid yang menginduksi tumor pada A. tumefaciens disebut sebagai Ti Plasmid, sedangkan plasmid yang menginduksi hairy root pada akar tanaman disebut sebagai Ri plasmid. Beberapa gen yang dikode Ri plasmid bertanggung jawab terhadap modifikasi faktor pertumbuhan tanaman, antara lain hormon auksin. Regulasi ekspresi gen T-DNA Ri plasmid dapat merubah diferensiasi normal sel tumbuhan, dan menyebabkan terjadinya proliferasi pada akar. Gen T-DNA dari Ri plasmid juga mempengaruhi sintesis asam amino dan gula derivatif yang secara spesifik dikenali dan dikatabolisasi oleh A. rhizogenes.

Semliki Forest Virus sebagai vektor terapi gen

1. Struktur genom dan siklus hidup

Virus Semliki Forest (SFV) merupakan anggota genus Alphavirus, famili Togaviridae. Virus ini menginfeksi hewan-hewan vertebrata dan melangsungkan replikasi pada sitoplasma sel inang yang diinfeksi. Virus ini dicirikan dengan genom RNA positif untai tunggal, yang tersusun dari 12.000 nukleotida. Genom tersusun dari ujung 5’ (capped) dan poliadenilasi pada ujung 3’. Genom virus ini secara langsung berperan sebagai mRNA yang mengkode protein polisistronik yang membelah menjadi 4 protein non struktural (nsP1-4). Protein ini berasosiasi dengan faktor seluler dan membentuk kompleks replikase. Kompleks ini memediasi replikasi genom dengan mengubah untai positif menjadi untai negatif yang sangat panjang dan efisien untuk menghasilkan RNA genomik yang baru dan subgenom RNA yang kedua dalam proses autokatalitik. Subgenom RNA mengkode protein struktural yang menjadi prekursor nukleokapsid. Replikasi virus ini sangat efisien, yaitu mencapai 10⁵ virion per sel, dengan dibantu oleh perangkat replikasi dari sel inang (Machida, 2003).

2. Strategi pembuatan vektor SFV untuk terapi gen                

Pada pembentukan protein rekombinan SFV, gen viral yang bersifat struktural diganti oleh transgen. Setelah transfeksi atau elektroporasi ke sel traget, molekul RNA bereplikasi dan memproduksi protein rekombinan dalam jumlah yang banyak. Sistem SFV rekombinan juga termasuk konstruksi tambahan yang menyediakan protein struktural in trans, yang memfasilitasi produksi rekombinan partikel virus untuk transfer gen yang lebih efisien (Lundstorm et al., 2001).

Tahap pembuatan vektor SFV untuk terapi gen menurut Machida (2003) meliputi :

1.      Pembuatan plasmid rekombinan SFV

Vektor plasmid pSFV1 dan pSFV3 yang terdiri dari multiple cloning site minimal, dengan sisi pemotongan enzim restriksi Sma I, Xma I, dan Bam H1. Template Plasmid dilinearkan dengan Spe I sebelum sintesis RNA.

2.      Sintesis RNA SFV

Untuk menghasilkan virus transgen SFV rekombinan, 2 RNA SFV yaitu transgen SFV dan SFV-helper 2 harus disintesis secara in vitro menggunakan plasmid sebagai template. Sintesis RNA menggunakan RNA polimerase SP6 dan menghasilkan RNA dengan ujung 5’, seperti mRNA di dalam sel inang. Karena transkripsi oleh SP6 polimerase menghentikan sintesis, maka template plasmid harus dilinearkan dengan terminasi 3’RNA terlebih dahulu.

3.      Pembentukan Virion SFV

Virion SFV diproduksi dalam sel BHK-21, menggunakan elektroporasi simultan dari transgen SFV dan SFV-helper 2. Produksi selama 24 jam menghasilkan virion dengan kondisi inaktif karena modifikasi protein kapsidnya dan menjadi aktif dengan perlakuan kimotripsin

4.      Titrasi stok SFV

Apabila vektor mengandung gen marker yang dapat dideteksi, seperti lac Z atau GFP, vektor dapat dititrasi melalui transduksi sel BHK-21 dengan seri pengenceran virus melalui warna biru pada sel setelah pengecatan XC-gal (lac Z)atau adanaya fluoresen pada flow sitometer (GFP). Apabila vektor tidak membawa marker gen yang dapat dideteksi, titer virus dibedakan dengan metode dot-blot virion utuh dan memebutuhkan jumlah titer yang lebih banyak. Pada saat hibridisasi signal dari strok SFP yang dihasilkan dibandingkan dengan stok refereansi, maka titer atau jumlah genom RNA dapat diperkirakan.

5.      Transduksi Rekombinan  virus SFV ke sel target

Sel target ditumbuhkan dalam medium pertumbuhan yang sesuai. Virus transgen SFV diaktivasi dengan penambahan kimotripsin, CaCl₂, kemudian diinkubasikan. Protease virus diinaktivasi dengan Aprotinin, kemudian disimpan dalam es. Selanjutnya sel target dipisahkan dari medium dan dicuci dengan PBS yang mengandung ion Mg dan Ca. Kemudian virus rekombinan dimasukkan dalam plate sel target hingga hampir menutupi permukaan sel dan diinkubasi selama 24 jam pada suhu 37^oC. Selanjutnya dilakukan analisis ekspresi transgen. 

     3. Potensi SFV sebagai vektor terapi gen

SFV sebagai anggota dari Alphavirus berpotensi sebagai vektor virus terapi gen. SFP mempunyai kisaran inang yang luas, mampu bereplikasi secara efisien di dalam sitoplasma sel inang, mempunyai kapasitas gen yang dapat disisipkan sebesar 5 Kb, dan kemampuan menghasilkan protein rekombinan dalam jumlah banyak. SFV  mempunyai tingkat ekspresi transgen yang cepat, ekspresi temporal, dan destruksi sel target yang dapat dikendalikan. Stok partikel virus yang digunakan untuk menginfeksi kultur cell line dapat diaplikasikan secara in vivo tanpa purifikasi.. Namun untuk ekspresi jangka panjang, penggunaan SFV kurang sesuai sebab data hibridisasi in situ menunjukkan adanya perubahan karakteristik ekspresi gen (Piver et al., 2004).

Vektor Terapi Gen - Lentivirus

1. Struktur genom dan siklus hidup

Lentivirus merupakan anggota subkelas Retrovirus, famili Retroviridae. Lentivirus mempunyai tiga gen utama yang mengkode protein viral, yaitu 5’-gag-pol-env-3’. Protein hasil ekspresi gen pol berupa enzim viral yang terlibat pada awal tahap replikasi adalah reverse transkriptase dan integrase. Reverse transkriptase (RT) merupakan DNA polimerase viral yang bersifat RNA-dependent. Enzim tersebut digunakan oleh genom RNA viral untuk sintesis kopi cDNA. RT juga mempunyai aktivitas RnaseH untuk mendestruksi template RNA (Machida, 2003).

Lentivirus bersifat lebih kompleks dibandingkan Retrovirus, sebab mempunyai 6 jenis protein asesoris, yaitu : Tat, Rev, Vpr, Vpu, Nef, dan Vif. Komposisi gen asesoris berbeda pada setiap tipe Lentivirus tergantung pada produk yang dihasilkan untuk regulasi sintesis dan pemrosesan RNA viral, serta fungsi replikatif yang lain. Adanya protein integrase dan protein Vpr yang terdiri dari sekuen signal berperan penting untuk proses lokalisasi di dalam nukleus. Integrasi virus dengan sel inang melalui protein  Vpr yang berikatan secara langsung dengan kompleks pori nukleus, kemudian protein masuk melalui membran nukleus, menuju nukleus dan melangsungkan reverse transkripsi untuk menghasilkan cDNA. Selanjutnya integrase akan berikatan dengan cDNA viral yang dihasilkan oleh RT dan DNA inang. Aktivitas LTR oleh integrase diawali dengan insersi genom viral ke dalam inang DNA. Walaupun transmisi dihasilkan melalui partikel infektif, namun Lentivirus mampu menginfeksi sel tetangga yang kontak secara langsung dengan sel inang, tanpa membentuk partikel ekstraselluler (Buchschacher et al., 2000).

2. Strategi pembuatan vektor Lentivirus untuk terapi gen

Lentivirus mempunyai kemampuan untuk menginfeksi sel yang berproliferasi maupun tidak berproliferasi. Ekspresi transgen diatur oleh promoter Cytomegalovirus yang direkayasa secara internal dan inaktif. Hal ini dapat menyebabkan respon inflamatori pada saat injeksi vektor ke sel target (Buchschacher, et al., 2000)

Lentivirus mempunyai karakteristik periode inkubasi yang lama. Virus ini mampu mengirimkan sejumlah informasi genetik secara signifikan ke dalam DNA sel inang, sehinggga menjadi salah satu metode yang efisien untuk vektor terapi gen. Beberapa contoh Lentivirus antara lain HIV (Human Immunodeficiency virus), SIV (Simian Immunodeficiency Virus), dan FIV (Feline Immunodeficiency Virus). Vektor lentiviral HIV telah diuji keamanannya, dengan proses penghilangan gen-gen regulatori yang bersifat non-esensial, sehingga terbentuk mutan vpr dan vif yang mampu menginfeksi neuron, sel otot, dan sel hati (Schmidt, 1999).

HIV tipe I (HIV-1), dalam pengembangannya sebagai vektor dan pengemasan cell line  lebih sulit dibandingkan retovirus onkogenik yang lain. Hal ini disebabkan propagasi HIV-1 tidak hanya membutuhkan protein Gag, Pol, dan Env, tetapi juga gen tat dan rev. Pengemasan cell line yang sulit juga disebabkan oleh toksisitas dari HIV-1 yang tinggi. Oleh sebab itu, berbagai vektor HIV-1 dikonstruksi melalui penghilangan gen env pada genom viral, dan menggantinya dengan insert berupa marker gen yang diekspresikan oleh promoter viral heterolog internal. Konstruksi ini menghasilkan ekpresi semua gen HIV, kecuali env, sehingga selubung viral berperan dalam propagasi vektor. Penggunaan glikoprotein selubung HIV memungkinkan vektor ditargetkan pada limfosit T helper, tetapi terbatas pada sel yang tidak dapat terinfeksi dan menghasilkan konsentrasi titer yang rendah.(Anson, 2004)

 Protein selubung viral Retrovirus yang lain mampu menggantikan selubung HIV, antara lain glikoprotein selubung MLV amfotropik atau G-protein virus stomatitis vesikuler (VSV-G) yang mampu menginfeksi berbagai tipe sel. Penggunaan VSV-G juga menghasilkan jumlah vektor yang lebih tinggi dengan kestabilan partikel vektor virus yang lebih tinggi. Kedua virus tersebut merupakan onkoretroviral vektor yang semua gen viralnya (sekuen trans) dihilangkan. Bagian yang tertinggal hanyalah sekuen cis yang penting saja. Gen marker diekspresikan secara langsung dari LTR HIV atau dari promoter internal. Ekspresi gen yang direkayasa dari LTR HIV (contohnya gen tat) memungkinkan ekspresi gen untuk berada pada sel yang mengekpresikan Tat secara spesifik. Namun penggunaan promoter internal meningkatkan tipe sel yang dapat diekspresikan gen marker (Machida, 2003).

Untuk membuat vektor terapi gen lentiviral, gen terapeutik diklon pada sekuen vektor yang dibatasi oleh LTR dan ψ sekuen pada HIV. LTR berperan penting untuk integrasi gen terapeutik ke dalam genom sel traget pada kromosom, seperti LTR dalam HIV berintegrasi dengan kopi DNA untai ganda dari virus. Sekuen ψ berperan sebagai sekuen signal pengemasan RNA dengan gen terapeutik di dalam virion. Protein viral yang membuat selubung virus berperan penting dalam pengemasan cell line. Namun protein ini tidak berada pada sekuen LTR dan sekuen ψ, sehingga tidak terkemas di dalam virion. Akibatnya partikel virus yang dihasilkan mempunyai replikasi yang rendah dan vektor tidak mampu meneruskan infeksi ke inang dan mengekspresikan protein terapeutiknya (Anson, 2004).   

  Vektor Lentivirus sangat berguna untuk mempelajari siklus tunggal replikasi HIV dan mempelajari penyusunan sistem vektor yang lebih baik dibandingkan onkoretroviral. Keuntungan vektor Lentiviral yaitu efisiensi infeksi yang tinggi pada sel yang membelah maupun tidak membelah, ekspresi transgen yang stabil dalam jangka waktu yang lama, dan immunogenisitas yang rendah. Nmun karena tidak terdapat pengemasan cell line untuk  HIV, maka propagasi vektor tergantung pada kotransfeksi vektor dan konstruksi plasmid DNA helper. Sehingga kelemahan vektor ini jumlah titer yang dihasilkan lebih rendah dan meningkatkan resiko untuk membentuk rekombinan virus replikasi-kompeten (Buchschacher, et al., 2000)

Vektor Terapi Gen - Retrovirus

Teknologi terapi gen merupakan salah satu metode untuk menyembuhkan suatu penyakit dengan cara memodifikasi materi genetik suatu sel hidup. Terapi gen melibatkan insersi gen fungsional atau molekul lain kedalam sel untuk mencapai efek terapeutik. Gen yang dimasukkan berupa transgen, dapat dikatakan sebagai suatu obat. Terdapat dua tipe terapi gen, yaitu terapi sel somatik dan sel gamet. Terapi pada sel gamet melalui penyisipan gen yang dilakukan pada saat fertilisasi. Terapi yang sekarang banyak berkembang adalah terapi sel somatik. Tujuan terapi gen adalah mengeliminasi penyakit klinis (somatik) dan gen yang disisipkan menjadikan penyakit pada parental tidak ditularkan pada keturunannya (gametik) (Anson, 2004).

Perkembangan awal teknologi terapi gen didukung oleh beberapa penemuan vektor baik viral maupun non viral untuk membawa transgen yang disisipkan pada sel inang yang sakit. Vektor viral yang sudah dipelajari antara lain virus Moloney Murine Leukimia untuk transfer gen  ke kromosom sel target, terbatas pada sel yang membelah. Selanjutnya penelitian berkembang untuk mencari vektor yang mampu mentransfer gen pada sel yang tidak membelah, antara lain penggunaan virus HIV (Schmidt, 1999). Tulisan ini akan membahas salah satu vektor virus yang digunakan untuk terapi gen, yaitu Retrovirus. 

     Vektor Retrovirus

Retrovirus merupakan virus yang terdapat  pada semua kingdom animalia. Berbagai Retrovirus onkogenik menunjukkan bentuk replikasi defektif yang mengubah sebagian komplemen gen virus normal dengan sekuen onkogenik. Replikasi Retrovirus kompeten yang menyebabkan terjadinya suatu penyakit berhubungan dengan pembelahan yang tidak terkendali dan memberikan kisaran spesies patogenik yang luas. Salah satu penyakit yang  ditularkan secara signifikan antar manusia pada masa kini, yaitu AIDS, disebabkan oleh infeksi  Retrovirus HIV tipe I dan II (Anson, 2004).

 Beberapa jenis Retrovirus mampu menyebabkan infeksi dalam waktu yang lama dan berbeda pada setiap inang. Pada mencit, terdapat beberapa jenis retrovirus yang bersifat onkogenik lemah. Sedangkan pada jenis Retrovirus yang lain yaitu Simian Virus, mempunyai karakteristik seperti HIV-1 yang dapat menjadi agen penyebab AIDS, namun tidak bersifat patogen pada semua inang. Selain itu juga terdapat Retroviral endogenus yang tidak bersifat patologis, contohnya  Spumavirus. Debris dari Retrovirus menunjukkkan berbagai tipe yang berbeda untuk elemen insersional dan mampu berintegrasi secara konstitutif pada genom manusia (Machida, 2003).

Virion Retrovirus berupa partikel sferis, dengan diameter antara 80-100 nm. Stuktur virion dilapisi dengan lipid bilayer yang berasal dari membran plasma sel inang yang disisipi oleh gen retroviral dan menghasilkan produk gen berupa protein selubung. Retrovirus merupakan kelas virus berselubung dan genomnya berupa molekul RNA untai tunggal. Selama infeksi, genom viral Retrovirus melangsungkan  reverse transkripsi membentuk DNA untai ganda., yang berintegrasi dengan genom inang dan diekspresikan sebagai protein viral.

Genom viral berukuran sekitar 10 Kb, terdiri dari 3 gen utama yaitu :

1.    Gen viral gag : mengkode protein utama (core) yang memebentuk virion. Virion terdiri dari dua kopi molekul RNA genomik yang identik (bersifat haploid dan pseudo-diploid),

2.      Gen viral pol : mengkode reverse transkriptase, berupa sebuah tRNA primer

3.      Gen viral env : mengkode protein selubung

               Pada setiap ujung genom viral, terdapat ujung berulang yang panjang (long terminal repeats atau  LTRs) yang mengandung daerah promoter atau enhancer dan sekuen yang terlibat dalam proses integrasi dengan sel inang. Selain itu juga terdapat sekuen yang diperlukan untuk mengemas DNA viral (ψ) dan  daerah pemotongan RNA pada gen env (Anson, 2004).

Berdasarkan fungsi genetiknya, gen pada Retrovirus dibedakan menjadi sekuen cis yang merupakan sisi aktif yang berperan sebagai asam nukleat (mulai dari ujung 5’ LTR). Di bagian dalam  DNA provirus terdapat promoter transkripsional dan RNA (genomik) yang terdiri dari sekuen penting untuk reverse transkripsi genom. Untai pertama untuk sintesis DNA selama proses reverse transkripsi disebut sebagai PBS. Sekuen ψ (psi) berfungsi untuk mengemas RNA genomik menjadi virion. Sedangkan ppt merupakan primer binding site untuk untai DNA yang kedua selama proses reverse transkripsi. Ujung 3’ LTR dalam DNA provirus berfungsi sebagai signal poliadenilasi dan berisi sekuen yang juga berperan penting dalam proses reverse transkripsi. Sedangkan gen trans merupakan sekuen pengkode protein, yaitu gen gagpol yang mengkode poliprotein gag dan pol, serta gen env yang mengkode protein selubung (Machida, 2003). 

Vektor Retroviral yang sering digunakan dalam terapi gen adalah Moloney Murine Leukaemia Virus ( Mo-MLV), yang merupakan virus amfotropik. Virus ini mampu menginfeksi sel tikus sebagai vektor pada hewan model dan menginfeksi manusia sebagai vektor terapi gen. Gen viral Retrovirus (gag, pol, dan env) dapat digantikan oleh transgen yang dikehendaki dan diekspresikan pada plasmid dalam bentuk cell line. Karena gen non esensial kekurangan sekuen pengemasan, maka sekuen ψ tidak termasuk dalam partikel virion. Untuk mencegah rekombinasi yang menghasilkan replikasi retrovirus kompeten, semua daerah homolog vektor harus dihilangkan dan gen non esensial harus diekspresikan paling tidak dalam dua unit transkripsional. Sehingga replikasi Retrovirus kompeten berlangsung pada frekuensi yang rendah (Machida, 2003).

Ekspresi transgen dapat dipacu oleh daerah promoter atau enhancer pada 5’ LTR maupun oleh viral alternatif atau promoter seluler. Analisis mutasi menunjukkan bahwa disekitar sekuen pengkode gag dan sisi upstream dapat dihilangkan tanpa mempengaruhi pengemasan gen viral atau ekspresi transgen. Faktor yang dapat mempengaruhi ekspresi transgen antara lain penempatan start kodon transgen dan perubahan sekuen pada ujung 5’ LTR (Schmidt, 1999).

Untuk membantu identifikasi ekspresi, dapat dimasukkan sel marker selektif yang dapat mengalami transformasi. Ekspresi transgen dapat ditingkatkan dengan penambahan sisi ribosom internal. Kapasitas vektor Retroviral yang tersedia untuk membawa insert gen asing sebesar 7.5 Kb. Jumlah ini terlalu sedikit untuk ukuran transgen maupun cDNA. Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan gen env  untuk menambah kapasitas vektor. Selubung Retroviral berinteraksi dengan protein seluler spesifik untuk membedakan kisaran sel target. Proses dilakukan dengan cara memodifikasi secara langsung binding site antara protein selubung dan reseptor seluler yang mempengaruhi internalisasi partikel viral. Sehingga vektor mampu berintegrasi dengan sel inang (Machida, 2003).

Syarat terjadinya integrasi dan ekspresi gen retroviral adalah sel target tersebut harus membelah. Hal ini menjadi faktor pembatas dalam penggunaan vektor retroviral untuk terapi gen. Vektor Retroviral hanya dapat digunakan pada sel yang  berproliferasi secara in vivo maupun secara ex vivo. Sel target harus distimulasi dan ditransduksi terlebih dahulu, sehingga aktivitas membran nukleus dapat memecah selubung protein retrovirus, kemudian dengan bantuan ezim integrase, gen viral masuk ke nukleus dan berintegrasi dengan genom sel target (Anonim, 2005). Dalam produksi virion vektor, proses pengemasan genom dalam sel sangat penting. Pengemasan sel line memerlukan semua protein viral yang dibutuhkan untuk produksi kapsid dan maturasi virion dari vektor. Pengemasan cell line berlangsung karena adanya gen gag, pol, dan env. Pengemasan cell line awal terdiri dari replikasi genom retroviral kompeten dan sebuah rekombinan tunggal antara genom dan vektor DNA retroviral dapat menghasilkan produksi virus wild type. Setelah insersi gen yang dikehendaki ke vektor DNA retroviral dan pengemasan cell line secara benar, preparasi vektor retroviral akan menjadi lebih mudah (Anonim, 2005).

Salah satu permasalahan dalam terapi gen menggunakan retrovirus adalah rendahnya spesifitas insersi enzim integrase dari virus untuk dapat berintegrasi dengan genom sel inang. Apabila materi genetik disisipkan di bagian tengah dari genom inang, dapat menyebabkan terjadinya mutagenesis insersional. Jika gen tersebut bertanggung jawab pada pembelahan sel, maka dapat menyebabkan  pembelahan sel menjadi tidak terkendali. Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan zinc finger nuclease atau dengan memasukkan sekuen tertentu seperti daerah kontrol lokus beta-globin untuk  integrasi pada daerah kromosom yang spesifik (Anson, 2004). Selain itu beberapa retrovirus mengandung protoonkogen, yang dapat bermutasi dan menyebabkan kanker. Hal ini harus dihindari dalam penggunaan retrovirus sebagai vektor terapi gen. Retrovirus juga dapat mennyebabkan tansformasi  sel dengan cara berintegrasi dengan protoonkogen seluler dan memacu ekspresi yang tidak dikehendaki dari LTR, atau menghambat ekspresi gen tumor supressor (Machida, 2004).

Kapsulasi Enzim Pemasakan Keju

Peningkatan produktivitas keju, terkait dengan penanganan dan pemasakan (maturasi) keju untuk menghasilkan rasa, aroma dan tekstur yang berkualitas, menjadi parameter yang sangat penting dalam industri pembuatan keju. Kapsulasi enzim protease merupakan salah satu cara untuk mempercepat pemasakan keju. Dalam pembuatan keju, kapsulasi enzim protease melindungi kerusakan enzim dan mencegah penurunan konsentrasi enzim protease pada tahap pemasakan. Penggunan fraksi lemak dengan titik lebur yang tinggi untuk kapsulasi enzim bersifat lebih stabil dan bersesuaian dengan suhu maturasi pada pembuatan keju Cheddar. Selain itu bahan yang dapat digunakan untuk kapsulasi enzim adalah food gum atau senyawa hidrokoloid hidrofilik, yang dalam aplikasinya menunjukkan kemampuan untuk mempercepat pemasakan dalam proses pembuatan keju Cheddar. Food gum mempunyai kemampuan dalam immobilisasi sel hidup dan enzim. Kapsul enzim dari bahan gum dapat dengan mudah dipreparasi, murah, tersedia dalam jumlah banyak, dan mempunyai kompatibilitas biologis yang tinggi, sehingga aman untuk dikonsumsi. Sumber gum yang dapat digunakan untuk kapsulasi enzim protease antara lain gellan dan K-Carageenan. Parameter yang dikaji dalam paparan ini adalah kecepatan pemasakan keju dan dampaknya terhadap rasa, aroma, dan tekstur keju yang dihasilkan. Adapun tahap-tahap yang dilakukan dalam kapsulasi enzim protease untuk mempercepat pemasakan keju dijelaskan sebagai berikut.

1. Preparasi kapsul gum

Metode yang digunakan mengacu pada metode Audet dan Lacroix (1989) dan Arnaud dan Lacroix (1991). Polimer gum dari gellan dan K-Carageenan disuspensikan, kemudian diemulsikan hingga teremulsi sempurna, selanjutnya dicampur dengan Flavourzyme dan dikentalkan hingga membentuk gel.

     2.  Kecepatan kapsulasi enzim
 

Efisiensi kapsulasi enzim protease ditentukan dengan membedakan aktivitas proteolitik enzim, menggunakan substrat berupa kasein. Aktivitas proteolitik enzim ditentukan oleh presipitasi asam amino dan peptida terlarut, sebagai  hasil reaksi antara kasein dengan TCA (asam trikloroasetat).

     3.  Pembuatan keju
 

Keju yang digunakan sebagai kontrol dibuat dengan mengacu pada metode Australian Society of Dairy Technology (1977) dengan menggunakan susu pasteurisasi dan starter Lactococcus lactis dan L. cremoris, serta rennet anak sapi. Kontrol dibandingkan dengan keju yang mendapat perlakuan berupa tambahan enzim protease yang sudah dikapsulasi dengan 3 bahan yang berbeda, yaitu gelllan dan K-carageenan

     4.  Estimasi kapsul enzim dalam dadih keju
 

Retensi kapsul enzim protease dalam dadih keju ditentukan secara tidak langsung melalui pengukuran kuantitas kapsul yang hilang dalam whey keju. Volume total whey keju yang diperoleh selama pembuatan keju dikumpulkan dan disaring dengan saringan stainless steel 120 micron. Kapsul yang didapatkan pada saringan diukur dalam silinder 50ml. Retensi kapsul enzim protease ditunjukkan dengan persentase total volume kapsul yang dihasilkan dalam dadih keju

      5.  Analisis komposisi keju
 

Kandungan lemak keju ditentukan dengan uji Babcock. Kadar air diukur dengan metode pengeringan oven. Total protein ditentukan dengan metode semi-micro Kjeldahl. Kandungan garam NaCl ditentukan dengan metode Volghard, mengacu pada Bartels et al (1987).

     6.  Penentuan aktivitas proteolisis
 

Degradasi kasein selama pemasakan keju dievaluasi setelah 1 hari, 2, 4,8,12, dan 16 minggu dengan menggunakan metode High Performance Capillary Electrophoresis (HPCE). 

     7.  Penentuan kelompok asam amino bebas
 

Proteolisis dalam pemasakan keju diamati dengan pengukuran asam amino bebas menggunakan asam trinitrobenzenesulfonat (TNBS), mengacu pada metode Polychroniadou (1988). Konsentrasi asam amino bebas ditunjukkan dengan konsentrasi glisin dalam mg/ml.

     8.  Profil Tekstur keju
 

Analisis profil tekstur keju mengacu pada metode Raphaelides, Antoniou, dan Petridis (1995) dengan mengamati tingkat kekeringan permukaan blok keju yang terendah.

     9.  Evaluasi sensori
 

Sampel yang dihasilkan diuji oleh panelis untuk mengetahui rasa dan aroma,   mengacu pada metode Muir et al (1995).

 Berdasarkan hasil penelitian Kaisalapathy (2009), kecepatan kapsulasi dari tiap bahan berturut –turut, 48.2% untuk gellan dan 55.6% untuk K-Carageenan. Enzim dengan kapsul gum yang ditambahkan pada susu dalam pembuatan keju mampu meningkatkan kadar air keju lebih tinggi dibandingkan keju kontrol. Degradasi kasein (β) yang diamati dengan metode HPCE menunjukkan semua keju yang diperlakukan dengan enzim terkapsulasi memiliki kecepatan proteolisis yang lebih tinggi dibandingkan dengan keju kontrol, selama periode pemasakan. Tekstur keju dan kualitas sensori tidak berbeda nyata untuk setiap bahan kapsul enzim. Perbedaan tekstur dan kualitas sensori antara keju yang mendapat perlakuan dibandingkan dengan kontrol, menunjukkan hasil yang konsisten dengan  pelepasan enzim protease dari kapsul.

SISTEM IMUN MUKOSA

Sistem imun mukosa merupakan 80% dari semua imunosit tubuh pada orang sehat. Imunitas mukosa merupakan sistem imun innate yang melibatkan netrofil fagositik dan makrofag, sel dendritik, sel NK (natural killer), dan sel mast.  Sel-sel ini terakumulasi di dalam maupun di antara berbagai Mucosa-Assosiated Lymphoid Ttisssue (MALT), yang bergabung membentuk sistem organ limfoid terbesar pada Mammalia. Sel-sel ini berperan dalam eliminasi patogen dan inisisasi respon imun adaptif.

Organ-organ yang terlibat dalam Sistem Imun Mukosa

Organ pertama yang terlibat dalam sistem imun adalah Intestinum. Respon imun pada organ intestinum diawali oleh sel M (microfold cells) yang berlokasi di epitel yang melapisi folikel MALT. Folikel ini berisi sel B, sel T dan antigen-presenting cel (APC) yang dibutuhkan dalam pembentukan respon imun. Sel M bertugas untuk mengambil dan membawa antigen yang berada dalam lumen. Antigen yang berada di dalam lumen organ, akan berinteraksi dengan sel epithelial abortif dan sel epitelial spesifik pada mukosa induktif. Selanjutnya antigen dibawa atau langsung ditangkap oleh APC. APC terdiri dari : sel dendritik (DC), sel limfosit B dan makrofag. Antigen akan dipresentasikan kepada sel T sitolitik  (CD4+) dan T helper (CD8+). Beberapa antigen dapat langsung diproses dan dipresentasikan oleh sel epitelial kepada sel T intraepitelial tetangga (neighboring intraepithelial T cells) meliputi sel T dengan limited resevoire diversity (sel T γδ dan sel NK). Respon imun mukosa dipengaruhi oleh karakteristik antigen, tipe APC yang terlibat dan lingkungan mikro lokal. Untuk antigen yang bersifat non patogen (protein makanan), jalur normal untuk sel dendritik mukosa dan APC lain  melibatkan sel T helper II dan respon berbagai sel T regulator. Mekanisme ini menghasilkan supresi aktif dalam imunitas sistemik.

Organ kedua yang terlibat dalam sistem imun mukosa adalah paru-paru. Sel-sel imun terasosiasi dalam Nose Associated Lymphoid Tissue (NALT), Larynx Associated Lymphoid Tissue (LALT), dan Bronchus Associated Lymphoid Tissue (BALT). Sel APC dalam paru-paru terdiri dari sel dendritik submukosa dan interstitial, serta makrofag alveolus. Makrofag alveolus merupakan 85% sel dalam alveoli, sedangkan sel dendritik hanya 1%. Makrofag alveolus ini merupakan APC yang lebih lemah dibandingkan sel dendritik.  Makrofag alveolus paling banyak terdapat pada alveolus,  terkait dengan peran pentingnya untuk melindungi saluran nafas dari proses inflamasi pada keadaan normal. Pada saat antigen masuk, makrofag alveolus akan mempengaruhi tingkat aktivitas atau maturasi sel dendritik dengan melepaskan sitokin. Sel dendritik akan menangkap antigen, kemudian memindahkannya ke organ limfoid lokal. Setelah melalui proses maturasi, sel dendritik akan memilih limfosit yang spesifik terhadap antigen tersebut dan menginduksi proses imun selanjutnya.

Organ ketiga yang terkait dengan sistem imun mukosa adalah urogenital. Salah satu contoh antigen yang menginfeksi organ urogenital wanita adalah virus herpes simplek (HSV). HSV akan menginduksi mukosa vagina untuk memberikan efek protektif respons imun innate berupa :

(i) sekresi protein, komplemen dan defensin

(ii) respon awal terhadap virus oleh sel epitel dan sel dendritik khas ditandai dengan  produksi interferon, yang selanjutnya mengawali respons imun adaptif

(iii) rekruitmen sel efektor seperti neutrofil, makrofag dan sel NK.

 Peran Sel Dendritik dalam Sistem Imun Mukosa

Sistem imun mukosa melibatkan peran penting sel dendritik. Sel dendritik berada pada jaringan spesifik tubuh, yaitu di hati, plak payeri, mukosa intestinal dan paru-paru. Sel dendritik berperan penting dalam mengontrol aktivasi, pertahanan, dan ekspansi sel regulator dalam sistem imun mukosa. Sel B maupun sel T yang tersensitisasi antigen, akan bergerak melalui kelenjar limfe, masuk ke sirkulasi darah, dan kemudian menempatkan diri pada mukosa terseleksi, yakni pada mukosa yang menjadi tempat untuk berdiferensiasinya sel – sel tersebut menjadi sel plasma dan sel memori, membentuk Imunoglobulin A (IgA) sekretori. Afinitas sel-sel ini dipengaruhi oleh protein integrin pada tempat spesifik (homing reseptors) permukaannya dan reseptor jaringan spesifik komplementer (adressin) pada sel endotel kapiler. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa sel dendritik mukosa dapat mempengaruhi ekspresi reseptor homing. Sel dendritik dari plak payeri dan limfonodi mesentrik, (kecuali sel dendritik dari limfa dan perifer) akan meningkatkan ekspresi reseptor homing mukosa α4β7 dan reseptor CCR9, yaitu suatu reseptor untuk aktifasi gut-assosiated chemokine sel T memori dan sel T CD8+ memori pada sel epitel intestinal. terdapat sel dendritik imprinting of gut homing specifity terdiri dari retinoid acid yang diproduksi oleh sel dendritik intestinal tetapi tidak oleh sel dendritik limfoid lain. Hal ini menunjukkan karakteristik sistem imun mukosa yang mampu mengaktifasi sel imun lain pada daerah yang letaknya jauh dari sel imun terinisiasi, melalui imunitas sistemik.