Tuberkulosis (TBC) adalah penyakit lama, namun sampai saat ini masih belum bisa dimusnahkan. Jika dilihat secara global, TBC membunuh 2 juta penduduk dunia setiap tahunnya, dimana angka ini melebihi penyakit infeksi lainnya. Bahkan Indonesia adalah negara terbesar ketiga dengan jumlah pasien TBC terbanyak di dunia, setelah Cina dan India. Sulitnya memusnahkan penyakit yang disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis ini disebabkan oleh beberapa hal. Diantaranya adalah munculnya bakteri yang resisten terhadap obat yang digunakan. Karena itu, upaya penemuan obat baru terus dilakukan.

Sebagai buah dari upaya tersebut, baru-baru ini ditemukan obat TBC yang bernama “fluoroquinolone” yang bisa membunuh bakteri M. tuberculosis secara efektif. Hal ini tidak hanya dibuktikan secara in vitro, tetapi juga secara in vivo. Karena itu fluoroquinolone ini diharapkan bisa menjadi senjata ampuh untuk menghadapi “perang” melawan TBC. Saat ini, fluoroquinolone telah digunakan untuk terapi TBC dan bahkan kebutuhannya makin lama semakin meningkat.

Mekanisme antibakteri dari Fluoroquinolone

Fluoroquinolone adalah obat yang menghambat replikasi bakteri M. tuberculosis. Replikasi dihambat melalui interaksi dengan enzim gyrase, salah enzim yang mutlak diperlukan dalam proses replikasi bakteri M. tuberculosis. Enzim ini tepatnya bekerja pada proses perubahan struktur DNA dari bakteri, yaitu perubahan dari struktur double helix menjadi super coil (Gambar 1). Dengan struktur super coil ini DNA lebih mudah dan praktis disimpan di dalam sel. Pada proses tersebut enzim gyrase berikatan dengan DNA, dan memotong salah satu rantai DNA dan kemudian menyambung kembali (Gambar 1). Dalam proses ini terbentuk produk sementara (intermediate product) berupa ikatan antara enzim gyrase dan DNA (kompleks gyrase-DNA).

Fluoroquinolone mamiliki kemampuan untuk berikatan dengan kompleks gyrase-DNA ini, dan membuat gyrase tetap bisa memotong DNA, tetapi tidak bisa menyambungnya kembali. Akibatnya, DNA bakteri tidak akan berfungsi sehingga akhirnya bakteri akan mati. Selain itu, ikatan fluoroquinolone dengan kompleks gyrase-DNA merupakan ikatan reversible, artinya bisa lepas kembali sehingga bisa di daur ulang. Akibatnya, dengan jumlah yang sedikit fluoroquinolone bisa bekerja secara efektif.

Photobucket

Protein MfpA

“Senjata ampuh” fluoroquinolone ternyata juga tidak seperti yang diharapkan. Bakteri M. tuberculosis akhirnya juga bisa resisten terhadap senyawa ini. Dari hasil analisa menunjukan bahwa pada bakteri yang resistensi ditemukan mutasi pada enzim gyrase. Fakta ini sekaligus menjadi bukti adanya hubungan yang erat antara fluoroquinolone dan enzim gyrase, seperti yang dijelaskan di atas. Dan ternyata tidak hanya itu. Baru-baru ini, gabungan grup peneliti dari Albert Einstein College of Medicine, USA, John Innes Centre, UK, dan Instituto Venezolano de Investigaciones, Venezuela menemukan gen yang berperan terhadap proses resistensi bakteri M. tuberculosis terhadap fluoroquinolone (Hedge et al, 2005). Mereka juga menemukan mekanisme resistensi bakteri M. tuberculosis terhadap fluoroquinolone ini. Penemuan mereka mendapat perhatian, tidak hanya karena penemuan mereka yang baru, tetapi juga karena protein yang diproduksi dari gen yang mereka temukan memiliki struktur yang unik.

 

Seperti yang dimuat di jurnal Science edisi 3 Juni 2005, grup peneliti ini menemukan gen mfpA di bakteri penyebab TBC ini. Mereka kemudian mengisolasi gen mfpA tersebut mengekspresikannya di Escherichia coli. Mereka kemudian mengkristalisasi dan selanjutnya menganalisa struktur 3-dimensinya dengan menggunakan sinar X. Hasil analisa struktur 3-dimensi inilah yang membuat penemuan mereka baru dan unik, sehingga mendapat perhatian. Mereka menemukan struktur protein MfpA mirip dengan struktur DNA , yang memiliki struktur double-helix (Gambar 2). Struktur ini disebabkan karena susunan asam amino (elemen pembentuk protein) yang unik. Protein MfpA ini terdiri dari barisan 5 jenis asam amino yang berulang-ulang (pentapeptide repeat). Dan setiap barisan 5 asam amino tersebut berakhir dengan leucine atau phenylalanine. Protein ini biasanya berikatan satu sama lain di bagian ujung carboxyl (C-terminus) membenrtuk dimer.

Photobucket

Mekanisme Resistensi M. tuberculosis,Dengan struktur yang unik ini, protein MfpA berguna bagi bakteri M. tuberculosis untuk resisten terhadap fluoroquinolone. Berdasarkan analisa model dengan menggunakan komputer (computer modeling) ditemukan bahwa protein MfpA bisa masuk ke dalam bagian aktif (active site) dari enzim gyrase, seperti halnya DNA. Ini disebabkan karena protein MfpA memiliki struktur yang sama dengan DNA. Akan tetapi berbeda dengan interaksi gyrase dengan DNA, interaksi gyrase dengan MfpA mengakibatkan gyrase tidak bisa berinteraksi dengan fluoroquinolone. Dengan kata lain, kompleks MfpA-gyrase tidak bisa berinterkasi dengan fluoroquinolone, sehingga fluoroquinolone tidak bisa berfungsi sebagaimana mestinya.

Seperti dijelaskan di Gambar 1, interaksi gyrase dan DNA penting dalam proses replikasi bakteri M. tuberculosis. Interaksi protein MfpA dengan gyrase, secara otomatis juga menghambat interaksi gyrase dengan DNA. Dengan kata lain, protein MfpA merupakan inhibitor dari enzim gyrase, yakni menghambat aktivitas enzim gyrase itu senditi. Hambatan fungsi enzim gyrase ini mengakibatkan proses replikasi M. tuberculosis terganggu. Pada kenyataannya memang demikian. Artinya, perkembangbiakan bakteri M. tuberculosis menurun, akan tetapi hal ini lebih baik bagi bakteri dari pada mati karena obat fluoroquinolone. Dan biasanya bakteri yang resisten terhadap suatu obat bukan secara tiba-tiba, melainkan mulai dari jumlah yang sedikit dan kemudian perlahan-lahan bertambah sesuai dengan perjalanan waktu.

Mekanisme fungsi protein MfpA dalam proses resistensi M. tuberculosis sangat unik. Pada umumnya resistensi disebabkan oleh penguraian obat anti-bakteri oleh enzim atau protein tertentu. Akan tetapi tidak demikian halnya dengan protein MfpA. Protein ini hanya memproteksi interaksi obat dengan targetnya. MfpA adalah protein yang pertama kali dibuktikan mempunyai fungsi demikian.

Penemuan yang unik ini sangat berharga bagi penelitian TBC, tidak hanya untuk penelitian dasar (basic science) tetapi juga untuk penelitian aplikatif seperti penelitian untuk pengambangan obat TBC. Dengan penemuan ini paling tidak bisa diprediksi bahwa pengembangan obat yang memiliki stuktur kimia mirip dengan fluoroquinolone memiliki peluang yang besar untuk memicu munculnya bakteri M. tuberculosis yang resisten. Begitu juga halnya dengan pengembangan obat yang menjadikan enzim gyrase sebagai target akan mengakibatkan hal yang sama. Karena itu, akan lebih baik jika kita mengalihkan perhatian kita terhadap enzim lain untuk mencari target dalam pengembangan obat TBC.

(sumber : Dr. Andi Utama, Peneliti Puslit Bioteknologi-LIPI)