86

7

VAKSIN

7.1 PENDAHULUAN

Peranan vaksin dalam penanggulangan dan pencegahan penyakit infeksi telah sejak lama kita

ketahui. Terutama sejak dunia terbebas dari penyakit cacat, karena keberhasilan para peneliti

dalam menghasilkan vaksin cacar yang dapat terjangkau masyarakat diseluruh pelosok

terepencil sekalipun diseluruh dunia saat ini dunia terbebas dari penyakit cacar yang

mematikan itu. (Radji, M., 2011)

Keberhasilan serupa diharapkan pula oleh WHO terhadap vaksinasi polio dengan

telah dicanangkannya dunia bebas polio pada tahun 2005. Sampai dengan akhir tahun 1990-

an melalui kampanye internasional terhadap penanggulangan penyakit utama penyebab

infeksi seperti difteri, pertossis, polio, campak, tetanus dan tuberculosis, lebih dari 80% balita

diseluruh dunia telah divaksinasi dengan keenam jenis vaksin tersebut, sehingga dapat

menurunkan tingkat kematian bayi diseluruh dunia secara signifikan. (Radji, M., 2011)

Vaksin konvensional terdiri dari vaksin generasi pertama dan veksin generasi kedua. Vaksin

generasi pertama merupakan vaksin yang mengandung mikroorganisme hidup yang telah

dilemahkan. Dalam penggunaannya vaksin generasi pertama ini seringkali dapat bermutasi

kembali menjadi virulen sehingga menimbulkan efek samping yang tidak diinginkan.

Umumnya jenis vaksin yang dilemahkan ini tidak dianjurkan diberikan kepada penderita

imunokompromais. (Radji, M., 2011)

Vaksin generasi kedua merupakan vaksin yang mengadung mikroorganisme yang

telah dimatikan menggunakan zat kimia tertantu, biasanya menggunakan formalin atau fenol.

Dalam penggunaannya vaksin yang mengandung mikroorganisme yang telah

dimatikan,sering mengalami kegagalan atau tidak mampu merangsang timbulnya respon

imun dalam tubuh. (Radji, M., 2011)

Untuk mengatasi beberapa kelemahan yang terjadi pada penggunaan vaksin generasi

pertama dan kedua, telah dikembangkan vaksin generasi ketiga yaitu vaksin rekombinan yang

87

juga dikenal dengan vaksin subunit yang mengandunng fragmen antigenic suatu

mikroorganisme yang dapat merangsang respon imun. (Radji, M., 2011)

7.2 VAKSIN KONVENSIONAL

Sejak vaksin diperkenalkan Edward Jenner 1796, vaksinasi sering dilakukan untuk

melindungi manusia dan hewan terhadap infeksi virus. Keberhasilan vaksinasi tercermin dari

berkurangnya penyakit-penyakit infeksi pada manusia dan hewan ternak. Puncak

keberhasilan ini terwujud dengan adanya vaksinasi smallpox masal.

Vaksinasi smallpox dilakukan menggunakan vaksin virus cowpox yaitu virus

vaccinia. Produksi vaksin ini relatif mudah dan stabilitasnya dapat dipertahankan dengan

membuat sediaan freeze-dried, sehingga dapat dikirim ke seluruh dunia tanpa pendinginan.

Selain itu vaksinasi mudah dilakukan dan tidak memerlukan peralatan yang mahal. Vaksinasi

sekarang menjadi istilah umum untuk pemaparan antigen terhadap manusia atau binatang

dalam membangkitkan respon kekebalan. Vaksin potensiil merupakan syarat utama untuk

tujuan ini sehingga dapat mengontrol penyakit secara efektif. Keberhasilan mengeliminasi

smallpox telah memacu para ahli untuk mengembangkan vaksin-vaksin lainnya, seperti

Sabin's live vaccine untuk melawan poliomielitis. Kebanyakan vaksin virus yang digunakan

saat ini merupakan sel utuh yang telah dilemahkan atau dimatikan. Keuntungan vaksin ini

pada umumnya mampu menghasilkan imunitas cukup lama dan merangsang seluruh reaksi

kekebalan pada host yaitu humoral antibody dan cell-mediated. Cara pembuatan vaksin ini

telah berhasil mengeliminasi ancaman smallpox, tuberkulosis dan berbagai penyakit lainnya.

Walaupun cara konvensionil telah mampu mengeliminasi berbagai penyakit, masih banyak

penyakit infeksi dan parasit yang belum dapat diatasi dengan vaksinasi karena belum dapat

dibuat vaksinnya. Hal demikian dapat dimaklumi karena sederhananya teknik ini dan

kompleksnya sumber penyakit yang beraneka ragam. Misalnya : masalah yang paling jelas

yaitu tidak adanya metode untuk memelihara sumber penyakit (organisme) di

luar host aslinya seperti virus hepatitis A & B, sehingga tidak dapat dibiakkan in vitro dan

sulit untuk memproduksi vaksin dalam jumlah besar. Berkembangnya bioteknologi terutama

rekombinan DNA 20 tahun terakhir ini telah membuka harapan-harapan baru. Teknologi ini

memungkinkan memproduksi vaksin yang saat ini belum dapat dibuat. Selain itu teknologi

ini juga dapat dimanfaatkan untuk memperbaiki vaksin yang sudah ada sehingga didapatkan

vaksin yang lebih aman dan efektif. Inovasi teknologi ini memungkinkan pembuatan vaksin

subunit, vaksin Vaccinia dan sebagainya.

88

Kebanyakan vaksin yang dikenal saat ini dapat dikelompokkan ke dalam tiga grup

yaitu vaksin hidup yang dilemahkan, vaksin dimatikan (killed vaccine) dan vaksin subunit.

Contoh yang pertama yaitu meningitis, tuberkulosis, virus measles,rubella dsb. Vaksin

dimatikan misalnya bakteri kolera, pertusis, tifoid, virus rabies, virus influenza; sedangkan

vaksin subunit contohnya virus hepatitis B, influenza dan sebagainya.

Pembuatan vaksin dengan cara melemahkan organisme penyebab infeksi untuk

memperoleh strain yang virulerisinya sangat berkurang, sudah diakui keampuhannya. Namun

demikian vaksin ini masih banyak kelemahannya, vaksin hidup mempunyai potensi untuk

berubah menjadi virulen, sehingga dapat membahayakan pemakainya. Beberapa virus

mungkin sukar atau tidak dapat dilemahkan sehingga menjadi kendala pembuatan vaksin

ham. Sebelum vaksin hidup digunakan sediaan vaksin yang dimatikan telah digunakan

sebagai vaksin.

Inaktivasi virus biasanya dengan merusak kemampuan replikasi tetapi antigen yang

berkaitan dengan penyebab penyakit masih terpelihara sifat antigeniknya. Vaksin yang

diperoleh dengan inaktivasi ini juga mempunyai beberapa masalah. Vaksinasi memerlukan

jumlah antigen lebih besar dan jumlah fragmen sel (yang tidak bersifat antigenik) selain

antigen juga besar, sehingga jika ada substansi toksik dalam fragmen tersebut akan dapat

menimbulkan masalah toksisitas. Untuk inaktivasi, organisme tersebut memerlukan

perlakuan relatif keras supaya inaktivasi dapat sempurna; kondisi tersebut dapat merusak

antigen. Aplikasi vaksin ini juga biasanya lebih rumit daripada vaksin hidup, karena harus

diberikan dengan injeksi, sedangkan vaksin hidup dapat diberikan peroral atau intranasal.

Selain itu kekebalan yang diinduksi oleh vaksin yang dimatikan biasanya berlangsung dalam

waktu relatif singkat.

Kondisi penyimpanan kadang-kadang juga menjadi masalah, misalnya pada foot &

mouth disease. Vaksin ini biasanya diperoleh dengan menginaktivasi virus yang dibiakkan

dalam baby hamster kidney atau bovine tongue epithelial cells. Vaksin ini efektif tetapi perlu

disimpan pada temperature dingin, sehingga kurang sesuai untuk negara tropis. Prinsip yang

penting pada pembuatan vaksin ialah metode inaktivasi harus memusnahkan infektivitas

organisme, tetapi sifat antigeniknya harus tidak berubah. Untuk mengurangi beberapa

masalah yang terdapat pada kedua cara pembuatan vaksin tersebut, kemudian dikembangkan

pembuatan vaksin subunit. Sediaan ini pada prinsipnya diperoleh dengan memisahkan

partikel agen infeksi yang bersifat antigenik dan memurnikannya dari partikel-partikel lain,

sehingga didapat antigen murni. Sebagai contoh adalah antigen hepatitis B yang didapat

dengan memurnikan plasma manusia pembawa virus hepatitis B. Namun populasi pembawa

89

virus hepatitis B sangat terbatas sehingga sangat sulit memproduksi vaksin dalam jumlah

besar. Cara ini hasilnya relatif kurang efektif dalam memacu reaksi kekebalan. Dalam

perkembangan selanjutnya inovasi dalam bidang rekayasa genetika diharapkan dapat

menutup kekurangan yang telah ada.

Salah satu keuntungan dari kemajuan rekayasa genetika adalah kemampuannya

menganalisa gen secara terperinci, sehingga memungkinkan melakukan cloning atau

substitusi gen yang tak diinginkan dengan gen yang dikehendaki. Informasi ini sangat penting

dalam pengembangan vaksin sub unit, karena dengan demikian dapat

dilakukan cloning bagian DNA pengkode protein antigenik sehingga antigen tersebut dapat

diproduksi oleh bakteri atau yeast dalam jumlah besar. Cara ini sangat efektif untuk

memproduksi vaksin subunit dari berbagai agen infeksi. Vektor untuk mengekspresikan

antigen bisa bervariasi seperti E. coli, yeast atau sel mamalia. Ada beberapa contoh vaksin

subunit yang telah berhasil dipasarkan atau masih dalam pengembangan. Vaksin hepatitis B

dapat pula diproduksi dengan yeast, S. cerevisiae atau Pichia pastoris atau sel bakteri E.

coil atau sel mamalia chinese hamster ovary cells. Vaksin cholera menggunakan vektor E.

colL Vaksin herpes simplex dengan chinese hamster ovary cells. Vaksin tetanus

C. tetani menggunakan E. coil dan masih banyak lagi vaksin yang akan dapat diproduksi

dengan cara ini.

Pendekatan pembuatan vaksin subunit sedang dikembangkan oleh beberapa

perusahaan bioteknologi baik untuk vaksin manusia maupun veteriner. Namun produksi

vaksin subunit menggunakan cara rekombinan masih mempunyai masalah yang sama dengan

produksi vaksin subunit konvensionil yaitu vaksin ini kurang efektif dalam menginduksi

respon kekebalan host dibandingkan dengan vaksin sel utuh (whole cells). Untuk menutupi

kekurangan ini telah dikembangkan cara baru menghasilkan vaksin hidup whole

cells menggunakan virus vaccinia sebagai vektor. Prinsipnya memasukkan gen pengkode

antigen spesifik kedalam virus vaccinia sehingga antigen ditimbulkan oleh virus tersebut.

Teknik ini memungkinkan pembuatan vaksin hidup untuk berbagai penyakit virus, bakteri

dan parasit pada manusia & binatang. Selain itu dengan cara ini dapat diproduksi vaksin

hidup yang dapat merangsang reaksi kekebalan dengan efektif seperti halnya infeksi alami.

7.3 PROSES PEMBUATAN VAKSIN

Produksi vaksin antivirus saat ini merupakan sebuah proses rumit bahkan setelah tugas yang

berat untuk membuat vaksin potensial di laboratorium. Perubahan dari produksi vaksin

potensial dengan jumlah kecil menjadi produksi bergalon-galon vaksin yang aman dalam

90

sebuah situasi produksi sangat dramatis, dan prosedur laboratorium yang sederhana tidak

dapat digunakan untuk meningkatkan skala produksi.

7.3.1 Benih Virus

Produksi vaksin dimulai dengan sejumlah kecil virus tertentu (atau disebut benih). Virus

harus bebas dari „kotoran‟, baik berupa virus yang serupa atau variasi dari jenis virus yang

sama. Selain itu, benih harus disimpan dalam kondisi “ideal”, biasanya beku, yang mencegah

virus menjadi lebih kuat atau lebih lemah dari yang diinginkan. Benih disimpan dalam gelas

kecil atau wadah plastik. Jumlah yang kecil hanya 5 atau 10 sentimeter kubik, mengandung

ribuan hingga jutaan virus, nantinya dapat dibuat menjadi ratusan liter vaksin. Freezer

dipertahankan pada suhu tertentu. Grafik di luar freezer akan mencatat secara terus menerus

suhu freezer. Sensor terhubung dengan alarm yang dapat didengar atau alarm komputer yang

akan menyala jika suhu freezer berada di luar suhu yang seharusnya.

7.3.2 Pertumbuhan Virus

Setelah mencairkan dan memanaskan benih virus dalam kondisi tertentu secara hati-hati

(misalnya, pada suhu kamar atau dalam bak air), sejumlah kecil sel virus ditempatkan ke

dalam “pabrik sel,” sebuah mesin kecil yang telah dilengkapi sebuah media pertumbuhan

yang tepat sehingga sel memungkinkan virus untuk berkembang biak.

Setiap jenis virus tumbuh terbaik di media tertentu, namun semua media umumnya

mengandung protein yang berasal dari mamalia, misalnya protein murni dari darah sapi.

Media juga mengandung protein lain dan senyawa organik yang mendorong reproduksi sel

virus. Penyediaan media yang benar, pada suhu yang tepat, dan dengan jumlah waktu yang

telah ditetapkan, virus akan bertambah banyak.

Selain suhu, faktor-faktor lain harus dipantau adalah pH. pH adalah ukuran keasaman

atau kebasaan, diukur pada skala dari 0 sampai 14. dan virus harus disimpan pada pH yang

tepat dalam pabrik sel. Air tawar yang tidak asam atau basa (netral) memiliki pH 7. Meskipun

wadah di mana sel-sel tumbuh tidak terlalu besar (mungkin ukuran pot 4-8 liter), terdapat

sejumlah katup, tabung, dan sensor yang terhubung dengannya. Sensor memantau pH dan

suhu, dan ada berbagai koneksi untuk menambahkan media atau bahan kimia seperti oksigen

untuk mempertahankan pH, tempat untuk mengambil sampel untuk analisis mikroskopik, dan

pengaturan steril untuk menambahkan komponen ke pabrik sel dan mengambil produk

setengah jadi ketika siap.

91

Virus dari pabrik sel ini kemudian dipisahkan dari media, dan ditempatkan dalam

media kedua untuk penumbuhan tambahan. Metode awal yang dipakai 40 atau 50 tahun yang

lalu yaitu menggunakan botol untuk menyimpan campuran, dan pertumbuhan yang

dihasilkan berupa satu lapis virus di permukaan media. Peneliti kemudian menemukan bahwa

jika botol itu berubah posisi saat virus tumbuh, virus bisa tetap dihasilkan karena lapisan

virus tumbuh pada semua permukaan dalam botol.

Gambar 7.1. Proses pembuatan vaksin skala laboratorium

Sebuah penemuan penting dalam tahun 1940-an adalah bahwa pertumbuhan sel

sangat dirangsang oleh penambahan enzim pada medium, yang paling umum digunakan yaitu

tripsin. Enzim adalah protein yang juga berfungsi sebagai katalis dalam memberi makan dan

pertumbuhan sel.

Dalam praktek saat ini, botol tidak digunakan sama sekali. Virus yang sedang tumbuh

disimpan dalam wadah yang lebih besar namun mirip dengan pabrik sel, dan dicampur

dengan “manik-manik,” partikel mikroskopis dimana virus dapat menempelkan diri.

Penggunaan “manik-manik” memberi virus daerah yang lebih besar untuk menempelkan diri,

dan akibatnya, pertumbuhan virus menjadi yang jauh lebih besar. Seperti dalam pabrik sel,

suhu dan pH dikontrol secara ketat. Waktu yang dihabiskan virus untuk tumbuh bervariasi

sesuai dengan jenis virus yang diproduksi, dan hal itu sebuah rahasia yang dijaga ketat oleh

pabrik.

92

7.3.3 Pemisahan Virus

Ketika sudah tercapai jumlah virus yang cukup banyak, virus dipisahkan dari manik-manik

dalam satu atau beberapa cara. Kaldu ini kemudian dialirkan melalui sebuah filter dengan

bukaan yang cukup besar yang memungkinkan virus untuk melewatinya, namun cukup kecil

untuk mencegah manik-manik dapat lewat. Campuran ini sentrifugasi beberapa kali untuk

memisahkan virus dari manik-manik dalam wadah sehingga virus kemudian dapat

dipisahkan. Alternatif lain yaitu dengan mengaliri campuran manik-manik dengan media lain

sehingga mencuci manik-manik dari virus.

Gambar 7.2. Skema pemisahan strain virus untuk membuat vaksin virus

7.3.4 Memilih Strain Virus

Vaksin bisa dibuat baik dari virus yang dilemahkan atau virus yang dimatikan. Pemilihan satu

dari yang lain tergantung pada sejumlah faktor termasuk kemanjuran vaksin yang dihasilkan

dan efek sekunder. Virus yang dibuat hamper setiap tahun sebagai respon terhadap varian

baru virus penyebab, biasanya berupa virus yang dilemahkan. Virulensi virus bisa

menentukan pilihan; vaksin rabies, misalnya, selalu vaksin dari virus yang dimatikan.

Jika vaksin dari virus dilemahkan, virus biasanya dilemahkan sebelum dimulai proses

produksi. Strain yang dipilih secara hati-hati dibudidayakan (ditumbuhkan) berulang kali di

berbagai media. Ada jenis virus yang benar-benar menjadi kuat saat mereka tumbuh. Strain

ini jelas tidak dapat digunakan untuk vaksin „attenuated‟. Strain lainnya menjadi terlalu

lemah karena dibudidayakan berulang-ulang, dan ini juga tidak dapat diterima untuk

penggunaan vaksin. Seperti bubur, kursi, dan tempat tidur yang disukai Goldilocks, hanya

93

beberapa virus yang “tepat” mencapai tingkat atenuasi yang membuat mereka dapat diterima

untuk penggunaan vaksin, dan tidak mengalami perubahan dalam kekuatannya. Teknologi

molekuler terbaru telah memungkinkan atenuasi virus hidup dengan memanipulasi molekul,

tetapi metode ini masih langka.

Gambar 7.3. Skema kultivasi sel hospes untuk membuat vaksin

Virus ini kemudian dipisahkan dari media tempat dimana virus itu tumbuh. Vaksin

yang berasal dari beberapa jenis virus (seperti kebanyakan vaksin) dikombinasikan sebelum

pengemasan. Jumlah aktual dari vaksin yang diberikan kepada pasien akan relatif kecil

dibandingkan dengan jumlah medium yang dengan apa vaksin tersebut diberikan. Keputusan

mengenai apakah akan menggunakan air, alkohol, atau solusi lain untuk injeksi vaksin,

misalnya, dibuat setelah tes berulang-ulang demi keselamatan, steritilitas, dan stabilitas.

7.3.5 Pengontrolan Kualitas

Untuk melindungi kemurnian vaksin dan keselamatan pekerja yang membuat dan mengemas

vaksin, kondisi kebersihan laboratorium diamati pada seluruh prosedur. Semua transfer virus

dan media dilakukan dalam kondisi steril, dan semua instrumen yang digunakan disterilisasi

dalam autoklaf (mesin yang membunuh organisme dengan suhu tinggi, dan yang berukuran

sekecil kotak perhiasan atau sebesar lift) sebelum dan sesudah digunakan. Pekerja yang

melakukan prosedur memakai pakaian pelindung yang meliputi gaun Tyvek sekali pakai,

sarung tangan, sepatu bot, jaring rambut, dan masker wajah. Ruangan pabrik sendiri memakai

AC yang khusus sehingga jumlah partikel di udara minimal.

94

Gambar 7.4. Gaun Tyvek untuk melindungi pekerja yang membuat dan mengemas vaksin

7.3.6 Proses Perizinan

Dalam rangka untuk peresepan obat untuk dijual di Amerika Serikat, produsen obat harus

memenuhi persyaratan lisensi yang ketat yang ditetapkan oleh hukum dan diberlakukan oleh

Food and Drug Administration (FDA). Semua obat yang diresepkan harus menjalani tiga

tahap pengujian, meskipun data dari fase kedua kadang-kadang dapat digunakan untuk

memenuhi kebutuhan tahap ketiga.

Tahap 1 pengujian harus membuktikan bahwa obat aman, atau setidaknya tidak ada

efek yang tidak diinginkan atau tak terduga akan terjadi dari pemberiannya. Jika obat dapat

melewati tahap 1 pengujian, di samping harus diuji efektivitasnya (obat harus memiliki efek

apa yang seharusnya). Obat-obatan yang tidak berguna tidak dapat dijual, atau yang membuat

klaim untuk efek yang sebenarnya tidak dimiliki. Akhirnya, tahap 3 pengujian ini dirancang

untuk mengukur efektivitas obat. Meskipun vaksin diharapkan memiliki efektivitas hampir

100%, obat-obat tertentu mungkin dapat diterima bahkan jika mereka mempunyai efektivitas

yang minimal, asalkan dokter yang meresepkan mengetahuinya.

Seluruh proses produksi ditelaah dengan hati-hati oleh FDA dengan mempelajari

catatan prosedur serta mengunjungi tempat produksi itu sendiri. Setiap langkah dalam proses

produksi harus didokumentasikan, dan produsen harus menunjukkan suatu “kontrol yang

tetap” untuk proses produksi. Ini berarti bahwa prsedur yang teliti harus terjaga untuk setiap

langkah dalam proses, dan harus ada instruksi tertulis untuk setiap langkah dari proses.

Kecuali dalam kasus-kasus kesalahan yang memilukan, FDA tidak menentukan apakah setiap

langkah dalam proses benar, tetapi hanya bahwa itu aman dan cukup terdokumentasi dengan

baik untuk dilakukan, seperti yang ditetapkan oleh produsen.

95

7.3.7 Masa depan Vaksin

Memproduksi vaksin antivirus yang aman dan dapat dimanfaatkan melibatkan sejumlah besar

langkah yang, sayangnya, tidak selalu dapat dilakukan pada setiap virus. Masih banyak yang

harus dilakukan dan dipelajari. Metode baru dari manipulasi molekul telah menyebabkan

lebih dari satu ilmuwan meyakini bahwa teknologi vaksin baru sekarang memasuki “zaman

keemasan.” Perbaikan vaksin sangat mungkin dilakukan di masa depan. vaksin Rabies,

misalnya, menghasilkan efek samping yang membuat vaksin tidak memuaskan untuk

imunisasi masal, di Amerika Serikat, vaksin rabies sekarang digunakan hanya pada pasien

yang telah tertular virus dari hewan yang terinfeksi dan mungkin bila tanpa imunisasi,

menjadi penyakit yang fatal.

7.4 VAKSIN DNA

Inovasi bioteknologi terutama rekombinan DNA telah membuka kemungkinan baru untuk

memproduksi vaksin hidup dengan mudah. Untuk melakukan itu dibutuhkan organisme

vektor yang sesuai, dan virus vaccinia merupakan vektor yang paling terkenal saat ini

disamping cytomegalovirus sebagai calon vektor potensiil. Virus vaccinia sudah lama dikenal

dan digunakan untuk vaksinasi smallpox. Selama digunakan, sudah tak diragukan lagi

keefektifannya dan relatif aman, stabil, serta mudah cara pemberiannya.

Virus vaccinia mempunyai beberapa karakteristik yang khas sehingga terpilih sebagai

vektor untuk menghasilkan vaksin rekombinan hidup. la merupakan virus DNA, manipulasi

genetik dapat dilakukan relatip mudah, ia mempunyai genome yang dapat menerima banyak

DNA asing, mudah ditumbuhkan dan dimurnikan serta mempunyai range host yang lebar

pada manusia dan hewan.

Sifat virus vaccinia memungkinkan dilakukan rekayasa genetika dan mampu

mengekspresikan informasi antigen asing dari berbagai patogen. Bila vaksin hidup hasil

rekombinan ini digunakan untuk vaksinasi binatang maka binatang tersebut akan

memperlihatkan respon imunologis terhadap antigen patogenik yang dimaksud. Beberapa

laporan percobaan telah memperlihatkan vaksinasi binatang percobaan dengan virus

rekombinan berhasil melindungi binatang ini terhadap penyakit yang berhubungan. Beberapa

laporan telah mengekspresikan berbagai penyakit, seperti herpes simplex virus glycoprotein,

influenza virus hemagglutinin, hepatitis B virus surface antigen, rabies virus glycoprotein,

plasmodium knowlesi sporozoite antigen dan sebagainya. Rekombinan ini telah

memperlihatkan reaksi kekebalan terhadap patogen-patogen tersebut.

96

Ekspresi gen asing pada hewan dapat dicapai melalui administrasi sederhana DNA

rekombinan, seperti penelitian yang pertama menunjukkan lebih dari 20 tahun yang lalu

meskipun dorongan untuk aplikasi terakhir untuk vaksin biasanya ditelusuri Wolff dkk. pada

tahun 1990.

Segera setelah itu, induksi respon antibodi, respon T-limfosit sitotoksik (CTL), dan

kekebalan protektif oleh vaksin DNA dalam model hewan mematikan dilaporkan. Sejak itu,

bidang vaksin DNA (juga disebut vaksin genetik) telah sangat aktif. Selama satu dekade

terakhir, utilitas umum pendekatan ini untuk profilaksis dan terapi dari penyakit menular dan

tidak menular telah ditetapkan , yang berpuncak pada uji klinis banyak vaksin DNA yang

berbeda terhadap manusia. Beberapa teknologi vaksin DNA generasi kedua telah

dikembangkan dan beberapa sekarang memasuki evaluasi klinis.

7.4.1 Pembentukan Vaksin DNA dan Imunologi

Vaksin yang efektif memiliki tiga komponen utama, yaitu (1) antigen terhadap respon imun

adaptif yang dihasilkan, (2) stimulus kekebalan (adjuvan) untuk sinyal sistem kekebalan

tubuh bawaan untuk mempotensiasi respon antigen spesifik, dan (3) sistem pengiriman

(delivery system) untuk memastikan bahwa antigen dan adjuvant dikirim bersama-sama pada

waktu dan lokasi yang tepat. Untuk vaksin DNA, antigen diproduksi in situ, meskipun pada

tingkat yang sangat rendah. Jadi, potensi vaksinDNA tergantung, kepada efektifitas plasmid

ekspresifnya.

7.4.2 Ekspresi Vaksin DNA Plasmid

Sebagian besar vaksin DNA yang diuji selama decade terakhir terjadi dari plasmid

konvensional dengan ekspresi eukariotik. Elemen pentinng dari plasmid tersebut adalah

promoter, yang memasukkan gen, sekuens poliadenilasi, asal bakteri replikasi untuk

memperoduksi pada Escherichia coli, dan gen resistensi antibiotic untuk seleksi.

Biasanya digunakan promoter virus yang kuat, seperti promoter inisiasi intermediate

sitomegalovirus dengan intron A. hal ini memastikan, produksi antigen yang tinggi dalam

banyak jenis jaringan, untuk meningkatkan respon imun. Jenis promoter tertentu, termasuk

mereka yang

Jenis tertentu promotor, termasuk mereka yang ekspresi mungkin terbatas pada jenis

tertentu jaringan, juga telahdigunakan dengan sukses. Ini termasuk otot creatine kinase, major

histocompatibility complex (MHC) kelas I, desmin, dan faktor elongasi 1-α promotor.

Keuntungan potensipromotor jaringan-spesifik atas promotor virus adalah mereka dapat

97

memberikan keamanan karena distribusi iproduksi antigen yang terbatas setelah vaksinasi.

Juga, promotor virus tertentu dapat pula diatur oleh sitokin, yang diproduksi in situ setelah

vaksinasi DNA.

Tipe lain dari vaksin DNA plasmid diperkenalkan baru-baru ini mengkodekan

replicon RNA alphavirus. Alphavirus plasmid replikan berdasarkan virus Sindbis

menggabungkan “replikase” gen protein nonstruktural dan sinyal cis replikasi, sehingga

transkripsi primer dari promotor RNA polymerase II (misalnya CMV) membuat replicon

vector RNA mampu mengarahkan amplifikasi sitoplasmiknya sendiri dan mengekspresikan

gen heterolog encoded penjelasan yang mungkin untuk meningkatkan efektivitas ini meliputi:

(1) amplifikasi mRNA pada sitoplasma oleh replicon RNA yang dapat meningkatkan

tingkatekspresi, (2) kehadiran dsRNA intermediate yang dapat bertindak untuk merangsang

sistem kekebalan tubuh bawaan, (3) ekspresi lain protein nonstruktural Alphavirus yang

mungkin menyediakan tambahan epitop sel T-helper, dan (4) induksi apoptosis kematian

sel pada sel transfected dengan pSIN, yang dapat mempermudah cross-priming respon sel Tl.

Jenis ketiga vaksin DNA terdiri dari rangkaian DNA linear yang mengandung hanya

promotor, gen, dan polyadenylation site. Vaksin DNA ini bisa dalam bentuk urutan DNA

bersebelahan yang mengandung semua elemen diatas atau gen hibridisasi dengan urutan

promotor danpengakhiran. Versi terakhir memberikan kesempatan untuk cepat menghasilkan

vaksin DNA dengan amplifikasi PCR tanpa perlu untuk transformasi bakteri sehinggamemfas

ilitasi pemutaran sejumlah besar kandidat vaksin

7.4.3 Pengiriman Vaksin DNA

Setelah penyuntikan IM, DNA plasmid dengan cepat terdegradasi oleh nucleases yang ada

dalam jaringan dan oleh makrofag dalam otot yang DNA phagocytose, dengan DNA yang

sangat sedikit disuntik akhirnya menyebabkan transfeksi sel. Selain itu, menyuntikkan DNA

memiliki distribusi terbatas dalam otot, yang terkonsentrasi, misalnya, di tempat suntikan dan

pinggiran jaringan pada tikus. Dengan demikian, jarum injeksi sederhana adalah cara yang

efisien untuk memberikan vaksin DNA. Akibatnya, berbagai metode untuk memfasilitasi

pengiriman DNAvaccines telah dieksplorasi.

Alternatif yang paling umum untuk jarum injeksi adalah gene gun, yang mendorong

manik-manik emas dilapisi dengan DNA langsung ke dalam sel di kulit Berbagai noninvasif

rute pengiriman DNA juga telah dievaluasi. Termasuk intranasal, oral, intravaginal, dan

secara topikal pada kulit. Dalam banyak kasus, khususnya melalui rute oral, nakedDNA tidak

efektif karena degradasi yang cepat oleh enzim hidrolitik. Oleh karena itu, dirancang

98

formulasi untuk melindungi DNA dari pencernaan, seperti enkapsulasi menjadi partikel

kitosan, polylactidecoglycolide[PLG], atau liposom.

Untuk injeksi vaksin DNA secara parenteral,naked DNA telah efektif dalam model

binatang kecil, tapi, seperti yang disebutkan di atas, ada banyak ruang untuk memperbaiki

efisiensi pengiriman DNA.

Untuk tujuan ini, dua pendekatan dasar telah diambil: (1) untuk meningkatkan

efisiensi uptake DNA oleh sel-sel dalam injected tissue (misalnya miosit) untuk

memfasilitasi cross-priming dari respon imun dan (2) untuk menargetkan DNA ke APC

untuk memfasilitasi cross-priming respon imun.

Pertama, untuk meningkatkan distribusi DNA dan uptake pada infected tissue, teknik

fisik umumnya sudah merupakan yang paling efektif. Ini termasuk pendekatan gene gun

tersebut, perangkat jarum-bebas (seperti Biojector) dirancang untuk menghasilkan

distribusi yang lebih baik dari vaksin, dalam elektroporasi vivo atau sonoporation untuk

menimbulkan diskontinuitas transient dalam membran plasma sel, danpenggunaan inokulasi

bervolume besar untuk menimbulkan tekanan hidrostatiktinggi lokal dalam jaringan . Teknik

ini membutuhkan perangkat dan ada pula yang rumit, melibatkan prosedur invasive yang

mungkin tidaksesuai atau praktis untuk digunakan secara luas dengan vaksin profilaksis.

Kedua,untuk target APC untuk penyerapan vaksin DNA, formulasi umumnya digunakan.

Liposom dan mikropartikel berdasarkan PLG dan kitosan telahmenjadi strategi yang sangat

efektif ( dalam teori) ,karena dengan ukuran hampir sama mereka untuk patogen.

Bekerjadengan vaksin DNA teradsorpsi ke permukaan mikropartikel PLG telahmenun

jukkan secara efisien ke DC in vitro, peningkatan transfeksi sel dalam kelenjar getah

bening tikus yang dikeringkan, dan ditandai peningkatanpotensi vaksin DNA, tergantung

pada ukuran mikropartikel. Pengamatan ini konsisten dengan hipotesis bahwa target

mikropartikel vaksin DNA untuk APC in vivo. Teknik ini untuk pengambilan DNA oleh sel-

sel meningkatkan langkah pertama dalam memfasilitasi transfeksi. Setelah di endosome,

plasmid DNA harus menemukan jalan mereka ke dalam sitoplasma dan kemudian inti.

Dengan demikian, perbaikan lebih lanjut dalam pengiriman DNAdapat dicapai melalui

dimasukkannya komponen yang mendestabilisasi membranendosomal dan target DNA inti.

Yangterakhir ini mungkin sangat penting untuk transfeksi sel otot, yang terminally

dibedakan, sehingga nuclearmembranetetap utuh.

99

7.4.4 Aplikasi Teknik Nuklir Dalam Pembuatan Vaksin

Berdasarkan bahan dasarnya, vaksin dibagi menjadi empat tipe yaitu (1) vaksin dengan bahan

dasar organisme patogen yang dimatikan atau inaktif; (2) vaksin dengan parasit yang

dilemahkan atau daya virulensinya rendah; (3) vaksin dengan subunit protein hasil purifikasi,

rekombinasi atau proses kimia; dan (4) vaksin asam nukleat baikdeoxyribonucleic

acid (DNA) maupun ribonucleic acid (RNA).

Hal yang mulai dikembangkan untuk pembuatan vaksin adalah dengan memanfaatkan

efek radiasi. Suatu materi hidup seperti sel, bila terkena sinar gamma akan mengalami

kerusakan secara langsung atau tidak langsung. Efek langsung adalah terjadinya pemutusan

ikatan senyawa-senyawa penyusun sel. Efek tidak langsung terjadi karena materi sel

terbanyak adalah air yang apabila terkena sinar gamma akan mengalami hidrolisis dan

menghasilkan radikal bebas. Radikal bebaslah yang akan menyebabkan kerusakan materi sel.

Target utama bagian sel adalah DNA yang merupakan sumber informasi genetik sel.

Perubahan genetik sel akan berakibat pada terganggunya kinerja atau kematian sel. DNA

yang terkena radiasi akan mengalami pemutusan rantai dan dapat kembali menyusun ulang

urutan basa nitrogennya. Hasil penyusunan kembali tersebut dapat sama atau berbeda dengan

semula. Penyusunan ulang yang berbeda dapat berakibat pada kematian sel, mutasi atau

transformasi. Efek-efek yang ditimbulkan sinar gamma tersebut dapat digunakan untuk

mengiradiasi agen penyakit yang berasal dari virus, bakteri, protozoa dan cacing.

Vaksin yang menggunakan iradiasi dibagi menjadi dua macam, yaitu vaksin aktif dan

vaksin inaktif. Vaksin aktif adalah vaksin dengan bahan dasar organisme hidup yang telah

dilemahkan dengan proses iradiasi, sedangkan vaksin inaktif adalah vaksin dengan bahan

dasar organisme mati hasil iradiasi. Vaksin inaktif sendiri dibagi menjadi dua, yaitu vaksin

aktif rekombinan dan non rekombinan. Vaksin inaktif rekombinan diperoleh dengan cara

melemahkan organism terlebih dahulu melalui teknik rekombinan setelah itu diinaktivasi

dengan iradiasi. Vaksin inaktif non rekombinan adalah pemakaian iradiasi untuk inaktivasi

organisme patogen secara langsung.

Vaksin aktif yang telah dilemahkan biasanya digunakan untuk parasit yang bersifat

intraselular yang berasal dari protozoa dan cacing. Beberapa penelitian vaksin yang saat ini

dikembangkan baik pada manusia maupun hewan menggunakan teknik nuklir untuk

melemahkan organisme patogen, seperti untuk protozoa dan cacing.

Keuntungan vaksin jenis ini adalah dapat mengaktifkan seluruh fase sistem imun,

meningkatkan respon imun terhadap seluruh antigen (proses inaktivasi dapat menyebabkan

perubahan antigenisitas), durasi imunisitas lebih panjang, biaya lebih murah, lebih cepat

100

menimbulkan respon imunitas, mudah dibawa ke lapangan, dapat mengurangi wild type.

Tetapi vaksin jenis ini memiliki beberapa kelemahan dimana vaksin ini kurang baik apabila

digunakan pada daerah tropis dan pada penderita penyakit defisiensi imun serta adanya

kemungkinan terjadi mutasi balik yang menyebabkan daya virulensi menjadi tinggi.

Hasil percobaan terdahulu menunjukkan bahwa booster yang diberikan akan

bermanfaat apabila diberikan pada saat tingkat produksi/titer antibodi menjelang puncaknya,

sehingga akan meningkatkan daya kekebalan pada hewan yang bersangkutan. Disamping itu

pertambahan bobot badan hewan tidak terganggu karena parasit penantang yang diberikan

tidak bisa berkembang dan tidak infektif lagi. Kegiatan percobaan ini merupakaan kelanjutan

dalam menguji bahan vaksin iradiasi untuk melihat potensi dan keamanannya serta

penerapannya pada kondisi lapang. Dosis iradiasi terhadap parasit yang digunakan adalah 45

Gy di Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN Jakarta. Contoh vaksin aktif

protozoa adalah malaria pada stadium sporozoit dengan dosis iradiasi berkisar 150 – 200 Gy.

Vaksin inaktif contohnya Leishmania, yaitu penyakit Kala-azar yang ditimbulkan oleh

protozoa. Keuntungan vaksin ini adalah memberikan imunitas humoral yang tinggi bila

diberikan booster, tidak menyebabkan mutasi atau reversi, dapat digunakan untuk pasien

defisiensi imun, cocok digunakan untuk daerah tropis tetapi vaksin jenis ini

membutuhkanbiaya yang lebih tinggi karena membutuhkan booster.

Vaksin inaktif rekombinan contohnya untuk penyakit yang disebabkan

bakteri Brucellaabortus, yaitu penyakit menyebabkan keguguran pada ternak ruminansia

maupun manusia. Rekombinasi dilakukan untuk melemahkan bakteri dengan cara

menginsersikan gen plasmid bakteri Escherichia coli sehingga B. abortus memiliki

karakteristik membran yang samadengan E. coli. Selanjutnya mutan tersebut

yang diinaktivasi dengan iradiasi sinar gamma dengan dosis 300 Gy.

Hal yang penting selain mendapatkan dosis optimum iradiasi selama melakukan

pengembangan vaksin adalah optimasi laju dosis. Laju dosis akan mempengaruhi proses

kualitas vaksin yang diinaktivasi atau dilemahkan.

7.5 VAKSIN VIRUS POLIO

Dalam proses imunisasi polio, ada dua macam vaksin yang digunakan, yaitu IPV (inactivated

poliovirus vaccine) dan OPV (oral poliovirus vaccine). Kedua jenis vaksin ini berasal dari

virus polio yang dikulturkan pada sel Vero yang berasal dari Monkey kidney dan keduanya

mengandung vaksin virus polio serotype 1, 2, dan 3. Perbedaan kedua vaksin ini adalah,

kalau IPV merupakan virus yang sudah dinonaktifkan (inactivated) dengan formaldehyde,

101

sehingga sifat virusnya hilang termasuk sifat perkembang biakannya, sedangkan OPV adalah

virus yang masih hidup.

Pada IPV, yang berfungsi sebagai vaksin (antigen) adalah protein-protein dari virus

tersebut, terutama protein kapsid (capsid protein) yang mengandung gugusan epitop antigen

(antigenic epitope). Berlawanan dengan IPV, OPV adalah virus yang masih hidup dan

mempunyai kamampuan untuk berkembang biak, tetapi hampir tidak bersifat patogen karena

sifat patogennya sudah dilemahkan. Oleh karena itu OPV juga dinamakan live-attenuated

poliovirus vaccine. Pada OPV yang berfungsi sebagai antigen adalah virus itu sendiri. Karena

OPV mampu berkembang biak, setelah vaksinasi, virus akanberkembang biak di usus

penerima vaksin (resepien) dan menyebar ke seluruh tubuh melalui saluran darah. Oleh

karena itu, OPV akan membuat daya imun yang lama dan bahkan dikatakan bisa untuk

seumur hidup. Selain itu, virus yang terekresi oleh resepien akan terinfeksi kepada orang-

orang yang berhubungan dengan resepien, dan otomatis berkembang biak dan memberi daya

imun terhadap orang-orang tersebut.

7.6 REFERENSI

1. Kayser, O., dan Muller, R.H. (2004). Pharmaceutical Biotechnology; Drug Discovery and

Clinical Applications. Willey-VCH: German.

2. Radji, M. (2011). Rekayasa Genetika; Pengantar untuk Profesi Kesehatan. Sagung Seto: Jakarta.