Kimia Bahan Alam Kelautan Prof. Dr. Dian Handayani Fakultas Farmasi Universitas Andalas 2014
2/14/2014
1
Deskripsi Mata Kuliah
2/14/2014
Mata kuliah ini membahas tentang konsep dasar ilmu Kimia Bahan Alam Kelautan (KBA Kelautan) yang meliputi biosintesa senyawa metabolit sekunder yang berasal dari laut. Pada KBA Kelautan dibahas golongan senyawa alami yang memiliki bioaktivitas menarik dan potensial sebagai bahan obat dan nutraseutical 2
Tujuan Instruksional Umum 1. 2.
3. 4.
2/14/2014
Setelah menyelesaikan kuliah ini, diharapkan mahasiswa mampu: menjelaskan konsep dasar ilmu kimia bahan alam, Menjelaskan perbedaan antara senyawa metabolit yang berasal dari daratan dan laut, memahami proses penemuan obat baru mengenal potensi sumber daya laut sebagai sumber penghasil bahan obat dan nutraseutical baru.
3
Silabus
2/14/2014
Pendahuluan dan ruang lingkup KBA Kelautan. Tahapan Penemuan Obat. Senyawa Bioaktif dari Ganggang, Jamur dan Bakteri Laut. Senyawa Bioaktif dari Invertebrata Laut. Biosintesa Senyawa Bioaktif dari Laut. Alkaloid Bioaktif dari Laut. Peptida Bioaktif dari Laut. Nutraseutikal Laut. Bahan aktif dari mikroorganisme laut untuk nutraseutikal modern. Kitosan dan derivatnya. Aplikasi Biologis dan Biomedik nutraseutika laut. 4
Literatur Bhakuni,
D.S. and Rawat, D.S., Bioactive Marine Natural Products, Springer, India, 2005. Kim, S-K, (ed.), Marine Nutraceuticals, CRC Press, 2013.
2/14/2014
5
Metoda Penemuan Obat
2/14/2014
Terutama di Industri Farmasi – Bagian Research and Development (R&D) Peningkatan produktivitas R&D: Peningkatan efisiensi R&D (penurunan harga dan mempersingkat waktu ke market) Saat ini industri farmasi berhasil meningkatkan produktifitas R&D, khususnya dengan cara reengineering proses pengembangannya. 6
Sisi Ekonomi: Penemuan Obat dan Pengembangannya
Pada industri-industri farmasi terkemuka: Sekitar 20% laba dimanfaatkan untuk R&D Persentasi tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan industri lainnya, seperti elektronik, kapal terbang, automobil dan komputer. Meskipun jumlah pengeluaran dan usaha yang besar dari industri farmasi terhadap R&D, setiap tahun jumlah obat terapi baru semakin berkurang
2/14/2014
7
Jumlah Obat Baru
Tahun 1960: 70 – 100 Tahun 1970: 60 – 70 Tahun 1980: 50 Tahun 1990: < 40
Tahun 1996: “Innovation Defisit”
2/14/2014
8
Periode rata-rata tahapan penemuan obat dan perioda pengembangannya 2/14/2014
9
Alokasi R&D terhadap persentase fungsi IND: Investigational New Drug, NAD: New Drug Application 2/14/2014
10
Innovation Defisit disebabkan oleh meningkatnya kebutuhan terhadap obat aman
2/14/2014
Jumlah rata-rata pengujian klinis tiap aplikasi obat baru (NDA) mengalami peningkatan tiap tahun tahun 1970: 30 pengujian tahun 1980: 40 pengujian tahun 199o: 70 pengujian klinis Jika pada tahun 1980 an diperlukan 1500 pasien sukarelawan untuk NAD, maka pada saat ini diperlukan sekitar 4000 pasien sukarekawan Peningkatan kebutuhan akan obat baru aman mengakibatkan bertambah lamanya waktu yang dibutuhkan dalam proses pengembangan obat baru 11
Total waktu yang dibutuhkan dalam proses pengembangan obat baru: Tahun 1960 an: 8,1 tahun Tahun 1970 an: 11,8 tahun Tahun 1980 an: 14,2 tahun Tahun 1990 an meningkat lagi menjadi 14,9 tahun. Keamanan obat merupakan faktor yang tidak dapat dikompromikan, sehingga hal yang sangat dibutuhkan adalah adanya metoda yang dapat meningkatkan produktifitas R&D, yang mengakselerasi penemuan obat dan mengurangi tingkat kegagalan selama proses pengembangan obat
2/14/2014
12
Tumbuh-tumbuhan merupakan sumber utama penghasil senyawa kimia bioaktif Penggunaan tumbuhan sebagai obat secara turun temurun (Obat tradisional) Persentase Perdagangan Obat di pasar: 25% berasal dari tumbuhan 12% berasal dari mikroorganisme sisanya merupakan obat-obat sintetis
Obat berasal dari Laut ?
2/14/2014
13
Biodiversiti Flora dan Fauna Laut
2/14/2014
≈ 70% permukaan bumi: Laut Jumlah jenis organisme laut diperkirakan meliputi ½ dari jumlah total biodiversiti global dengan estimasi antara 3 juta hingga 500 juta spesies Jumlah jenis organisme laut? Kendala: Identifikasi pada laut dalam Tumbuhan laut: ≈ 20.000 jenis (tumbuhan tingkat tinggi terestrial 300.000 – 350.000 jenis) Kendala: Keterbatasan dalam mendapatkan sinar matahari 14
Kendala-kendala :
“Ethnomedical History” sedikit yang dilaporkan Senyawa tertua dilaporkan: zat warna purpur, 1600SM, dari keong laut Murex sp. Materia Medika kuno Cina melaporkan penggunaan beberapa jenis alga dan ganggang sebagai obat cacing (anthelmintik) Digenia simplex diisolasi dan dikarakterisasi di Jepang (1950 an) menghasilkan senyawa bioaktif: asam α-kainoat. 20 tahun kemudian, diketahui bahwa senyawa ini dan derivat asam amino lainnya memiliki aktifitas neurobiologis tinggi dan berguna dalam studi penyakit syaraf (Huntington’disease dan epilepsi). Bagian struktur senyawa ini adalah GABA (asam γ-amino butirat), senyawa yang menghambat transmisi syaraf pada otak mamalia. Organisme laut lainnya yang banyak dilaporkan di Cina: penggunaan invertebrata laut (ikan dan kerang/keong)
Kesulitan dalam memdapatkan dan mengkoleksi organisme laut
2/14/2014
15
Penelitian terhadap senyawa bioaktif laut berkembang dengan pesat mulai tahun 1950an seiring dengan meningkatnya kebutuhan obat baru
2/14/2014
Tahun 1951 penelitian terhadap spon laut Crytothethia crypta menghasilkan Spongouridin (Ara-U) dan Spongothymidin (Ara-T) Senyawa model (Lead Structure) dalam sintesa obat anti virus Ara-A Tahun 1969 ditemukan derivat prostaglandin pada soft coral Plexaura homomalla Tahun berikutnya: Perkembangan pesat pada penelitian terhadap senyawa metabolit sekunder laut 16
2/14/2014
1977-1987: ≈ 2500 senyawa metabolit sekunder dilaporkan berasal dari laut 1999: terbit lebih dari 200 publikasi ilmiah tentang struktur dan bioaktifitas senyawa bioaktif laut. Marinlit tahun 2001: melaporkan lebih dari 13000 senyawa kimia dari laut (gol. Alkaloid, peptida, terpenoid/steroid, fenilpropan dsb.) Organisme laut merupakan sumber potensial penghasil senyawa bioaktif alami, dengan struktur beranekaragam dan tidak titemukan pada tumbuh-tumbuhan. 17
2/14/2014
Senyawa bioaktif laut yang telah dikarakterisasi seringkali gagal diproses lebih lanjut menjadi obat-obat baru. Alasan- alasan utamanya: Tidak terdapat informasi dari mekanisme kerja farmakologis zat aktif Senyawa yang telah dipublikasi kehilangan nilai terhadap industri farmasi
18
Strategi Pencarian Obat (Drug Discovery Tools)
2/14/2014
High Througput Screening (HTS); assays with spesific pharmacological targets Kerjasama antara industri farmasi dan institusi akademika Contoh: Australia Inst. Of Marine Science dengan AMRAD National Products (Australia) NCI (U.S. National Cancer Institut’s) dengan berbagai institusi akademika di seluruh dunia
19
Alur Pengembangan Bahan Alam terhadap Pengujian Klinis Lead Compounds
Analogs
Clinically Useful Drugs
Natural Products
Molecular Probes
2/14/2014
Define Receptors
Drug Design
20
Persen Aktifitas Invertebrata Laut terhadap Sel Leukemia P388 (Skrining NCI, 1979)
2/14/2014
Kelompok Porifera
% Aktifitas 5.3
Jumlah Test 1,702
Ctenophora Cnidaria Annelida Arthropoda Mollusca Echinodermata Tunicata
8.3 4.4 2.5 2.2 3.7 3.8 5.2
12 2,089 158 1,128 2,411 1,515 425 21
Kuantitas Sampel dan Data Biologis Berbagai Tahapan Pengembangan Obat
Tujuan
Tahapan Pengembangan Obat dari Alam Rekoleksi Koleksi I Rekoleksi I Skala besar Isolasi Skrening Toksikologi Identikasi Kimia Fraksinasi Farmakologi Studi klinis Formulasi
Jumlah sampel
1 kg
Studi Biologis
Taksonomi Biologi Ekologi
2/14/2014
50 – 200 kg Distribusi Keberadaan Variasi kimia
500 – 5,000 kg Physiological ecology Chemical ecology Alternate sources
22
Laut sebagai penghasil senyawa bioaktiv alami
Dalam lingkungan laut, banyak organisme tidak dapat bergerak cepat, seperti untuk melarikan diri predator. Selain itu, adanya persaingan untuk ruang/tempat akibatnya bunga karang, koral dan invertebrata laut lainnya mensintesis aenyawa bioaktiv untuk: 1. Membela diri terhadap predator; 2. Mencegah hewan lain menempati ruang mereka; 3. Cari jodoh/pasangannya 4. Melindungi diri dari serangan mikroba patogen.
2/14/2014
23
Potensi Senyawa Kimia Bahan Alam Kelautan Air meliputi 70 persen dari planet kita dan menyediakan lingkungan yang kaya dan belum dimanfaatkan dalam menghasilkan senyawa baru yang dapat dikaji dan diisolasi untuk digunakan sebagai:
● obat-obatan farmasi, ● aplikasi biomedis lainnya, ● industri makanan, ● produk pertanian, dan ● produk kosmetik
http://www.kidsgeo.com/images/oceans.jpg
Senyawa Kimia Alami yang digunakan dalam pengobatan dan suplemen Squalamine adalah senyawa kimia yang diisolasi dari hati dan perut dari Spiny Dogfish.
C34H65N3O5 S
Squalamine menunjukkan aktivitas melawan tumor dan saat ini sedang dipelajari sebagai obat yang potensial. Senyawaini juga dijual sebagai suplemen makanan untuk meningkatkan sistem kekebalan tubuh. http://www.cancerchoices.com/Merchant 2/merchant.mvc?Screen=PROD&Store_Co de=001&Product_Code=Squalamax&Categ ory_Code=
http://www.boydski.com/diving/photos/Sharks/Dogfish.jpg
Senyawa Kimia Alami Laut sebagai bahan kosmetika Senyawa alami pseudopterosin diisolasi dari soft coral asal Karibia yang disebut sea whip
(Pseudopterogorgia elisabethae).
● Senyawa pseudopterosins
http://slimages.macys.com/is/im age/MCY/products/0/optimized/2 38640_fpx.tif?bgc=255,255,255& wid=327&qlt=90,0&layer=comp& op_sharpen=0&resMode=bicub& op_usm=0.7,1.0,0.5,0&fmt=jpeg
terbukti memiliki aktivitas anti-inflammasi dan saat ini telah digunakan sebagai bahan additive [ada beberapa produk Estèe Lauder untuk mencegah iritasi kulit.
http://www.marinebiotech.org/pseudopterosins.html
Kitin
Chitin is a polymer
http://nintharticle.com/solar3.html
http://www.ocean.udel.edu/horseshoecrab/research/chitin.html
http://www.ens-newswire.com/ens/mar2009/2009-03-17091.asp
