penelitian unggulan perguruan tinggi

59
1 LAPORAN TAHUNAN PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI Teknologi Biosensing DNA Untuk Deteksi Patogenik M. tuberculosis Secara Elektrokimia Menggunakan Modified Electrode Tahun ke-1 dari rencana 2 tahun Ketua Peneliti Dr. Yeni Wahyuni Hartati (NIDN: 0024097101) Anggota Peneliti Dr. Shabarni Gaffar, M.Si. (NIDN: 0025047105) Santhy Wyantuti, S.Si. M.Si (NIDN: 0026107301) UNIVERSITAS PADJADJARAN Oktober 2014 Kode/Nama Rumpun Ilmu: 112/Kimia Tema : Kesehatan

Upload: others

Post on 16-Oct-2021

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

1

LAPORAN TAHUNAN

PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

Teknologi Biosensing DNA Untuk Deteksi Patogenik M. tuberculosis

Secara Elektrokimia Menggunakan Modified Electrode

Tahun ke-1 dari rencana 2 tahun

Ketua Peneliti

Dr. Yeni Wahyuni Hartati (NIDN: 0024097101)

Anggota Peneliti

Dr. Shabarni Gaffar, M.Si. (NIDN: 0025047105)

Santhy Wyantuti, S.Si. M.Si (NIDN: 0026107301)

UNIVERSITAS PADJADJARAN

Oktober 2014

Kode/Nama Rumpun Ilmu: 112/Kimia

Tema : Kesehatan

Page 2: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

2

Page 3: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

3

RINGKASAN

Biosensor adalah suatu alat yang menggabungkan lapisan senyawa biologi ke dalam

sinyal yang dapat diukur secara analitik. Suatu biosensor DNA (atau genosensor) menggunakan

suatu DNA yang diamobilisasi sebagai elemen yang dikenal (probe). Biosensor secara

elektrokimia mengandalkan konversi pengenalan pasangan basa ke dalam suatu signal elektrik.

Kelompok penelitian kami telah berhasil mengembangkan metode biosensor DNA secara

voltammetri untuk menentukan beberapa urutan spesifik DNA

Pada penelitian ini kami melakukan pengembangan teknologi biosensing ini untuk

mendeteksi patogenik Mycobacterium tuberculosis, penginfeksi penyakit tuberkulosis (TB),

menggunakan elektrode emas termodifikasi. Dalam penelitian ini telah dilakukan isolasi DNA

dan PCR terhadap isolat, disain DNA probe dari gen insersi IS6110 M. tuberculosis, studi

modifikasi elektrode emas secara self assembly monolayer menggunakan senyawa thiol dan

karakterisasinya secara elektrokimia. Reaksi hibridisasi pada permukaan elektrode diamati dari

sinyal guanin pada potensial +0,21 V. Nilai sensitivitas yang diperoleh sebesar 0,52, dan batas

deteksi 3,47 µg mL-1

.

Page 4: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

4

PRAKATA

Segala puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada

kami tim peneliti untuk melaksanakan penelitian dan menyelesaikan penulisan Laporan Akhir

Tahun ke-1 Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi tahun 2014 yang berjudul ‖Teknologi

Biosensing DNA Untuk Deteksi Patogenik M. tuberculosis Secara Elektrokimia Menggunakan

Modified Electrode‖.

Pada kesempatan ini perkenankanlah peneliti mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional atas dana yang

telah disediakan sehingga penelitian ini dapat terlaksana.

2. Universitas Padjadjaran dan Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Unpad atas pengelolaan administrasi yang baik bagi proyek penelitian ini.

3. Dekan Fakultas MIPA, Ketua Jurusan Kimia, serta kepala Laboratorium Penelitian

Jurusan Kimia, yang telah menyediakan fasilitas bagi peneliti untuk melaksanakan

penelitian ini.

4. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian ini.

Akhir kata dengan penuh harapan dan rasa optimis, mudah-mudahan hasil penelitian ini

dapat memberikan kontribusi ilmu pengetahuan di bidang kimia analitik khususnya dalam kajian

biosensor DNA secara elektrokimia.

Bandung, Oktober 2014

Penulis

Page 5: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

5

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL .......................................................................................... 1

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ 2

RINGKASAN ......................................................................................................... 3

PRAKATA .............................................................................................................. 4

DAFTAR ISI .......................................................................................................... 5

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. 6

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... 7

BAB 1. PENDAHULUAN .................................................................................... 8

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 10

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ............................................ 20

BAB 4. METODE PENELITIAN ......................................................................... 22

BAB 5. HASIL YANG DICAPAI ........................................................................ 27

BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA ............................................... 31

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 32

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 33

LAMPIRAN

Page 6: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

6

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar SEM M.tuberculosis, Mag 15549X. CDC (Todar, 2013) ................11

Gambar 2.2 Skema umum biosensor DNA. DNA target ditangkap pada lapisan pengenalan

dan menghasilkan sinyal hibridisasi yang ditransduksi ke dalam sinyal listrik

yang berguna untuk pembacaan dan analisis (Drummond et al., 2003) ............13

Gambar 2.3. Skema tahap analisis lucutan adsorptif DNA. Tahap pertama: adsorpsi/akumulasi

asam nukleat pada permukaan elektrode, tahap kedua: pelucutan secara

elektrokimia asam nukleat yang terakumulasi (Rivas et al., 2005)…………...15

Gambar 2.4 Beberapa strategi pendekatan amobilisasi oligonukleotida sebagai probe untuk

pengembangan biosensor hibridisasi berdasarkan DNA ...................................16

Gambar 2.5 Elektrode screen printed ....................................................................................17

Gambar 4.1 Bagan alir penelitian ..........................................................................................19

Gambar 5.1 Isolat DNA ............................................................................ ............................20

Gambar 5.2 Elektroforegram hasil PCR .................................................................................21

Gambar 5.3 Urutan DNA probe dipilih dalam amplikon PCR 192 pb gen

M. tuberculosis ...................................................................................................26

Gambar 5.4 Elektrode emas..................................................................................................27

Gambar 5.5. Formation of the thiol-based monolayer ongold surface for DNA

immobilization and hybridization (Silva et al., 2010)......................................28

Gambar 5.6. Voltammogram siklis. Keterangan: merah dan biru : Au bare, , orange :

Au- modifikasi (cysteamin – glutaraldehid)…………………………………..29

Gambar 5.7. Voltamogram pulsa diferensial larutan blanko, ssDNA probe, ssDNA

target,hibridisasi ssDNA probe- ssDNA target, pada Au - SAM dalam larutan

bufer fosfat 0,1 M pH 7,0. Pemindaian potensial dari -1,0 - 1,0 V. Kecepatan

pemindaian 50 mVs-1

………………………………………………………….30

Gambar 5.8. Voltammogram DPV sinyal guanin menggunakan Au – SAM dalam larutan

bufer fosfat 0,1 M pH 7,0. (a) Au - SAM (b) Au - SAM - ssDNA probe- non

DNA komplementer; (c) Au - SAM - ssDNA probe- komplementer ssDNA.

Pemindaian potensial dari -1,0 - 1,0 V. Kecepatan pemindaian 50 mVs-1

........31

Page 7: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

7

Gambar 5.9. Kalibrasi arus puncak vs konsentrasi ssDNA target. Digunakan konsentrasi

ssDNA Target 0, 5, 10, 15, 20 μgmL-1

secara DPV dengan Au - SAM dalam

larutan bufer fosfat 0,1 M pH 7,0. Pemindaian potensial dari -1,0 - 1,0 V.

Kecepatan pemindaian 50 mVs-1

, (n=3)............................................................32

Gambar 5.10. Voltammogram DPV variasi konsentrasi DNA target pada Au – SAM

dalam larutan bufer fosfat 0,1 M pH 7,0. Pemindaian potensial dari

-1,0 - 1,0 V. Kecepatan pemindaian 50 mVs-1

……………………………....33

Page 8: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

8

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Evaluasi Capaian Luaran Kegiatan ...................................................................40

Lampiran 2. Foto-foto Kegiatan ..........................................................................................42

Lampiran 3. Biodata Personalia Penelitianbiodata Ketua Dan Anggota Peneliti…………...43

Lampiran 4. Seminar/Publikasi……………………………………………………………..58

Page 9: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

9

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) adalah bakteri patogenik yang

menyebabkan penyakit penyakit tuberculosis (TB) – salah satu yang dapat menyebabkan

kematian dari penyakit infeksi. Akhir-akhir ini sekitar satu dari tiga populasi manusia terinfeksi

TB yang mendunia. Infeksi TB merupakan masalah kesehatan masyarakat yang serius karena

dapat bersamaan/bergabung dengan komplikasi infeksi sindrom defisiensi imun. Diagnosis dan

penanganan yang cepat dari infektor merupakan hal yang penting untuk pengendalian yang

efektif penyakit ini, karena satu pasien diketahui dapat menularkan penyakit terhadap rata-

rata12-15 orang per tahun melalui infeksi pernafasan (WHO, 2004). Treat Asia Report (2009)

menyatakan Indonesia merupakan negara dengan tingkat penderita TB terbanyak ketiga setelah

India dan Cina, dengan setengah juta kasus.

Dalam pengelolaan kasus TB, selain diperlukan metode pengobatan yang tepat dan

penemuan obat baru yang mencegah terjadinya resistensi juga diperlukan metode diagnostik

yang akurat, tepat dan cepat. Pendeteksian yang sensitif terhadap M. tuberculosis meliputi

diagnosis klinis, analisis air dan lingkungan, makanan dan biodefense menjadi hal yang sangat

penting. Selanjutnya menjadi sangat penting untuk proteksi kesehatan masyarakat untuk

mendeteksi, mengidentifikasi, dan mengkuantitasi M. tuberculosis. Metodologi pengujian yang

paling umum adalah berbasis kultur mikroba (Torres-Chavolla and Alocilja, 2009). Biasanya

metode ini meliputi kultur sel, penghitungan sel, pengayaan sel, membutuhkan waktu yang

relatif lama terutama untuk bakteri yang pertumbuhannnya lambat seperti M.tuberculosis. Oleh

sebab itu, metode yang lebih cepat dan sensitif terus dikembangkan untuk pendeteksian TB.

Hingga saat ini, beberapa metode telah dikembangkan untuk deteksi M.tuberculosis yang cepat,

di antaranya polymerase chain reaction (PCR) (Thomson et al, 2005; Choi et al, 1996; Durmaz

et al, 1997), aglutinasi lateks (Krambovitis et al, 1984), enzyme-linked immunosorbent assay

(ELISA) (Tamminen et al, 2004; Nassau et al, 1976; Delacourt et al, 1993), deteksi radiometrik

(Middlebrook et al, 1977), genprobe amplified M. Tuberculosis direct test (AMTDT) (Gamboa

et al, 1997), TB rapid cultivation detection technique, seperti MB/Bact system, BactecMGIT

960 system (Liu et al, 2001; Cambau et al, 1999) dan flowcitometri (Qin et al, 2008). Metode-

metode tersebut lebih sensitif dan cepat dibanding metode kultur bakteri, akan tetapi kebanyakan

metode tersebut memerlukan instrumen laboratorium yang kompleks dan keahlian staf yang

Page 10: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

10

kualifikasinya tinggi. Oleh karena itu telah dikembangkan pula metode biosensing untuk

pendeteksian M. tuberculosis sehingga dapat efektif untuk pencegahan infeksi TB (Griffiths and

Hall, 1993; Owen, 1994), dengan spektrum matriks analit yang kompleks (saliva, serum, dan

urin) (Turner, 1986).

Berdasarkan penemuan terbaru dan pengetahuan mendalam mengenai gen spesifik pada

Mycobacterium tuberculosis, dikembangkan berbagai sistem amplifikasi gen dan gen probe yang

dapat digunakan sebagai konfirmasi identitas isolat, deteksi langsung spesimen klinis

berdasarkan urutan gen spesifik, dan juga deteksi molekular terhadap resistensi obat. Salah satu

metode diagnostik Mycobacterium tuberculosis yang paling luas digunakan adalah deteksi

terhadap insersi IS 6110.

Kelompok penelitian kami telah mengembangkan biosensor berbasis DNA menggunakan

elektrode berbasis grafit untuk kuantitasi mutasi DNA (Hartati dkk., 2009) dan pendeteksian

bakteri patogen S. typhi dalam sampel darah. Dalam penelitian ini telah dikembangkan

pengembangan biosensor berbasis DNA ini untuk mendeteksi M. tuberculosis dalam gen insersi

IS6110 menggunakan elektrode baik berbasis logam yaitu emas yang dimodifikasi, untuk

mendapatkan sensitivitas yang lebih baik. Selain itu akan dicoba menggunakan screen printed

carbon electrode (SPCE) sehingga dapat dirancang atau diaplikasikan menjadi suatu ‗kit‘ atau

‗lab on chip‘ yang sederhana.

1.2 Tujuan Khusus

Tujuan khusus dalam penelitian tahun ke-1 ini adalah untuk menghasilkan teknologi

biosensing berdasarkan urutan spesifik DNA M. tubercolusis secara elektrokimia, menggunakan

elektrode berbasis logam yang dimodifikasi, sehingga dapat diperoleh suatu metode

pendeteksian yang cepat, akurat, dan sensitif terhadap bakteri patogen tersebut. Studi

penggunaan SPCE akan dicoba juga untuk memperoleh suatu kit yang sederhana, untuk tahun

ke-2.

1.3 Luaran yang ditargetkan

a. Pada tahun pertama diharapkan mendapatkan kondisi yang cocok untuk analisis menggunakan

biosensor, dimulai dari preparasi sampel bakteri, amplifikasi, pemilihan elektrode dan studi

modifikasinya, serta pengujian parameter-parameter analitiknya.

Page 11: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

11

b. Pada tahun kedua diharapkan apat dikembangkan terhadap pembuatan lab on chip, sehingga

dihasilkan suatu kit biosensor DNA untuk deteksi M tuberculosis.

Hasil penelitian ini akan dipublikasikan pada jurnal internasional atau jurnal nasional

terakreditasi.

Page 12: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

12

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bakteri M. tubercolusis

Bakteri Mycobacterium tuberculosis adalah patogenik penyebab penyakit Tuberkulosis

atau TB. Mycobacteria termasuk dalam famili Mycobacteriaceae dan termasuk dalam ordo

Actinomycetales. kompleks Mycobacterium tuberculosis meliputi M. tuberculosis, M. bovis, M.

africanum, M. microti, dan M. canettii. Dari beberapa kompleks tersebut, M. tuberculosis

merupakan jenis yang terpenting dan paling sering dijumpai.

M.tuberculosis berbentuk batang, berukuran panjang 5µ dan lebar 3µ (Gambar 2.1), tidak

membentuk spora, dan termasuk bakteri aerob. Mycobacteria dapat diberi pewarnaan seperti

bakteri lainnya, misalnya dengan Pewarnaan Gram. Namun, sekali mycobacteria diberi warna

oleh pewarnaan gram, maka warna tersebut tidak dapat dihilangkan dengan asam. Oleh karena

itu, maka mycobacteria disebut sebagai Basil Tahan Asam atau BTA. Beberapa mikroorganisme

lain yang juga memiliki sifat tahan asam, yaitu spesies Nocardia, Rhodococcus, Legionella

micdadei, dan protozoa Isospora dan Cryptosporidium. Pada dinding sel mycobacteria, lemak

berhubungan dengan arabinogalaktan dan peptidoglikan di bawahnya. Struktur ini menurunkan

permeabilitas dinding sel, sehingga mengurangi efektivitas dari antibiotik. Lipoarabinomannan,

suatu molekul lain dalam dinding sel mycobacteria, berperan dalam interaksi antara inang dan

patogen, menjadikan M. tuberculosis dapat bertahan hidup di dalam makrofaga (Todar, 2013).

Gambar 2.1 Gambar SEM M.tuberculosis, Mag 15549X. CDC (Todar, 2013).

Page 13: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

13

Pada tahun 1992 WHO telah mencanangkan penyakit tuberkulosis sebagai Global

Emergency. Laporan WHO tahun 2004 menyatakan bahwa terdapat 8,8 juta kasus baru

tuberkulosis pada tahun 2002, sepertiga penduduk dunia telah terinfeksi kuman tuberkulosis dan

menurut regional WHO jumlah terbesar kasus ini terjadi di Asia Tenggara yaitu 33% dari

seluruh kasus di dunia.

Indonesia berada dalam peringkat ketiga terburuk di dunia untuk jumlah penderita TB.

Setiap tahun muncul 500 ribu kasus baru dan lebih dari 140 ribu lainnya meninggal. Seratus

tahun yang lalu, satu dari lima kematian di Amerika Serikat disebabkan oleh tuberkulosis.

Tuberkulosis masih merupakan penyakit infeksi saluran napas yang tersering di

Indonesia. Keterlambatan dalam menegakkan diagnosa dan ketidakpatuhan dalam menjalani

pengobatan mempunyai dampak yang besar karena pasien Tuberkulosis akan menularkan

penyakitnya pada lingkungan,sehingga jumlah penderita semakin bertambah.

Pengobatan Tuberkulosis berlangsung cukup lama yaitu setidaknya 6 bulan pengobatan

dan selanjutnya dievaluasi oleh dokter apakah perlu dilanjutkan atau berhenti, karena

pengobatan yang cukup lama seringkali membuat pasien putus berobat atau menjalankan

pengobatan secara tidak teratur, kedua hal ini ini fatal akibatnya yaitu pengobatan tidak berhasil

dan kuman menjadi kebal disebut MDR (multi drugs resistance), kasus ini memerlukan biaya

berlipat dan lebih sulit dalam pengobatannya sehingga diharapkan pasien disiplin dalam berobat

setiap waktu demi pengentasan tuberkulosis di Indonesia (Wikipedia, 2013).

2.2 Biosensor DNA

Sensor kimia adalah suatu piranti yang dapat mentransformasi informasi kimia ke dalam

suatu sinyal analitik yang dapat diukur. Sensor kimia biasanya terdiri dari dua komponen dasar

yang dihubungkan secara berurutan: suatu sistem pengenal kimia dan transduser fisika.

Biosensor adalah sensor kimia di mana sistem pengenalannya memanfaatkan mekanisme reaksi

biokimia (Turner et al., 1987).

Biosensor mengombinasikan spesifisitas mekanisme pengenalan secara biologi dengan

teknik transduksi fisika, yang dapat berdasarkan pada prinsip sensing elektrokimia, mekanika,

termal, atau optis. Peranan penting sensor adalah memiliki cetakan yang cocok yang mampu

memfasilitasi pembentukan kompleks probe-target dalam cara tertentu hingga peristiwa

pengikatan dapat menghasilkan sinyal untuk pembacaan pada perangkat elektroniknya.

Page 14: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

14

Perangkat biosensor paling tidak harus mengandung molekul yang memungkinkan

terjadinya pertemuan antarpermukaan, dan suatu transduser sinyal kontinu yang berbanding

lurus dengan jumlah molekul yang terikat atau bereaksi pada permukaan sensor, yang dapat

dihubungkan dengan alat pembacaan. DNA pada khususnya cocok untuk aplikasi biosensor ini,

karena interaksi pasangan basa di antara urutan komplementernya yang spesifik dan kuat

(Drummond et al., 2003, Ulker, 2005).

Suatu ssDNA diamobilisasi pada permukaan lapisan transduser, selanjutnya akan terjadi

interaksi pasangan basa dengan DNA target pada permukaannya (hibridisasi). Bagaimana proses

hibridisasi ini dilaporkan atau dianalisis akhirnya bergantung pada metode transduksi sinyal

yang digunakan apakah melalui optis, mekanis, atau elektrokimia.

Amobilisasi probe pada permukaan dapat dilakukan secara pengikatan kovalen maupun

nonkovalen. Macam-macam pengikatan probe secara kovalen telah banyak dikembangkan pada

permukaan elektrode emas (Kelley et al., 1998). Gaya adsorpsi (Wang et al., 1997; Wang et al.,

1998), interaksi hidrofobik basa-basa dengan permukaan raksa (Cai et al., 1997), pengikatan

elektrostatis DNA dengan permukaan positif elektrode karbon (Wang et al., 1996; Wang et al.,

1997)

adalah beberapa metode yang digunakan untuk pengikatan probe nonkovalen.

Terjadinya hibridisasi dapat dideteksi menggunakan indikator redoks yang berinteraksi

dengan dsDNA, seperti suatu interkalator dan pengikatan dalam minor-groove (Hashimoto et al.,

1994)

atau yang berikatan kovalen dengan DNA (Ihara et al., 1997), atau secara langsung

mengukur sinyal oksidasi guanin yang terdapat dalam struktur DNA (label-free electrochemical

detection) (Kara et al., 2002; Napier et al., 1997).

Model amobilisasi pada permukaan transduser dalam biosensor dan hibridisasinya dengan

urutan DNA target ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut:

Page 15: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

15

Gambar 2.2 Skema umum biosensor DNA. DNA target ditangkap pada lapisan pengenalan dan

menghasilkan sinyal hibridisasi yang ditransduksi ke dalam sinyal listrik yang

berguna untuk pembacaan dan analisis (Drummond et al., 2003).

Biosensor DNA secara Elektrokimia

Dalam biosensor DNA elektrokimia, suatu urutan pendek (20-40 mer) oligonukleotida

sintetis (probe) diamobilisasi pada permukaan elektrode untuk membuat lapisan pengenal.

Elektrode yang mengandung probe teramobilisasi kemudian dicelupkan ke dalam suatu larutan

sampel hasil amplifikasi PCR yang mengandung oligonukleotida target yang akan diuji. Ketika

urutan target berpasangan secara tepat dengan probe, terbentuk hibrid pada permukaan elektrode.

Terjadinya hibridisasi spesifik antara DNA probe dan target komplementernya dideteksi

menggunakan transduser elektrokimia di bawah kondisi pH, kekuatan ion, dan temperatur

tertentu (Thevenot et al., 1999).

Beberapa teknik elektrokimia sebagai teknik yang cocok dalam pendeteksian hibridisasi

dan adanya kerusakan DNA telah banyak dipublikasikan. Hibridisasi dapat dideteksi dengan

kompleks logam aktif-redoks yang berasosiasi secara selektif dan reversibel dengan DNA rantai

ganda yang diamobilisasi. Metode elektrokimia cocok digunakan untuk diagnosis berdasarkan

DNA. Karena reaksi elektrokimia memberikan sinyal listrik langsung, di sini tidak dibutuhkan

peralatan transduksi sinyalnya. Lebih jauh, karena urutan DNA probe dapat teramobilisasi

dengan cepat untuk bermacam-macam substrat elektrodenya, pendeteksian dapat dihasilkan

dengan penganalisis elektrokimia yang tidak mahal. Tentu saja, sistem portabel untuk pengujian

klinis dan pendeteksian lingkungan saat ini sedang dikembangkan. Strategi sinyal elektrokimia

yang sensitif ini, didasarkan pada proses oksidasi basa DNA baik secara langsung ataupun

Page 16: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

16

katalitik, yang diikatkan pada permukaan elektrode oleh interaksi spesifik DNA probe-target dan

maupun dengan reaksi transfer muatan yang dimediakan oleh pasangan basa DNA (Drummond

et al., 2003).

Berbagai teknik elektrokimia dapat dikembangkan sebagai proses transduksi, untuk

mendeteksi terjadinya hibridisasi. Pada tahun 1980-an, teknik lucutan (stripping) dalam

elektrokimia telah didemonstrasikan untuk penentuan logam-logam, yang selanjutnya diterapkan

juga untuk analisis asam nukleat (Palecek, 2002). Skema tahapan analisis stripping ini

ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Tahap pertama dari teknik lucutan terdiri dari prakonsentrasi asam nukleat dengan cara

adsorpsi pada permukaan elektrode. Tahap kedua adalah berdasarkan penentuan elektrokimia

(oksidasi dan reduksi) asam nukleat yang diprakonsentrasi. Tahap ini dilakukan dalam larutan

mengandung elektrolit yang bebas asam nukleat dengan sebelumnya dilakukan pembilasan

elektrode dengan larutan bufer untuk menghilangkan molekul yang teradsorpsi lemah atau

nonadsorpsi. Teknik ini disebut lucutan adsorptif. Peningkatan sensitivitas yang tinggi diperoleh

dari konsekuensi prakonsentrasi asam nukleat selama tahap adsorpsi, menghasilkan peningkatan

besar dalam limit deteksi (atau mempertinggi sensitivitas), suatu parameter yang diperlukan

dalam kuantifikasi DNA (Rivas et al., 2005).

Gambar 2.3 Skema tahap analisis lucutan adsorptif DNA. Tahap pertama: adsorpsi/akumulasi

asam nukleat pada permukaan elektrode, tahap kedua: pelucutan secara

elektrokimia asam nukleat yang terakumulasi (Rivas et al., 2005).

Kelompok Palecek (Jelen et al., 1997) mendemonstrasikan untuk pertama kali penggunaan

teknik voltammetri lucutan adsorptif untuk mendeteksi kerusakan DNA yang diinduksi oleh

deaminasi dan depurinasi DNA. Wang et al. (1995) mendemonstrasikan keuntungan

menggunakan teknik analisis lucutan kronopotensiometri arus konstan untuk mempelajari

oksidasi asam nukleat, pertama pada elektrode karbon dan selanjutnya pada elektrode raksa

(Palecek et al., 1997; Wang et al., 1997). Penggunaan software khusus memungkinkan untuk

Page 17: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

17

memperoleh sinyal turunan (dt/dE vs E) sebagai sinyal analitik sebagai pengganti aslinya (E vs

t), untuk meningkatkan sensitivitas. Penggunaan koreksi mode baseline yang menyimpang juga

memungkinkan untuk memperoleh puncak yang sangat baik bahkan untuk proses yang

mendekati oksidasi pelarut dan sinyal voltammetri yang kurang baik.

Modifikasi elektrode banyak dilakukan untuk meningkatkan sensitivitas pengukuran

dalam beberapa pengembangan biosensor, termasuk biosensor DNA. Beberapa teknik modifikasi

elektrode dikaitkan dengan kepentingan amobilisasi DNA probe sebagai pengenal urutan DNA

pasangannya, ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Elektrode grafit screen-printed (Gambar 2.5) juga telah digunakan untuk mengakumulasi

asam nukleat dan perilakunya mirip dengan yang diamati pada elektrode pasta karbon (Wang et

al., 1996; Marrazza et al., 1999).

Gambar 2.4 Beberapa strategi pendekatan amobilisasi oligonukleotida sebagai probe untuk

pengembangan biosensor hibridisasi berdasarkan DNA.

A. Self-assembling pada oligonukleotida bertiolasi atau oligonukleotida reguler

pada permukaan emas;

B. Amobilisasi oligonukleotida terbiotinilasi pada permukaan yang dimodifikasi

avidin;

C. Ikatan kovalen oligonukleotida pada permukaan derivatisasi;

D. Akumulasi adsortif oligonukleotida pada permukaan elektrode;

E. Amobilisasi melalui matriks polimer

(Rivas et al., 2005).

Page 18: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

18

Gambar 2.5 Elektrode screen printed

2.3 Peta Jalan Penelitian

TAHUN 1

• Isolasi DNA kultur bakteri M. tuberculosis

•Disain urutan DNA probe

•PCR

•Preparasi dan karakterisasi elektrode

•Penentuan parameter analitk

TAHUN 2

•Perbandingan dengan metode lain (elektroforesis)

•Pengujian elektrode SPCE

•Disain kit/miniatur biosensor DNA

•Pengujian parameter analitik

Teknologi biosensing DNA untuk deteksi

M.tuberculosis

Page 19: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

19

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1 Tujuan Khusus Penelitian

1). Pengembangan metode analisis yang cocok untuk penggunaan rutin untuk pendeteksian

bakteri patogen M.tuberculosis dalam sampel darah dengan lebih cepat dan ekonomis, juga

mengeliminasi teknik elektroforesis yang menggunakan bahan berbahaya (karsinogenik).

2). Menstandarisasi dan membandingkannya dengan metode lain seperti elektroforesis atau

serologi, memvalidasi metode.

3). Mengembangkan teknologi lab on chip.

3.2 Urgensi (keutamaan) Penelitian

Indonesia, sebagai salah satu negara yang sedang ber-kembang, mempunyai berbagai

macam masalah kesehatan, antara lain penyakit-penyakit infeksi yang mengenai jaringan paru-

paru yang disebabkan oleh M.tuberculosis. Penyakit Tuberkulosis (TB) merupakan salah satu

penyakit tertua yang pernah dialami manusia dan masih menjadi salah satu penyakit menular

pembunuh terbesar didunia, meskipun telah ditemukan vaksin dan antibiotik. Karena itu

penemuan vaksin dan obat baru menjadi sangat penting untuk mencegah epidemi TB yang dapat

membunuh dua juta orang setiap tahun di seluruh dunia. Secara rasional, untuk mengembangkan

agen anti-TB baru, menjadi penting untuk mempelajari genetika dan fisiologi Mycobacterium

tuberculosis dan mikobakteria terkait. Sama pentingnya juga untuk memahami interaksi inang

dengan M. tuberculosis untuk mempelajari bagaimana interaksi bakteri ini menghindari

pertahanan tubuh dan kemudian dapat menyebabkan penyakit. Beberapa studi mengidentifikasi

bahwa beberapa gen M. tuberculosis paling berpotensi sebagai penyebab virulensi. Dengan

mempelajari beberapa gen dan protein yang dikode oleh gen tersebut dapat memberikan target

baru untuk pengembangan vaksin dan obat baru, serta pengembangan metode diagnostik yang

lebih sensitif (Smith, 2003).

Penelitian ini merupakan rangkaian penelitian yang dikembangkan oleh kelompok

biosensor elektrokimia Jurusan Kimia Unpad. Dalam rangka pengembangan biosensor

elektrokimia untuk uji-uji berbasis interaksi basa-basa komplementer DNA, maka dibutuhkan

Page 20: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

20

urutan DNA probe yang sangat spesifik agar hanya mengenali urutan target yang dikehendaki.

Disain urutan DNA probe ini dirancang sedemikian rupa agar tidak menempel dengan urutan

DNA yang lain, sehingga diuji selektivitasnya menggunakan urutan-urutan yang lain. Biosensor

ini dapat menggunakan elektrode grafit/emas, untuk deteksi penyakit infeksi. Elektrode-

elektrode itu dimodifikasi untuk mendapatkan sensitivitas yang tinggi. Deteksi dini bahkan

sebelum antibodi dalam tubuh banyak terbentuk dapat terdeteksi dari urutan penginfeksi.

Pengembangan metode biosensor berbasis interaksi urutan basa DNA meliputi pemilihan

elektrode yang cocok, pemilihan metode untuk ammobilisasi DNA probe ke elektrode dan

metode pendeteksiannya. Metode-metode ini perlu dikaji dan diuji supaya bisa diaplikasikan ke

sampel nyata.

Page 21: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

21

BAB 4. METODE PENELITIAN

4.1 Desain Penelitian

Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1. Untuk mencapai tujuan penelitian,

maka rangkaian penelitian meliputi enam tahap yang dibagi dalam dua tahun penelitian.

Penelitian Tahun ke-1

1. Isolasi DNA, PCR

2. Perancangan urutan DNA probe, studi elektrode: amobilisasi DNA probe dan hibridisasi

probe- target.

3. Standarisasi biosensor DNA.

Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium penelitian Jurusan Kimia FMIPA Unpad.

Penelitian Tahun ke-2

4. Studi aplikasi SPCE.

5. Standarisasi biosensor dengan SPCE untuk tujuan pembuatan kit biosensor DNA.

6. Aplikasi biosensor terhadap sampel nyata.

Penelitian akan dilakukan di Laboratorium penelitian Jurusan Kimia FMIPA Unpad.

Luaran per Tahun

Hasil penelitian tahun pertama diharapkan dapat menghasilkan standarisasi metode biosensor

DNA untuk deteksi M.tuberculosis, dan artikel ilmiah yang dapat dipublikasikan di jurnal

nasional.

Luaran tahun kedua diharapkan dihasilkan metode dan kit pengujian biosensor DNA yang teruji

untuk deteksi M.tuberculosis, dan artikel ilmiah yang dapat dipublikasikan di jurnal

internasional.

Page 22: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

22

4.2 Diagram Alir Penelitian

di

Gambar 4.1. Bagan rencana penelitian

Modifikasi Elektrode

- Studi amobilisasi DNA probe pada permukaan elektrode

- Hibridisasikan dengan urutan DNA target standar

- Studi sinyal guanin probe-target

- Studi selektivitas

- Lisis, isolasi DNA

- PCR

Kinerja elektrode yang dioptimasi:

batas deteksi, linieritas, keterulangan, akurasi

- Aplikasi terhadap standar

- Aplikasi terhadap sampel nyata

- Standarisasi metode

- Uji statistik

Aplikasi menggunakan SPCE

Tahun ke-1

Perancangan

urutan DNA

probe, dan

standarisasi

biosensor DNA,

Persiapan sampel

dan

penerapan metode

PCR-biosensor

DNA terhadap

M.tuberculosis

Tahun Ke-2

Studi aplikasi

SPCE,

standarisasi

untuk tujuan

pembuatan kit

biosensor,

aplikasi terhadap

sampel nyata

Kultur M.tuberculosis

Amplikon PCR

Kit biosensor DNA teruji untuk M.tuberculosis

- Hibridisasi probe- amplikon PCR

- Analisis data

Metode biosensor DNA M.tuberculosis

Page 23: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

23

Indikator Capaian yang Terukur

Indikator capaian yang terukur adalah data yang diperoleh serta analisisnya, pelaksanaan

seminar, dan publikasi.

4.3 Metode Penelitian

Bahan Penelitian

Bahan Kimia

Oligonukleotida sintetis 23-mer (target dan probe komplemennya). Probe tersubstitusi

inosin mengikuti urutan target. Semua larutan stok DNA (100 mg/L) dibuat dengan air steril

deionisasi, dan dijaga tetap dingin. Larutan probe yang lebih encer dibuat menggunakan bufer

asetat 0,50 M yang mengandung: 20 mM NaCl, pH 4.80 (ABS). Larutan target yang lebih encer

akan dibuat menggunakan bufer fosfat 50 mM yang mengandung 20 mM NaCl, pH 7,4 (PBS).

Dua pasang primer M.tuberculosis, Reagen lisis, Taq polimerase, dll. Bahan kimia lain dengan

grade analitik.

Tahapan Penelitian

Penelitian terdiri dari 4 tahap, yaitu :

1). Persiapan sampel dan penerapan metode PCR-biosensor DNA terhadap sampel.

Penyiapan sampel bakteri M.tuberculosis dilakukan isolasi DNA genomik dari biakan

M.tuberculosis menggunakan reagen lisis sel. Untuk sampel darah meliputi pemisahan plasma

dan sel darah merah, dilanjutkan dengan lisis sel menggunakan reagen lisis untuk mengisolasi

DNA. Penerapan metode PCR-biosensor DNA dilakukan seperti terhadap senyawa standar, akan

tetapi produk PCR harus didenaturasi beberapa detik sebelum dihibridisasikan dengan DNA

probe.

Isolasi DNA

a. Isolasi DNA dari kultur cair

Bakteri M. tuberculosis ditumbuhkan dalam media cair Sauton 5 mL pada 37°C selama 4

minggu, kemudian dilakukan sentrifugasi pada 10.000 x g selama 10 menit, diambil pelet

selnya dan supernatan dibuang. DNA genom bakteri kemudian diisolasi dari pelet sel

mengikuti manual High Pure DNA PCR preparation kit Roche.

Page 24: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

24

b. Isolasi DNA dari sampel sputum dan cairan pleura

Sebanyak 200 μL sampel didekontaminasi dengan metode N-asetil L-Sistein (NALC)-

NaOH, dilanjutkan dengan setrifugasi pada 8.000 rpm selama 15 menit, diambil pelet

selnya dan supernatan dibuang. DNA genom bakteri kemudian diisolasi dari pelet sel

mengikuti manual High Pure DNA PCR preparation kit Roche.

PCR dan Elektroforesis

PCR dilakukan dengan menggunakan FastStart PCR 2x Master Mix Roche, dengan

menambahkan air bebas nuclease, primer spesifik dan hasil isolat DNA. Primer yang digunakan

pada penelitian ini adalah :

F:GAACTGGGCTTCGACATGAT (20bp)

R:ATCAGGTGGGCTACCAAATG (20bp)

Primer ini mengamplifikasi urutan insersi pada gen IS6110 (Bhacmann et al, 2008; Raza et al.,

2009). Kondisi PCR yang digunakan adalah pre-denaturasi pada 95ºC selama 5 menit, diikuti

oleh 35 siklus denaturasi pada 95ºC selama 1 menit, annealing pada 55ºC selama 1 menit, dan

perpanjangan pada 72ºC selama 1 menit, dan terakhir perpanjangan akhir pada 72ºC selama 10

menit. Elektroforesis dilakukan dengan agarosa 1.5%, Sybergreen staining, buffer TAE (tris,

asetat, EDTA) dan dijalankan pada 80 Volt selama 45 menit. Hasil elektroforesis divisualisasi

diatas UN transiluminator.

3). Perancangan urutan DNA probe, studi elektrode: amobilisasi DNA probe dan hibridisasi

probe- target. Dengan menggunakan software DNA star, urutan DNA probe dirancang pada

daerah gen insersi IS6110 spesifik M.tuberculosis.

4). Modifikasi elektrode emas-thiol dengan metode self assembly monolayer, dan studi

voltammetri.

a. Pretreatment dan Modifikasi Elektrode Emas

Elektrode emas digosok dengan alumina slurry pada microcloth selama 5 menit, dibilas

dengan akuabides lalu disonikasi dalam etanol dan air masing-masing selama 2 menit. Setelah

dibersihkan, elektrode emas direndam dalam larutan piranha (H2SO4/H2O2, 1:3, v/v) selama 10

menit pada suhu ruang. Elektrode emas dicelupkan ke dalam larutan 0,1 M buffer fosfat pH 7,0,

Page 25: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

25

kemudian diberi potensial 0,2 - 1,5 V sebanyak 10 siklus pada laju pemindaian 50 mV.s-1

.

Setelah itu elektrode direndam dengan akuabides selama 10 menit dan disinari dengan sinar UV

selama 15 menit.

Elektrode emas yang telah di-pretreatment direndam dalam 25 mM larutan etanolik Cys

selama 2 jam pada suhu ruang untuk memungkinkan interaksi antara emas dan gugus tiol

(Au/Cys). Setelah itu elektrode dicuci dengan akuabides, dan diinkubasi dalam larutan Glu

(2,5% Glu dalam 0,1 M bufer fosfat pH 7,0 pada suhu 4°C selama 50 menit. Setelah itu

elektrode dicuci dengan akuabides steril.

b. Amobilisasi dan Hibridisasi DNA dengan Menggunakan Elektrode Emas termodifikasi Tiol

Elektrode emas termodifikasi gugus tiol (Au/Cys/Glu) diinkubasi dengan larutan ssDNA

probe (0,1 M buffer fosfat pH 7,0 pada 10 μg/ml) selama 1 jam pada suhu ruang. Kemudian

elektrode dicuci selama 2 x 2 menit dengan buffer fosfat untuk menghilangkan ssDNA probe

yang tidak terikat. Kemudian dikarakterisasi secara voltammetri siklik dalam larutan 0,1 M

buffer fosfat pH 7,0.

Elektrode Au/Cys/Glu yang sudah termodifikasi oleh ssDNA probe diinkubasi pada

larutan yang mengandung ssDNA target komplemen / non-komplemen sehingga terbentuk

dsDNA pada permukaan elektrode emas termodifikasi. Setelah itu elektrode emas dicuci dua kali

dengan larutan buffer fosfat pH 7,0 untuk menghilangkan DNA target yang tidak terhibridisasi.

Page 26: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

26

BAB 5. HASIL YANG DICAPAI

5.1 Isolasi DNA dan PCR

Isolat DNA (Gambar 5.1) diperoleh dari isolasi kultur cair bakteri M. tuberculosis yang

ditumbuhkan dalam media cair Sauton, sentrifugasi, diambil pelet selnya dan supernatan

dibuang. DNA genom bakteri kemudian diisolasi dari pelet sel mengikuti manual High Pure

DNA PCR preparation kit Roche.Sedangkan Isolasi DNA dari sampel sputum dan cairan pleura

dilakukan dengan metode N-asetil L-Sistein (NALC)-NaOH, dilanjutkan dengan setrifugasi,

diambil pelet selnya dan supernatan dibuang. DNA genom bakteri kemudian diisolasi dari pelet

sel mengikuti manual High Pure DNA PCR preparation kit Roche.

Gambar 5.1 Isolat DNA

Tahapan PCR dilakukan dengan menggunakan FastStart PCR 2x Master Mix Roche,

dengan menambahkan air bebas nuclease, primer spesifik dan hasil isolat DNA. Primer yang

digunakan pada penelitian ini adalah :

F:GAACTGGGCTTCGACATGAT (20bp)

R:ATCAGGTGGGCTACCAAATG (20bp)

Primer ini mengamplifikasi urutan insersi pada gen IS6110 (Bhacmann et al, 2008; Raza et al.,

2009). Dari analisis dengan Blast diperoleh informasi bahwa urutan primer ini terdapat pada

hypothetical protein CFBR 0529 dari genom Mycobacterium tuberculosis. Urutan ini lestari

pada beberapa strain M. tuberculosis, M. bovis dan M. africanum. Panjang amplikon yang

dihasilkan adalah 192 pb.

Gambar 5.2 menunjukan elektroforegram hasil elektroforesis amplikon PCR bakteri M.

tuberculosis H37Rv dari ATCC, dan isolat DNA dari sampel sputum dan cairan pleura

penderita TB.

Page 27: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

27

Gambar 5.2 Elektroforegram hasil PCR. Keterangan: Lajur 1-6 Sampel, 7. Marker, 8. ddH2O,

9-14 Sampel, 15 Kontrol positif dari isolat M. tuberculosis. Kondisi PCR:

denaturasi 1 T= 95 oC selama 5 menit, denaturasi 2 T= 95

oC selama 30 menit, Tm

58 oC 1 menit, ekstensi T- 72

oC 1 menit diulang 34 siklus.

5.2 Disain Probe

Probe merupakan oligonukleotida pendek sepanjang 20-25 mer yang digunakan pada

biosensor DNA secara voltammetri sebagai lapisan pengenal yang dapat berhibridisasi dengan

DNA target sintesis maupun target sampel. Urutan DNA probe sepanjang 20 mer didesain

spesifik berdasarkan urutan fragmen DNA gen IS6110 M. tuberculosis hasil amplifikasi dari

metode PCR. Desain urutan probe yang bagus memiliki nilai identities sebesar 100% artinya

probe komplemen dengan urutan DNA target sintesis ataupun dengan amplikon PCR. Selain itu,

probe harus memiliki persen homologi nol yang berarti probe berikatan spesifik pada daerah

tertentu dari urutan amplikon PCR dan probe tidak menempel didaerah urutan yang lain. Dengan

demikian, untuk mengetahui bahwa probe yang dirancang telah memenuhi syarat-syarat tersebut

maka digunakan software NCBI (www.ncbi.nlm.gov.nih) melalui metode BLAST® (Basic

Local Alignment Search Tool®) (Gambar 5.3).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Page 28: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

28

5‘-GAACTGGGCT TCGACATGAT GACGATCGAC GTCGATGTCG CGGCGTCGAC

GGGCAATCCA GGGCTGCGAG CTGAGTTTGG CGATCGGTTG CCGGTGGTCC

TGCTGGACGG CCGCGAGCAC AGCTACTGGG AGGTCGACGA GCACCGGCTG

CGTGCGGATA TAGCCCGCAG CACATTTGGT AGCCCACCTG AT-3‘

Gambar 5.3. Urutan DNA probe dipilih dalam amplikon PCR 192 pb gen M. tuberculosis

5.3 Studi modifikasi elektrode

Elektrode emas yang digunakan berdiameter 0,5 mm dan panjang 1,5 cm, dihubungkan

dengan kawat tembaga, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.4.

Gambar 5.4 Elektrode emas

Elektrode emas dimodifikasi menggunakan cysteamin dan glutaraldehida, untuk

membentuk self assembly monolayer. Pretretment permukaan emas sebelum derivatisasi dengan

tiol dimulai dengan tahap penghalusan menggunalkan Al2O3, diikuti dengan treatment drastis

yaitu menggunakan larutan oksidatif, larutan Piranha (suatu campuran asam sulfat pekat dan

larutan hidrogen peroksida 70:30 V/V) yang dididihkan pada temperatur ruang. Tahap ketiga

adalah regenerasi dengan siklus potensial dengan mencelupkan elektrode dalam larutan asam

sulfat hingga profil yang diharapkan tercapai. Amobilisasi urutan probe dilakukan juga secara

self assembling senyawa yang bertiolasi yaitu cysteamin, sebagai suatu platform untuk

selanjutnya bergabung dengan oligonukleotida, secara interaksi elektrostatik atau ikatan kovalen.

Terakhir adalah dilakukan melalui tiolasi senyawa yang mengandung gugus fungsi hidroksil,

amino, atau karboksil yang akan berikatan kovalen dengan asam nukleat, dalam hal ini

digunakan glutaraldehida (Gambar 5.5).

Page 29: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

29

Gambar 5.5. Formation of the thiol-based monolayer ongold surface for DNA immobilization

and hybridization (Silva et al., 2010).

Karakterisasi elektrode setelah modifikasi dilakukan secara voltammetri sklis (Gambar

5.6). Dari voltammogram yang ditunjukkan pada Gambar 5.5, elektrode emas yang telah

dimodifikasi thiol secara SAM memberikan arus puncak yang paling tinggi untuk rekasi reduksi-

oksidasi Fe2+

, dibandingkan dengan elektrode yang tanpa modifikasi.

Gambar 5.6. Voltammogram siklis. Keterangan: merah dan biru : Au bare, , orange : Au-

modifikasi (cysteamin – glutaraldehid)

Page 30: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

30

Elektrode emas di-pretreatmen untuk menghilangkan pengotor pada permukaannya,

mengikuti metode yeng dikemukakan Silva et.al. Permukaan yang tidak terkontaminasi penting

untuk chemisorpsi yang baik dari gugus thiol dan permukaan emas. Metode SAM menyebabkan

terbentuknya ikatan antara thiol di permukaan emas dengan DNA probe yang terikat pada ligan

aldehid. DNA target kemudian akan berhibridisasi pada DNA probe tanpa guanin, dan terdeteksi

dari sinyal guanin DNA target.

Modifikasi elektrode dapat dilakukan dengan dua cara: adsorpsi thiol pada permukaan

emas diikuti oleh adsorpsi reseptor spesifik pada monolayer thiol monolayer, atau adsorpsi thiol

difungsikan pada permukaan emas, dimana thiol berperan sebagai reseptor. Dalam kedua kasus,

kinerja modifikasi tergantung pada kualitas permukaan emas. Jika permukaan emas sangat halus,

derajat sampulnya lebih tinggi, monolayer diperoleh terbentuk dengan baik, dan elektrode

memiliki kinerja analitis yang baik.

5.4 Studi Voltammetri

Dalam deteksi secara elektrokimia bebas label, peristiwa hibridisasi menghasilkan

perubahan sinyal listrik . Teknik deteksi ini menghilangkan penggunaan indikator dan langkah-

langkah tambahan lainnya. Dalam deteksi bebas label ini, dapat dilakukan dengan memonitor

perubahan aktivitas redoks intrinsik dari target asam nukleat. Di antara empat asam basa nukleat,

basa Guanin merupakan basa yang paling mudah teroksidasi dan yang paling cocok untuk

deteksi hibridisasi tanpa label/indikator. Untuk menghilangkan sinyal Guanin di urutan probe,

guanin pada urutan probe disubstitusi dengan Inosin yang dapat berkomplemen dengan sitosin

dan memiliki sinyal oksidasi yang rendah, sehingga sinyal oksidasi hanya datang dari Guanin

dari urutan DNA target yang berhibridisasi dengan DNA probe.

Gambar 5.7 menunjukkan voltamogram differensial pulsa untuk elektrode emas

dengan blanko,( Au - SAM ), Au - SAM – DNA target, Au - SAM -probe DNA dan Au - SAM –

hibrid ssDNA probe- ssDNA target.

Page 31: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

31

Gambar 5.7. Voltamogram pulsa diferensial larutan blanko, ssDNA probe, ssDNA target,

hibridisasi ssDNA probe- ssDNA target, pada Au - SAM dalam larutan bufer

fosfat 0,1 M pH 7,0. Pemindaian potensial dari -1,0 - 1,0 V. Kecepatan

pemindaian 50 mVs-1

.

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 5.6, tidak ada arus puncak oksidasi guanin yang

dapat diamati pada 0,1 M larutan PB (blanko), dan begitu pula halnya untuk ssDNA probe

karena substitusi guanin dengan inosin. Voltamogram dari target ssDNA dan hibrid ssDNA

probe-target menunjukkan sinyal pada 0,21 V dan arus puncak yang 11,7 dan 3,65 μA, masing-

masing. Hibrid dsDNA memberikan puncak oksidasi lebih rendah dari ssDNA karena basa

nitrogen di dsDNA tampaknya disembunyikan ke dalam struktur heliks dari dsDNA dan

kekakuan struktur membuat basa nitrogen jauh dari permukaan elektroda, oleh karena itu proses

oksidasi adalah diblokir. Sinyal target ssDNA lebih tinggi karena fleksibilitas guanin pada

permukaan elektroda.

5.5 Spesifisitas DNA probe

Spesifisitas DNA probe untuk deteksi M. tuberkulosis dengan menggunakan biosensor

Au - SAM diuji dengan menganalisis sinyal oksidasi dari campuran hibrid DNA probe- target

dan DNA probe- non komplementer pada Au - SAM. Hasil yang ditunjukkan pada Gambar 5.8.

Page 32: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

32

Gambar 5.8. Voltammogram DPV sinyal guanin menggunakan Au – SAM dalam larutan bufer

fosfat 0,1 M pH 7,0. (a) Au - SAM (b) Au - SAM - ssDNA probe- non DNA

komplementer; (c) Au - SAM - ssDNA probe- komplementer ssDNA. Pemindaian

potensial dari -1,0 - 1,0 V. Kecepatan pemindaian 50 mVs-1

.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.7, tidak ada puncak arus yang dapat diamati

pada 0,21 V untuk hibrid ssDNA - non komplementer, karena hibridisasi antara ssDNA probe

dan ssDNA non komplementer tidak terjadi. Sedangkan hibrid probe- target terdeteksi pada 0,21

V. Oleh karena itu, urutan DNA probe yang dirancang dalam biosensor DNA secara

elektrokimia ini memiliki spesifisitas yang baik untuk urutan oligonukleotida spesifik

5.6 Kurva Kalibrasi

Kurva kalibrasi diperoleh dengan hibridisasi 10 mg mL-1

ssDNA probe dengan 0,

5,10,15 dan 20 mg mL-1

ssDNA target. Masing-masing konsentrasi diukur tiga kali untuk

mendapatkan standar deviasi pengukuran. Kurva kalibrasi ditunjukkan pada Gambar 5.9. Arus

puncak yang dihasilkan oleh masing-masing konsentrasi bervariasi, dan ada hubungan linear

antara peningkatan konsentrasi terhadap tinggi arus puncak. Gambar voltammogram ditunjukkan

pada Gambar 5.9.

Page 33: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

33

Gambar 5.9. Kalibrasi arus puncak vs konsentrasi ssDNA target. Digunakan konsentrasi ssDNA

Target 0, 5, 10, 15, 20 μgmL-1

secara DPV dengan Au - SAM dalam larutan bufer

fosfat 0,1 M pH 7,0. Pemindaian potensial dari -1,0 - 1,0 V. Kecepatan pemindaian

50 mVs-1

, (n=3).

Seperti yang terlihat pada Gambar 5.9, dan voltammogram Gambar 5.10, linieritas

sinyal antara 0 dan 20 mg mL-1

belum memberikan nilai yang baik dengan koefisien korelasi

0,986. Persamaan regresinya adalah y = 0,489 x + 0,383. Kita harus menghitung interval

kepercayaan untuk untuk menguji kesalahan sistematis dalam pengukuran dan dalam interval

kepercayaan 95 % nilai intersep adalah dari -0,90359 sampai 1,67016, menunjukkan bahwa

persamaan melalui titik nol, sehingga persamaan regresi memiliki penyesuaian untuk Y = 0,5152

X. Batas deteksi dan batas kuantifikasi nilai dihitung menggunakan persamaan: YLOD = yb + 3

Sb dan YLOQ = yb + 10 Sb. Nilai batas deteksi diperoleh 3,47 μg mL-1

dan nilai batas

kuantifikasi adalah 11,56 µg mL-1

.

Page 34: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

34

Gambar 5.10. Voltammogram DPV variasi konsentrasi DNA target pada Au - SAM dalam

larutan bufer fosfat 0,1 M pH 7,0. Pemindaian potensial dari -1,0 - 1,0 V.

Kecepatan pemindaian 50 mVs-1

.

Page 35: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

35

BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA

Tahun ke-1

No KEGIATAN BULAN

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Isolasi DNA, PCR

2. Perancangan urutan DNA probe, studi elektrode:

amobilisasi DNA probe dan hibridisasi probe- target

3. Standarisasi metode biosensor DNA

4. Penyusunan publikasi nasional untuk tahun pertama

5. Pembuatan laporan tahunan

Tahun ke-2

No KEGIATAN BULAN

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Aplikasi menggunakan SPCE

2. Standarisasi penggunaan SPCE

3. Aplikasi terhadap sampel nyata

4. Uji statistik

5. Penyusunan publikasi internasional

6. Pembuatan laporan tahunan

Page 36: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

36

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN

7.1 Kesimpulan

- Primer PCR menghasilkan pita amplikon yang sesuai dilihat dari elektroforegram.

- Modifikasi elektrode memberikan profil voltammogram siklik yang sama setelah

pengujian menggunakan Fe2+

.

- Reaksi hibridisasi pada permukaan elektrode diamati dari sinyal guanin pada potensial

+0,21 V. Nilai sensitivitas yang diperoleh sebesar 0,52, dan batas deteksi 3,47 µg mL-1

.

7.2 Saran

- Data validasi belum lengkap untuk menguji selektivitas dari urutan DNA probe yang didisain.

Page 37: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

37

DAFTAR PUSTAKA

Brabec, V and G. Dryhurst. 1978. Electrochemical oxidation of polyadenylic acid at graphite

electrodes. J. Electroanal. Chem. 91: 219–229.

Cai, X., G. Rivas, H. Shiraischi. 1997. Electrochemical analysis of formation of polynucleotide

complexes in solution and at electrode surfaces. Anal. Chim. Acta. 344: 64-76.

Cambau, E, C. Wichlacz, C. Truffot-Pernot, and V. Jarlier, ―Evaluation of the new MB Redox

system for detection of growth of mycobacteria,‖ Journal of Clinical Microbiology, vol.

37, no. 6, pp. 2013–2015, 1999.

Chaudhry, R., B V Laxmi, N. Nisar, K. Ray, D. Kumar. (1997). Standardisation of polymerase

chain reaction for the detection of Salmonella typhi in typhoid fever. J. Clin Pathol .

50:437-439.

Choi, Y.J, Y. Hu, and A. Mahmood, ―Clinical significance of a polymerase chain reaction assay

for the detection of Mycobacterium tuberculosis,‖ American Journal of Clinical

Pathology, vol. 105, no. 2, pp. 200–204, 1996.

Delacourt, C, J. Gobin, J. L. Gaillard, J. De Blic, M. Veron, and P. Scheinmann, ―Value of

ELISA using antigen 60 for the diagnosis of tuberculosis in children,‖ Chest, vol. 104, no.

2, pp. 393–398, 1993.

Drummond, T. G., M. G. Hill, J. K. Barton. 2003. Electrochemical DNA sensors. Review Nature

Biotechnology. Nature Publisihing Group. 21, 1192 -1199.

Durmaz, R, A. Aydin, B. Durmaz, N. E. Aydin, B. S. Akbas¸ak, and S. G¨unal, ―Sensitivity of

two-stage PCR amplification for detection ofMycobacterium tuberculosis in paraffin-

embedded tissues,‖ Journal of Microbiological Methods, vol. 29, no. 2, pp. 69–75, 1997.

Gamboa, F, J. M. Manterola, J. Lonca et al., ―Detection and identification of mycobacteria by

amplification of RNA and DNA in pretreated blood and bone marrow aspirates by a simple

lysis method,‖ Journal of Clinical Microbiology, vol. 35, no. 8, pp. 2124–2128, 1997.

Griffiths, D, and G. Hall, ―Biosensors—what real progress is being made?‖ Trends in

Biotechnology, vol. 11, no. 4, pp. 122– 130, 1993.

Hartati, Y.W., (2009). Biosensor Voltammetri untuk deteksi urutan spesifik dan mutasi basa

tunggal pada fragmen DNA. Disertasi: Unpad

Hashimoto, K., K. Ito, Y. Ishimori. 1994. Novel DNA sensor for electrochemical gene detection.

Anal. Chim. Acta 286: 219-224.

Kai, E., S. Sawata, K. Ikebukuro, T. Lida, T. Honda, I. Karube, (1999). Detection of PCR

Products in Solution Using Surface Plasmon Resonance. Anal. Chem. 71, 796-802

Kara, P., K. Kerman, D. Ozkan, B. Meric, A. Erdem, P.E. Nielsen, M. Ozsoz. 2002. Label-free

and label-based electrochemical detection of hybridization by using methylene blue and

peptide nucleic acid probes at chitosan modified carbon paste electrodes. Electroanalysis

14: 1685-1690.

Krambovitis,E, M. B.Mcillmurray, P. E. Lock,W. Hendrickse, and H. Holzel, ―Rapid diagnosis

of tuberculous meningitis by latex particle agglutination,‖ Lancet II, p. 538, 1984.

Liu, Z, H, X. D. Shi, and X. Y. Wu, ―The method of Mycobacterium tuberculosis rapid

cultivation fluorescence detection,‖ Chinese Journal of Clinical Laboratory Science, vol.

19, p. 347, 2001.

Loewy, Z.G., R. Pottathilin, P. Singh, B.P. Sharma, P. Tyle. 1993. Antibody, Biosensor and

Nucleic Acid Technologies. Van Nostrand Reinhold, New York.

Page 38: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

38

Lucarelli, F.,Giovanna Marrazza, Anthony P. F. Turner, and M. Mascini. (2004).Carbon and

gold electrodes as electrochemical transducers for DNA hybridization sensors. Biosensors

and Bioelektronics. 19: 515-530.

Meric, B., K. Kerman, D. Ozkan, P. Kara, S. Erensoy, U.S Akarca, M. Mascini, M. Ozsoz. 2002.

Electrochemical DNA biosensor for the detection of TT and hepatitis B virus from PCR

amplified real samples by using methylene blue. Talanta 56: 837- 846.

Middlebrook, W. D. Tigertt, and Z. Reggiardo, ―Automatable radiometric detection of grwoth of

Mycobacterium tuberculosis in selective media,‖ American Review of Respiratory Disease,

vol. 115, no. 6, pp. 1066–1069, 1977.

Nassau, E, E. R. Parsons, and G. D. Johnson, ―The detection of antibodies to Mycobacterium

tuberculosis by microplate enzyme linked immunosorbent assay (ELISA),‖ Tubercle, vol.

57, no. 1, pp. 67–70, 1976.

Nath, G., P. Maurya, A.K. Gulati, T. B. Singh,R. Srivastava, K. Kumar, S. K.Tripathi, (2010),

Comparison of V1 serology and nested PCR in diagnosis of chronic typhoid carriers in two

different study populations in typhoid endemic area of India. Southeast Asian J. Trop Med

Public health.41: 3

Newton, C.R and A. Graham. 1994. PCR Inroduction to Biotechniques. Oxford: BIOS Scientific

Publishers.

Owen, V M, ―Market requirements for advanced biosensors in healthcare,‖ Biosensors and

Bioelectronics, vol. 9, no. 6, pp. 29–35, 1994.

Palecek, E. 1983. Dalam: Milazzo, G (ed) Topics in bioelectrochemistry and bioenergetics.

London: Wiley.

Prakash, P., O. P. Mishra, A. K Singh, A.K. Gulati, G. Nath. (2005). Evaluation of Nested PCR

in Diagnosis of Typhoid Fever. J. Clin Microbiol. 43:1

Qin, D L, X. X. He, K. M. Wang, and W. H. Tan, ―Using fluorescent nanoparticles and SYBR

Green I based twocolor flow cytometry to determine Mycobacterium tuberculosis avoiding

false positives,‖ Biosensors and Bioelectronics, vol. 24, no. 4, pp. 626–631, 2008.

Rivas, G., M.L. Pedano, N. Ferreyra. 2005. Electrochemical biosensor for sequence-specific

DNA detection. Anal. Letters 38: 2653–2703.

Silva, M.M.S., I. T. Cavalanti, M. F. Barroso, M. G. F. Sales & R. F. Dutra. 2010. Gold

electrode modified by self assembled monolayers of thiol to determine DNA sequences

hybridization. Journal Chem Science. 122: 911-917

Song, Y. 2008. Experimental and theoretical study of DNA oxidation. Nature Precedings :

hdl:10101/npre.2008.1797.1

Tamminen, M, T. Joutsjoki, M. Sj¨oblom et al., ―Screening of lactic acid bacteria fromfermented

vegetables by carbohydrate profiling and PCR-ELISA,‖ Letters in AppliedMicrobiology,

vol. 39, no. 5, pp. 439–444, 2004.

Thevenot, D. R., K. Toth, R.A. Durst, G.S. Wilson. 1999. Electrochemical biosensors:

Recommended definitions and classification. Pure Appl. Chem. 71: 2333-2348.

Thomson, LM, H. Traore, H. Yesilkaya et al., ―An extremely rapid and simple DNA-release

method for detection of M.tuberculosis from clinical specimens,‖ Journal of

MicrobiologicalMethods, vol. 63, no. 1, pp. 95–98, 2005.

Torres-Chavolla, E and E. C. Alocilja, ―Aptasensors for detection of microbial and viral

pathogens,‖ Biosensors andBioelectronics, vol. 24, no. 11, pp. 3175–3182, 2009.

Turner,A P F, M. F. Cardosi,G. Ramsay, B.H. Schneider, and A. Swain, ―Biosensors for use in

the food industry: a new rapid bioactivity monitor,‖ in Biotechnology in the Food Industry,

pp. 97–116, Online Publications, Pinner, UK, 1986.

Page 39: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

39

Wang, J., X. Cai, G. Rivas, H. Shiraishi, P.A.M. Farias and N. Dontha. (1996). DNA

Electrochemical Biosensor for the Detection of Short DNA Sequences Related to the

Human Immunodeficiency Virus. Anal. Chem. 68 : 2629.

Wang, J., G. Rivas, X. Cai. 1997. Screen-printed electrochemical hybridization biosensor for the

detection of DNA sequences from the Escherichia coli pathogen. Electroanalysis 9: 395-

398.

Wang, J., J.R. Fernandes, L.T. Kubato. 1998. Polishable and Renewable DNA Hybridization

Biosensors. Anal. Chem. 70: 3699-3702.

World Health Organization, Global TB Control Report, World Health Organization, Geneva,

Switzerland, 2003.

Zhou, L., X. He, D. He, K. Wang & D. Qin. 2011. Biosensing technologies for Mycobacterium

tuberculosis detection: status and new development. Clinical and Development

Immunology.10: 1-8.

Page 40: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

40

LAMPIRAN 1. EVALUASI CAPAIAN LUARAN KEGIATAN

Ketua : Yeni Wahyuni Hartati

Perguruan Tinggi : Universitas Padjadjaran

Judul : Teknologi Biosensing DNA Untuk Deteksi Patogenik M. tuberculosis

Secara Elektrokimia Menggunakan Modified Electrode

Waktu Kegiatan : tahun ke 1 dari rencana 2 tahun

Luaran yang direncanakan dan capaian tertulis dalam proposal awal:

No Luaran yang Direncanakan Capaian

1 Artikel jurnal nasional

terakreditasi/Jurnal Internasional

In progress

2 Seminar internasional diterima

3 ……… ………

dst.

CAPAIAN (Lampirkan bukti-bukti luaran dari kegiatan dengan judul yang tertulis di atas,

bukan dari kegiatan penelitian/pengabdian dengan judul lain sebelumnya)

1. PUBLIKASI ILMIAH

Keterangan

Artikel Jurnal Ke-1*

Nama jurnal yang dituju Journal of Electrochemical Science

Klasifikasi jurnal Jurnal Nasional Terkareditasi/Jurnal Internasional

Impact factor jurnal 1.2

Judul artikel An Electrochemical DNA Biosensor for the Detection of

Mycobacterium tuberculosis using Gold Electrode Modified

by Self-Assembled Monolayer of Thiol

- Draf artikel V

- Sudah dikirim ke jurnal

- Sedang ditelaah

- Sedang direvisi

- Revisi sudah dikirim ulang

- Sudah diterima

- Sudah terbit

Page 41: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

41

* Jika masih ada artikel ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.

2. BUKU AJAR

Buku ke-1

Judul: -

Penulis:

Penerbit:

Jika masih ada buku ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.

3. PEMBICARA PADA PERTEMUAN ILMIAH (SEMINAR/SIMPOSIUM)

Nasional Internasional

Judul Makalah Label Free Electrochemical DNA

Biosensor for the Detection of

Mycobacterium tuberculosis using

Gold Electrode Modified by Self-

Assembled Monolayer of Thiol Nama Pertemuan Ilmiah Third International Seminar on

Chemistry of Universitas

Padjadjaran

Tempat Pelaksanaan Unpad, Bandung

Waktu Pelaksanaan 20-21 November 2014

- Draf makalah

- Sudah dikirim V

- Sedang direview V

- Sudah dilaksanakan

Jika masih ada pertemuan ilmiah ke 2 dan seterusnyauraikan pada lembar tambahan.

4. SEBAGAI PEMBICARA KUNCI (KEYNOTE SPEAKER)

Nasional Internasional

- Bukti undangan dari Panitia

- Judul makalah

- Penulis

- Penyelenggara

- Waktu Pelaksanaan

- Tempat Pelaksanaan

- Draf makalah

- Sudah dikirim

- Sedang direview

Page 42: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

42

- Sudah dilaksanakan

Jika masih ada undangan ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan

5. UNDANGAN SEBAGAI VISITING SCIENTIST PADA PERGURUAN TINGGI

LAIN

Nasional Internasional

- Bukti undangan

- Perguruan tinggi

pengundang

- Lama kegiatan

- Kegiatan penting yang

dilakukan

Jika masih ada undangan ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.

6. CAPAIAN LUARAN LAINNYA

HKI -

TEKNOLOGI TEPAT GUNA

-

REKAYASA SOSIAL

-

JEJARING KERJA SAMA

-

PENGHARGAAN -

LAINNYA (Tuliskan)

Jika luaran yang direncanakan tidak tercapai, uraikan alasannya:

Bandung, Oktober 2014

Ketua Peneliti,

Dr. Yeni Wahyuni Hartati, M.Si

Page 43: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

43

LAMPIRAN 2. FOTO-FOTO PENELITIAN

Page 44: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

44

Page 45: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

45

LAMPIRAN 3. BIODATA PERSONALIA PENELITIANBIODATA KETUA DAN ANGGOTA PENELITI

KETUA PENELITI:

A. A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap (dengan

gelar) Dr. Yeni Wahyuni Hartati, M.Si P

2 Jabatan Fungsional Lektor Kepala

3 Jabatan Struktural -

4 NIP/NIK/No. Identitas

lainnya 19710924 199802 2 001

5 NIDN 0024097101

6 Tempat dan Tanggal Lahir Garut, 24 September 1971

7 Alamat Rumah Jl. Merkuri Utara No. 8 Margahayu Raya Bandung

8 Nomor Telepon/Faks 022-7561080

9 Nomor HP 08122132349

10 Alamat Kantor Jurs Kimia Jl. Raya Bandung Sumedang KM 21

Jatinangor

11 Nomor Telepon/Faks 022-7794391

12 Alamat e-mail yw_hartati @unpad.ac.id

13 Lulusan yang telah

dihasilkan S1=10, S2=1, S3= -

14 Mata Kuliah yang diampu

1. Kimia Dasar

2. Analisis Kimia

3. Teknik Pengukuran Kimia

4. Kapita Selekta Kimia Analitik

4. Analisis Instrumental dan Biosensor

B. Riwayat Pendidikan

2.1 Program: S-1 S-2 S-3

2.2 Nama PT Universitas Padjadjaran

Institut Teknologi

Bandung

Universitas

Padjadjaran

2.3 Bidang Ilmu Kimia/MIPA Biokimia/MIPA Kimia

Page 46: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

46

C. Pengalaman Penelitian 5 Tahun Terakhir

2.4 Tahun Masuk 1990 1996 2005

2.5. Tahun Lulus 1996 1999 2009

2.6 Judul Skripsi/

Tesis/Disertasi

Penentuan Rotenon

dalam Biji Tephrosia

vogelii secara

Kromatografi Lapis

Tipis -Densitometri

Studi Struktur Fungsi

Gen Sup-45

Saccharomyces

cerevisiae Sensitif

Paromomisin

Biosensor

Voltammetri Untuk

Penentuan Urutan

Spesifik dan Mutasi

Basa Tunggal pada

fragmen DNA

2.7. Nama

Pembimbing/

Promotor

Prof. Dr. Ir. Roekmiati

Tjokronegoro

Prof. Dr. Akhmaloka,

Dr. Muliawati

Sindumartha

Prof. Dr. Muljadji

Agma, Prof. Dr. Siti

Rochani, Prof. Dr.

Husein H. Bahti

No Tahun Judul Penelitian

Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta

Rp)

1 2014 Teknologi Biosensing DNA

Untuk Deteksi Patogenik M.

tuberculosis secara Elektrokimia

Menggunakan Modified

Electrode(Tahun I)

PUPT 80,5

2 2012-2013 Pengembangan Biosensor DNA

Tanpa Indikator Eksternal untuk

Deteksi Bakteri Patogen dalam

Sampel Darah

Hibah Bersaing

(Peneliti Utama)

37,5+59,5

3 2009-2010 Pengembangan Biosensor DNA

Tanpa Indikator Eksternal untuk

Deteksi Mutasi Titik (Point

Mutation) DNA Mitokondria

pada Pasien Diabetes Mellitus

Tipe 2

Hibah Bersaing

(Peneliti Utama)

50 45

Page 47: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

47

D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat

No Tahun Judul Penelitian

Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta)

1 2008 Sosialisasi Pembuatan

Sabun Mandi Cair Dengan

Lendir Lidah Buaya (Aloe

vera Linn)

BLU Unpad 3

E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal

No Tahun Judul Artikel Ilmiah Volume/Nomor Nama Jurnal

1 2014 Determination of uric acid

level by polyaniline and

poly (allylamine): Based

biosensor

2014 Jan-Mar;

5(1): 13–16

J. Adv. Pharm

Technol. Res.

2 2013 Sensitive Detection of

Mitochondrial DNA

A3243G tRNALeu

Mutation via an

Electrochemical

Biosensor Using

Meldola’s Blue as a

Hybridization Indicator

Vol 3(3A): 20-

27

Advance in

Analytical

chemistry

3 2012 Pengembangan Elektrode

Grafit Pensil untuk

Penentuan Kromium(VI)

secara Voltammetri

Stripping Adsorptif

Volume 3 Jurnal Sains

dan Teknologi

Kimia

4 2009 Deteksi Urutan Pendek

DNA Salmonella Typhi

Berdasarkan Sinyal

Guanin Target Secara

Voltammetri

Vol 11 No 3 Bionatura

Page 48: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

48

F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan/Seminar

Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir

No Nama Pertemuan

Ilmiah / Seminar

Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat

1 Seminar nasional Unpak-

Unpad

Studi biosensor DNA dalam deteksi

Urutan flagellin Salmonella typhi dari

amplikon PCR sampel darah

28 Juni 2013,

Universitas Pakuan,

Bogor 2 International Conference Study Of Nested PCR-Voltammetric DNA

Biosensor Related To Flagellin Gene

Fragment Of Pathogenic Salmonella Typhi

2012, Malang

3 The third International

Conference on

Mathematics and

Natural Sciences 2010,

ITB

Single base mismatch detection on the

mtDNA A3243G mutation using

electrochemical DNA biosensor based

based on target guanine signal

2010, ITB

4 Seminar Nasional XIII

Jaringan Kerjasama

Kimia Indonesia,

Yogyakarta, 15 Juli 2010

Penentuan Kandungan Basa Guanin dan

Adenin dalam Urutan DNA secara

Voltammetri Menggunakan Elektrode

Grafit Pensil

2010, Yogyakarta

G. Pengalaman Penulisan Buku

No Tahun Judul Buku Jumlah

Halaman

Penerbit

1 2010 Biosensor Elektrokimia Untuk Deteksi

Urutan Spesifik DNA

ISBN 978-979-3985-84-8

158 Unpad Press

H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir

No. Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

1 Disertasi: Biosensor Voltammetri Untuk Penentuan

Urutan Spesifik dan Mutasi Basa Tunggal pada

fragmen DNA

2012 Hak

Cipta

063/STBKHC

/HKI/X/2012

2 Buku: Biosensor Elektrokimia untuk Deteksi Urutan

Spesifik DNA

2013 Hak

Cipta

062853

Page 49: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

49

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat

dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-

sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya.

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan

dalam pengajuan hibah Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi.

Bandung, Oktober 2014

Dr. Yeni Wahyuni Hartati, M.Si

Page 50: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

50

Anggota Peneliti 1:

A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap (dengan gelar) Dr. Shabarni Gaffar, M.Si (Perempuan)

2. Jabatan Fungsional Lektor

3. Jabatan Struktural -

4. NIP/NIK/ Identitaslain 19710425 200501 2 001

5. NIDN 00225047105

6. Tempat dan tanggal lahir Batang Buo, 25 April 1971

7. Alamat Rumah Komp. Anggrek Residence B12A, Jl Rumah

Sakit, Ujung Berung, Bandung.

8. Nomor Telepon/ Faks/ Hp 081573019025

9. Alamat Kantor Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21

Jatinangor, 45363

10. Nomor Telepon/ Faks 022-7794391/ 022-7794391

11. Alamat e-mail [email protected]

12. Lulusan yang telah dihasilkan S1 = 17 orang

S2 = 0

S3 = 0

13. Mata kuliah yang diampu 1. Biokimia I

2. Biokimia II

3. Bioteknologi

4. Teknik Penelitian Biokimia

5. Bioinformatika

B. Riwayat Pendidikan

S-1 S-2 S-3

Nama Perguruan

Tinggi

Unand ITB Unpad

Bidang Ilmu Kimia Biokimia Biokimia

Tahun Masuk-Lulus 1990-1995 1996-1998 2006-2011

JudulSkripsi/Thesis/

Disertasi

Analisis parameter

pembentuk kerak

serta kualitas air

untuk injeksi uap di

stasiun pengumpul

pusat I, III dan V,

PT. Caltex Pacific

Indonesia,Duri.

Varian normal

fragmen 0,4 kB

daerah D-loop

DNA mitokondria

manusia

Indonesia

Pengaruh

kombinasi

manipulasi genetik

terhadap tingkat

sekresi -amilase

S. fibuligera R64

dalam Pichia

pastoris

Nama Pembimbing/

Promotor

Dr. Admin Alief Dr. Achmad

Saifuddin Noer

Prof. O. Suprijana

Prof. Soetijoso

Soemitro

Dr. Dessy Natalia

Page 51: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

51

C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber Jumlah

(Juta Rp)

1. 2009 Koekspresi Protein Disulfida Isomerase

(PDI1) untuk meningkatkan sekresi α-

amilase dalam Pichia pastoris

PHB Dikti

Tahun 1

(ketua)

22,5,-

2. 2010 Koekspresi Protein Disulfida Isomerase

(PDI1) untuk meningkatkan sekresi α-

amilase dalam Pichia pastoris

PHB Dikti

Tahun 2

(ketua)

35,-

3. 2011 Koekspresi Protein Disulfida Isomerase

(PDI1) untuk meningkatkan sekresi α-

amilase dalam Pichia pastoris

PHB Dikti

Tahun 3

(ketua)

35,5,-

4. 2012 Identifikasi populasi bakteri dalam spons

pencuci piring dengan metoda PCR-

RFLP

BOPTN

(ketua)

30,0,-

5. 2012 Pengembangan biosensor DNA secara

elektrokimia tanpa indicator eksternal

untuk deteksi bakteri patogen dalam

sampel darah

PHB Dikti

(Anggota)

45,0,-

6. 2012 Pengembangan vaksin influenza

universal berbasis epitop

Insentif

Riset SINas

(Anggota)

300,0,-

7. 2013 Pengaruh Ko-ekspresi Sec4p Pichia

pastoris Terhadap Tingkat Sekresi -

Amilase Saccharomycopsis fibuligera

oleh Pichia pastoris rekombinan

PUPT

(Ketua)

53,6,-

8. 2013 Pengembangan produksi thrombin

rekombinan sebagai komponen lem fibrin

pengganti jahitan pada bedah mata

Unggulan

Stranas

(Anggota)

800,0,-

D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Pengabdian Kepada Masyarakat Pendanaan

Sumber Jml (Juta Rp)

1 2008 Pembinaan kreativitas melalui peningkatan

budaya minat baca dalam sarana dan prasarana

taman bacaan kampung Rancakemit,

kecamatan Solokan Jeruk, Kabupaten Bandung

LPPM

Unpad

5,-

Page 52: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

52

E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Artikel Ilmiah Volume/

Nomor/Tahun Nama Jurnal

1 Phylogenetics analysis of marine and

coastal species using 18S rRNA sequence

Volume 11,

no.2, 2009

Bionatura

2 Deteksi urutan pendek DNA Salmonella

Typhi berdasarkan sinyal guanin target

secara voltammetri

Volume 11,

no.3, 2009

Bionatura

3 Pengaruh konsentrasi penginduksi metanol

serta sumber karbon sorbitol dan manitol

terhadap produksi -amilase

Saccharomycopsis fibuligera R64 dalam

Pichia pastoris.

13, 2, 58-64,

2011

Jurnal Kimia

Terapan

Indonesia

4. Chemical Modification of

Saccharomycopsis fibuligera R64α-

Amylase to Improve its Stability Against

Thermal, Chelator, and Proteolytic

Inactivation

170:44–57,

2013

DOI

10.1007/s12010-

013-0164-8

Applied

Biochemistry

and

Biotechnology

F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar

Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir

Nama Pertemuan

Ilmiah / Seminar Judul Artikel Ilmiah

Waktu dan

Tempat

1 International Seminar

on Chemistry

Enhancement of

Saccharomycopsis fibuligera -

Amylase Secretion in Pichia

pastoris by Co-expression of

Protein Disulfida Isomerase

November 2011,

Kimia Unpad,

Bandung

2 International Seminar

on Chemistry Signal Peptide Modification of -

amylase Gene (ALPI) and

construction of pPICZA-MSALPI

plasmid for improving secretory

production of a-amilase in Pichia

pastoris

November 2008,

Kimia Unpad,

Bandung

3 Seminar hasil

penelitian unggulan

Unpad kelompok Ilmu

Alam

Ekspresi dan sekresi -amilase

Saccharomycopsis fibuligera R64

dalam Pichia pastoris rekombinan

menggunakan dua jenis peptida

sinyal

22 Oktober

2010, Unpad,

Bandung

Page 53: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

53

G. Pengalaman Penulisan Buku dalam 5 Tahun Terakhir

No Judul Buku Tahun Jumlah

Halaman Penerbit

1 Produksi protein rekombinan dalam

sistem ekspresi P. pastoris (ISBN

978-602-8743-23-5)

2010 176 Unpad Press

2 Bioteknologi molekul, konsep dan

aplikasi. ISBN: 978-602-8323-46-8.

2010 93 Widya

Padjadjaran

H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 -– 10 Tahun Terakhir

No. Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor

P/ID 1

2

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan

dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata

dijumpai ketidaksesuaian dengna kenyataan, saya sanggup menerima risikonya.

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu

persyaratan dalam pengajuan Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi.

Bandung, 26 Oktober 2014

Pengusul,

SHABARNI GAFFAR

Page 54: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

54

Anggota Peneliti 2:

A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap (dengan gelar) Santhy Wyantuti, M.Si P

2 Jabatan Fungsional Lektor

3 Jabatan Struktural -

4 NIP/NIK/No. Identitas lainnya 19731026 199903 2 001

5 NIDN 0026107301

6 Tempat dan Tanggal Lahir Jakarta, 26 Oktober 1973

7 Alamat Rumah Griya Cinunuk Indah B1/4 Bandung

8 Nomor Telepon/Faks 022-7561080

9 Nomor HP 08122344274

10 Alamat Kantor Jurusan Kimia Jl. Raya Bandung Sumedang KM 21 Jatinangor

11 Nomor Telepon/Faks 022-7794391

12 Alamat e-mail [email protected]

13 Lulusan yang telah dihasilkan S1= 3 orang, S2=-, S3= -

14 Mata Kuliah yang diampu -

B. Riwayat Pendidikan

2.1 Program: S-1 S-2 S-3

2.2 Nama PT Universitas Padjadjaran Universitas Padjadjaran

Universitas Padjadjaran

2.3 Bidang Ilmu Kimia/MIPA Kimia Analitik/MIPA Kimia

2.4 Tahun Masuk 1992 2002 2010

2.5. Tahun Lulus 1997 2006 -

2.6 Judul Skripsi/ Tesis/Disertasi

Hidrolisis Trigliserida yang Mengandung Asam Lemak Omega 3

Pengembangan metode anodik striping voltammetri

-

Page 55: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

55

EPA dan DHA dari Minyak Ikan Lemuru dengan Bantuan Enzim Lipase Aspergillus niger

untuk penentuan ziram dengan HMDE

2.7. Nama Pembimbing/ Promotor

Prof. Dr. O. Suprijana, M. Sc.

Prof. Dr. Ir. Roekmiati Tjokronegoro, Prof. Dr. Siti Rochani.

Prof. Dr. Ir. Roekmiati Tjokronegoro, Dr. Yeni Wahyuni Hartati, M.Si., Dr. Eng. Camellia Panatarani, M. Si.

C. Pengalaman Penelitian 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul Penelitian

Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta

Rp)

1 2008 Karakterisasi zeolit alam asal Cikalong Tasikmalaya

Litmud (Peneliti Utama)

6,125

2 2008 Konversi Ba2Bi4Ti5O18 menjadi bentuk asamnya dan aplikasinya sebagai katalis

DIPA (Peneliti Utama)

6,125

3 2012 Pengembangan biosensor DNA secara elektrokimia tanpa indikator eksternal untuk deteksi patogen dalam sampel darah

Hibah Bersaing (Anggota)

37,5

4 2012 Pembuatan elektrode nanopartikel emas berbasis grafit untuk biosensor DNA

Hikom (Peneliti Utama)

22,5

D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat

No Tahun Judul Penelitian

Pendanaan

Sumber Jumlah (Juta)

1 2008 Pembinaan kreativitas melalui peningkatan budaya minat baca dalam sarana dan prasarana taman bacaan

BLU Unpad 3

Page 56: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

56

kampung Rancakemit kecamatan Solokan Jeruk kabupaten Bandung

E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal

No Tahun Judul Artikel Ilmiah Volume/Nomor Nama Jurnal

1 2009 Deteksi Urutan Pendek DNA Salmonella Typhi Berdasarkan Sinyal Guanin Target Secara Voltammetri

Vol 11 No 3 Bionatura

2 2012 Pengembangan Elektrode Grafit Pensil untuk Penentuan Kromium(VI) secara Voltammetri Stripping Adsorptif

Volume 3 Jurnal Sains dan Teknologi Kimia

F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah

Dalam 5 Tahun Terakhir

No Nama Pertemuan Ilmiah / Seminar

Judul Artikel Ilmiah Waktu dan

Tempat

1 International Seminar on Chemistry, 2008 UNPAD

The development of differential pulse anodic stripping voltammetry method to determine of ziram (fungicide dithiocarbamate) with hanging mercury drop electrode

2008, Unpad

2 The third International Conference on Mathematics and Natural Sciences 2010

Single Base Mismatch Detection on the mtDNA A3243G Mutation using Electrochemical DNA Biosensor Based on Target Guanine Signal.

2010, ITB

3 Seminar Nasional

Kimia Analitik dan

Instrumentasi

Biosensor Voltammetri untuk Deteksi Urutan Spesifik DNA dari Amplikon PCR

2012, Jakarta

4 International Conference of the Indonesian Chemical Society

A Study of Gold Nanoparticles Modified Pencil Graphite Electrode for the Determination of Cr(III)

2012, Malang

5 Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia 2012

Pengembangan Elektrode Grafit Pensil untuk Penentuan Kromium(III) secara Voltammetri stripping Anodik

2012, Unsoed

Page 57: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

57

G. Pengalaman Penulisan Buku

No Tahun Judul Buku Jumlah Halaman

Penerbit

- - - - -

H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir

No. Judul/Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

- - - - -

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat

dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-

sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya.

Bandung, 30 April 2013

Santhy Wyantuti, M.Si

Page 58: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

58

LAMPIRAN 4. Seminar/Publikasi

Page 59: PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

59

The International Seminar on Chemistry (ISC) of Universitas Padjadjaran, 2014

Label Free Electrochemical DNA Biosensor

for the Detection of Mycobacterium tuberculosis using Gold

Electrode Modified by Self-Assembled Monolayer of Thiol

Ratna Nurmalasari, Yohan, Shabarni Gaffar, Yeni W. Hartati*

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science, Padjadjaran University, 45363 Jatinangor, Sumedang, West Java,

Indonesia

Email: [email protected]

Abstract

Tuberculosis (TB), an infectious disease affects millions of humans worldwide and is caused by the Mycobacterium

tuberculosis complex. A label free electrochemical DNA biosensor for the detection of M. tuberculosis using gold

electrode modified by self-assembled monolayer of thiol is presented in this paper. Single-stranded DNA probe was

immobilized on the surface of self assembled monolayer gold electrode with the help of cysteamine and glutaraldehyde,

which was further used to hybridize with the target sequence and non-complementary target sequence. The

hybridization reaction on the gold electrode surface was detected by monitoring a guanine oxidation signal at potential

0,2 V.

Keywords: DNA Biosensor; gold electrode; guanine oxidation; Mycobacterium tuberculosis; Self-assembled monolayer.