Mengenal Vaksin PMK Produk Rekayasa Genetika yang Aman dan Manjur

PanganNews.id Jakarta - Oleh Drh. Pudjiatmoko, Ph,D, Medik Veteriner Ahli Utama, Direktorat Kesehatan Hewan

Virus Penyakit Mulut dan Kuku (PMK) merupakan agen penyebab penyakit PMK yang sangat menular menyerang babi, sapi, domba, kambing, kerbau, dan hewan berkuku belah lainnya. Penyakit ini menyebabkan kerugian produksi yang parah dan mengganggu berbagai kegiatan peternakan, industri, dan sosial. Status PMK di suatu negara merupakan satu-satunya penghalang terbesar untuk perdagangan di subsektor peternakan. Selanjutan akan berdampak pada pasar jagung dan kedelai dan berdampak negatif terhadap industri terkait seperti pabrik pengolahan makanan, distribusi makanan, dan restoran.

Untuk mencegah terinfeksi virus PMK dilakukan vaksinasi terhadap hewan rentan tersebut di atas. Vaksin PMK inaktif saat ini telah digunakan untuk mengendalikan PMK di seluruh dunia. Vaksin PMK konvensional diproduksi dengan menggunakan virus PMK tipe lapangan yang ganas (virulen). Virus tipe virulen ini dikhawatirkan adanya risiko virus PMK lolos dari fasilitas perusahaan pembuat vaksin atau tidak sempurnanya inaktivasi virus selama proses pembuatan vaksin yang akan mencemari lingkungan. Untuk meningkatkan kualitas vaksin yang dihasilkan dari virus PMK tipe lapangan ini biasanya diproses dengan cara mengurangi antigen non-struktural, namun masih ada saja risiko tersisa protein non-struktural dalam produk akhir. 

John M. Hardham dkk. melaporkan hasil penelitiannya pada tahun 2020 terkait Vaksin Baru PMK yaitu Platform vaksin PRG (Produk Rekayasa genetika) FMD-LL3B3D. Vaksin rekombinan ini dikembangkan secara antigenik sehingga virusnya tidak virulen dan tidak mengandung protein non-struktural sehingga vaksin yang dihasilkan cocok untuk uji serologi dengan metode yang dapat membedakan adanya antibodi hasil vaksinasi dan infeksi alam. Metode ini biasa disebut Differentiating Infected from Vaccinated Animal (DIVA). Platform vaksin ini memungkinkan pertukaran urutan pengkodean kapsid dengan mudah untuk membuat vaksin dengan serotipe spesifik. 

Platform vaksin FMD-LL3B3D tidak perlu menguras protein non-struktural karena wilayah pengkodean 3B (pengkodean protein non-struktural) mengandung mutasi yang sesuai dengan epitop antibodi monoklonal yang digunakan dalam komersial yang tersedia. Pada tes diagnostik FMD DIVA di sini membuat hewan yang divaksinasi FMD-LL3B3D tidak responsif.

Peneliti melaporkan bahwa vaksin inaktif FMD-LL3B3D-A24 Cruzeiro dapat menghasilkan antibodi pada sapi sehingga tahan terhadap tantangan virus PMK tipe lapangan A24 Cruzerio. Sistem adjuvant eksklusif digunakan dalam formulasi vaksin PMK ini sehingga dapat memberikan perlindungan efektif pada dosis rendah dan dapat mempertahankan kompatibilitas DIVA. 

Berbeda dengan virus PMK tipe lapangan, virus mutan FMD-LL3B3D rekombinan ini telah terbukti tidak menyebabkan gejala klinis PMK dan tidak menimbulkan shedding (penumpahan) virus pada sapi atau babi setelah diinokulasi dengan virus hidup mutan tersebut. Platform vaksin FMD-LL3B3D memberikan peluang untuk produksi vaksin yang lebih aman dengan kompatibilitas DIVA. Diharapkan vaksin ini dapat mendukung pengendalian dan pemberantasan PMK global.

Mengantisipasi risiko kebocoran virus

Mempertimbangkan risiko terjadi kebocoran strain PMK virulen tipe lapangan ketika digunakan di laboratorium penelitian atau produksi vaksin PMK maka perlu membatasi keberadaan virus PMK tipe lapangan hanya disimpan pada Laboratorium Penelitian Penyakit Hewan dengan fasilitas Bio Safety Level (BSL4). Roth dan Spickler (2014) menyatakan bahwa perlu mencari vaksin PMK dengan menggunakan teknologi baru yang dapat diproduksi dengan aman dengan didasarkan pada platform yang memungkinkan berbagai serotipe/topotipe kapsid dimasukkan ke dalam vaksin. Vaksin jenis ini kemudian akan menjadi kandidat vaksin jadi dan konsentrat antigen vaksin yang dikelola oleh vendor.

Saat ini ada tujuh serotipe virus PMK yang berbeda secara imunologis yang terdiri dari 60 topotipe. Serotipe ini, dengan pengecualian serotipe C yang belum terdeteksi di lapangan sejak tahun 2004, beredar di tujuh "pool" PMK yang diakui di seluruh dunia. Keragaman genetik dan antigen dari strain virus PMK menimbulkan tantangan perlunya pencocokan vaksin (FMD vaccine matching) untuk pengendalian PMK yang efektif. Situasi ini menyebabkan perlunya mempertahankan vaksin khusus untuk setiap wilayah. 

Vaksin PMK konvensional baik monovalen maupun multivalen terdiri dari virus tipe lapangan virulen yang diinaktivasi secara kimiawi dan diformulasikan dengan adjuvant. Vaksin ini dapat memberikan perlindungan terhadap gejala klinis PMK, namun sangat tergantung pada kecocokan strain virus yang terkandung dalam vaksin dengan virus lapangan. Selain itu masih ada banyak tantangan dan kesenjangan, diantaranya adalah penggunaan strain PMK virulen, kebutuhan dosis ganda, durasi kekebalan yang singkat, kurangnya pencegahan persistensi, dan kompatibilitas DIVA yang tidak lengkap.

Terdapat empat kelemahan utama vaksin PMK konvensional yang saat ini tersedia secara komersial yaitu: 

Pertama, untuk memproduksi antigen vaksin diperlukan sejumlah besar virus PMK yang mudah menular dan virulen sehingga menghadapi risiko terjadi lolosnya virus dari fasilitas laboratorium pembuat vaksin atau inaktivasi yang tidak lengkap selama proses formulasi vaksin. Oleh karena itu, vaksin inaktif PMK konvensional tersebut harus diproduksi di fasilitas biokontainmen yang mempunyai fasilitas BSL4. Selain itu diperlukan peralatan khusus untuk memproduksi volume cairan kultur sangat besar berkisar antara 1.000–5.000 liter. Risiko bocornya virus keluar dari fasilitas manufaktur merupakan alasan utama mengapa banyak negara membatasi produksi vaksin PMK hanya untuk strain endemik lokal. Ada beberapa kejadian virus PMK virulen yang keluar dari fasilitas manufaktur dan menyebabkan wabah PMK yang meluas. 

Kedua, strain vaksin harus secara antigen cocok dengan virus PMK tipe lapangan yang bertanggung jawab atas wabah PMK karena vaksin standar dapat memberikan sedikit atau tidak ada perlindungan silang terhadap strain yang berbeda meskipun dalam serotipe yang sama. 

Ketiga, pada uji serologis terdapat tantangan yang terkait dengan membedakan antibodi hewan yang terinfeksi virus lapangan dari hewan yang divaksinasi ketika menggunakan vaksin PMK konvensional. Sejumlah kecil sisa protein non-struktural mungkin masih ada dalam vaksin PMK konvensional, yang menghasilkan beberapa hewan dengan hasil positif palsu pada uji labolatorium, terutama jika beberapa vaksinasi ulang diperlukan. 

Keempat, vaksin PMK konvensional mungkin tidak sepenuhnya melindungi hewan dari infeksi persisten. Dalam sebuah studi tahun 2016 oleh Stenfeldt dkk. menununjukkan bahwa infeksi atau persistensi subklinis (baru atau sementara akut) mengakibatkan tantangan dalam persentase yang hampir sama dari hewan yang divaksinasi dan yang tidak divaksinasi (62% pada sapi yang divaksinasi, 67% pada sapi yang tidak divaksinasi), menunjukkan bahwa vaksinasi dengan vaksin konvensional berdampak kecil pada status hewan sebagai carrier (pembawa) virus PMK.  

Untuk menghindari bocornya virus virulen maka terdapat larangan pemasukan virus hidup PMK ke negara atau zona yang bebas PMK. Larangan ini memunculkan tantangan bagi penelitian virus PMK untuk melakukan penemuan, pengembangan, dan pembuatan vaksin PMK dengan seed virus yang tidak virulen namun mempunyai efikasi yang timggi.

Pencarian vaksin alternatif mengantisipasi strain baru

Pencarian vaksin alternatif telah menjadi fokus penelitian ekstensif selama beberapa dekade. Untuk mengatasi beberapa keterbatasan vaksin PMK konvensional di atas, di Layanan Penelitian Pertanian, Departemen Pertanian, Amerika Serikat telah mengembangkan platform Vaksin PMK generasi baru yang lebih aman dengan menggunakan adjuvant yang tepat. Platform vaksin terdiri dari virus PMK A24 Cruzeiro yang dilemahkan yang telah dimodifikasi dalam tiga cara: (1) penghapusan 543-bp dari urutan pengendali virus PMK yang mengakibatkan pelemahan virus PMK A24 Cruzeiro; (2) penyisipan dua situs enzim restriksi unik yang mengapit daerah pengkode kapsid untuk mengakomodasi pertukaran kaset pengkodean kapsid; dan (3) penanda antigenik negatif direkayasa ke dalam protein non-struktural 3B dan 3Dpol (Uddowla S dkk, 2012). 

Berbeda dengan vaksin konvensional yang diproduksi dengan virus PMK tipe lapangan, virus vaksin rekombinan platform FMDV-LL3B3D sepenuhnya dilemahkan karena tidak menimbulkan gejala klinis PMK dan tidak ada pelepasan virus pada sapi atau babi setelah diinokulasi virus hidup tersebut. Sehingga platform vaksin ini dapat menggunakan teknologi pembuatan vaksin PMK tanpa kekhawatiran risiko lolosnya virus virulen dari lokasi produksi yang dapat menimbulkan wabah PMK. 

Vaksin yang telah selesai diformulasikan dengan sistem adjuvant yang tepat dapat menginduksi respons imun humoral dan seluler yang kuat. Strain platform vaksin FMD-LL3B3D A24 Cruzeiro dan sejumlah besar kaset pengkodean kapsid dikecualikan dari Peraturan Program Agen Pilihan Amerika Serikat pada April 2018. Platform vaksin FMDV-LL3B3D tersebut saat ini dikembangkan dengan tujuan menyediakan vaksin PMK yang sepenuhnya kompatibel dengan DIVA yang diproduksi di Amerika Serikat. 

Sementara formulasi vaksin PMK konvensional memberikan keamanan dan efikasi yang memadai, masih ada banyak tantangan dan kesenjangan. Di antaranya adalah penggunaan strain PMK virulen, kebutuhan untuk dosis ganda, durasi kekebalan yang singkat, kurangnya pencegahan persistensi, dan tidak adanya kompatibilitas DIVA. 

Selain itu, jadwal pengembangan vaksin konvensional tidak sesuai dengan kebutuhan akan respons cepat terhadap munculnya stain PMK baru atau strain yang sedang berkembang. Untuk mengatasi keterbatasan ini, dikembangkan platform vaksin FMD-LL3B3D yang menggabungkan platform yang aman dan sangat kompatibel terhadap DIVA dengan pengembangan cepat vaksin PMK baru yang inaktif yang diformulasikan dengan sistem adjuvant yang tepat dapat meningkatkan imunogenisitas vaksin. Platform vaksin dapat disesuaikan untuk menukar wilayah pengkodean kapsid virus PMK dengan tetap menjaga keamanan dan kemampuan kompatibilitas DIVA.

Keunggulan platform vaksin FMD-LL3B3D

Karena vaksin PMK konvensional diproduksi dari virus PMK tipe lapangan, antigen massal harus dimurnikan untuk menghabiskan protein non-struktural yang ada dalam supernatan. Proses ini tidak efektif 100% karena mungkin masih ada beberapa protein non-struktural yang ada di dalam partikel virus yang utuh. Dengan demikian, hewan yang divaksinasi mungkin masih bereaksi terhadap jejak protein non-struktural ini dan menunjukkan hasil positif ketika diuji dengan uji DIVA yang tersedia. 

Sebaliknya, platform vaksin FMD-LL3B3D tidak perlu menguras protein non-struktural karena wilayah pengkodean 3B (pengkodean protein non-struktural) mengandung mutasi yang sesuai dengan epitop antibodi monoklonal yang digunakan dalam kit komersial yang tersedia. Pada uji diagnostik PMK DIVA membuat antibodi hewan yang divaksinasi FMD-LL3B3D tidak responsif. 

Hewan yang divaksinasi dengan dosis penuh vaksin FMD-LL3B3D A24 Cruzeiro terbukti memiliki reaktivitas yang serupa dengan hewan yang divaksinasi dengan PBS dalam tiga tes diagnostik PMK DIVA yang tersedia secara komersial. Status kekebalan hewan dapat diketahui dengan pasti dengan adanya kompatibilitas DIVA sehingga vaksin ini dapat digunakan untuk memfasilitasi kebijakan pengendalian dan pemberantasan PMK nasional.

Dalam merespons wabah PMK baru atau serangan strain PMK baru yang tidak terpenuhi oleh bank vaksin PMK yang ada, platform vaksin PMK-LL3B3D dapat digunakan untuk menghasilkan vaksin baru dengan cepat. Sebuah plasmid shuttle yang dihasilkan dalam E. coli di mana daerah pengkodean kapsid dari genom platform vaksin FMD-LL3B3D telah diganti dengan gen G-luc. Plasmid shuttle ini merupakan tempat awal melakukan respons cepat. Setelah mendapatkan strain PMK baru, daerah pengkode kapsid diurutkan, dan daerah pengkode kapsid disintesis dengan situs restriksi baru yang mengapit daerah pengkode kapsid. Teknik biologi molekuler konvensional ini biasa digunakan untuk mengkloning daerah pengkodean kapsid ke dalam plasmid shuttle untuk menghasilkan konstruksi plasmid yang utuh.

Dengan cara ini, masuknya strain PMK baru ke negara bebas PMK pada awalnya dapat diatasi dengan pencocokan vaksin terdekat dan segera diikuti dengan vaksin strain PMK spesifik.

Secara bersama-sama, formulasi vaksin yang mengandung antigen berbasis FMD-LL3B3D mewakili peningkatan profil produk yang dapat mengatasi keterbatasan vaksin PMK yang ada dan menciptakan kemampuan respons cepat sehingga dapat digunakan untuk segera mengatasi serangan serotipe virus PMK baru. Teknologi platform baru dengan potensi tinggi, produksi antigen yang aman, kompatibilitas DIVA yang penuh, dan aplikasi dosis tunggal ini dapat merevolusi pasar vaksin PMK dan dapat memberikan profil produk yang sejalan dengan upaya nasional untuk memberantas PMK.

Semoga Pemerintah Indonesia dapat mengevaluasi regulasi terkait Pedoman Genome Editing dan juga Komisi Keamanan Hayati di Kementerian Lingkungan hidup dan Kehutanan dapat bekerja lebih cermat dan cepat dalam merespon perkembangan teknologi produk rekayasa gentika (PRG), termasuk tren pembuatan vaksin untuk hewan menggunakan teknologi rekayasa genetika yang tidak bisa dihindari. Tentu dengan selalu mengedepankan keamanan dan manfaat untuk masyarakat luas.