M. Khalil, R Salma, Ardiyas R.S, M Nur A,Ulul A,Widie K.H

## POTENSI SENYAWA BIOAKTIF β -CAROTENE SEBAGAI KANDIDAT ANTIVIRUS HEPATITIS B
THE POTENTION OF BIOACTIVE COMPOUND β -CAROTENE AS ANTI-HEPATITIS B VIRUS CANDIDATE
Muhammad Khalil 1 , Rulyana Salma Rosadha 1 , Ardiyas Robi Saputra 1 , M. Nur Akbar 1 , Ulul Azmi 2 , Widie Kemala Hapsari 3
1 Pascasarjana Universitas Negeri Malang, Jalan Semarang No. 5, Malang, Jawa Timur, Indonesia.
2 Pendidikan Dokter Universitas Abulyatama, Kuta Baro, Aceh Besar, Aceh, Indonesia.
3 Pascasarjana Universitas Gadjah Mada, Bulaksumur, Yogyakarta, Indonesia
E-mail: mohdkhalil@outlook.com

## ABSTRAK
Hepatitis B adalah penyakit yang disebabkan oleh infeksi virus hepatitis tipe B yang dapat mengakibatkan kerusakan pada sel hati. Penyembuhan dengan penggunaan obat terhadap infeksi  ini dalam  jangka  lama akan  menimbulkan resistensi, oleh karena  itu diperlukan kajian  dan  pengembangan  senyawa  yang  dapat  digunakan  sebagai  alternatif  dalam pengobatan.  β-carotene  adalah  senyawa  bioaktif  golongan  karotenoid  yang  memiliki khasiat  sebagai  obat  untuk  penyakit  metabolik,  kardiovaskular,  serta  penyakit  infeksi. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji  potensi  senyawa  bioaktif  β-carotene  sebagai kandidat  antivirus  hepatitis  B  dengan  pendekatan in  silico. Analisis  dilakukan  dengan simulasi penambatan molekular antara senyawa β-carotene dengan  protein kapsid virus hepatitis B. Hasil analisis menunjukkan bahwa β-carotene mengikat protein kapsid virus hepatitis B sesuai dengan ligan referensi. Situs pengikatan senyawa melibatkan 17 asam amino dari protein kapsid  virus  hepatitis B,  yaitu LEU D:37, THR D:109, ILE D:105, THR D:33, SER D:106, PHE D:23, ASP D:22, ARG D:133, TYR D:118, PHE D:110, TRP  D:102,  PHE  D:122,  ALA  D:137,  TRP  D:125,  ILE  D:126,  PRO  D:20,  dan  LEU D:140.  Ikatan  yang  terbentuk  yaitu  ikatan  van  der  Waals,  alkil  dan  Pi-alkil.  Nilai pengikatan  yang  diperoleh  dari  simulasi  penambatan  molekular  adalah  -7,9  kkal/mol, lebih  rendah  dibandingkan  dengan  ligan  referensi  sebesar  -6,8  kkal/mol.  Senyawa  β- carotene memiliki potensi sebagai kandidat antivirus hepatitis B.
Kata Kunci: Senyawa Bioaktif, β -carotene, Hepatitis B, Antivirus , In Silico

## ABSTRACT
Hepatitis B is a disease caused by the hepatitis B virus infection that can cause damage to  liver cells. Healing with the use of  drugs against  this infection, in the long run, will cause resistance, therefore it is necessary to study and develop compounds  that can be used as alternatives in treatment. β-carotene is a bioactive compound of the carotenoid group that has efficacy as a drug for metabolic, cardiovascular, and infectious diseases. This  study  aims  to  examine  the  potential  of  the  bioactive  compound  β-carotene  as  a hepatitis B antiviral candidate with the in silico approach. The analysis was performed
Vol. 03, No. 01, (Maret, 2020), pp. 393-399.
M. Khalil, R Salma, Ardiyas R.S, M Nur A,Ulul A,Widie K.H
molecular docking simulation between β-carotene and hepatitis B virus capsid protein. The analysis result showed that β-carotene binds to the hepatitis B virus capsid protein according to the reference ligand. The binding site of the compound involves 17 amino acids from the hepatitis B virus capsid  protein, LEU D: 37, THR D: 109, ILE D: 105, THR D: 33, SER D: 106, PHE D: 23, ASP D: 22, ARG D: 133, TYR D: 118, PHE D: 110, TRP D: 102, PHE D: 122, ALA D: 137, TRP D: 125, ILE D: 126, PRO D: 20, and LEU D: 140. The bonds formed are van der Waals, alkyl and Pi-alkyl bonds. The binding value obtained from the molecular docking simulation is -7.9 kcal/mol, lower than the reference ligand of -6.8 kcal/mol. The β-carotene compound has potential as an antiviral candidate for hepatitis B.
Keywords: Bioactive compounds, β-carotene, Hepatitis B, Antivirus, In Silico

## PENDAHULUAN
Hepatitis  adalah  jenis  penyakit  yang disebabkan  oleh  infeksi  dari  virus  hepatitis (HBV).  HBV  merupakan  virus  dari  famili Hepadnaviridae yang memiliki struktur nukleokapsid yang diselubungi oleh amplop lipid bilayer.  Pada  bagian  dalam  HBV  terdapat komplek  antigen  inti,  polimerase,  dan  genom virus  berupa  DNA  (Liang,  2009).  Infeksi  virus ini dapat menyebabkan kerusakan pada sel hati, seperti  sirosis  dan hepatocellular  carsinoma sehingga mengakibatkan kematian pada penderitanya  (Fu,  dkk.,  2014).  Sampai  saat  ini terdapat  6  tipe  virus  hepatitis  yang  telah diidentifikasi, yaitu virus hepatitis A, B, C, D, E dan  G  (Lestari,  2015).  Virus  hepatitis  tipe  B (HBV) merupakan salah satu tipe hepatitis yang menginfeksi  lebih  dari  350  juta  orang  di  dunia, sehingga  penyakit  tersebut  menjadi  salah  satu penyakit permasalahan kesehatan global (Mohan,  2015).  Kurang  lebih  30%  dari  total polpulasi  dunia  menunjukkan  bukti  serologis sedang/pernah  mengalami  infeksi  HBV  (Trépo,
2014). 600.000 pasien penderita penyakit akibat infeksi  HBV  setiap  tahunnya  meninggal  dunia (Abbas & Siddiqui, 2011).
Penanganan  infeksi  HBV  sejauh  ini dilakukan dengan pemberian obat sebagai upaya kuratif serta vaksin sebagai upaya preventif. Obat yang telah disetujui oleh Administrasi Makanan dan  Obat  Amerika  (FDA)  untuk  penyembukan infeksi  HBV  yaitu  analog  nukleosida  (adefovir, telbivudin, lamivudin, dan lainnya) dan immunomodulator (Rijckborst, dkk., 2011; Wu, dkk.,  2010;  Piratvisuth,  dkk.,  2008).  Namun, penggunaan  obat  tersebut  dalam  jangka  waktu lama  dapat  mengakibatkan  resistensi  sehingga obat tidak lagi efektif menyembuhkan (Firdayani,  2015).  Oleh  karena  itu,  diperlukan upaya untuk menemukan dan mengkaji senyawa- senyawa  baru  sebagai  alternatif  yang  dapat digunakan.
β -carotene adalah  salah  satu  jenis senyawa  bioaktif  yang  dikelompokkan  ke dalam karotenoid (Mayne, 1996). Senyawa β -
M.Khalil, R Salma, Ardiyas R.S, M Nur A,Ulul A,Widie K.H
carotene terdiri  atas  40  atom  karbon  dan  56 atom    hidrogen  (C 40 H 56 )  yang  strukturnya tersusun dalam bentuk ikatan rantai panjang dengan  ikatan  rangkap  terkonjugasi  yang menyebabkan  tanaman  yang  mengandung senyawa ini berwarna kuning dan jingga serta terkadang  hijau.  Senyawa  tersebut  memiliki berat molekul sebesar 536,9 g/mol. Senyawa β -carotene dapat  ditemukan pada berbagai  jenis tanaman  seperti  apel,  pisang,  pir,  buah  naga, durian,  nangka,  anggur,  leci,  mangga,  jeruk pepaya, salak, rambutan, dan melon ( Charoensiri,  dkk.,  2009).  Tanaman  yang mengandung β -carotene  dapat  dikonsumsi untuk  mencegah  berbagai  penyakit  infeksi, degeneratif,  kardiovaskular,  metabolik,  dan beberapa  penyakit  lainnya  (Maughan,  2005). Sehingga  diperlukan  adanya  upaya  meneliti potensi  senyawa β -carotene  sebagai  kandidat alternatif  senyawa  yang  dapat  dikembangkan sebagai obat untuk menyembuhkan infeksi HBV.

## METODE PENELITIAN
Analisis  untuk  mengkaji  potensi  senyawa bioaktif  ini  dilakukan  melalui  pendekatan in silico dengan menggunakan perangkat komputasi . Perangkat komputasi yang digunakan dalam penelitian memiliki spesifikasi prosessor  AMD  A9-9425,  RAM  4  GB,  Kartu grafis (VGA) Radeon R5 2 GB, HDD 1 TB, dan dioperasikan  dengan  sistem  operasi  (OS) Windows 10 Pro 64-bit.
Potensi senyawa bioaktif dianalisis melalui metode simulasi penambatan molekular
(molecular docking simulation) dengan menggunakan senyawa β -carotene sebagai ligan yang dikaji potensinya, dan protein kapsid HBV sebagai  protein  target  yang  berasal  dari  virus hepatitis B. Struktur 2D dan 3D dari senyawa β - carotene dikoleksi dari database senyawa kimia PubChem  dengan  CID  5280489  (Gambar  1). Struktur  3D  protein  target  diperoleh  dari database  protein  Protein  Data  Bank  (PDB) (Gambar 2).
Hasil simulasi molecular docking selanjutnya  diinterpretasikan  berdasarkan  nilai pengikatan (binding affinity) dan situs pengikatan (binding  site) antara  senyawa β - carotene  yang  dibandingkan  dengan  nilai binding affinity dan binding site yang terbentuk dari  hasil redocking ligan  referensi  yang digunakan, yaitu 4 metil heteroarildihidropirimid (4-metil HAP) (Gambar  3)  (Firdayani,  dkk.,  2017;  Qiu,  dkk., 2016). Perangkat lunak (software) yang digunakan untuk menjalankan perintah simulasi molecular docking yaitu PyRx Virtual Screening Tool. Hasil simulasi molecular docking berikutnya divisualisasikan dengan menggunakan software PyMol.  Hasil docking juga divisualisasikan dengan software Discovery Studio  untuk  melihat  asam  amino  dari  protein kapsid  HBV  yang  terlibat  dalam  pengikatan dengan senyawa β -carotene.
M. Khalil, R Salma, Ardiyas R.S, M Nur A,Ulul A,Widie K.H

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil redocking antara  ligan  referensi dengan protein kapsid HBV menunjukkan bahwa nilai binding affinity yang diperoleh sebesar -6,8 kkal/mol.  Visualisasi  hasil redocking 4-metil HAP dengan protein kapsid HBV disajikan pada Gambar  4.  Nilai binding  affinity tersebut digunakan untuk membandingkan nilai pengikatan  senyawa  bioaktif  dengan  protein target.
(a) (b)
Gambar  1. Struktur  senyawa  bioaktif β - carotene,  (a)  Struktur  2D;  (b) Struktur 3D
Gambar  3. Struktur  3D  ligan  referensi,  4-metil HAP
Gambar 2. Struktur 3D protein target, protein kapsid HBV
Protein Kapsid HBV

## Senyawa 4-Metil HAP
Gambar  4. Visualisasi  hasil redocking 4-metil HAP dengan protein kapsid HBV
M.Khalil, R Salma, Ardiyas R.S, M Nur A,Ulul A,Widie K.H
Hasil simulasi molecular docking senyawa β-carotene dengan protein kapsid HBV memiliki nilai binding affinity sebesar -7,9 kkal/mol. Nilai tersebut lebih rendah jika dibanding dengan skor yang  terbentuk  dari  pengikatan  ligan  referensi dengan  protein  target.  Skor  pengikatan  yang lebih  rendak  mengindikasikan  bahwa  ikatan yang  terbentuk  pada  kompleks β -carotene  dan protein  kapsid  HBV  lebih  baik  dibandingkan dengan  ikatan  pada  kompleks  senyawa  4-metil HAP dan protein kapsid HBV (Ain, dkk., 2015;
Ballester, dkk., 2010).
Visualisasi  3D  menunjukkan  struktur kompleks  antara  senyawa  β-carotene,  senyawa kontrol  dan  protein  kapsid  HBV  dari  hasil molecular docking dan binding site membentuk pengikatan  pada  situs  yang  sama  (Gambar  5). Temuan  ini  memberikan  informasi  bahwa senyawa β -carotene diprediksi memiliki aktivitas yang sama dengan senyawa 4-metil HAP dalam menghambat replikasi HBV.
Visualisasi  2D  menunjukkan  residu  asam amino  dari  protein  kapsid  HBV  yang  terlibat dalam  ikatan  dengan  senyawa  β-carotene berjumlah 17 asam amino, yaitu LEU D:37, THR D:109, ILE D:105, THR D:33, SER D:106, PHE D:23, ASP D:22, ARG D:133, TYR D:118, PHE D:110,  TRP  D:102,  PHE  D:122,  ALA  D:137, TRP  D:125,  ILE  D:126,  PRO  D:20,  dan  LEU D:140. Ikatan yang terbentuk yaitu ikatan van der Waals, alkil dan Pi-alkil (Gambar 6).

## SIMPULAN
Senyawa  bioaktif β -carotene  memiliki aktivitas  menghambat  proses  replikasi  virus hepatitis  B  dengan  berikatan  pada  protein kapsid  HBV  berdasarkan  hasil  analisis  yang dilakukan    melalui  pendekatan in  silico, sehingga  senyawa  tersebut  dapat  dijadikan
Protein Kapsid Virus Hepatitis B Senyawa 4-Metil HAP Senyawa β-carotene
Gambar  5. Komplek β -carotene,  4-metil HAP, dan protein kapsid HBV
Gambar  6. Asam  amino  yanag  terlibat  pada ikatan  antara β -carotene  dengan protein  kapsid  HBV  serta  jenis ikatannya
M. Khalil, R Salma, Ardiyas R.S, M Nur A,Ulul A,Widie K.H
sebagai  kandidat  antivirus  hepatitis  B. Studi lebih  mendalam  perlu  dilakukan  untuk mengkaji senyawa tersebut melalui pendekatan in  vitro dan in  vivo sehingga senyawa bioaktif tersebut dapat dikembangkan  sebagai  obat  untuk  melawan penyakit  yang  disebabkan  oleh  infeksi  virus hepatitis B.

## DAFTAR PUSTAKA
Abbas,  Z.,  &  Siddiqui,  A.  R.  (2011).  Management  of  hepatitis  B  in  developing  countries. World Journal of Hepatology , 3 (12), 292–299.
Ain, Q. U., Aleksandrova, A., Roessler, F. D., & Ballester, P. J. (2015). Machine‐learning scoring functions to improve structure‐based binding affinity prediction and virtual screening. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science, 5 (6), 405-424.
Ballester, P. J., & Mitchell, J. B. (2010). A machine learning approach to predicting protein–ligand binding affinity with applications to molecular docking. Bioinformatics, 26 (9), 1169-1175.
Charoensiri, R., Kongkachuichai, R., Suknicom, S., & Sungpuag, P. (2009). Beta-carotene, lycopene, and alpha-tocopherol contents of selected Thai fruits. Food chemistry, 113 (1), 202-207.
Firdayani, Kusumaningrum, S., & Miranti, Y. R. (2017). Potensi Senyawa Bioaktif Tanaman Genus Phyllanthus  Sebagai  Inhibitor  Replikasi  Virus  Hepatitis  B. Jurnal  Bioteknologi  &  Biosains Indonesia (JBBI) , 4 (2), 85-95.
Fu, L. L., Liu, J., Chen, Y., Wang, F. T., Wen, X., Liu, H. Q., Wei, Y. Q. (2014). In silico analysis and experimental validation of azelastine hydrochloride (N4) targeting sodium taurocholate co- transporting polypeptide (NTCP) in HBV therapy. Cell Proliferation , 47 (4), 326–335.
Lestari, R. I. (2015). Pengaruh Hepatitis terhadap Kehamilan . Jurnal Agromedicine, 2 (2), 77-80. Liang, T. J. (2009). Hepatitis B: The virus and disease. Hepatology , 49 (SUPPL. 5), 13–21.
Maughan, R. (2005). Basic metabolism II: Carbohydrate. Surgery (Oxford), 23 (5),154–158.
Mayne,  S.  T.  (1996).  Beta-carotene,  carotenoids,  and  disease  prevention  in  humans. The  FASEB Journal, 10 (7), 690-701.
Mohan,  M.,  James,  P.,  Valsalan,  R.,  &  Nazeem,  P.  (2015).  Molecular  docking  studies  of phytochemicals from Phyllanthus niruri against Hepatitis B DNA Polymerase. Bioinformation , 11 (9), 426–431.
Piratvisuth,  T.  (2008).  Reviews  for  APASL  guidelines:  immunomodulator  therapy  of  chronic hepatitis B. Hepatology international, 2 (2), 140-146.
Qiu, Z., Lin, X., Zhou, M., Liu, Y., Zhu, W., Chen, W., Zhang, W., Guo, L., Wu, G., Jiang, M., Qin,
N., Ren, S., Qiu, H., Zhong, S., Zhang, Y., Shi, L., Shen, F., Mao, Y., Zhou, X., & Huang, M. (2016).  Design  and  synthesis  of  orally  bioavailable  4-methyl  heteroaryldihydropyrimidine based hepatitis B virus (HBV) capsid inhibitors. Journal of medicinal chemistry, 59 (16), 7651- 7666.
Rijckborst,  V.,  Sonneveld,  M.  J.,  &  Janssen,  H.  L.  A.  (2011).  chronic  hepatitis  B–anti‐viral  or immunomodulatory therapy?. Alimentary pharmacology & therapeutics, 33 (5), 501-513.
Trépo, C., Chan, H. L., & Lok, A. (2014). Hepatitis B virus infection. The Lancet, 384 (9959), 2053- 2063.
Wu,  B.,  Li,  T.,  Chen,  H.,  &  Shen,  J.  (2010).  Cost-effectiveness  of  nucleoside  analog  therapy  for hepatitis B in China: a Markov analysis. Value in Health, 13(5), 592-600.