Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |31

## KONSTRUKSI PRIMER UNTUK MENDETEKSI MUTASI
GEN rpoB Mycobacterium tuberculosis

## DENGAN METODE AMPLIFICATION REFRACTORY MUTATION SYSTEM (ARMS)-PCR
Arif Sardi Biologi, UIN Ar-Raniry, Banda Aceh, Indonesia arif_sardi@yahoo.co.id
Abstract : Quickly recognize drug resistance in Mycobacterium tuberculosis is very important for the efficiency of the treatment and control of the disease. More than 95% of RIF resistance occurs due to point mutations in the 81-bp region of the rpoB gene M. tuberculosis . Generally, the mutation occurs at codon 531, 526 and 516. One of method to detect the mutation is using ARMS- PCR. In order to apply the ARMS-PCR technique to detection of mutations needed a special and specific primer. Primer design process using computer software “Primer Designer” and the specificity was confirmed with “Bioedit”. Accuracy and ability of all these primers to detecting mutation in rpoB gene M. tuberculosis tested using ARMS-PCR method. PCR amplification results were then analyzed using the techniques of electrophoresis on agarose 1.5%. Electrophoresis results showed two bands produced from the amplification with the template H37RV (wild type). Both bands are expected to be in a position 238 bp and 484 bp, in the other hand the result amplification with the template from mutant strains produce one band with sized 484 bp. From these data it is known that ARMS-PCR reactions are performed can be used to detect mutations in the rpoB gene of M. Tuberculosis .
Abstrak: Mengetahui secara cepat resistansi obat pada Mycobacterium tuberculosis adalah hal yang sangat penting untuk efisiensi pengobatan dan pengontrolan penyakit tersebut. Lebih dari 95% resistan RIF terjadi karena adanya mutasi titik pada daerah sepanjang 81-bp dari gen rpoB M. tuberculosis . Umumnya mutasi terjadi pada kodon 531, 526 dan 516. Salah satu cara yang dapat mendeteksi mutasi tersebut adalah dengan menggunakan metode ARMS- PCR. Untuk bisa menerapkan teknik ARMS-PCR dalam mendeteksi mutasi yang terjadi dibutuhkan suatu primer yang khusus dan spesifik. Proses konstruksi primer dilakukan dengan menggunakan software komputer ”Primer Designer” dan spesifisitasnya dikonfirmasi dengan “Bioedit”. Ketepatan dan kemampuan ketiga primer tersebut dalam mendeteksi mutasi gen rpoB M. tuberculosis diuji menggunakan metode ARMS-PCR. Hasil amplifikasi PCR selanjutnya dianalisis menggunakan teknik elektroforesis pada agarosa 1,5%. Dari hasil elektroforesis dilihat adanya dua pita yang terbentuk dari hasil amplifikasi menggunakan template H37RV ( wild type ). Kedua pita tersebut diperkirakan berada pada posisi 238 bp dan 484 bp, sedangkan pada hasil amplifikasi

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
(www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
32|
menggunakan template strain mutan menghasilkan satu pita sepanjang 484 bp. Dari data tersebut diketahui bahwa reaksi ARMS-PCR yang dilakukan bisa digunakan untuk mendeteksi mutasi gen rpoB M. tuberculosis . Key Word: mutasi, M. tuberculosis , ARMS-PCR.
Pendahuluan Tuberkulosis (TB) merupakan salah satu penyakit infeksi tertua yang dikenal dalam dunia kedokteran, namun sampai sekarang masih menjadi pembunuh paling besar diantara penyakit infeksi. Menurut World Health Organization [1] , lebih dari satu juta orang meninggal setiap tahunnya akibat infeksi ini. WHO memperkirakan antara tahun 2002–2020 sekitar 1 milyar manusia akan terinfeksi. Dengan kata lain pertambahan jumlah infeksi lebih dari 56 juta tiap tahunnya. Biasanya 5-10% diantara infeksi berkembang menjadi penyakit dan 40% diantara yang berkembang menjadi penyakit berakhir dengan kematian [2] . Di Indonesia, penyakit tuberkulosis merupakan masalah utama  kesehatan  masyarakat.  Hasil  Survei  Kesehatan  Nasional (SURKESNAS) [3] yang dilakukan tahun 2010 menunjukkan bahwa penyakit ini merupakan penyebab kematian nomor tiga setelah penyakit jantung dan saluran pernafasan pada semua kelompok usia dan nomor satu dari golongan penyakit infeksi. Ada beberapa faktor yang menyebabkan sulitnya penanganan TB, salah satunya adalah belum efektifnya pemberian kemoterapi terhadap bakteri Mycobacterium tuberculosis ( M. tuberculosis ) penyebab TB [4] . Pendekatan kemoterapi untuk TB agak berbeda dengan infeksi bakteri yang lain. M. tuberculosis merupakan mikroorganisme yang memiliki waktu regenerasi yang panjang dan memiliki kemampuan menjadi dorman dalam tubuh hospesnya, sehingga menyulitkan agen kemoterapi mencapai targetnya. Kemoterapi anti tuberkulosis yang umumnya digunakan adalah : Isoniazid (INH), Ethambutol (EMB), Pyrazinamide (PZA) dan Rifampicin (RIF). Keempat jenis kemoterapi anti tuberkulosis ini sering juga disebut sebagai “ First line drugs “ [5,6] . Pemberian kemoterapi anti tuberkulosis ibarat pisau bermata
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |33
dua, disatu sisi mereka membunuh patogenik M. tuberculosis , namun disisi lain bisa memunculkan M. tuberculosis yang resistan terhadap obat-obatan tersebut. Penyebab utama dari resistansi adalah penggunaan obat yang tidak memadai, yang mencakup ketidakpatuhan minum obat, penggunaan obat bermutu rendah, diagnosa yang kurang akurat dan pengawasan penggunaan obat yang tidak optimal [1] . Beberapa penelitian menunjukkan bahwa resistan bakteri ini tidak saja terjadi pada salah satu jenis agen kemoterapi tapi bisa lebih. Kondisi ini dikenal juga dengan istilah Multi-Drugs Resistance (MDR). Karena kombinasi INH dan RIF merupakan kemoterapi utama dalam penanganan awal infeksi M. tuberculosis , maka khusus untuk TB, MDR didefenisikan sebagai resistan M. tuberculosis terhadap minimal Rifampicin (RIF) dan Isoniazid (INH) [1,5,7] . Kemungkinan terjadinya resistan tunggal bakteri terhadap RIF jarang dibandingkan dengan INH. Hal tersebut dapat diketahui dari data penelitian Johnson et al [7] yaitu sekitar 95% resistan RIF selalu diiringi resistan agen kemoterapi lain. Dengan demikian jika M. tuberculosis sudah diketahui resistan terhadap RIF maka sangat besar kemungkinannya juga sudah resistan terhadap INH, artinya bakteri ini sudah mengalami MDR. Berdasarkan hal tersebut maka WHO menetapkan resistan RIF sebagai penanda terjadinya MDR.
Mekanisme resistansi M. tuberculosis terhadap RIF sudah banyak dipelajari, dan ditemukan bahwa lebih dari 95% resistan RIF terjadi karena adanya mutasi titik pada daerah sepanjang 81-bp ( Rifampicin resistance region ) dari gen rpoB yaitu antara kodon 507-533. Umumnya mutasi terjadi karena perubahan asam amino Ser menjadi Leu pada kodon 531 (lebih kurang 25-47 %), kemudian diikuti oleh mutasi His menjadi Tyr pada kodon 526 dan Asp menjadi Val pada kodon 516 [7,8,9] . Untuk mengetahui apakah M. tuberculosis sudah resistan atau belum maka perlu dilakukan uji resistansi bakteri. Secara konvensional uji resistansi dilakukan dengan teknik kultur bakteri pada medium yang mengandung agen kemoterapi. Tetapi metode ini memiliki kelemahan diantaranya membutuhkan waktu yang lama (sekitar 3-4 bulan) dan faktor human error yang cukup tinggi. Karena rentang waktu yang diperlukan untuk mendapatkan

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
34|
hasil cukup lama, terjadinya resistansi pada bakteri sulit diketahui dengan cepat. Dampak dari tidak terdeteksinya bakteri yang resistan ini adalah selain berpengaruh pada faktor kesembuhan pasien juga akan menyebabkan terjadinya penularan secara luas kuman-kuman TB yang resistan ke orang lain. Hal ini menyebabkan penanganan masalah TB semakin komplek dan membutuhkan biaya yang sangat besar [5] . Seperti umumnya sebagian besar negara berkembang, di Indonesia  dengan  alasan  efisiensi,  uji  resistansi  konvensional kuman M. tuberculosis tidak terlalu umum dilakukan. Padahal sebagai negara dengan kasus TB nomor tiga terbesar di dunia, dimana WHO memperkirakan lebih kurang 680 ribu kasus TB pada tahun 2013 dengan angka kematian 25 orang per 100 ribu jumlah penduduk setiap tahunnya, penanganan TB idealnya dilakukan lebih serius lagi.
Dengan diketahuinya mekanisme resistansi M. tuberculosis terhadap RIF terjadi karena adanya mutasi titik pada daerah sepanjang 81-bp, maka saat ini banyak dikembangkan metode deteksi resistansi berbasis molekuler yang lebih cepat, tepat dan akurat. Salah satu diantaranya adalah metode amplification refractory mutation system (ARMS)-PCR. Metode ini cukup ideal dikembangkan di Indonesia, karena berbeda dengan metode-metode deteksi mutasi secara molekuler lain (seperti teknik hibridisasi dan sekuensing) yang membutuhkan peralatan canggih, biaya mahal, serta keahlian khusus, metode ARMS–PCR lebih sederhana. Karena metode ini hanya menerapkan prinsip PCR dengan beberapa primer sekaligus ( multiplex PCR ), yang umumnya telah tersedia dihampir setiap daerah di Indonesia. Walaupun relatif sederhana, teknik ARMS–PCR tetap memiliki sensitifitas yang tinggi dalam mendeteksi mutasi [7,8,10] . Untuk bisa menerapkan teknik ARMS–PCR dalam mendeteksi mutasi pada gen rpoB dari M. tuberculosis diperlukan suatu primer yang khusus dan spesifik. Tujuan dari penelitian ini adalah mengkonstruksi primer yang mampu mengenali terjadinya mutasi pada gen rpoB Mycobacterium tuberculosis khususnya kodon 531. Hasil penelitian ini diharapkan dapat berguna dalam pengembangan sistem deteksi resistansi M. tuberculosis yang
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |35
cepat, akurat dan murah, sehingga dapat membantu mengatasi masalah TB di Indonesia.

## Metode penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif, dimana peneliti mendeskripsikan hasil konstruksi primer dan konfirmasi kemampuan  primer  mengamplifikasi  daerah  yang  diinginkan. Isolat bakteri yang digunakan pada penelitian ini adalah DNA dari M. tuberculosis strain H37RV dan strain mutan (yang sudah resistan RIF pada kodon 531). Semua isolat diperoleh dari laboratorium Mikrobiologi Departemen Mikrobiologi, Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. Isolat-isolat ini diperlukan untuk menguji apakah primer yang dikonstruksi dapat bekerja mengamplifikasi fragmen DNA yang diinginkan. Data yang diperoleh selanjutnya dianalisis secara kualitatif, data yang dianalisis adalah hasil konstruksi primer dan kemampuan primer mengamplifikasi daerah yang diinginkan.
Konstruksi Primer Primer yang akan digunakan untuk mendeteksi mutasi gen rpoB M. tuberculosis dengan metode ARMS-PCR dikonstruksi dengan menggunakan piranti lunak komputer “ primer designer ”. Akan dihasilkan tiga buah konstruksi primer yaitu primer A196F, A196R dan A196C. Primer A196F dan A196C merupakan primer forward sedangkan primer A196R merupakan primer reverse . Primer A196F dan A196R digunakan untuk mengamplifikasi DNA yang mencakup daerah 81-bp (selanjutnya disebut primer eksternal). Primer A196C dan A196R dipakai untuk mengamplifikasi daerah yang meliputi kodon 531 (disebut primer internal). Sekuen gen rpoB M. tuberculosis yang akan digunakan untuk konstruksi primer ini diperoleh dari gen bank NCBI [11] .
Konfirmasi hasil konstruksi primer Ketepatan dan kemampuan konstruksi primer yang dibuat selanjutnya  dikonfirmasi  dalam  2  tahapan:  pertama  secara in silico (komputerisasi) dan selanjutnya baru diujikan langsung pada sampel. Konfirmasi awal dilakukan menggunakan software

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
36|

## komputer “Bioedit” untuk melihat adanya kemungkinan
mispriming primer dengan daerah-daerah lain pada genom M. tuberculosis selain  daerah  yang  akan  diamplifikasi.  Jika  tidak ditemukan kemungkinan adanya mispriming maka selanjutnya hasil konstruksi primer siap untuk disintesis menjadi oligonukleotida primer (proses sintesis/membuat oligonukleotida primer dilakukan oleh laboratorium komersial).
Proses konfirmasi/pengujian kerja primer yang dikonstruksi pada  sampel  dilakukan  dalam  3  tahapan  yaitu:  isolasi  DNA, amplifikasi dengan PCR dan elektroforesis pada gel agarosa
Isolasi DNA
Proses  isolasi  DNA  diawali  dengan  mengambil  2-3  ose koloni M. tuberculosis strain H37RV dari medium LJ (Lowenstein Jensen). Koloni tersebut dimasukkan ke dalam tabung eppendorf yang berisi 200 μL air destilasi. Campuran ini kemudian dimasukkan kedalam waterbath pada suhu 100ºC selama 30 menit untuk memisahkan  DNA  dan  menginaktifkan  bakteri. Tabung  tersebut kemudian disentrifus dengan menggunakan mikrosentrifus pada 13.000 rpm selama 10 menit. Supernatan yang berisi DNA diambil dan disimpan pada suhu    -20ºC dan siap digunakan pada reaksi PCR. Untuk koloni M. Tuberculosis strain mutan juga dilakukan dengan cara yang sama.
Amplifikasi dengan PCR DNA  yang  diperoleh  dari  hasil  isolasi,  selanjutnya diamplifikasi  dengan  menggunakan  primer  yang  dikonstruksi. Pada tahap awal reaksi PCR dilakukan sesuai dengan SOP’s yang dibuat Victor, TC et al [12] (tidak dipublikasikan). Pada tabung PCR dimasukkan primer yang dikonstruksi sebanyak 1 μL, H 2 O 36,85 μL, dNTP’s 4 μL, taq polymerase 2 μL, 10X Buffer 5,0 μL, MgCl 2 1,0 μL, dan kemudian ditambahkan 2,5 μL DNA yang diisolasi. Untuk tahap selanjutnya reaksi akan disesuaikan dengan kondisi optimum primer yang dirancang. Pada penelitian ini, reaksi PCR berlangsung sebanyak 35 siklus. Siklus PCR dimulai dengan melakukan denaturasi awal pada suhu 95ºC selama 4 menit. Tahap selanjutnya dialakukan denaturasi pada suhu 95ºC selama 1 menit,
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |37
annealing disesuaikan dengan Tm ( Melting temperatur ) primer yang dikonstruksi, dan elongasi pada suhu 72ºC selama 1 menit. Untuk tahap 2-4 diulang sebanyak 35 siklus. Pada akhir siklus dilakukan inkubasi tambahan pada suhu 72ºC selama 10 menit untuk menyempurnakan proses polimerisasi.

## Elektroforesis gel agarosa
Untuk  mengetahui  hasil  dari  amplifikasi,  dilakukan elektroforesis pada gel agarosa 1,5%. Gel agarosa dibuat dengan cara melarutkan agarosa sebanyak 1,5 gram kedalam 100 ml TAE  1X.  Larutan  dipanaskan  sampai  homogen  dan  selanjutnya didinginkan pada suhu ruangan. Larutan agarosa dituangkan ke dalam cetakan yang sebelumnya sudah dibatasi dan telah diletakkan sisir dan ditunggu sampai agarosa mengeras. Setelah agarosa mengeras, pembatasnya dibuka dan sisir diangkat. Selanjutnya agar dan cetakannya dimasukkan ke dalam chamber yang telah berisi larutan TAE 1X hingga gel terendam. DNA yang akan diamati ditambahkan dengan loading dye dengan komposisi 5:1 (DNA : Loading dye ). Bahan tersebut dicampur dengan cara pemipetan up-down agar tercampur dengan baik. Setelah bahan tercampur, diambil dan kemudian dimasukkan ke dalam sumur gel elektroforesis. Lalu chamber ditutup dan diberi tegangan  110 Volt selama 30 menit. Setelah itu gel direndam dalam larutan etidium  bromida  (0,5  μg/ml)  selama  10  menit,  dibilas  dengan akuades dan diamati dibawah sinar UV. Sebagai penanda ukuran DNA digunakan GeneRuler TM 1 kb DNA Ladder (Fermentas) 0,5 μg/μl. Selanjutnya gel hasil elektroforesis diletakkan di atas UV transluminator dan difoto [13] .

## Hasil dan pembahasan Konstruksi Primer
Salah satu hal yang sangat penting dalam reaksi PCR ialah  pemilihan  primer  atau  pemula  DNA  yang  tepat.  Primer bertanggung jawab untuk mengenali dan menandai segmen DNA template yang akan diamplifikasi. Pada penelitian ini dihasilkan tiga buah konstruksi primer yaitu primer forward A196F, primer reverse A196R dan primer forward A196C. Proses konstruksi

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
38|
primer diawali dengan mengkonstruksi primer internal A196C. Hal ini dikarenakan primer A196C merupakan primer yang nantinya  secara  spesifik  akan  mengenali  mutasi  pada  gen  rpoB M. tuberculosis khususnya kodon 531. Hasil konstruksi primer internal A196C dapat dilihat pada Tabel 1 berikut :

## Tabel 1. Hasil konstruksi awal primer A196C
Sequence:     5’-GACCCACAAGCGCCGACTGTC-3’
Kriteria Pengaturan kriteria Hasil Ket % GC Tm C No Hairpins No 3’ Dimers No Dimers
No Runs No 3’GC runs Min   50,    Max   60 Min   55,    Max   80 Energy cutoff  0.0 kcal Reject >=  3 matches pada ujung 3’
Reject >=  7 batasan homol basa Reject >=  3 basa runs Reject  >=    3  G  atau  C  pada  ujung  3’ 66 80 - 3 4 3 1
NO YES YES NO YES NO YES
Konstruksi primer dilakukan menggunakan software komputer “ primer designer “. Penggunaan software komputer dalam mengkonstruksi primer lebih efektif dibandingkan pemilihan secara manual dan acak. Beberapa faktor yang mendukung reaksi PCR lebih mudah disesuaikan bila suatu primer dikonstruksi menggunakan program komputer. Melting temperatur dan kemungkinan  homolog  primer  dengan  DNA  target  lebih  mudah diketahui bila menggunakan komputer.
Dari Tabel 1 bisa dilihat bahwa primer A196C memiliki kandungan basa GC yang tidak ideal yaitu 66 % dan Tm ( Melting Temperture ) yang terlalu tinggi 80ºC (walaupun masih dalam batas toleransi). Run dari primer tersebut kurang bagus karena terjadinya pengulangan basa C sebanyak 3 kali yaitu pada basa ke 3 sampai basa ke 5. Selain itu juga terdapat kemungkinan terjadinya self- dimer pada ujung 3’ primer dengan komplementnya Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mengkonstruksi primer adalah panjang primer, kandungan basa GC dan Tm dari primer tersebut [14] . Panjang oligonukleotida yang digunakan sebagai primer umumnya 18-28 nukleotida dan mempunyai kandungan G+C sebesar 50-60%
[15] . Pada kisaran ini primer bisa bekerja secara spesifik dan lebih mudah mengenali DNA cetakan yang akan diamplifikasi. Ukuran
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |39
primer yang terlalu pendek akan mengurangi kespesifikan primer, sebaliknya primer yang terlalu panjang juga menyebabkan reaksi PCR tidak berjalan efektif [14] . Untuk mengurangi kriteria yang tidak sesuai pada konstruksi primer pertama (Tabel 1), maka dilakukan konstruksi ulang primer A196C. Hasil konstruksi primer A196C yang telah diperbaiki dapat dilihat pada Tabel 2.

## Tabel 2. Hasil konstruksi primer A196C
Sequence:     5’-GACCTACAAGCGCTGACTGTC-3’ Kriteria Pengaturan kriteria Hasil Ket % GC Tm C No Hairpins No 3’ Dimers No Dimers
No Runs No 3’GC runs Min   50,    Max   60 Min   55,    Max   80 Energy cutoff  0.0 kcal Reject >=  3 matches pada ujung 3’ Reject >=  7 batasan homol basa
Reject >=  3 basa runs Reject  >=    3  G  atau  C  pada  ujung  3’ 57 70 - 3 6 2 1 YES YES YES NO
YES
YES YES
Konstruksi ulang dilakukan dengan cara penggantian/ perubahan dua nukleotida dibagian tengah primer internal A196C. Tujuan penggantian dua nukleotida tersebut adalah agar kandungan GC dari primer A196C berada dalam kondisi ideal. Kandungan GC dan Tm perlu distabilkan (dalam kondisi ideal) hal tersebut akan mempengaruhi temperatur annealing dari primer [16] . Primer yang memiliki kandungan GC dan Tm yang tepat akan mudah menempel pada urutan nukleotida yang sesuai dengan urutan primer itu sendiri dan menempel pada posisi ujung 5’ dari untai DNA target yang telah terurai pada proses sebelumnya.
Penggantian dua basa pada primer diharapkan tidak akan mempengaruhi  spesifisitas  penempelan  primer.  Primer  yang memiliki panjang 20 nukleotida, homologi antara urutan nukleotida dengan urutan DNA target minimal 66,7% [17] . Dengan melakukan penggantian dua basa pada primer A196C, primer tersebut masih memiliki homologi dengan DNA cetakan sekitar 90,5 %.
Hasil rekonstruksi primer juga dapat menghasilkan run (jalannya reaksi) primer lebih baik karena tidak terdapat lagi pengulangan suatu basa sebanyak tiga kali. Dalam mengkonstruksi primer sebaiknya hindari konstruksi primer yang mempunyai

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
40|
nukleotida C atau G secara berurutan tiga atau lebih karena bisa menyebabkan hairpins dan run dari primer menjadi tidak bagus [18] . Hairpins bisa terbentuk karena interaksi intramolekuler pada primer yang mengakibatkan melipatnya ujung 3’ dari primer. Munculnya struktur sekunder yang diakibatkan oleh reaksi intramolekuler atau intermolekuler bisa menyebabkan produk PCR menjadi tidak bagus (sedikit). Reaksi tersebut mampu mempengaruhi penempelan primer  pada  DNA  cetakan  dan  jalannya  proses  amplifikasi [19] . Walaupun masih terdapat kemungkinan terjadinya self-dimer pada ujung 3’ primer, tetapi kemungkinan terjadinya primer-dimer sangat kecil.
Dengan berpedoman pada  primer internal A196C, maka tahap selanjutnya adalah konstruksi primer eksternal A196F dan A196R. Proses konstruksi primer A196F dan A196R lebih bersifat fleksibel  jika  dibandingkan  konstruksi  primer  internal  A196C. Hal ini didasarkan atas fungsi primer A196F dan A196R yang akan mengamplifikasi gen yang meliputi daerah 81-bp, sehingga memiliki banyak kemungkinan untuk konstruksi primer dan posisi dari primer tersebut. Faktor yang perlu diperhatikan dalam mengkonstruksi primer A196F dan A196C adalah Tm primer A196C karena nantinya ketiga primer tersebut akan digunakan dalam reaksi multiplex . Temperatur annealing antara primer yang digunakan pada reaksi multiplex PCR harus berkisar antara 1ºC. Tingginya perbedaan suhu antar primer bisa menyebabkan tidak berlangsungnya  proses  amplifikasi [16] . Hasil konstruksi primer A196F dan A196R dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil konstruksi primer A196F dan A196R.
Primer A196F
Sequence: 5’-CGACGACATCGACCACTTC-3’ Kriteria Pengaturan kriteria Hasil Ket % GC Tm C No Hairpins No 3’ Dimers No Dimers
No Runs No 3’GC runs Min   50,    Max   60 Min   55,    Max   80 Energy cutoff  0.0 kcal Reject >=  3 matches pada ujung 3’ Reject >=  7 batasan homol basa
Reject >=  3 basa runs Reject  >=    3  G  atau  C  pada  ujung  3’ 57 69 - 2 4 2 1 YES YES YES YES YES YES YES
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015
Primer A196R Sequence: 5’-CGATCTCGTCGCTAACCAC-3’ (Complementary strand) Kriteria Criteria Setting Hasil Ket % GC Tm C No Hairpins No 3’ Dimers No Dimers
No Runs No 3’GC runs
Min   50,    Max   60 Min   55,    Max   80
Energy cutoff  0.0 kcal
Reject >=  3 matches pada ujung 3’ Reject >=  7 batasan homol basa Reject >=  3 basa runs Reject  >=    3  G  atau  C  pada  ujung  3’ 57 69 - 2 4 2 1 YES YES YES YES YES YES YES

## Konfirmasi Hasil Konstruksi Primer Secara In Silico
Spesifisitas  konstruksi  primer  yang  dibuat  selanjutnya dikonfirmasi  dengan software komputer “Bioedit“. Hal ini dilakukan untuk menghindari kemungkinan mispriming primer dengan daerah lain pada genom M. tuberculosis selain daerah yang akan  diamplifikasi.  Hasil  konstruksi  primer  dialignment dengan DNA  genom M. tuberculosis untuk mengetahui kemungkinan primer tersebut bekerja pada daerah lain selain daerah yang akan diamplifikasi. Kesalahan dan kurang tepatnya penggunaan primer dapat mengakibatkan kesalahan segmen yang akan diamplifikasi. Primer  menempel  pada  bagian  lain  dari  DNA  dan  bukan  pada bagian  yang  dikehendaki. Akibatnya  amplifikasi  akan  dilakukan pada daerah yang ditempeli primer walaupun daerah tersebut bukan daerah yang dikehendaki untuk amplifikasi.
Tahap konfirmasi perlu dilakukan khususnya primer internal A196C karena dalam mengkonstruksi primer A196C dilakukan perubahan dua basa dari yang seharusnya. Hasil alignment primer internal A196C  dengan  DNA  genom M. tuberculosis dapat dilihat pada Gambar  1.
Gambar 1. Hasil alignment primer internal A196C

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
42|

## Dari Gambar 1 bisa dilihat bahwa posisi penempelan primer
A196C  berada  pada  sekuens  761135-761146  dari  DNA  genom M. tuberculosis . Penempelan primer pada posisi tersebut sesuai dengan yang diprediksi sebelumnya bahwa primer internal A196C akan mengenali daerah yang mengalami mutasi titik (kodon 531). Spesifisitas dari primer dalam mengenali daerah yang akan diamplifikasi tetap tinggi walaupun telah dilakukan perubahan dua basa pada primer tersebut. Secara teoritis annealing primer A196C akan dimulai dari posisi 761135 serta tidak ditemukan adanya kemungkinan mispriming . Besarnya pita DNA yang akan terlihat pada agarosa tergantung pada posisi primer yang digunakan. Pada penelitian ini posisi penempelan primer dan besarnya pita/fragmen DNA yang terbentuk secara relatif dapat dilihat pada Gambar 2.

## Konfirmasi Menggunakan PCR
Tahap awal pengujian primer dengan PCR dilakukan secara terpisah sesuai dengan kondisi masing-masing pasangan primer. Beberapa faktor yang harus diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang optimum dalam reaksi PCR adalah jumlah/konsentrasi mix yang digunakan. Masing-masing komponen tersebut memiliki peranan yang sangat penting dalam suatu reaksi PCR. Komposisi enzim, template , dNTP, MgCl2, buffer dan primer yang tepat sangat menentukan berhasil/tidaknya suatu reaksi PCR. Komposisi mix yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 2. Posisi penempelan primer   : Genom M. tuberculosis Forward primer / sense ;
Reverse primer / antisense
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |43

## Tabel 4. Komposisi mix PCR* yang digunakan
Mix Final konsentrasi Siklus Buffer 10 X dNtp 10 mM MgCl 2 25 mM Taq polymerase Primer A196F Primer A196R
Primer A196C H 2 O Template 1 X 0,2 mM
1,5 mM 0,3 µL   (50 µL) 1 µM 1 µM 1µM 23,2 µL  (50 µL) 2,5 µL    (50 µL)
Denaturasi awal 95 º C  ; 4’
Denaturasi 95 º C ; 1’ Annealing  64 º C  ;1’               40 Siklus Elongasi    72 º C  ; 1’
Polimerisasi akhir 72 º C 1’

## Ket : * Berdasarkan standard protokol Fermentas®
Konsentrasi dNTP yang ideal dalam suatu mix PCR antara 0,1-0,2  mM  karena  pada  konsentrasi  ini  dNTP  menghasilkan keseimbangan yang optimal. Pada penelitian ini digunakan dNTP dengan konsentrasi 0,2 mM karena pada konsentrasi 0,1 mM tidak mampu dihasilkan produk PCR yang diinginkan. Untuk MgCl2 digunakan 1,5 mM. Hal ini digunakan berdasarkan konsentrasi minimum yang dianjurkan standar protokol pada Fermentas®. Mengoptimalkan konsentrasi magnesium adalah penting karena konsentrasi magnesium dapat mempengaruhi proses annealing primer,  temperatur  disosiasi  untuk  DNA template dan produk PCR yang dihasilkan [15] . Konsentrasi enzim taq DNA polymerase yang direkomendasikan adalah antara 1,25 -2 unit untuk 50 µL [20] . Kebutuhan enzim tergantung pada DNA target atau primer. Konsentrasi enzim yang terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya smears pada hasil PCR dan bila terlalu rendah hasil yang didapatkan  tidak  cukup.  Penggunaan Taq  DNA  polymerase  dari supplier yang berbeda akan menyebabkan perbedaan komposisi mix yang digunakan karena berbedanya formulasi, kondisi asasi dan definisi unit. Pada penelitian ini penggunaan enzim, MgCl2, dNTP,  buffer  dan  komponen  PCR  lainnya  disesuaikan  dengan standar protokol pada Fermentas®.
Reaksi PCR terdiri dari tiga tahapan. Diawali dengan mendenaturasi  material  genetik  yaitu  mengubah  molekul  DNA dari double stranded (untai ganda)  menjadi single stranded (untai tunggal). Selanjutnya primer bekerja dengan cara menempel ( annealing ) pada bagian yang sesuai dengan molekul single strand .

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
44|

## Pada tahap ketiga terjadi proses elongasi dengan bantuan enzim
DNA polymerase.
Hasil  amplifikasi  PCR  dianalisis  menggunakan  teknik elektroforesis pada agarosa. Elektroforesis merupakan proses bergeraknya molekul bermuatan pada suatu medan listrik. kecepatan molekul yang bergerak pada medan listrik tergantung pada muatan, bentuk dan ukuran molekul tersebut. Sehingga elektroforesis dapat digunakan untuk separasi makromolekul. Elektroforesis pada makro molekul (seperti protein dan asam nukleat) memerlukan matriks penyangga untuk mencegah terjadinya difusi karena timbulnya panas dari arus listrik yang digunakan [16] . Lokasi dari DNA  yang  terdapat  pada  gel  bisa  diamati  dengan  pewarnaan menggunakan ethidium bromida, sehingga nantinya bisa dilihat sewaktu gel diletakkan diatas UV transluminator. Visualisai hasil elektroforesis produk PCR menggunakan pasangan primer A196F dan A196R serta pasangan primer A196C dan A196R dapat dilihat pada Gambar 3.
Berdasarkan perbandingan posisi marker maka pita DNA hasil amplifikasi yang terlihat pada Gambar 3 diyakini sebagai fragmen yang terbentuk oleh masing-masing primer. Dari visuslisasi hasil elektroforesis dapat dilihat adanya pita pada posisi antara 400 dan
Gambar 3. Visualisasi hasil elektroforesis pengujian primer
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |45
500 bp pada sumur 1 sedangkan pada sumur 2 terdapat pita pada posisi diantara marker 200 dan 300 bp. Hal tersebut sesuai dengan yang diprediksi sebelumnya bahwa reaksi PCR yang menggunakan primer A196F ( forward A) dan A196R ( reversee B) (AB) akan mengamplifikasi  fragmen  DNA  sepanjang  484  bp.  Sedangkan primer A196C ( forward C) dan A196R ( reversee B) (CB) mampu membentuk  fragmen  DNA  berukuran  238  bp.  Dari  kedua  data tersebut bisa disimpulkan bahwa primer yang dikonstruksi bisa melakukan proses amplifikasi secara optimal.
Selanjutnya dilakukan pengujian dengan metode ARMS- PCR. Prinsip dari metode ARMS-PCR yang digunakan dalam mendeteksi mutasi merupakan reaksi multiplex PCR. Dimana tiga  atau  lebih  primer  digunakan  untuk  mengamplifikasi  suatu daerah pada DNA secara bersamaan. Satu dari tiga primer tersebut adalah  primer  yang  spesifik  untuk  mengenali  strain  mutan. Terjadinya mutasi titik pada suatu kodon tetentu dapat diketahui dengan  mengkonstruksi  primer  yang  spesifik  mengenali  kodon yang mengalami mutasi. Hal ini bisa bisa dilakukan dengan memposisikan ujung 3’ dari primer ini tepat berada pada sekuen yang mengalami mutasi titik [14] . Visualisasi pengujian secara multiplex PCR dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Visualisasi hasil elektroforesis dengan metode ARMS-PCR

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
46|
Dari  hasil  elektroforesis  terlihat  adanya  2  pita  DNA  yang terbentuk  dari  amplifikasi  menggunaka n template H37RV ( wild type ). Kedua pita tersebut diperikirakan berada pada posisi 238 bp dan 484 bp (Sumur 1), sedangkan pada hasil amplifikasi menggunakan template strain mutan menghasilkan satu pita pada posisi 484. Hal ini (Sumur 2) menunjukkan bahwa pada kondisi tersebut hanya primer A196F  dan A196R  yang  mampu  mengamplifikasi  DNA target, sedangkan amplifikasi primer A196C dan A196R tidak bisa dilanjutkan karena telah terjadi perubahan (mutasi) dari sekuen DNA M. tuberculosis .  Primer  tidak  bisa  mengamplifikasi  DNA target yang diinginkan karena perubahan suatu nukleotida dari template [14] . Akibat dari berbedanya target PCR menyebabkan taq DNA  polymerase  tidak  mampu  melanjutkan  proses  amplifikasi pada daerah yang diinginkan.
Berdasarkan data tersebut bisa diketahui bahwa reaksi ARMS- PCR yang dilakukan bisa digunakan untuk mendeteksi mutasi pada gen rpoB M. tuberculosis khususnya kodon 531, tetapi metode ini masih memiliki keterbatasan diantaranya: reaksi ini tidak mungkin bisa mendeteksi 100% mutasi dari gen rpoB, dimana lebih dari 40 tipe mutasi yang mencakup 20 kodon [9] . Walaupun demikian spesifitas dan sensitifitasnya yang tinggi dalam mendeteksi mutasi dapat dijadikan sebagai salah satu faktor mengapa metode ini bisa digunakan. Selain itu jika dibandingkan dengan metode deteksi mutasi lainnya, reaksi ARMS-PCR memiliki beberapa keuntungan diantaranya lebih murah dan mudah diaplikasikan. Proses/ waktu pelaksanaanya lebih singkat, mulai dari persiapan reagen, peralatan termasuk penambahan DNA genom ( template ), ARMS- PCR amplifikasi dan elektroforesis pada agarosa bisa diselesaikan dalam satu hari. Pengaplikasiannya yang cepat dan metode yang mudah untuk mendeteksi resistan RIF pada M. tuberculosis merupakan nilai yang sangat penting untuk efisiensi pengobatan dan pengontrolan TB.
Kesimpulan Dari penelitian yang dilakukan telah berhasil dikonstruksi tiga buah primer yaitu primer forward A196F, primer reverse A196R dan primer forward A196C. Ketiga primer yang dikonstruksi
Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium Tuberculosis Dengan Metode Amplification Refractory Mutation System (Arms)-PCR
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie) |47
mampu mengenali mutasi gen rpoB Mycobacterium tuberculosis pada kodon 531 dengan metode ARMS-PCR.
Daftar Kepustakaan [1.]  WHO. 2015. Global Health Observatory (GHO) data http://www. who.int/gho/data Diakses 3 agustus 2015
[2.]  Rumah Sakit Prof. Sulianti Saroso (www.infeksi.com). 2007. Pusat Informasi Penyakit Khususnya HIV AIDS. Jakarta. Diakses 4 Maret 2008.
[3.]  Kementerian Kesehatan Republik Indonesia. 2011. Strategi Nasional Pengendalian TB di Indonesia 2010-2014 . Jakarta [4.]  WHO. 2005. Guidelines for Surveilance of Drug Resistant in Tuberculosis . Geneva [5.]  Gillespie, SH. 2002. Evolution of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis . Clinical and molecular perspective. Antimicrobial Agens and Chemotherapy . (Vol.46. No.2, 2002)
[6.] Crofton,J.N.,  Horne  and  Miller.  2002. Clinical Tuberculosis . McMilan education. London.
[7.]  Johnson, R. et al. 2005. Drug resistance in Mycobacterium tuberculosis . Cuur Issue molecular Biology . (vol.8, 2005)
[8.] Deepa, P., K. L. Therese and H. N. Madhavan. 2005. Detection and Characterization of mutations in rifampicin reisstance Mycobacterium tuberculosis clinic isolates by DNA sequencing.
Indian Joumal of Tuberculosis . (vol.52, 2005).
[9.]  Musser, J. M. 1995. Antimicrobial Agent resistance in Mycobactria: Molecular Genetic Insights. Clinical microbial reviews . Hal 496 – 514
[10.]  Victor, TC et al. 1999. Detection of mutation in drug resistance genes of Mycobacterium tuberculosis by a dot-blot hybridization strategy. Tuberculosis and Lung Disease . (vol.79, 2009) Hal 343- 348
[11.] National  Center  for  Biotechnology  Information,  U.S.  National Library of Medicine. rpoB gene [ Mycobacterium tuberculosis ]; 2008. Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov . Diakses 4 maret 2008 [12.]  Victor, TC et al. Standard  Operation  Procedure . (Tidak dipublikasikan)
[13.]  Sambrook, J and Russel. 2001. Molecular cloning, A laboratory Manual 3rd edition . Cold Sprig Harbour Laboratory Press. New
York

## Arif Sardi: Konstruksi Primer Untuk Mendeteksi Mutasi Gen Rpob Mycobacterium
Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, Juni  2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
48|
[14.]  Dieffenbach CW, Dveksler GS, editors. 2003 . PCR primer: a laboratory manual. 2nd edition . Cold Spring Harbor Laboratory
Press. New York [15.]  Yuwono, T. 2006. Teori dan aplikasi Polymerase Chain Reaction .
Andi. Yogyakarta [16.]  Fatchiyah, dkk. 2008. Analisa Biologi Molekuler . Jurusan Biologi Universitas Brawijaya. Malang
[17.]  Hanegariu, O. et.al. 1997. Multiplex PCR: Critical Parameters and Step-by-Step Protocol. Bio Techniques . (vol.23, 1997)
[18.]  Rybicki, et.al. 2001. PCR Primer Design and Reaction Optimisation . University of Cape town. Cape town [19.]  Yuryev, A. 2008. PCR Primer Design . Tontowa J. Humana Press.
[20.]  Fermentas. 2008. Standard Protocol for PCR . Fermentas Lincoln centre Drive. California.