Bioteknologi - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._BIOLOGI/196209211991012... ·...

Bioteknologi

• Pengertian Bioteknologi?

• Prinsip-prinsip Bioteknologi?

• Teknik utama dalam bioteknologi?

• Peran dan produk Bioteknologi dalam bidang :

1. Makanan1. Makanan

2. Pertanian & perkebunan

3. Kesehatan

4. Pengolahan limbah

5. Bahan bakar alternatif

6. Pertambangan

• Implikasi Bioteknologi?

Pengertian Bioteknologi

• Penggunaan sistem biologi untuk menghasilkan suatu produk sesuai keinginan manusia (Mender,2000)

• Penggunaan teknologi atau teknik2 yang berbasis pada sistem kehidupan (tumbuhan, hewan atau Penggunaan teknologi atau teknik2 yang berbasis pada sistem kehidupan (tumbuhan, hewan atau mikroba) untuk menghasilkan suatu produk atau menghasilkan spesies-spesies lain.(Acquaah,2004).

• Disebut juga rekayasa genetik (genetic enggineering)/manipulasi DNA suatu mahluk hidup (Lewis,2004)

Prinsip-prinsip Bioteknologi

1. Menggunakan/melibatkan mahluk hidup.

2. Memanipulasi DNA mahluk hidup

3. Menghasilkan produk yg 3. Menghasilkan produk yg termodifikasi/produk baru

4. Melibatkan banyak disiplin ilmu

• Manipulasi DNA/gen mahluk hidup. Melibatkan proses rekayasa genetik

Teknik/metode utama dalam Bioteknologi

1. Optimasi proses fermentasi

2. Rekayasa genetik

3. Kultur Jaringan3. Kultur Jaringan

4. Teknologi Hibridoma

Fermentasi

• Fermentasi : berasal dari bahasa latin fervere, to boil yang : aktivitas ragi dalam ekstrak buah atau ‘malt grain’ selama proses menghasilkan alkohol

• Microbiologist : any process for the production of a product by means culture of microorganism.

• Biochemist: an energy generating process in which organic • Biochemist: an energy generating process in which organic compounds act as both electron donors and acceptors, that is an anaerobic process, where energy is produced without the participation of oxygen or other inorganic electron acceptors.

• Optimasi?: untuk menumbuhkan sel-sel mikroba dan menghasilkan produk tertentu, mikroba membutuhkan kondisi yang tepat (sekresi produk, minimalisasi penurunan produk, pengontrolan sintesis zat yang dihasilkan selama fermentasi atau bagaimana memaksimalkan ekspresi dari gen-gen baru yang disisipkan.)

Proses Fermentasi oleh Mikroba ditujukan :

• Untuk menghasilkan produk berupa sel (biomasa), contoh: SCP & ragi.

• Untuk menghasilkan produk berupa metabolit tertentu, contoh : antibiotik, etanol, as. Sitrat, aseton & butanol, as.glutamat, lisin, polisakarida.

• Untuk menghasilkan produk berupa enzim ,contoh lihat tabel.• Untuk menghasilkan produk berupa enzim ,contoh lihat tabel.

• Untuk menghasilkan produk berupa suatu senyawa hasil modifikasi (proses transformasi), contoh : vinegar.

• Untuk menghasilkan produk berupa produk-produk rekombinan hasil rekombinasi gen/DNA. Contoh : interferon, insulin,albumin dari serum manusia, faktor-faktor pertumbuhan

Enzim Mikroba Penggunaan

Glukosa isomerase Bacillus coagulan Produksi sukrosa dari sirup jagung

Gukosa oksidase Aspergillus niger Pemisahan oksigen dari jus buah

Pektinase Aspergillus niger Fermentasi kopi

Rennin Mucor Produksi kejuRennin Mucor Produksi keju

Protease Bacillus subtilis “meat tenderizer”

Protease Aspergillus oryzae Penghalus roti

Invertase Sacchsromyces cerevisiae

Hidrolisis sukrosa jadi fruktosa & glukosa;produksi bgn lunak di tengah coklat

Optimasi Proses Fermentasi

• Produksi enzim

• Produksi bahan makanan & minuman• Produksi bahan makanan & minuman

• Produksi antibiotik

• Penemuan bioreaktor2 baru

Rekayasa Genetik

Melibatkan 5 proses utama :

• Identifikasi gen yg diinginkan (sintesis DNA de novo, isolasi mRNA)

• Pemotongan gen menggunakan enzim endonuklease restriksi.endonuklease restriksi.

• Memasukkan gen yg diinginkan dalam vektor (plasmid atau virus)

• Memasukkan vektor yang telah membawa gen yg diinginkan (DNA rekombinan) ke sel inang.

• Memperbanyak sel inang yg telah berhasil mengekspresikan gen yang diinginkan

Plasmid : small independent circle of DNA: a small circle of DNA that replicates itself

independently of chromosomal DNA, especially in the cells of bacteria. Plasmids often

contain genes for drug resistance and are used in genetic engineering, since they can

be transmitted between bacteria of the same and different species.

Kultur Jaringan

Teknologi Hibridoma

• Penggabungan sel dengan suatu sifat tertentu yang menguntungkan dengan sel kanker dengan sel kanker (sel oma), untuk menghasilkan produk menguntungkan dalam jumlah banyak.Contoh : Antibodi monoklonal

Produksi antibodi monoklonal

Peran & produk Bioteknologi dlm bidang Makanan

Peran & Produk Bioteknologi dlm bidang Pertanian & Perkebunan

• Produksi tanaman transgenik (a.l. dpt memfiksasi nitrogen, menghasilkan pestisida sendiri (bt toksin)).

• Menghasilkan tanaman secara kultur jaringan (a.l sifat-sifat lebih unggul, seragam, lebih banyak, waktu sifat-sifat lebih unggul, seragam, lebih banyak, waktu singkat)

• Produksi metabolit berguna dari tumbuhan (obat-obatan,bahan pewangi, bahan pewarna, dll.)

Peran & Produk Bioteknologi dlm bidang Kesehatan

• Produksi antibiotik (a.l. memodifikasi enzim pd mikroba penghasil, fusi sel)

• Produksi antibodi monoklonal (digunakan untuk: lokalisasi & diagnosis, mendeteksi & melawan kanker, ‘antidotes’ thdp obat & racun, lokalisasi & diagnosis, mendeteksi & melawan kanker, ‘antidotes’ thdp obat & racun, mengobati penyakit autoimune, men-test kehamilan)

• Terapi gen (menyisipkan gen normal pada sel abnormal)

• Penerapan teknologi DNA rekombinan dalam bidang kesehatan.

Bidang Terkait Produk/ProsesPertanian Makanan ternak

Vaksin ternakProses-proses pemupukkan dan pengomposanPestisida mikrobiologiInokulan Rhizobium dan bakteri penambat N lainnya.Kultur sel dan kultur jaringanVarietas-varietas tanaman unggul

Farmasi/Kesehatan Antibiotic-antibiotik baruAgen-agen diagnostic (enzim, antibody)SteroidVaksin-vaksin baru

Makanan dan minuman ‘dairy products’(keju, yoghurt,’whey’)Minuman(alcohol,the,kopi)Minuman(alcohol,the,kopi)RotiBahan-bahan tambahan untuk makanan (‘food additives’).Bahan-bahan makanan baruSirup glukosa dan fruktosa

Kimia Berbagai macam enzimBahan-bahan polimer, terutama polisakaridaEtanol, aseton, butanolAsam-asam organic‘metal leaching’

Energi Etanol (gasohol)Metahane (biogas)

Lingkungan Pemurnian airSystem penyaringan limbahManagemen limbahPengolahan limbah minyakBiodegradasiplastik

Pertanyaan

• Mengapa makanan hasil fermentasi lebih bergizi tinggi?

• Bagaimana mengajarkan materi bioteknologi yang banyak dan

mengandung konsep-konsep dasar yang sulit?

• Apa beda Kloning dengan bayi tabung? Mengapa bisa melakukan

fertilisasi dalam tabung?

• Apakah vaksin dapat menyebabkan sakit

• Tanaman transgenik yang disisipi bakteri apa kerugiannya

• Apa beda rekayasa genetik dengan bioteknologi

• Apa yang dimaksud kalus dalam kultur jaringan

• Apa yang dimaksud monoklonal

• Apa yang dimaksud plasmid

• Apa yang dimaksud PST/SCP

• Mengapa kuljar tumbuh lebih berhasil dari kuljar hewan

• Apa saja kerugian biotek

• Bagaimana teknologi pembuatan vaksin dengan bantuan virus

Implikasi Bioteknologi

1. Bioteknologi & Hak Atas Kekayaan Intelektual (HaKI) :

melindungi penemuan-penemuan bar u (produk,proses).

Kesepakatan Internasional dalam bentuk Convention on

Biological Diversity & World Trade Organitation . Pada tahun

1997, tidak kurang dari 1100 gen telah dipatenkan .1997, tidak kurang dari 1100 gen telah dipatenkan .

2. Bioteknologi & Keamanan Hayati (Biosafety).

� Protokol Cartagena : prosedur transportasi produk

bioteknologi (dampak terhadap : keanekaragaman hayati,

ekosistem, kesehatan manusia, ekonomi, sosbud,

pengetahuan tradisional.

• Dampak merugikan pd keanekaragaman hayati :adanya

potensi transfer gen (horizontal & vertical gen flow) tanaman

sekerabat/kerabat dekat.

• Ada kemungkinan gen asing seperti gen cry dari Bacillus

thuringiensis maupun B. sphaericus dapat menimbulkan

reaksi alergi pda tubuh manusia.

• Perlu diperhatikan kemungkinan-kemungkinan insersi atau

penyisipan gen asing ke genom inang dapat meneyebabkan

interaksi antar gen asing dengan gen-gen inang sehingga

menghasilkan perubahan sifat yang tak diinginkan.