BIOTEKNOLOGI
By.
Ir. Agus Edi Setiyono, MP.

Pengertian Bioteknologi

Pemanfaatan organisme hidup untuk menghasilkan produk dan jasa yang bermanfaat bagi manusia

Pengertian
Bioteknologi adalah penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa genetika secara terpadu, untuk menghasilkan barang atau lainnya bagi kepentingan manusia.
Biokimia mempelajari struktur kimiawi organisme. Rekayasa genetika adalah aplikasi genetik dengan mentransplantasi gen dari satu organisme ke organisme lain.
Ciri utama bioteknologi:
1. Adanya agen biologi berupa mikroorganisme, tumbuhan atau hewan
2. Adanya pendayagunsan secara teknologi dan industri
3. Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan pemurnian
PETA KONSEP

Perbandingan Bioteknologi Konvensional dan Modern

SEJARAH SINGKAT PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Ragi untuk pembuatan anggur (< 6000 SM)
Ragi untuk mengembangkan roti (± 4500 SM)
Tembaga ditambang dengan mikroba di Spanyol (< 1670)
Mikroba pertama kali dilihat oleh Leewenhoek (1680)
Mikroba perusak fermentasi ditemukan Louis Pasteur (1876)
Enzim diekstrak dari ragi dapat membuat alkohol ditemukan Eduard Buchner (1897)
Penemuan bakteri penghasil aseton, butanol, gliserol (± 1910)
Struktur rantai ganda ADN terungkap (1953)
Penemuan bakteri antibiotik baru : streptomisin, sefalosporin, dll (1953)
Mikroba digunakan menambang uranium di Kanada (1960-an)
Ditemukan ADN rekombinan dan percobaan rekayasa genetik pertama berhasil (1973)
Hibridoma menghasilkan antibodi monoklonal (1973)
Bahan mentah industri plastik dari mikroba, interferon untuk kanker (80-an)
Mikroba hasil rekayasa membantu mengekstrak minyak dari tanah mikroba secara luas digunakan untuk mengekstrak logam, produksi hidrogen dari bakteri, Antibodi monoklonal digunakan untuk menuntun obat anti kanker, membuat tanaman yang memupuk sendiri dan tanaman yang mampu menolak serangan hama sendiri, lewat rekayasa genetika (1990-an)
KULTUR JARINGAN

Adalah Teknik untuk memperoleh bibit tanaman dengan cara menumbuhkan sebagian jaringan tumbuhan dalam media khusus.

Teori yang melandasi teknik ini adalah teori totipotensi yang artinya setiap sel tumbuhan memiliki kemampuan untuk tumbuh menjadi individu bila ditempatkan pada lingkungan yang sesuai.

KULTUR JARINGAN

KULTUR JARINGAN

ALAT-ALAT UNTUK KULTUR JARINGAN

$C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\kj4.jpg$ $C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\kj5.jpg$ $D:\DATA\My Pictures\kultur_jaringan\PIC_0013.JPG$ $D:\DATA\My Pictures\kultur_jaringan\PIC_0049.JPG$

REKAYASA GENETIK

Adalah mengubah susunan gen untuk mengubah sifat organisme sehingga memiliki kemampuan yg diinginkan

Teknik Rekayasa genetik:

1. Fusi Genetik

2. Fusi protoplasma

3. Amplifikasi gen

4. Teknologi Rekombinasi Gen (DNA)

5. Pembuatan Hibridoma

FUSI GENETIK

Fusi genetik memungkinkan terjadinya pemin-dahan gen (transposisi)dari satu lokasi dalam kromosom ke lokasi yang lain.

Contoh:

Rekayasa terhadap bakteri Pseudomonas syringe yang menyebabkan tanaman tomat dan kentang tahan terhadap suhu beku dibawah -5oC

FUSI PROTOPLASMA
Penyatuan dua protoplasma akan memungkin-kan dua sel bergabung dan diikuti penggabung-an materi genetiknya. Penggabungan proto-plasma dua jenis sel yang berbeda akan meng-hasilkan individu baru yang memiliki sifat gabungan kedua sel induk.
Contoh:
Fusi protoplasma pada bakteri Nocardia lactamdurans yang menghasilkan antibiotik cephalomycin.
REKOMBINASI GEN

Rekombinasi gen dilakukan dengan memotong DNA dan kemudian disambung dengan DNA baru yang membawa sifat unggul.

Tahap-tahap pembuatan DNA Rekombinan

Mula-mula orang mencari DNA unggul, misalnya diambil dari makhluk hidup lain atau membuatnya. Orang pada saat sekarang sudah berhasil membuat DNA ini.
Menyiapkan wahana (vektor), yaitu alat untuk memasukkan DNA itu ke dalam makhluk hidup yang akan diubah sifatnya. Wahana biasanya berupa virus atau plasmid dari bakteri. Plasmid adalah DNA yang bentuknya melingkar, terdapat di luar DNA inti bakteri. DNA plasmid mampu keluar masuk sel dan bisa bergabung dengan kromosom sel organisme lain.

Memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel.
Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNA yang sudah dimasukkan ke dalam sel, diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteri yang dimasuki DNA itu menggan-dakan DNA tersebut di dalam selnya.

PROSES REKOMBINASI DNA

ORGANISME HASIL REKAYASA GENETIK

$C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\tom rek.jpg$ $C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\wortel.jpg$ $C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\dele.jpg$ $C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\tmbhn detektor.jpg$

$C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\kupu mt hj.jpg$ $C:\Documents and Settings\SJT\My Documents\bioteknologi\sapi.jpg$

DAMPAK POSITIF BIOTEKNOLOGI

Peningkatan produksi pangan
Peningkatan kesehatan
Penyedia bahan bakar alternatif

DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI

Di bidang Etika/ Moral

Ada masyarakat yang menganggap bahwa menyisipkan gen suatu MH ke MH berten-tangan dengan nilai budaya dan melanggar hukum alam

Di bidang sosial ekonomi

Menimbulkan kesenjangan antara negara/ perusahaan yang memanfaatkan biotekno-logi dengan yang belum memanfaatkan bioteknologi (negara dunia ke tiga)

Dampak di bidang kesehatan

Ada produk hasil rekayasa genetik yang disinyalir menimbulkan masalah serius, misalnya kematian akibat penggunaan insulin, sapi penghasil susu yang disuntik dengan Hormon BGH mengandung bahan kimia yang berbahaya, tomat Flavr Savr diketahui membawa gen resisten terhadap antibiotik.

Dampak terhadap lingkungan

Pelepasan organisme transgenik ke alam dapat mengganggu keseimbangan alam dan kelestarian organisme.

BIOTEKNOLOGI II (Materi Kuliah)

Pendahuluan

Bioteknologi Dalam Produksi Pangan

MAKANAN BAHAN SUSU

Prinsipnya adalah memfermentasi susu menghasilkan asam laktat.

Keju
Mikroba: Propiabacterium (bakteri asam laktat) yang juga berperan memberi rasa dan tekstur keju.

Yoghurt
Mikroba: 1. Lactobacillusbulgaris Þ pemberi rasa dan aroma
2. Streptococcus thermophilus Þ menambah keasaman

Mentega
Mikroba: Leuconostoc cremoris

Perkembangan bioteknologi

Era bioteknologi generasi pertama → bioteknologi sederhana.
Penggunaan mikroba masih secara tradisional, dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan.

Contoh:
pembuatan tempe, tape, cuka

Era bioteknologi generasi kedua.
Proses berlangsung dalam keadaan tidak steril.

Contoh:
a. produksi bahan kimia: aseton, asam sitrat
b. pengolahan air limbah
c. pembuatan kompos

Era bioteknologi generasi ketiga.
Proses dalam kondisi steril.

Contoh:
produksi antibiotik dan hormon

Era bioteknologi generasi baru → bioteknologi baru.
Contoh:
produksi insulin, interferon, antibodi monoklonal

MAKANAN NON SUSU

Roti, asinan, dan alkohol (bir, anggur "wine", rum), oleh ragi
Kecap, oleh Aspergillus oryzae
Nata de Coco, oleh Acetobacter xilinum

Prinsipnya adalah pemecahan amilum oleh mikroba menghasilkan gula, yang kemudian difermentasi

Cuka, oleh Acetobacter aseti
Alkohol difermentasi dalam kondisi aerob

Bioteknologi Dalam Industri

Asam Sitrat

mikroba : Aspergillus niger
bahan : tetes gula dan sirup
Fs. Asam Sitrat : pemberi citarasa, pengemulsi susu, dan antioksidan. Umumnya asam ini banyak terdapat pada jeruk.

Vitamin
- B1 oleh Assbya gossipii
- B12 oleh Propionibacterium dan Pseudomonas

Enzim

c. Lipase
Antara lain dalam produksi susu dan keju → untuk meningkatkan cita rasa.

mikroba: Aspergillus niger
Rhizopus spp

d. Asam Amino
Asam glutamat → bahan utama MSG (Monosodium Glutamat)
Lisin → asam amino esensial, dibutuhkan dalam jumlah besar oleh ternak.

(Keduanya oleh Corynobacterium glutamicum)

PROTEIN SEL TUNGGAL

adalah makanan berkadar protein tinggi, berasal dari mikroorganisme

Contoh: 1. Mikoprotein dari Fusarium
Substrat: tepung gandum dan ketan

2. Spirulina dan Chlorella

Kelebihan SCP:

Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan
2. Pertumbuhan cepat

Rekayasa Genetika / ADN Rekombian

Vektor, berupa plasmid bakteri atau viral ADN virus.

Bakteri, berperan dalam perbanyakan plasmid melalui perbanyakan bakteri

Enzim, terdiri dari enzim RESTRIKSI (pemotong plasmid/ADN) dan enzim LIGASE (penyambung ptongan-potongan ADN)

Bioteknologi Dalam Kedokteran Dan Produksi Obat

Antibodi Monoklonal

adalah antibodi sejenis yang diproduksi oleh sel plasma klon sel-sel sejenis. Antibodi ini dibuat oleh sel-sel hibridoma (hasil fusi 2 sel berbeda; penghasil sel Limpa dan sel mieloma) yang dikultur.
Bertindak sebagai antigen yang akan menghasilkan anti bodi adalah limpa. Fungsi antara lain diagnosis penyakit dan kehamilan

Terapi Gen

adalah pengobatan penyakit atau kelainan genetik dengan menyisipkan gen normal

Antibiotik

Dipelopori oleh Alexander Fleming dengan penemuan penisilin dari Penicillium notatum.

- Penicillium chrysogenum memperbaiki penisilin yang sudah ada. Dilakukan dengan mutasi secara iradiasi ultra violet dan sinar X.
- Cephalospurium → penisilin N.
- Cephalosporium →sefalospurin C.
- Streptomyces →streptomisin, untuk pengobatan TBC

Interferon

Adalah antibodi terhadap virus. Secara alami hanya dibuat oleh tubuh manusia. Proses pembentukan di dalam, tubuh memerlukan waktu cukup lama (dibanding kecepatan replikasi virus), karena itu dilakukan rekayasa genetika.

Vaksin

Contoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria.
Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia.
Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen.

Bioteknologi Penambangan / Biohidrometalurgi

Thichacillus ferrooxidan berperan memisahkan logam dari bijihnya atau kotoran sehingga didapat logam berkualitas tinggi. Sebagai contoh pada tembaga (Cu).

aktivitas
Reaksi: CuFeS2 + 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O + 3 O2 —> CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 H2SO4 + Energi

aktivitas
CuSO4 + 2 Fe+ + H2SO4 + Energi ——> 2 FeSO4 + Cu2+ + 2 H+

Thiobacillus ferrooxidan bersifat kemolitotrof

Bioteknologi Dalam Menyelesaikan Masalah Pencemaran

Pencemaran oleh minyak.
Strain-strain Pseudomorms mengkonsumsi hidrokarbon. Rekayasa genetik membentuk bakteri super yang
meogandung empat jenis plasmid pembawa gen untuk konsumsi hidrokarbon.

Limbah organik dapat diuraikan oleh bakteri aerob atau anaerob.

Bioteknologi Dalam Pemberantasan Hama

Dalam membatasi pemakaian pestisida, dilakukan upaya pemberantasan hama secara biologi antara lain penggunaan musuh alami dan menciptakan tanaman resisten hama.

1. Bacillus thuringiensis

menghasilkan bioinsektisida yang toksin terhadap larva serangga.
-Transplantasi gen penghasil toksin pada tanaman, menghasilkan tanaman yang bersifat resisten hama serangga.
- Kristal (racun Bt) diolah menjadi bentuk yang dapat disemprotkan ke tanaman. Racun akan merusak saluran pencernaan serangga.

2. Baculovirus sp.
Virus disemprotkan ke tanaman. Bila termakan, serangga akan mati dengan sebelumnya, menyebarkan virus melalui perkawinan.

Bioteknologi Dalam Perbanyakan Tanaman / Kultur Jaringan

Sifat TOTIPOTENSIAL tanaman, dapat diterapkan untuk kultur jaringan. Kultur jaringan (sel) adalah mengkultur/membiakkan jaringan (sel) untuk memperoleh individu baru.

Penemu F.C. Steward menggunakan jaringan floem akar wortel.

MANFAAT / KEUNTUNGAN KULTUR JARINGAN

1. Bibit (hasil) yang didapat berjumlah banyak dan dalam waktu yau~g singkat

2. Sifat identik dengan induk

3. Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki

4. Metabolit sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa

Pengembangan Tanaman Kebal Penyakit Dan Mampu Menambat N2 Dari Udara

Tanaman kebal terhadap penyakit, misalnya tembakau kebal terhadap TMV.
Tanaman mampu menambat N2.

Pemberian nitrogen dalam bentuk pupuk buatan secara berlebih ternyata berdampak negatif yaitu:

1. Meningkatkan tekanan osmosis air tanah

2. Meningkatkan keasaman tanah akibat lanjut adalah defisiensi Ca, Mg dan K

3. Terjadinya eutrofikasi karena penumpukan NO3 di perairan, jalan keluarnya adalah dilakukan rekayasa genetika

SEKIAN