BIO306
Prinsip Bioteknologi
KULIAH 1. PENGENALAN BIOTEKNOLOGI
Apakah bioteknologi •
• •
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 • • •
Adanya agen biologi berupa mikroorganisme, tumbuhan atau hewan. Adanya pendayagunaan secara teknologi dan industri. Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan pemurnian
Perkembangan Bioteknologi 1. Era bioteknologi generasi pertama ► bioteknologi sederhana. Penggunaan mikroba masih secara tradisional, dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan. Contoh: pembuatan tempe, tape, cuka, dan lain-lain 2. 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
3. Era bioteknologi generasi ketiga. Proses dalam kondisi steril. Contoh: produksi antibiotik dan hormon 4. Era bioteknologi generasi baru. Contoh: produksi insulin, interferon, monoklonal
antibodi
Pemanfaatan bioteknologi
Bioteknologi dalam Produksi Pangan 1. Makanan Bahan Susu: Prinsipnya adalah memfermentasikan susu menghasilkan asam laktat. Contoh: Keju: Propiobacterium (bakteri asam laktat) yang juga berperan memberi rasa dan tekstur keju. Yogurt: Lactobacillus bulgans, pemberi rasa dan asam; Streptococcus thermophilus, menambah keasamaan; Laucanostoc cremoris, mentega
2. Makanan Non Susu: Prinsipnya adalah pemecahan amilum oleh mikroba menghasilkan gula yang kemudian difermentasikan. Contoh: Roti, asinan, dan alkohol (bir, anggur, wine, rum) oleh ragi Kecap, oleh Aspergillus oryzae Nata de coco, oleh Acetobacter xilmum Cuka, oleh Acetobacter aseti
Protein Sel Tunggal (Single Cell Protein): makanan yang berkadar protein tinggi, berasal dari mikroorganisme Mikroprotein dari Fusarium, Spirulina dan Chorella Kelebihan: Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan, pertumbuhannya lebih cepat
Bioteknologi dalam Bidang Industri 1. Asam Sitrat, fermentasi tetes gula dan sirup oleh Aspergillus niger. Pemberi citarasa, pengemulsi susu, dan antioksidan, banyak terdapat pada jeruk 2. Vitamin B1 oleh Assbya gossipii B12 oleh Propionibacterium dan Pseudomonas
3. Enzim a. Amilase: digunakan dalam produksi sirup, kanji, glukosa. Glukosa isomerase: mengubah amilum menjadi fruktosa. Fruktosa digunakan sebagai pemanis makanan menggantikan sukrosa. Mikroba: Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis
b. Protease: digunakan antara lain dalam produksi roti, bir. Protease proteolitik berfungsi sebagai pelunak daging dan campuran deterjen untuk menghilangkan noda protein. Mikroba: Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis
c. Lipase: digunakan dalam produksi susu dan keju, untak 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. Mikroba Corynobacterium glutamicum
Bioteknologi dalam Kedokteran dan Produksi Obat 1. Antibodi Monoklonal: antibodi sejenis yang diproduksi oleh sel plasma klon sel-sel b sejenis. Antibodi ini dibuat oleh sel-sel hibridoma (hasil fusi 2 sel berbeda; penghasil sel b Limpa dan sel mieloma) yang dikultur. Bertindak sebagai antigen yang akan menghasilkan antibodi adalah limpa. Fungsi: diagnosis penyakit dan kehamilan.
2. 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: sefalosporin C. Streptomyces: streptomisin, untuk pengobatan TBC.
3. Interferon: 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.
4. Vaksin Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia. Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen. Contoh: Vaksin Hepatitis B.
Avian flu vaccine development by reverse genetics techniques
Bioteknologi Dalam Pemberantasan 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.
Bt-toxins present in peanut leaves (bottom image) protect it from extensive damage caused by European corn borer larvae
2. Baculovirus sp. Virus disemprotkan ke tanaman. Bila termakan, serangga akan mati dengan sebelumnya menyebarkan virus melalui perkawinan.
Bioteknologi dalam Perbaikan Kualitas Makanan dan Tanaman 1. FlavrSavr: tomat yang sulit/lama busuk. Tomat dibuat lebih resisten terhadap pembusukan dengan menambahkan gen antisense yang mengganggu produksi enzim pendegradasi pektin dan dinding sel dan akibat dari pekerjaan ini tomat menjadi lebih peka terhadap serangan infeksi fungi. 2. Golden rice (beras emas): satu jenis padi yang dibuat melalui rekayasa genetik untuk biosintesis betakarotene, precursor pro-vitamin A pada bagian beras.
Common white rice and golden rice
FlavrSavr
Bioteknologi Dalam Menyelesaikan Masalah Pencemaran 1. Pencemaran oleh minyak Strain-strain Pseudomonas, mengkonsumsi Hidrokarbon oleh rekayasa genetika membentuk bakteri super yang mengandung 4 jenis plasmid pembawa gen untuk konsumsi hidrokarbon. 2. Limbah organik dapat diuraikan oleh bakteri aerob atau anaerob.
The potential impact on nearby ecosystems is one of the greatest concerns associated with transgenic plants. Transgenes have the potential for significant ecological impact if the plants can increase in frequency and persist in natural populations.
These concerns are similar to those surrounding conventionally bred plant breeds. Several risk factors should be considered: • Is the transgenic plant capable of growing outside a cultivated area? • Can the transgenic plant pass its genes to a local wild species, and are the offspring also fertile? • Does the introduction of the transgene confer a selective advantage to the plant or to hybrids in the wild?
