Dasar-dasar Bioteknologi

Presentasi berjudul: "Dasar-dasar Bioteknologi"— Transcript presentasi:

1 Dasar-dasar Bioteknologi
Drs. Sutarno, MSc., PhD.

2 Pendahuluan, Ruang lingkup
Bioteknologi: bidang penerapan biosains dan teknologi yang menyangkut penerapan praktis organisme hidup atau komponen subsellulernya pada industri jasa dan manufaktur serta pengelolaan lingkungan. Atau Bioteknologi: Teknologi yang menggunakan sistem hayati (proses-proses biologi) untuk mendapatkan barang dan jasa yang berguna bagi kesejahteraan manusia Bioteknologi memanfaatkan: bakteri, ragi, kapang, alga, sel tumbuhan atau sel hewan yang dibiakkan sbg konstituen berbagai proses industri.

3

4 Sejarah evolusi bioteknologi:
produksi bioteknologi makanan dan minuman (sejak sebelum 4000sm) Nenek moyang kita telah memanfaatkan mikroba untuk membuat produk-produk berguna seperti tempe, oncom, tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de coco .

5 Minuman alkohol anggur
Khamir roti Keju Yogurt Susu masam kecap 1857 – Pasteur menemukan bahwa fermentasi merupakan proses yang dilakukan oleh organisme hidup 1920 – fermentasi aseton, etanol, butanol, gliserin PD II – Penicillium natatum Antibiotik Vitamin, steroid, enzim

6 Fermentasi Yeast Fermented Alcohol Ether Amino acid Protein Sugar
Lactid Acid Bacteri

7 Proses bioteknologi semula dikembangkan pada kondisi tidak steril
Proses bioteknologi semula dikembangkan pada kondisi tidak steril. Industri ethanol, butanol, aseton semula dilakukan menggunakan metode fermentasi yg terbuka thd lingkungan Pengenalan proses sterilisasi dalam proses bioteknologi (mulai 1940-an)

8 Hampir semua antibiotik berasal dari mikroba, demikian pula enzim-enzim yang dipakai untuk membuat sirop fruktosa hingga pencuci pakaian. Dalam bidang pertanian, mikroba penambat nitrogen telah dimanfaatkan sejak abab ke 19. Mikroba juga telah dimanfaatkan secara intensif untuk membersihkan dan mendekomposisi limbah dan kotoran selama berpuluh-puluh tahun. Dalam bidang medis, vaksin-vaksin tertentu dibuat dari virus atau bakteri yang telah dilemahkan. Bioteknologi memiliki gradien perkembangan teknologi, yang dimulai dari penerapan bioteknologi tradisional yang telah lama dan secara luas dimanfaatkan, hingga teknik-teknik bioteknologi baru dan secara terus menerus berevolusi Dimensi baru dan kemungkinannya untuk industri bioteknologi. Perkembangan dlm biologi molekuler dan pengendalian proses yg menciptakan kesempatan baru dan mencengangkan.

9 Bioteknologi tradisional vs modern
Pemanfaatan mikrobia (organisme) untukmemodifikasi bahan dan dan lingkungan untuk memperoleh produk optimal. Misal : pembuatan tempe, tape, roti, pengomposan sampah Bioteknologi modern : Memanfaatkan ketrampilan manusia dalam melakukan manipulasi makhluk hidup agar dapat digunakan untuk menghasilkan suatu barang yang diinginkan. Misal rekayasa genetik

10 Rekayasa genetik : Teknik untuk menghasilkan molekul DNA yang berisi gen baru yang diinginkan atau kombinasi gen-gen baru atau dapat dikatakan sebagai manipulasi organisme Bioteknologi merupakan penerapan prinsip ilmiah dan rekayasa pengolahan bahan oleh agen biologi untuk menyediakan barang dan jasa

11

12 Keberhasilan Bioteknologi: tergantung pengintegrasian berbagai disiplin IPA dan teknologi, eg:
mikrobiologi, biokimia, genetika, bio molekuler, kimia, rekayasa proses dan teknik kimia.

13 Keberhasilan bioteknologi tergantung pada
pengintegrasian berbagai disiplin ilmu: Biologi Molekuler Mikro biologi Biokimia Genetika Teknik Kimia Biologi Sel Bioteknologi Molekuler Diagnosa Kesehatan Industri Farmasi Industri Pangan & pakan Industri Fermentasi Industri Kimia Lingkungan & energi

14 Proses bioteknologi umumnya mencakup produksi sel atau biomassa dan transformasi kimia yg diinginkan. Transformasi kimia dibagi dlm dua bagian: Pembentukan suatu produk akhir yang diinginkan (eg: enzim, antibiotika, asam organik, dan steroid). Penguraian bahan baku yg diberikan (eg: buangan limbah, destruksi buangan industri, tumpahan minyak).

15

16 Proses industri bioteknologi
Proses industri bioteknologi yg menggunakan mikro organisme utk menghasilkan produk pada dasarnya terdiri dari 3 tahap utama :

17 3 tahap utama proses industri bioteknologi
Bahan mentah 1 Proses hulu 2 Fermentasi dan biotransformasi 3 Proses hilir Produk akhir

18 Proses hulu: perlakuan pada bahan mentah shg dpt digunakan sbg sumber makanan bagi mikroorganisme sasaran Fermentasi dan transformasi: penumbuhan m o sasaran dalam bioreaktor besar (>100l) yg diikuti dg produksi (hasil transformasi) bahan yg diinginkan eg: antibiotik, asam amino, enzim dll Proses hilir: pemurnian senyawa atau bahan yg diinginkan dari medium fermentasi atau dr massa sel

19 Penelitian bioteknologi:, umumnya untuk:
Memaksimalkan efisiensi tiap tahap Menemukan mikroorganisme yang sesuai utk produksi pangan,pakan, suplemen pangan, dan obat-obatan Desain bioreaktor beserta instrumentasinya, Teknologi scale up yg lebih efisien dlm produksi Bagian biotransformasi: paling sulit dioptimalkan Mikroorganisme yg diisolasi dr alam biasanya tdk optimal utk dipakai langsung dlm industri bioteknologi Perlu induksi mutasi melalui mutagenesis kimia atau radiasi utk memperoleh galur yg optimal Pemanfaat teknologi DNA rekombinan mempercepat seleksi utk memperoleh mo yg sesuai. Bioteknologi molekuler.

20 Reaksi pd proses Bioteknologi:
katabolik: senyawa kompleks diuraikan mjd senyawa sederhana anabolik: molekul sederhana dibangun menjadi senyawa lebih kompleks. Bioteknologi mencakup proses fermentasi, pengelolaan air dan sampah, teknologi pangan , obat-obatan dlsb Teknik yg diterapkan dlm bioteknologi: lebih ekonomis, lebih sedikit dlm penggunaan energi dan lebih aman dibandingkan dengan proses tradisional. Harapan masa depan dlm pemecahan masalah-masalah dunia khususnya: obat-obatan, produksi pangan, pengendalian polusi dan pengembangan sumber energi baru.

21 Perkembangan Rekayasa Genetika Sebagai Bagian dari Perkembangan Bioteknologi
Perkembangan semua bidang kehidupan tidak bisa terlepas dari perkembangan dunia teknologi.  tolak ukur kemajuan suatu negara banyak ditentukan dari teknologi yang dimilikinya Secara khusus, John Naisbitt dan Patricia Aburdene dalam bukunya “Megatrends 2000” menyebutkan bahwa kehadiran bioteknologi akan berkuasa di kehidupan kita. Tidak ada sains lain yang dapat memiliki kekuatan begitu besar untuk mengubah jalannya perkembangan organisme hidup kecuali bioteknologi. Bioteknologi modern saat ini menggunakan organisme hasil rekayasa genetik melalui perlakuan yang mengubah landasan penentu kemampuan hidup, yaitu mengubah tatanan gen yang menentukan sifat spesifik suatu organisme, sehingga proses pengubahan dapat berlangsung secara lebih efisien dan efektif, serta hasil yang lebih komersial. Pada awal perkembangannya metode perpindahan gen hanya dapat dilakukan antara satu jenis makhluk hidup, akan tetapi dikemudian hari gen dapat dipindahkan dari satu jenis ke jenis lainnya.

22 Pengertian Rekayasa Genetika
Diawali rasa ingin tahu manusia dan keinginan untuk selalu mendapatkan yang terbaik dalam memecahkan semua masalah kehidupan  berfantasi dan mengembangkan imajinasinya  berandai-andai adanya suatu makhluk hidup yang merupakan perpaduan dari sifat-sifat positif makhluk hidup yang sudah ada  menemukan teknik “rekayasa genetika” untuk menghasilkan makhluk hidup seperti apa yang mereka inginkan. Secara sederhana, proses rekayasa genetika dapat dijelaskan: Setiap makhluk hidup terdiri atas jutaan sel individu yang masing-masing sel tersebut mengandung satu set gen yang identik. Gen-gen tersebut berfungsi memberikan perintah-perintah biologi yang hanya mengeluarkan satu dari ribuan perintah yang diperlukan untuk membangun dan menjaga kelangsungan suatu makhluk hidup serta menentukan penampakan yang dimunculkan dalam bentuk fisik suatu makhluk hidup.

23 3. Gen-gen tersebut tersusun atas deoxyribonucleic acid (DNA
3. Gen-gen tersebut tersusun atas deoxyribonucleic acid (DNA. DNA) yg merupakan molekul yang mengkode perintah-perintah biologi di dalam struktur kimianya. 4. Struktur kimia DNA seperti sebuah rangkaian surat-surat yang berisi pesan-pesan genetika. Surat-surat itu hanya memiliki empat huruf menurut abjad genetik (Adenin/A, Guanin/G, Timin/T, dan Cytosin/C), yang disebut basa .

24 5. Setiap gen mengandung ribuan rantai basa yang tersusun menjadi sebuah rangkaian dimana gen tersebut berada dalam kromosom sebuah sel. DNA mudah diekstraksi dari sel-sel, dan kemajuan biologi molekuler sekarang memungkinkan ilmuwan untuk mengambil DNA suatu spesies dan kemudian menyusun konstruksi molekuler yang dapat disimpan di dalam laboratorium. DNA yang telah mengalami penyusunan molekuler tersebut disebut DNA rekombinan sedangkan gen yang diisolasi dengan metode tersebut dinamakan gen yang diklon. 6. DNA rekombinan ini dapat dipindahkan ke makhluk hidup lain bahkan yang berbeda jenisnya. Hasil dari perpaduan tersebut menghasilkan makhluk hidup rekombinan yang memiliki kemampuan baru dalam melangsungkan proses hidup dan bersaing dengan makhluk hidup lainnya. Dengan kata lain makhluk hidup rekombinan memiliki sifat unggul bila dibandingkan dengan makhluk hidup asalnya.

25 Perkembangan bioteknologi
Rekayasa genetika. Manipulasi genom thd organisme penting di bidang industri melalui teknik rekombinasi dan atau mutasi mrpk inovasi baru para ahli genetika industri. Teknik rekombinasi DNA melibatkan: pemecahan sel, ekstraksi DNA, pemurnian dan fragmentasi selektif DNA dg enzim, pemisahan, analisis, pemilihan dan pemurnian suatu fragmen yg mengandung gen yg diinginkan, pemasukan hibrid DNA ke dalam sel terpilih utk reproduksi dan sintesis selluler. Teknologi enzim. Isolat enzim banyak digunakan dlm banyak proses bioteknologi.

26 Reakayasa genetik dalam pembuatan hormon Insulin
Zebroo? Reakayasa genetik dalam pembuatan hormon Insulin Insulin recombinantE:\INSULIN REKAYASA\geneticeng.of insulin.cfm.htm

27 1997 Ian Wilmut (right) visits Dolly (center) the first mammal cloned from an adult cell.