BIOTEKNOLOGI BIOTEKNOLOGI

BI OTEKNOLOGI 1 Apa itu Bioteknologi? Bioteknologi berasal dari kata: BiosÆ hidup; TeuchosÆ alat; LogosÆ ilmu Bioteknologi: Penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna. Atau Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia. 2 Sejarah Perkembangan Bioteknologi Tahun Perkembangan/Penemuan 1917 Karl Ereky memperkenalkan istilah bioteknologi 1943 Penisilin diproduksi dalam skala industri 1944 Avery, MacLeod, McCarty mendemonstrasikan bahwa DNA adalah bahan genetik 1955 Watson & Crick menentukan struktur DNA 1961 Jurnal Biotechnology and Bioengineering ditetapkan 1961-1966 Seluruh sandi genetik terungkapkan 1970 Enzim restriksi endonuklease pertama kali diisolasi 1972 Khorana dan kawan-kawan berhasil mensintesa secara kimiawi seluruh gen tRNA 3 1973 Boyer dan Cohen memaparkan teknologi DNA rekombinan 1975 Kohler dan Milstein menjabarkan produksi antibodi monoklonal 1976 Perkembangan sekuen DNA 1978 Genetech menghasilkan insulin manusia dalam E.coli 1980 US Supreme Court: Mikroorganisme hasil manipulasi dapat dipatenkan 1981 Untuk pertama kalinya automated DNA synthesizers dijual secara komersial 1981 Untuk pertama kalinya kit diagnostik berdasar antibodi disetujui untuk dipakai di Amerika Serikat teknik-teknik untuk menentukan 4 1982 Untuk pertama kalinya vaksin hewan hasil teknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannya di Eropa 1983 Plasmid Ti hasil rekayasa genetik dipakai untuk transformasi tanaman 1988 US Patent diberikan untuk mencit hasil rekayasa genetik sehingga rentan terhadap kanker (untuk penelitian tumor) 1988 Metode Polymerase Chain Reaction dipubliikasi 1990 USA: Telah disetujui percobaan Terapi gen sel somatik pada manusia 1997 Kloning hewan (domba Dolly) dari sel dewasa (sel kambing) 2000 Pro dan kontra tanaman transgenik di Indonesia. Kapas transgenik ditanam di Sulawesi Selatan 2001 Konstruksi monyet transgenik (ANDi) yang mengandung gen GFP dari sejenis ubur-ubur 5 Teknik-teknik dalam Bioteknologi Fermentation Analisis Genetik Seleksi dan Pemuliaan Analisis DNA Kultur Sel dan Jaringan Rekayasa Genetik atau DNA Rekombinan 6 Fermentation Menggunakan mikroba untuk mengubah suatu senyawa seperti pati atau gula menjadi senyawa lain seperti etanol Digunakan pada: Bioteknologi klasik Industri farmasi Biopulping Bahan bakar Bioplastik 7 Analisis Genetik Mempelajari bagaiman sifat/karakter atau gene diwariskan dari generasi ke generasi danbagaimana gen dan lingkungan berinteraksi untuk menghasilkan suatu sifat Dapat digunakan untuk: Diagnosis Pertanian Bahan bakar 8 Seleksi dan Pemuliaan Manipulasi mikroba, tanaman atau hewan dan pemilihan individu atau populasi yang diinginkan sebagai stok genetik untuk perbaikan generasi baru Dapat digunakan untuk: Bioteknologi klasik (fermentasi) Produksi bahan pangan Bioplastik 9 Analisis DNA PCR (Polymerase chain reaction) Æ dapat membuat copy segmen DNA RFLP Mapping Æ mendeteksi keberadaan suatu gen pada DNA Dapat digunakan untuk: Diagnosis suatu penyakit Konseling genetik Terapi gen 10 Kultur Sel dan Jaringan Menumbuhkan tanaman atau jaringan hewan atau sel secara steril di dalam tabung reaksi atau tabung gelas lainnya Dapat digunakan untuk: Perbanyakan tanaman Kapas Produksi tanaman transgenik Produksi bahan kimia Penelitian kedokteran Kedelai 11 Rekayasa Genetika Trasfer segmen DNA dari suatu organisme ke DNA organisme lain. Kedua organisme tersebut dapat tidak saling berkerabat satu sama lain Dapat digunakan untuk: Produksi bahan pangan Industri farmasi Konseling genetik Terapi gen 12 Perbedaan antara pemuliaan selektif dan rekayasa genetika ---------------------------------------------------------------------------------------------------Parameter Pemuliaan Selektif Rekayasa Genetika ---------------------------------------------------------------------------------------------------„ Tingkat Organisme utuh Sel atau molekul „ Ketepatan „ Kepastian Sekumpulan gen Satu gen tunggal Perubahan genetik Perubahan bahan sulit atau tidak genetik dikarakterisasi mungkin dikarakterisasi dengan baik „ Batasan taksonomi Hanya dapat dipakai dalam satu spesies atau satu genus Tidak ada batasan taksonomi ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 Bioteknologi Molekular Didorong oleh pengetahuan tentang biologi sel dan molekular Memanipulasi suatu organisme pada taraf selular dan molekular (rekayasa genetika dan biologi molekular) Hasil manipulasi dapat diprediksi dan diarahkan dengan ketepatan yang lebih tinggi Dapat mengkonstruksi galur/varietas baru dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur asalnya Sel prokariot atau eukariot dapat digunakan sebagai “pabrik biologis” Porduksi senyawa sekunder 14 Penggabungan antara teknologi DNA rekombinan dengan bioteknologi melahirkan suatu bidang studi yang sangat dinamis dan kompetitif yang disebut Bioteknologi Molekuler Industri bioteknologi molekuler adalah industri yang berbasis riset (research-based industry) Melibatkan berbagai disiplin ilmu. Bioteknologi dikembangkan dan disempurnakan oleh pakar-pakar mikrobiologi industri dan rekayasa kimia Pengembangan komponen teknologi DNA rekombinan sangat tergantung pada penemuanpenemuan dalam ilmu dasar seperti biologi molekuler, genetika, biokimia, dan mikrobiologi 15 Kegunaan Bioteknologi bagi Kehidupan Manusia • Pertanian – “GM Food” • Bioteknologi kelautan dan akuakultur • Bioteknologi lingkungan • Manufaktur dan bioproses • Kedokteran • Industri obat-obatan • Terapi gen untuk penyakit genetik • “Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning 16 Pertanian – “GM Food” Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam: Bt Corn Peningkatan kualitas biji-bijian Peningkatan kadar protein Pembentukan tanaman resisten hama, penyakit, dan herbisida Pembentukan tanaman toleran kekeringan, tanah masam, suhu ektrem Pembentukan tanaman yang lebih bernilai nutrisi tinggi, seperti vit C, E dan β-karoten 17 Rekayasa genetika pada hewan „ „ „ „ Upaya perbanyakan bibit ternak pada saat ini dengan teknik kloning Dikenal 2 cara perkembangbiakan hewan dengan teknik kloning : aseksual dan seksual Kloning aseksual : sel telur dikeluarkan kemudian dimasukan sel somatis dari jaringan apa saja Kloning seksual : dilakukan dengan membelah embryo pada saat tertentu 18 Bioteknologi Kelautan dan Akuakultur Bioteknologi dalam bidang kelautan/akuakultur dapat dimanfaatkan untuk memproduksi dan mengembangkan: Farmasi Enzim dan bahan-bahan biomolekul Biopestisida Peningkatan pertumbuhan, perkembangan, reproduksi dan nutrisi ikan 19 Bioteknologi Lingkungan Bioteknologi dapat dimanfaatkan untuk mengatasi isu lingkungan seperti: Restorasi ekologi Diagnosis dan monitoring penyakit menular Kontrol hama,penyakit dan gulma pada pertanian Deteksi, monitor dan remediasi polutan Skreening toksisitas Konversi limbah ke energi 20 Bioproses Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam bioproses melalui kegiatan-kegiatan: Produksi bioenergi: ethanol, methane, biodiesel Biokatalis, enzim, asam organik dan pelarut Produksi polimer Farmasi, flavor, essense Rekayasa metabolik 21 Kedokteran Industri obat-obatan Humulin – Insulin hasil rekayasa genetik Herceptin – antibodi monoklonal untuk mengobati kanker payudara Terapi gen untuk penyakit genetik Terapi penyakit genetik “cystic fibrosis” “Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning Dolly Æ domba hasil kloning Transplantasi organ 22 Beberapa Isu Penting dalam Penerapan Biteknologi • Bioetik • Keamanan dan kekhawatiran • Paten dari organisme hasil rekayasa genetik • Penggunaan untuk terapi gen dan jaringan pada manusia • Tanggung jawab sosial dari sain dalam bisnis 23 Monarch larvae on Butterfly weed X 24 25 BERTANI SECARA HYDROPONI CS „ „ Hydroponics adalah teknik bercocok tanam tanaman pada medium bukan tanah , dan menggunakan larutan hara dan media lain pembawa campuran hara yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman secara optimal Hydroponics Æ hydro (air) + ponos ( kerja) selanjutnya nama lain : agregate culture soilless culture nutri culture chemi culture 26 Keuntungan cara hydroponics ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ Tidak perlu pengolahan tanah Tidak perlu adanya rotasi tanaman Tanpa tanaman pengganggu Hasil seragam Bersih Hasil bisa dikontrol Tenaga kerja sedikit Æ effesien Lebih mudah dalam pemeliharaan Lebih mudah mengganti tanaman baru Dapat merupakan tempat dan cara memperbaiki mutu tanaman 27 Dua tipe utama cara hydroponics ‰ ‰ Kultur air (water culture) Æ true hydroponics Kultur tanpa tanah ( soilless culture) atau kultur agregat Æ menggunakan medium padat untuk tempat tumbuh tanaman dan dapat dibagi dua berdasarkan pengairannya • • Kultur pasir (sand culture) atau vermiculite culture Kultur kerikil (gravel culture) – sub irigation 28 Hydrophonis Ada tiga sistem pemberian hara: ‰ Sistem hydrophonic ‰ Sistem lapisan tipis larutan hara Lapisan tipis ‰ Sistem aerophonic Aerophonics 29 Susunan Larutan Hara + Air Unsur Min ( ppm ) Maks ( ppm ) Optimum N (Nitrogen) 90 200 140 P ( Fosfor ) 30 90 60 K ( Kalium ) 200 400 300 Ca ( Kalsium ) 120 240 150 Mg Magnesium) 40 60 50 Fe ( Besi) 2.0 5.0 4.0 Mn ( Mangan ) 0.1 1.0 0.5 Cu ( Tembaga) 0.01 0.1 0.05 B (Boron) 0.1 1.0 0.5 Zn ( Seng ) 0.02 0.2 0.1 Mo ( Molibdenum ) 0.01 0.1 0.02 30 31