02 biotek tp tm02 bioteknologi 2021-2022

1

BIOTEKNOLOGI PANGAN

Prodi Teknologi PanganFak. Pertanian – Unitomo Surabaya

Retnani Rahmiati

Surabaya, 16/17 September 2021

BIOTEKNOLOGI

PERTEMUAN KE – 2

1. Apa itu bioteknologi?

2. Dimensi baru perkembangan bioteknologi.

3. Sejarah bioteknologi.

4. Prinsip bioteknologi.

Apa itu bioteknologi?• Pertama dikemukan oleh Karl Ereky, seorang insinyur

Hongaria pada tahun 1917 untuk mendeskripsikan produksi babi dalam skala besar dengan menggunakan gula bit sebagai sumber pakannya (Suwanto, 1998).

• Bioteknologi berasal dari 2 kata:bio : makhluk hidupteknologi: cara untuk memperoleh barang/jasa.

• European Federation of Biotechnology (1989) mendefi-nisikan bioteknologi sebagai:

perpaduan dari ilmu pengetahuan alam dan ilmu reka-yasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup, dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa.

2

Apa itu bioteknologi? (lanjutan)

• Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, jamur, virus, ragi, alga, sel tumbuhan atau sel jaringan hewan yang dibiakkan sebagai konstituen berbagai proses industri) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa.

• Jadi bioteknologi merupakan suatu bidang penerapan biosains dan teknologi yang menyangkut penerapan praktis organisme hidup atau komponen subselulernya pada industri jasa dan manufaktur serta pengelolaan lingkungan.


BIOTEKNOLOGI

BIOLOGIBiokimia

Biologi molekuler Rekayasa proses

Genetika

KomputerMikrobiologi

Teknik Kimia

MatematikaDan lain-lain

Bioteknologi multi disiplin ilmu

Istilah bioteknologi mencakup 2 hal:

1. Bioteknologi konvensional2. Bioteknologi modern

Perbedaan antara bioteknologi konvensional dan modern.


Bioteknologi konvensional

Bioteknologi modern

Memanfaatkan mikroorga-nisme, proses biokimiawidan proses genetika secara alami (rekayasa ditingkat seluler).

Memanfaatkan biologi dan biologi molekuler (rekayasa ditingkat molekuler).

Umumnya melalui proses fermentasi.

Melalui rekayasa genetika.

BIDANG APLIKASI

Pertanian Pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru, serta pemuliaan dan reproduksi hewan.

Mikroba penambat nitrogen telah dimanfaatkan sejak abab ke 19.

Mikroba pelarut fosfat telah dimanfaatkan untuk pertanian di negara-negara Eropa Timur sejak tahun 1950-an.

Lingkungan Mikroba juga telah dimanfaatkan secara intensif untuk membersihkan dan mendekomposisi limbah dan kotoran selama berpuluh-puluh tahun.

Industri Hampir semua antibiotik berasal dari mikroba, demikian pula enzim-enzim yang dipakai untuk membuat sirop fruktosa hingga pencuci pakaian.


Tabel 1. Contoh aplikasi bioteknologi

3

BIDANG APLIKASI

Medis Penerapan bioteknologi di masa lalu dibuktikan antara lain dengan penemuan vaksin, antibiotik dan insulin walaupun masih dalam jumlah yang terbatas akibat proses fermentasi yang tidak sempurna

Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal.

Teknologipangan

Orang Somalia dan Babilonia sudah minum bir sejak tahun 6000 SM.

Orang Mesir sudah membuat adonan kue sejak 4000 SM.

Pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19

Nenek moyang kita telah memanfaatkan mikroba untuk membuat produk-produk berguna seperti tempe, oncom, tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de coco.


Tabel 1. Contoh aplikasi bioteknologi (lanjutan)


Proses bioteknologi:

Produksi sel atau biomassa.

Transformasi kimia yang diinginkan.

Transformasi kimia dapat dibagi kedalam dua subbagian: Pembentukan suatu produk akhir yang diinginkan

(contohnya enzim, antibiotika, asam organik, dan steroid);

Penguraian suatu bahan baku yang diberikan (contohnya buangan limbah, destruksi buangan industri, atau tumbuhan minyak).


Reaksi yang terjadi pada proses bioteknologi:

Bersifat katabolik – yaitu bila senyawa kompleks diuraikan menjadi senyawa lebih sederhana (glukosa menjadi etanol) reaksinya selalu eksegonik.

Bersifat anabolik atau biosintesis – yaitu bila molekul sederhana dibangun menjadi molekul yang lebih kompleks (sintesa antibiotika) reaksi anabolik umumnya endergonik.

Dimensi baru perkembangan bioteknologi

• Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara-negara maju.

• Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinan DNA, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain.

• Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS.

4

Dimensi baru perkembangan bioteknologi (lanjutan)

• Penelitian di bidang pengembangan sel induk juga memungkinkan para penderita stroke ataupun penyakit lain yang mengakibatkan kehilangan atau kerusakan pada jaringan tubuh dapat sembuh seperti sediakala.

• Di bidang pangan, dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika, kultur jaringan dan rekombinan DNA, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan.

Dimensi baru perkembangan bioteknologi (lanjutan)

• Penerapan bioteknologi di masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi. Contohnya adalah penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.

Sejarah bioteknologi

Kel. Zaman Tahun Penemuan

1 Zaman Industri pangan

< 1865 Pada saat berkembangnya industri fermentasi tradisional, seperti bir, wine, keju, yogurt, dan cuka atau vinegar.

2 Zaman Pasteur 1845 – 1865 Saat mana berkembang industri kimia, seperti teknologi pembuatan butanol, aseton, gliserol, dan asam-asam organik. Massa itu juga telah berkem-bang teknologi pengolahan limbah.

3 Zaman antibiotik 1944 – 1950 Saat mana berkembang industry pinisilin dan berbagai antiboiotik lain, kultur sel binatang, serta transformasi steroid.

4 Zaman pasca antibiotik

1960 – 1970 Saat mana berkembang industri asam amino, dan single cell protein (SCP) serta enzim untuk detergen.

5 Zaman bioteknologi baru

> 1975 Sejak ditemukannya rekayasa genetika

Tabel 2. Kelompok zaman dalam sejarah bioteknologi

Sumber: Winarno dan Agustinah (2007)

Sejarah bioteknologi (lanjutan)

Tabel 3. Sejarah perkembangan bioteknologi

Tahun Perkembangan bioteknologi

BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL

8000 SM Pengumpulan benih untuk ditanam kembali. Bukti bahwa bangsa Babilonia, Mesir dan Romawi melakukan praktik pengembang-biakan selektif (selektif artifisial) untuk meningkatkan kualitas ternak.

6000 SM Pembuatan bir, fermentasi anggur, membuat roti dengan bantuan ragi.

4000 SM Bangsa Tionghoa membuat yoghurt dan keju dengan bakteria asam laktat.

1500 Pengumpulan tumbuhan di seluruh dunia.

1521 Suku Astek memanen ganggang dari danau-danau sebagai sumber makanan.

1650 Budidaya jamur untuk bahan pangan (Perancis).

1665 Penemuan sel oleh Robert Hooke (Inggris) melalui mikroskop.

1680 Antoni van Leeuwenhoek pertama kali melihat mikroba (yeast) dengan mikroskop yang baru dirancangnya.

5


Tabel 3. Sejarah perkembangan bioteknologi (lanjutan)


1800 Nikolai I. Vavilov menciptakan penelitian komprehensif tentang pengembangbiakan hewan.

1856 Gregor Mendel mengawali genetika tumbuhan rekombinan.

1857 – 1876 Kemampuan fermentasi oleh mikroba didemonstrasikan oleh Louis Pasteur.

1865 Gregor Mendel menemukan hukum-hukum dalam penyampaian sifat induk ke turunannya.

1876 Louis Pasteur mengidentifikasi mikroba dari luar sebagai penyebab gagalnya fermentasi bir.

1881 Asam laktat diproduksi secara mikrobiologi.

1882 Walther Flemming seorang ahli embrio (embryologist) dari Jerman menemukan kromosom.

1883 Francis Galton mengusulkan perlunya perbaikan ras manusia dengan cara ‘selective breeding’ yang dengan demikian lahirlah istilah eugenic.




1897 Eduard Buchner menemukan bahwa enzim yang diekstrak dari ragi dapat mengubah gula menjadi alkohol.

Abad 19 Produksi etanol, asam asetat, butanol, aseton, pengolahan lim-bah, khamir untuk roti, proses sulfida untuk gliserol dan asam sitrat.

1910 Thomas Hunt Morgan seorang ahli biologi dari Amerika Serikat menemukan bahwa sinar X dapat menyebabkan mutasi genetic pada lalat buah.

1919 Karl Ereky insinyur Hongaria, pertama menggunakan kata bioteknologi.

1928 Alexander Fleming menemukan penisilin.

1932 Aldoux Huxley adalah yang pertama kali menyajikan pandangan mengenai genetic engeneering.

1944 Produksi penisilin berskala besar dimulai.

1944 Ostwald Avery dan kawan-kawan berhasil membuktikan bahwa DNA dan protein adalah materi hereditas yang terdapat dalam setiap organisme hidup.




1950 Douglas Beris seorang dokter dari Inggris, mengungkapkan bagaimana asam amino disintesa bagi factor Rh (Rhesus). Tes prenatal tersebut digunakan untuk melakukan screening terhadap kelainan genetic.

1950-an penemuan berbagai antibiotik baru (streptomisin, sefalosporin, dan lain-lain).

1953 James Watson seorang ahli biokimia dari Amerika Serikat bekerja sama dengan Francis Grick seorang ahli biofisik dari Inggris, menggetarkan dunia dengan penemuan mereka mengenai struktur double heliks yang mengandung kode genetik.

1964 Charles Yonofsky seorang ahli genetika dari Stanford membuktikan bahwa urutan nukleotida dalam DNA sangat sesuai secara pasti dengan urutan asam amino di dalam protein-protein.

1969 suatu tim dari Havard Medical School berhasil untuk pertama kalinya mengisolasi gen suatu DNA dari bakteri yang berperan dalam metabolisme gula




BIOTEKNOLOGI MODERN

1970 Peneliti di AS berhasil menemukan enzim pembatas yang digunakan untuk memotong gen.

1970 - 1972 DNA plasmid bakteri dan transformasi dari E.coli.

1973 Peneliti dari Wisconsin University menyusun sebuah gen dari awal.

1973 Stanley Cohen dan Harbert Boyer, pakar biokimia dari Amerika Serikat, berhasil menyisipkan sebuah gen dari katak Afrika ke dalam DNA bakteri. Penelitian mereka menandai permulaan atau awal lahirnya rekayasa genetika yang kini dikenal sebagai teknologi rekombinan DNA (rDNA).

1975 Metode produksi antibodi monoklonal dikembangkan oleh Kohler dan Milstein.

1976 Pertama kali didirikan sebuah perusahaan di bidang rekayasa genetika, yaitu Genentech di San Fransisco.

6




1978 Para peneliti di AS (Genetech dan Duerte California Medical Center) berhasil membuat insulin dengan melakukan kloning gen untuk insulin manusia menggunakan bakteri yang terdapat pada usus besar. Sekitar 5% pengidap diabetes alergi terhadap insulin hewan yang sebelumnya tersedia.

1980 bioteknologi modern semakin berkembang dengan teknologi DNA rekombinan. Model prokariot-nya, E. coli, digunakan untuk memproduksi insulin dan obat lain, dalam bentuk manusia.

1980 Lembaga Kehakiman Amerika Serikat (US Court) menentukan bahwa mikroba hasil rekayasa genetika dapat dipatenkan.

1981 Antibodi monoclonal menerima izin di Amerika Serikat untuk digunakan dalam diagnosis.

1982 USFDA menyetujui obat pertama dari hasil rekayasa genetika, yaitu insulin manusia yg diproduksi oleh bakteri.

1983 Steven E. Lindow dari Universitas California di Berkeley menguji coba tanaman strowberi dan kentang yang disisipi gen penahan beku dari bakteri Pseudomonas syringae.




1983 Kary Mullis, seorang ahli biokimia pada Cetus Corp berhasil merancang peralatan laboratorium yang dikenal sebagai PCR (polymerase-chain reaction), yaitu suatu teknik yang memungkinkan seorang ilmuwan secara cepat memperbanyak DNA secara in vitro.

1984 Interferon hewan diizinkan penggunaannya dalam mengatasi penyakit ternak.

1984 Alec Jeffreys dari British University di Lencaster mengembangkan suatu ‘genetic fingerprinting’ yang menggunakan sekuens DNA untuk mengidentifikasi individu manusia.

1985 Rekombinan hormon pertumbuhan manusia (Protropin).

1986 Vacin rekombinan hepatitis B (Recombivax HB), rekombinan -interferon (Roferon A).

1987 Rekombinan activator jaringan plasminogen (Activase), rekombinan triptopan.




1989 Rekombinan interleukin-2 (Proleukin), rekombinan -interferon (Immuneron).

1989 - 1991 Rennet rekombinan (Gist-Brocades, Genencor and Pfier).

1990 Khamir untuk roti yang diperkaya dengan maltase.

1992 Produksi lipase dan amylase.

1992 FDA menyetujui makanan hasil GMO (genically modified organisme) pertama dari Galgene: tomat "flavor saver".

2000 Perampungan Human Genome Project.

2004 47 hasil tanaman yang dmodifikasi secara genetika sudah dipasarkan.

• Gradien perkembangan bioteknologi yang berlangsung terus menerus dan berevolusi

7

Gradien Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak ditemukannya struktur helik ganda DNA dan teknologi DNA rekombinan di awal tahun 1950-an.

Ilmu pengetahuan telah sampai pada suatu titik yang memungkinkan orang untuk memanipulasi suatu organisme di taraf seluler dan molekuler.

Bioteknologi mampu melakukan perbaikan galur dengan cepat dan dapat diprediksi, juga dapat merancang galur dengan bahan genetika tambahan yang tidak pernah ada pada galur asalnya.

Memanipulasi organisme hidup untuk kepentingan manusia bukan merupakan hal yang baru, bioteknologi menawarkan cara baru untuk memanipulasi organisme hidup.

Seperti halnya teknologi-teknologi yang lain, aplikasi bioteknologi untuk pertanian selain menawarkan berbagai keuntungan juga memiliki potensi resiko kerugian.

Keuntungan dan kerugian bioteknologi pertanian

Keuntungan Bioteknologi

• potensi hasil panen yang lebih tinggi,

• mengurangi penggunaan pupuk dan pestisida,

• toleran terhadap cekaman lingkungan,

• pemanfaatan lahan marjinal,

• identifikasi dan eliminasi penyakit di dalam makanan ternak,

• kualitas makanan dan gizi yang lebih baik,

• dan perbaikan defisiensi mikronutrien (Jones, 2003)

Potensi Risiko Bioteknologi

• potensi efek balik terhadap organisme non-target,

• pembentukan hama resisten, dan transfer gen yang tidak diinginkan yang meliputi transfer gen ke tanaman liar sejenis.

• transfer gen penyandi untuk produksi gen toksik, dan transfer gen resisten antibiotik melalui gen penanda (marker ) antibiotik.

• Beberapa kritikan menyebutkan bahwa modifikasi DNA rekombinan menyebabkan pangan tidak aman untuk dimakan.

• Kelompok pecinta lingkungan mengkritik bahwa organisme trasgenik menyebabkan kerusakan keragaman hayati, karena membunuh organisme liar yang berguna, atau membuat organisme invasif yang dapat merusak lingkungan (Conko, 2003)

8

Prinsip Bioteknologi1. Rekayasa Genetika

Manipulasi genom dari organisme penting di bidang industri dengan metode rekombinasi dan/atau mutasi seksual ini sudah sejak lama menjadi bagian inovasi para ahli genetika industri.

Teknik baru rekombinasi DNA melibatkan pemecahan sel hidup secara hati-hati, ekstraksi DNA, pemurnian dan fragmentasi selektif DNA dengan mengguna-kan enzim yang sangat spesifik.

Teknologi rekombinan DNA memberikan manipulasi lebih mudah dari suatu genom dan secara langsung dapat segera diketahui ketidakcocokan antar spesies dan antar genetis.

Gen insulin dan interferon manusia telah berhasil dipindahkan dan diekspresikan kedalam sel mikroorganisme.

Gen patogenitas dari bakteri dapat dicangkokkan dalam gen tanaman sehingga menghasilkan tanaman transgenik yang tahan terhadap hama.

Contoh tanaman transgenik hasil rekayasa genetika adalah tanaman kapas yang mengandung gen racun serangga dari Bacillus thuringiensis (gen Bt).

Prinsip Bioteknologi (lanjutan)

2. Teknologi Enzim

Enzim yang diisolasi (isolat enzim) sudah lama digunakan sebagai suatu bagian dari banyak proses bioteknologi.

Sifat katalisnya selanjutnya akan dimanfaatkan melalui pengembangan teknik imobilisasi yang sesuai untuk memungkinkan penggunaan kembali biokatalis tersebut.

9

Pemanfaatan telah dilakukan melalui pengembangan sirup berkadar fruktosa tinggi (produksi per tahun 3 juta ton) dengan menggunakan isomerase glukosa yang diisolasi dari bakteri.

Imobilisasi seluruh sel yang digunakan sebagai biokatalis merupakan pegembangan lebih lanjut dari teknologi enzim.

Tipe penjerapan kisiTipe penjerapan

mikrokapsul


3. Rekayasa Biokimia

Bioreaktor memainkan peran utama dalam proses bioteknologi dengan menyediakan suatu mata rantai antara bahan baku atau substrat dan produk akhir.

Kemajuan besar telah dibuat dalam rancang bangun bioreaktor, teknik pemantauan suatu proses dan pengendalian proses fermentasi dengan bantuan komputer.

Namun, aplikasi pengendalian proses dalam industri bioteknologi tertinggal beberapa tahun dibandingkan aplikasi dalam proses suatu industri kimia.


4. Rekayasa Produk/Sistem

Kemampuan menghasilkan sejumlah molekul biologi seperti antibodi dan enzim, bersamaan dengan teknik imobilisasi protein dan sel, memberikan kemungkinan pengembangan secara radikal “sensor” baru yang dapat digunakan untuk tujuan biodiagnosis dan biodetoksifikasi.

Sistem demikian dapat dikombinasikan dengan alat mikroelektronis atau bahkan komputer yang memungkinkan pemrograman pengendalian canggih dalam banyak industri bioteknologi dan jasa.

Ciri karakteristik dari bioteknologi:

Hubungannya dengan aplikasi praktis dan kerja sama interdisipliner.

Para ahli bioteknologi akan menggunakan pelbagai teknik yang berasal dari bidang kimia, mikrobiologis, genetika, biokimia, teknik kimia, dan ilmu komputer.

Sedangkan sasaran utama mereka adalah inovasi, pengembangan, dan optimasi operasi.

Bioteknologi bukanlah suatu disiplin ilmu baru, tetapi merupakan suatu aktivitas bagi para spesialis dari berbagai bidang disiplin ilmu guna memberikan konstribusinya.

10

Biosains berhubungan dengan pengenalan pengetahuan biologi.

Bioteknologi berhubungan dengan aplikasi pengetahuan biologi.

Para ahli biosains dari berbagai teknik disiplin ilmu masing-masing akan memberikan konstribusinya pada bioteknologi.

Istilah bioteknolog telah masuk kedalam perbendaha-raan kata kita sebagai suatu deskripsi yang mencakup seluruh ilmuwan atau ahli teknik yang bekerja sama menerapkan keahlian dan pengetahuannnya pada pengolahan bahan biologis.

Tetapi istilah itu kurang tetap.

Perbedaan biosains dan bioteknologi:

Seorang ‘bioteknolog lengkap’ tidak akan pernah ada, karena tidak ada seorang pun yang dapat memiliki keahlian sekaligus dalam mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, rekayasa kimia dan proses, dan yang lainnya.

Mereka yang berkecimpung dalam bidang ini harus berusaha agar mengerti ‘bahasa’ dari ahli lainnya.

Kurangnya suatu ‘bahasa umum’ di antara para spesialis berbagai disiplin ilmu, tak diragukan lagi, merupakan faktor penghambat utama dalam merealisasikan seluruh potensi bioteknologi.

02 biotek tp tm02 bioteknologi 2021-2022

Documents