Aplikasi mikrobiologi

Bioteknologi Adalah teknologi merekayasa pertumbuhan dan metabolisme sel hidup, baik dari mikroba, tumbuhan, hewan maupun manusia untuk produksi komoditi barang maupun jasa yang bermanfaat bagi manusia.

HORMON INSULIN

HORMON PERTUMBUHAN

KOMPONEN UTAMA BIOTEKNOLOGI 1. Material Biologi Biokatalis

2. Teknologi Pada Bioteknologi Modern Bioreaktor

Biokatalis 1. Sel Mikroba 2. Sel Tanaman 3. Sel Hewan 4. Molekul Seluler

(enzim)

Bioreaktor Alat atau sarana yang dirancang dengan teknik elektro mekanik, sehingga biokatalis dapat beraktivitas optimal untuk menghasilkan suatu produk yang terjamin secara kualitas dan kuantitas.

MIKROBA

Kecap

Yoghurt Asinan

Lactobacillus sp

MIKROBA

Rhizopus sp

Neurospora sp

Atropa belladona

Berbagai Obat Anti Alergi

Kultur Jaringan

TUMBUHAN

Catharanthus roseus(tapak dara)

Kultur Jaringan

Obat Anti Kanker

Vinblastin

TUMBUHAN

MANUSIA

Sel Beta Langerhans

Hormon Insulin

Pancreas

Adapun teknologi yang digunakan bisa sangat sederhana sampai yang paling modern.

Penggunaan teknologi sederhana Bioteknologi Tradisional membuat suatu produk dengan memanfaatkan proses fermentasi mikroba yang digunakan diserahkan pada alam/lingkungan sekitar (pembuatan cuka, dadih,asinan) atau menggunakan mikrroba yang belum terseleksi (pembuatan tempe, oncom, kecap), sehingga memungkinkan terjadinya kontaminasi dg mikroba patogen.

Penggunaan teknologi modern Bioteknologi Modernterutama dikembangkan pada tingkat industri besar.

vs

Era generasi pertama Bioteknologi sederhanaPenggunaan mikroba secara tradisional dalam produksi makanan atau pengawetan makananContoh : pembuatan tempe, tape, cuka, yoghurt dll

Era generasi kedua proses pembuatan berlangsung tdk sterila. produksi bahan kimia : aseton, asam sitratb. pengolahan air limbahc. pembuatan kompos

Perkembangan Bioteknologi

Era generasi ketiga proses pembuatan berlangsung sterilContoh : produksi antibiotik dan hormon

Era generasi baru bioteknologi baru, dg menggunakan teknologi yg sgt modern, contoh :

produksi insulin, interferon, antibodi monoklonal (vaksin)

Manfaat Bioteknologi

Dalam Bidang

Kesehatan dan Farmasi Agroindustri Pertanian Industri Kimia Lingkungan Penambangan Elektronika

Produknya

Antibiotika Vaksin Vitamin Steroid Hormon Interferon Antibodi Inhibitor Enzym Antikoagulan Reaktid Diagnostika

Produknya

Minuman terfermentasi Olahan susu Olahan pati Protein sel tunggal Asam amino Asam organik Enzim Nukleotida Polisakarida Antioksidan Zat warna Stabilisator aroma

Nama enzim Organisme sumbernya Pengunaan

αlfa-amilase Aspergillus oryzaeBacillus amyloliquefaciens

Hdrolisis pati untuk gula sirupPemutihan tekstil dan kertas

Cellulase (Selulase) Aspergillus sp.Penicilium sp.Trichoderma reesei

Prosesing buah dan sayur

β-glukanase Bacillus substilisAspergillus niger

Hidrolisis β-glukan di pabrik bir

Glukoamilase Aspergillus nigerRhizopus

Pembuatan gula cair (High Fructose Syrup).

GlukosaIso-merase Actinoplanes missouriensisStreptomyces sp.

Pembuatan fruktosa dari glukosa.

Laktase Kluyveromyces marxianusSaccharomyces sp.

Hidrolisis laktosa dalam susu

Lipase Aspergillus spMucor sp.Rhizopus sp.

Modifikasi aroma keju dan susuProsesing lemak dan minyak

Pektinase Aspergillus niger Ekstraksi dan klarifikasi jus dari buah-buahan

Invertase Saccharomyces cereviasae Produksi gula invert di pabrik candy

Protease-alkalin-netral-asam

Bacillus licheniformisBacillus amylolyquefaciensEndothea parasiticaMucor miehei

Deterjen dan penyamakan kulitPembuatan roti, bir & kejuDegradasi protein, digunakan dalam sabundeterjen

Pullulanase Klebsiella pneumoniaeBacillus acidopullulyticus

Pemecahan patiProduksi sirup

Produknya

Biopestisida Pakan ternak Silase Kompos Pupuk bio Bibit (kultur sel/jaringan) Tanaman autopestisida Tanaman tahan lingk ekstrim

Disisipi Antisense Gen Disisipi Somatropin Gen

Gandum

Disisipi Gen Gluten Disisipi Gen Cangkang Virus Tanaman Tahan Virus

Ikan Transgenik Disisipi Gen Warna Tampilan

Produknya

Etanol Asetaldehida Butanol Butadiena Asam Organik Enzim Biopolimer Gliserol Furfural Surfactan Aneka Parfum

Produknya

Penjernihan Air Biokonversi Limbah Defossfatasi Kompos Metan Toxicological Monitoring Aerobic Affluent Treatment Anaerobic Affluent TreatmentPenjernihan Air

Bekas/Buangan

Bioteknologi membuka peluang baru dalam perlindungan lingkungan. Contohbakteri yang dimodifikasi secara genetik bisa digunakan untuk mengubah sampah organik menjadi produk yang berguna atau untuk membersihkan tumpahan minyak, pembuatan kompos dll.

Biogas (Boimethana) Energi non BBM dari sampah dan berbagai limbah

Dolly adalah hewan hasil kloning pertama

Teknik Kloning Dolly

Sel telur dari domba donor I diambil, lalu dikeluarkan intinya (yang dipakai hanya sel yang tanpa inti)

Sel dari kelenjar ambing domba donor II diambil DNAnya saja (sel dibuang, hanya inti yang dipakai)

Sel dari domba I dan II digabungkan (dengan arus listrik), kemudian terjadi pembelahan sel (embrio)

Sel yang telah membelah tsb ditanam pada uterus domba betina lain, yang selanjutnya beranak Dolly

Sepanjang hidupnya Dolly tlh melahirkan 2x, disuntik mati krn radang paru-paru dan arthritis pd umur 6,5 thn.

Mengenal Kloning

Profil Dolly

Kloning Pada Manusia?

Kloning Untuk Menghasilkan Sel Sebagai Terapi?

Tujuan jangka panjangriset kloning antara lain adalah di-hasilkannya protein yang dibutuhkan manusia, sbg terapi dgn menciptakan berbagai sel dan organ kompatibel yang siapdi-transplantasikan ke tubuh manusia.

Contoh membuat sel untuk melawan kanker

Cloning Genes

Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium tumefaciens,

penyebab penyakit crown gall, pada tanaman.

Mekanisme : parasit pada jaringan tanaman, melibatkan integrasi sebagian DNA bakteri pada tanaman inang yang menyebabkan tumor dan mengubah metabolisme tanaman.

Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens digunakan

sebagai agen kontrol biologi dan sebagai alat untuk enginering gen pada tanaman.

Plasmid Ti Hanya sel yang mengandung plasmid spesifik

(plasmid Ti) yang dapat menyebabkan penyakit. A. tumefaciens strains yang tidak mempunyai plasmid tumbuh sebagai rizosphere – inhabiting bacteria tanpa menyebabkan penyakit.

Bakteri dapat menstimulasi inang untuk memperbanyak dan membelah diri sel secara cepat dan tidak normal. Hal ini karena bakteri tersebut dapat menyisipkan sebagian DNA nya ke dalam kromosom DNA inang yang menyebabkan overproduksi dari cytokinins dan auxins.

Cytokinin dan auksin merupakan plant growth regulators, dan opines yang memberikan nutrient bagi patogen.

Jaringan inang akan terus membesar dan akan membentuk tumor di batang atau akar.

Plasmid Ti

GMO(Genetically Modified Organism)

GMO(Genetically Modified Organism) GMO yaitu suatu organisme dimana material

genetiknya telah mengalami perubahan dengan menggunakan teknik rekayasa genetika.

Teknik ini secara umum dikenal dengan teknologi rekombinan DNA. Menggunakan molekul DNA dari sumber yang berbeda kemudian dikombinasikan membentuk gen baru.

DNA ini kemudian ditransfer kedalam suatu organisme dan menyebabkan gen yang dimodifikasi atau gen baru (novel genes).

GMO Organisme transgenik yaitu suatu organisme yang

telah disisipi DNA nya dengan DNA dari organisme lain yang berbeda spesies.

Genetech tahun 1978, strain E.coli yang memproduksi protein insulin manusia.

1986, Ice-minus bacteria, untuk melindungi tanaman pertanian dari “frost damage” dari Advanced Genetic Sciences.

1986, pest resistance protein dari Monsanto Company

Golden rice Golden rice , merupakan terobosan yang significan

dalam bioteknologi yang melibatkan enginering dalam lintasan biosintesis, ditemukan oleh Ingo Pottrykus dari Institute of Plant Sciences dan Peter Beyer . Proyek ini dimulai tahun 1992, dan mulai dipublikasikan tahun 2000.

Adalah varietas padi transgenik hasil rekayasa genetika yang berasnya mengandung beta caroten (pro vitamin A) pada bagian endospermanya. Kandungan beta-karotena ini menyebabkan warna berasnya tersebut tampak kuning-jingga.

Golden ricePada tipe liar (normal), endosperma padi tidakmenghasilkan beta-karotena dan akan berwarna putihhingga putih kusam. Di dalam tubuh manusia, beta-karotena akan diubah menjadi vitamin A. Kultivarpadi ini dibuat untuk mengatasi defisiensi vitamin A yang masih tinggi prevalensinya pada anak-anak, terutama di wilayah Asia dan Afrika.

Untuk merakit padi ini, digunakan dua gen asing yang diambil dari bakteri Erwinia uredovora (gen crt1) dan dari narsis (Narcissus pseudonarcissus) (gen psy). Kultivar 'Golden Rice 2' mengganti narsis dengan jagung (Zea mays) sebagai salah satu sumber gennya.

Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis Bacillus thuringiensis adalahbakteri gram positif

patogen fakultatif, hidup di daun atau tanah. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi. Saat sporulasi terjadi, tubuhnya akan terdiri dari protein Cry yang termasuk ke dalam protein kristal kelas endotoksin delta. Apabila serangga memakan toksin tersebut maka serangga tersebut dapat mati. Oleh karena itu, protein atau toksin Cry dapat dimanfaatkan sebagai pestisida alami.

Bacillus thuringiensis Spores and crystalline insecticidal protein yang

dihasilkan oleh B. thuringiensis telah digunakan sejak tahun 1920.

Pada tahun 1985 The Belgian company merupakan perusahaan pertama yang mengembangkan tanaman tembakau yang telah dimodifikasi dengan cry genes dari B. thuringiensis, sehingga tahan terhadap hama.

Ice Plus Protein (Ice Nucleation active Protein)

Ice Plus Protein (Ice Nucleation active Protein) Cold weather conditions are directly responsible for

the appearance of frost on plants and most importantly, crops.

In the United stated alone, it has been estimated that frost accounts for approximately $1 billion in crop damage each year.

As P. syringae commonly inhabits plant surfaces, its ice nucleating nature incites frost development, freezing the buds of the plant and destroying the occurring crop.

Ice Plus Protein (Ice Nucleation active Protein) The introduction of an ice-minus strain of P. syringae to

the surface of plants would incur competition between the strains. Should the ice-minus strain win out, the ice nucleate provided by P. syringae would no longer be present, lowering the level of frost development on plant surfaces at normal water freezing temperature (0oC). Even if the ice-minus strain does not win out, the amount of ice nucleate present from ice-plus P. syringae would be reduced due to competition. Decreased levels of frost generation at normal water freezing temperature would translate into a lowered quantity of crops lost due to frost damage, rendering higher crop yields overall

Wortel transgenik

Adalah wortel transgenik yang mampu menghasilkan suatu enzim manusia yang digunakan sebagai bahan obat untuk terapi penyakit Gaucher. Penyakit Gaucher sendiri adalah suatu penyakit genetis langka yang terjadi pada individu dimana penderitanya tidak mampu memproduksi enzim glucocerebrosidase, sehingga menyebabkan terjadinya penumpukan material lemak di limpa, hati dan organ-organ lain. Untuk menggantikan peran enzim ini maka diberikanlah enzim sejenis bernama Elelyso melalui suatu terapi.

terimakasih