Download - Kuliah pendahuluan bioo teknologi pertanian
PENGANTAR PENGANTAR BIOTEKNOLOGI PERTANIANBIOTEKNOLOGI PERTANIAN
• Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.• Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sci.Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sci.• Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.• Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.
Berita Mutakhir Bioteknologi Pertanian
Monsanto menghentikan produksi gandum transgenik (10 Mei 2004)
• Sebagai reaksi atas kurangnya dukungan pasar, Monsanto untuk sementara menghentikan program gandum Roundup Ready sampai ada perubahan persepsi
Uni Eropa menyetujui pemasaran jagung transgenik baru (19 Mei 2004)• Syngenta diijinkan untuk memasarkan jagung
transgenik Bt-11 yang tahan serangga• Produk tanaman transgenik pertama dalam 5 tahun
terakhir yang disetujui Uni Eropa• Tapi Syngenta memutuskan untuk menunda
pemasarannya karena pertimbangan persepsi konsumen
Berita Mutakhir Bioteknologi Pertanian
BIOTEKNOLOGIBIOTEKNOLOGI
Penggunaan mahluk hidup atau Penggunaan mahluk hidup atau bagian-bagiannya untuk bagian-bagiannya untuk
menghasilkan barang atau jasa menghasilkan barang atau jasa secara industrisecara industri
CONTOH-CONTOH HASIL CONTOH-CONTOH HASIL PRODUKSI BIOTEKNOLOGIPRODUKSI BIOTEKNOLOGI
• Ragi roti, protein sel tunggalRagi roti, protein sel tunggal• Amilase, glukosa dehidrogenaseAmilase, glukosa dehidrogenase• Antibiotik, vitamin, asam amino, asam Antibiotik, vitamin, asam amino, asam
organikorganik• Etanol, metana, asam laktatEtanol, metana, asam laktat• Sirup jagung berfruktosa tinggiSirup jagung berfruktosa tinggi• Lumpur aktif, penghancur anaerobLumpur aktif, penghancur anaerob
MikrobiologiBiokimiaBiologi Molekular
Biologi SelGenetika Molekular Rekayasa Proses
Bioteknologi
Diagnosa Kesehatan
Industri Farmasi
Industri Fermentasi
Industri Pangan dan Pakan
Industri Kimia
Lingkungan dan Energi
Perkembangan BioteknologiPerkembangan BioteknologiJaman sebelum Louis PasteurJaman sebelum Louis Pasteur
• Minuman beralkohol (Bir, anggur, tuak)Minuman beralkohol (Bir, anggur, tuak)• Makanan terfermentasi (Keju, yoghurt, Makanan terfermentasi (Keju, yoghurt,
tape,tempe, petis, terasi)tape,tempe, petis, terasi)
Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman Louis PasteurJaman Louis Pasteur
• Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol)Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol)• Asam organik (Asam sitrat, asam asetat)Asam organik (Asam sitrat, asam asetat)• Pengolahan limbah secara aerobPengolahan limbah secara aerob
Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman antibiotikaJaman antibiotika
• Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, streptomisin)streptomisin)
• Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio)Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio)• Transformasi steroid (DOPA)Transformasi steroid (DOPA)• Teknologi fermentasi media cairTeknologi fermentasi media cair• Teknologi biakan jaringan hewanTeknologi biakan jaringan hewan
Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman pasca antibiotikaJaman pasca antibiotika
• Asam amino (Asam glutamat, lisin, Asam amino (Asam glutamat, lisin, aspartame)aspartame)
• Protein sel tunggalProtein sel tunggal• Enzim (amilase, glukosa isomerase, Enzim (amilase, glukosa isomerase,
glukosa dehidrogenase) glukosa dehidrogenase) • Teknologi imobilisasi sel dan ensimTeknologi imobilisasi sel dan ensim• Teknologi pengolahan limbah cair anaerob Teknologi pengolahan limbah cair anaerob
(Biogas)(Biogas)• Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)
Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman bioteknologi modernJaman bioteknologi modern
• 1973, pertama kali gen berhasil diklon1973, pertama kali gen berhasil diklon• 1974, ekspresi gen terklon di jasad lain1974, ekspresi gen terklon di jasad lain• 1975, antibodi monoklonal1975, antibodi monoklonal
Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman bioteknologi modernJaman bioteknologi modern
• Teknologi hibridoma (Antibodi monoklonal)Teknologi hibridoma (Antibodi monoklonal)• Teknologi uji diagnostik dengan antibodiTeknologi uji diagnostik dengan antibodi• Rekayasa genetikaRekayasa genetika• Vaksin artifisialVaksin artifisial• Insulin dari khamirInsulin dari khamir
ARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGIARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGI
ARASARAS MASUKANMASUKAN KELUARANKELUARAN
TINGGITINGGIModal besar, alat Modal besar, alat
dan proses dan proses canggih, operator canggih, operator
terdidik terdidik
Produk bernilai Produk bernilai tinggi untuk tinggi untuk
kesehatan dan kesehatan dan panganpangan
MENENGAHMENENGAHModal menengah, Modal menengah,
alat dan proses alat dan proses tidak terlalu rumittidak terlalu rumit
Pangan, pakan, Pangan, pakan, pupuk dan pestisida pupuk dan pestisida
hayatihayati
RENDAHRENDAHModal kecil, alat Modal kecil, alat
dan proses dan proses sederhana, sederhana,
operator tak terdidik operator tak terdidik
Produk bernilai Produk bernilai rendah, sanitasi, rendah, sanitasi,
pemanfaatan pemanfaatan limbahlimbah
Istilah-istilah yang sering digunakan dalam Bioteknologi Modern
Transgen – Gen asing yang ditambahkan kepada suatu spesies
Contoh – Gen Cry (mengkode protein yang menjadi racun bagi serangga keluarga Koleoptera)
Istilah-istilah yang sering digunakan dalam Bioteknologi Modern
Transgenik – suatu organisme yang mengandung transgen melalui proses bioteknologi (bukan proses pemuliaan tanaman)
Contoh – Kapas BollgardJagung tahan herbisida
HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI MODERN DI BIDANG PERTANIANMODERN DI BIDANG PERTANIAN
GMO - Genetically modified organisms
Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari jasad lain. Juga disebut organisme transgenik
Jagung tahan serangga
Normal Transgenic
Racun Bt yang dikandungnya membunuh corn borer
Gen pengendali produksi racun berasal dari bakteri
HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI MODERN DI BIDANG PERTANIANMODERN DI BIDANG PERTANIAN
GMO - Genetically modified organisms
Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari jasad lain. Juga disebut organisme transgenik
Tanaman tahan virus pepaya, jeruk, kentang Gen ketahanan berasal dari virus
HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI MODERN DI BIDANG PERTANIANMODERN DI BIDANG PERTANIAN
GMO - Genetically modified organisms
Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari jasad lain. Juga disebut organisme transgenik
Tanaman tahan herbisida
Yang sudah ada: kedelai, jagung, kanola Yang berikutnya: gula bit, kobis, strawberry, alfalfa, kentang, gandum Gen ketahanan berasal dari bakteri
Perbedaan
• Pemuliaan tanaman konvensional
• Pemuliaan tanaman melalui bioteknologi
Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang sama
Pemindahan gen melalui perkawinan interspesies
Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang berbeda
Pemindahan gen melalui rekayasa genetika tanaman
Wheat Rye
Triticale
X
Perkawinan Antarspesies dalam Pemuliaan Tanaman
Spesies baru, tetapi BUKAN bioteknologi modern
ATTCGA
ATTGGA
Gen yang diarah
Gen baru
Perlakuanmutagenesis
Mutagenesis: Sifat baru, tanpa gene asing
Mutagenesis mengubah urutan DNA suatu gen Dapat diperoleh sifat baru yang menguntungkan
Kedelai : 30,6 juta Ha (pertumbuhan 10%)
Jagung : 12,4 juta Ha (pertumbuhan 27%)
Kanola : 6,8 juta Ha (tidak berubah)
Tanaman Biotehnologi :Luasan global pada tahun 2002
PENGALAMAN CINADampak Ekonomi Penggunaan Kapas Bt
Peningkatan pendapatan $494/Ha
Peningkatan pendapatan nasional $750 juta
PENGALAMAN INDIA
Jenis Kapas
Bt Non-Bt Kontrol
Hasil (kg/ha) 1501* 833 802
# Semprot Bollworm 0.62* 3.68 3.63
# Semprot serangga 3.57 3.51 3.45
Insektisida lain (Kg/ha) 1.74* 5.56 5.43
Toxic class I 0.64* 1.98 1.94
Toxic class II 1.07* 3.55 3.46
Toxic class III 0.03 0.03 0.03
Rata-rata hasil kapas dan penggunaan pestisida di 157 lokasi penelitian di India selama tahun 2001.
*Means within a row are significantly different at the 5% levelFrom: Science (2003) 299:900
Tanaman Bioteknologi dapat bersifat“Ramah Hasil dan Ramah Lingkungan”
Generasi Organisme Tansgenik Berikutnya di bidang Pertanian
Golden Rice Kandungan vitamin A
meningkat Gen berasal dari bakteri Kekurangan: produksi vitamin
A kurang banyak
Bunga matahari Tahan jamur putih Gen ketahanan berasal dari gandum
Generasi Organisme Tansgenik Berikutnya di bidang Pertanian
Generasi Organisme Tansgenik Berikutnya di bidang Pertanian
Rumput lapangan golf
Tahan herbisida Tumbuh lambat mengurangi pemangkasan
mengurangi polusi
Uji Lapangan Tanaman Transgenik
2001-03 data; collated from: Information Systems for Biotechnology (http://www.isb.vt.edu/)
OrganisasiOrganisasi Jumlah uji Jumlah uji 2002-03 (%)2002-03 (%)
MonsantoMonsanto 1480 (58%)1480 (58%)UniversitiesUniversities 329 (13%) 329 (13%) ScottsScotts 84 (3%)84 (3%)AventisAventis 78 (3%)78 (3%)SygentaSygenta 69 (3%)69 (3%)DowDow 63 (2%)63 (2%)USDA/ARSUSDA/ARS 60 (2%)60 (2%)ProdigeneProdigene 25 (1%)25 (1%)
Jenis Tanaman Transgenik yang Diuji
2001-03 data; collated from: Information Systems for Biotechnology (http://www.isb.vt.edu/)
TanamanTanaman Jumlah pengujian Jumlah pengujian 2002-03 (%)2002-03 (%)
JagungJagung 1424 (56%)1424 (56%)
KapasKapas 193 (8%)193 (8%)
PadiPadi 146 (6%)146 (6%)
GandumGandum 141 (6%)141 (6%)
KedelaiKedelai 124 (5%)124 (5%)
AlfalfaAlfalfa 121 (5%)121 (5%)
RumputRumput 89 (4%)89 (4%)
Arah Pengembangan yang Dituju
2001-03 data; collated from: Information Systems for Biotechnology (http://www.isb.vt.edu/)
SifatSifat Jumlah Penguian Jumlah Penguian 2002-03 (%)2002-03 (%)
Tahan seranggaTahan serangga 791 (31%)791 (31%)
Tahan herbisidaTahan herbisida 736 (29%)736 (29%)
Peningkatan kualitasPeningkatan kualitas 400 (16%)400 (16%)
Tahan penyakitTahan penyakit 171 (7%)171 (7%)
Beberapa Sifat Lain yang Mulai Menarik
2001-03 data; collated from: Information Systems for Biotechnology (http://www.isb.vt.edu/)
SifatSifat Jumlah Pengujian Jumlah Pengujian 2002-03 (%)2002-03 (%)
Hasil tinggiHasil tinggi 105 (4%)105 (4%)
Kandungan asam aminoKandungan asam amino 94 (4%)94 (4%)
Kandungan gulaKandungan gula 44 (2%)44 (2%)
Kandungan lemakKandungan lemak 42 (2%)42 (2%)
Deteksi Ranjau DaratDibutuhkan oleh militer,Tanpa upaya ini,anak-anak dan penduduk sipil terancam
Bantuan Bioteknologi Tanaman (dikembangkan oleh Aresa Biodetection)• Gen yang peka terhadap logam dimasukkan ke dalam tanaman
• Apabila akar tanaman menyentuh ranjau darat,Tanaman berubah warna dari hijau menjadi
merah
Mendeteksi ranjau darat
Biofarming?
Bercocoktanam tanaman transgenik yang menghasilkan bahan-bahan yang
memiliki fungsi kesehatan (pharmaceutical products)
Contoh bahan-bahan yang memiliki fungsi kesehatan (pharmaceutical products) : Obat-obatan, antibodi, protein
Sistem Produksi Sederhana
Keunggulan teknolog ini?
• Gen biasanya dimasukkan ke dalam tanaman yang biasa ditanam di lapangan (biasanya jagung)
• Cara bercocoktananam jagug tidak diubah
Mengurangi beaya produksi • Sistem hewan: $1000 - $5000 per gram protein• Sistem tanaman: $1 - $10 per gram protein Sumber: The Roanoke Times, 2000
IMPIAN BIOPFARMING Vaksin yang Dapat Dimakan
Tanaman transgenik untuk memenuhi kebutuhan kesehatan manusia
• Gen penyandi protein spesifik dari jasad patogen diklon• Gen tersebut dimasukkan ke dalam genom tanaman
(kentang, pisang, tomat)• Tanaman dikonsumsi manusia • Tubuh manusia membentuk antibodi terhadap protein patogen• Tubuh manusia mengalami “imunisasi” terhadap pathogen• Contoh:
DiarrheaHepatitis BCacar
Bioremediasi• Polusi air, tanah dan udara menjadi masalah• Tanaman dapat membantu degradasi senyawa polutan tersebut Dibutuhkan tanaman yang dapat membantu degradasi senyawa polutan dan aman terhadap lingkungan
Tanaman yang kandungan nutrisinya diperkaya• Malnutrisi meluas• Malnutrisi dapat menyebabkan berbagai penyakit ikutan Dibutuhkan modifikasi tanaman pangan untuk mengatasi masalah tersebut
Prioritas Bioteknologi Tanaman dan Lingkungan di Masa yang Akan Datang
SATUAN ACARA PERKULIAHAN PENGANTAR BIOTEKNOLOGI PERTANIAN (PNT3806C)
No. Topik Kuliah Tanggal Dosen
1. Pendahuluan-Definisi Bioteknologi-Sejarah Perkembangan Biotek-Peranan Bioteknologi
31-08-2007 Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.
2. DNA sebagai bahan genetik-Sejarah penemuan DNA-Struktur DNA-Replikasi, transkripsi, dan translasi
07-09-2007 Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.
3. Struktur gen dan ekspresinya-Gen pada sel prokariot-Gen pada sel eukariot
14-09-2007 Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.
4. Dasar-dasar kloning gen-Definisi kloning gen-Enzym restriksi, vector, dan inang-Isolasi, pemotongan, dan penyambungan DNA-Transformasi dan seleksi
21-09-2007 Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.
5. Metode Perakitan Mikroba Rekombinan 05-10-2007 Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.
Ujian Sisipan Mengikuti jadwal fakultas 23-10-2007 – 02-11-2007
SATUAN ACARA PERKULIAHAN PENGANTAR BIOTEKNOLOGI PERTANIAN (PNT3806C)
7. Perbanyakan Mikroba Rekombinan-Fermentasi substrat cait-Fermentasi substrat padat
09-11-2007 Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.
8. Bioteknologi Lingkungan 16-11-2007 Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.
9. Perbanyakan tanaman secara in-vitro-Definisi-Bahan perbanyakan-Teknik perbanyakan-Variasi somaklonal-Fusi protoplas dan hibridisasi somatic
23-11-2007 Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.
10. Metode perakitan tanaman transgenik 30-11-2007 Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.
11. Bioteknologi Pemuliaan Tanaman 07-12-2007 Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.
12. Bioteknologi Perlindungan Tanaman 14-12-2007 Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sc.
13. Keamanan, Pengaturan, dan HaKI organisme terekayasa secara genetik, Etika penelitian bioteknologi
28-12-2007 Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sc.
SATUAN ACARA PERKULIAHAN PENGANTAR BIOTEKNOLOGI PERTANIAN (PNT3806C)
Pustaka AcuanPustaka Acuan• Glick, B.R. and J.J. Pasternak. 1994. Glick, B.R. and J.J. Pasternak. 1994. Molecular Molecular
Biotechnology: Principles and application of recombinant Biotechnology: Principles and application of recombinant DNA.DNA. American Society for Microbiology, Washington, DC. American Society for Microbiology, Washington, DC.
• Watson, J.D., M. Gilman, J. Witkowski, and M. Zoller. 1992. Watson, J.D., M. Gilman, J. Witkowski, and M. Zoller. 1992. Recombinant DNA.Recombinant DNA. Scientific American Books, New York, Scientific American Books, New York, USA.USA.
• Mantell, S.H., J.A. Matthews, and R.A. McKee. 1985. Mantell, S.H., J.A. Matthews, and R.A. McKee. 1985. Principles of Plant Biotechnology: an introduction to Principles of Plant Biotechnology: an introduction to genetic engineering in plants.genetic engineering in plants. Blackwell Scientific Blackwell Scientific Publications, Oxford, UK.Publications, Oxford, UK.
• Brown, C.M., I. Campbell, and F.G. Friest. 1987. Brown, C.M., I. Campbell, and F.G. Friest. 1987. Introduction Introduction to Biotechnology.to Biotechnology. Blackwell Scientific Publications, Oxford, Blackwell Scientific Publications, Oxford, UK.UK.
• Smith, J.E. 1985. Smith, J.E. 1985. Biotechnology PrinciplesBiotechnology Principles. Van Nostrand . Van Nostrand Reinhold Co Ltd., Berkshire, UK.Reinhold Co Ltd., Berkshire, UK.
• Drlica, K. 1984. Drlica, K. 1984. Understanding DNA and Gene Cloning.Understanding DNA and Gene Cloning. John John Wiley & Sons Inc., New York, USA. Wiley & Sons Inc., New York, USA.
PenilaianPenilaian Total Nilai Ujian + Mid + Tugas dari 4 dosen dibagi 4Total Nilai Ujian + Mid + Tugas dari 4 dosen dibagi 4
(Rata-rata dari Nilai Dosen I + II + III + IV)(Rata-rata dari Nilai Dosen I + II + III + IV) Pengharkatan Pengharkatan
A : A : >> rata-rata kelas + 1,5 x stdev rata-rata kelas + 1,5 x stdevB : < rata-rata kelas + 1,5 x stdev & B : < rata-rata kelas + 1,5 x stdev &
>> rata-rata kelas + 0,5 x stdev rata-rata kelas + 0,5 x stdevC : < rata-rata kelas + 0,5 x stdev &C : < rata-rata kelas + 0,5 x stdev &
>> rata-rata kelas – 0,5 x stdev rata-rata kelas – 0,5 x stdevD :D : < rata-rata kelas – 0,5 x stdev & < rata-rata kelas – 0,5 x stdev &
>> rata-rata kelas – 1,5 x stdev rata-rata kelas – 1,5 x stdevE :E : < rata-rata kelas – 1,5 x stdev < rata-rata kelas – 1,5 x stdev
Tata Tertib KuliahTata Tertib Kuliah
Toleransi keterlambatan maks. 15 menitToleransi keterlambatan maks. 15 menit Tidak BerisikTidak Berisik HP tidak diaktifkanHP tidak diaktifkan Hadir minimal 70% Hadir minimal 70% Paham bahasa Indonesia & Inggris Paham bahasa Indonesia & Inggris Baca salah satu / dua buku acuanBaca salah satu / dua buku acuan Kerjakan Tugas, Mid, & Ujian Kerjakan Tugas, Mid, & Ujian