sejarah & perkembangan biotek

A . S R Y I R Y A N I , S T . , M T

PENDAHULUAN

Mengenal Bioteknologi

Bioteknologi berasal dari kata :

Bios -> Hidup ; Teuchos -> Alat ; Logos -> Ilmu

Bioteknologi : Penggunaan organisme atau sistem hidupuntuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkanproduk yang berguna.Atau :

Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidupatau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan ataumemodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhandan hewan, mengembangkan mikroorganisme untukpenggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia.

Pengertian Bioteknologi

Organization for Economic Cooperation and Development Penerapan prinsip sains (science) dan rekayasa(engineering) untuk penanganan dan pengolahan bahandengan bantuan (agen biologis) guna menghasilkan barangdan jasa

Office of Technology Assesment of US Congress Teknik pendayagunaan organisme hidup atau bagiannyauntuk membuat atau memodifikasi suatu produk,meningkatkan / memperbaiki sifat tanaman atau hewanatau mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaankhusus

Pengertian Bioteknologi

European Federation of Biotechnology Penggunaan terpadu biokimia, mikrobiologi, dan ilmu2keteknikan dgn bantuan mikroba, bagian2 mikroba, atausel & jaringan mikroorganisme yang lebih tinggi dlmpenerapannya secara teknologis dan industri

Biotechnologi Industry Organization Penggunaan proses-proses biologis umumnya, proses-proses seluler dan molekuler khususnya, untukmemecahkan masalah2 atau membuat produk yangberguna

Reaksi yang terjadi pada bioteknologi dapat bersifat :

Katabolik, yaitu senyawa kompleks yang diuraikan menjadisenyawa lebih sederhana (mis : glukosa menjadi etanol)

Anabolik, yaitu pembangunan molekul sederhana menjadimolekul yang lebih kompleks (mis : sintesis antibiotik)

BIOTEKNOLOGI

Sejarah Perkembangan Bioteknologi

ERA PRA PASTEUR (SEBELUM 1857 M)(Makanan dan minuman terfermentasi tanpa pengetahuan

biologi kearifan tradisional

6000 SM : minuman beralkohol oleh Bangsa Sumeria diBabilonia

4000 SM : teknologi fermentasi pembuatan bir di Sumeriadan Mesir, di Indonesia dikenal tape, tuak, dadih, tempe,oncom dan kecap, di Jepang dikenal minuman sake

Abad ke-14 : distilasi untuk menghasilkan minumanberalkohol tinggi di Cina

ERA PASTEUR (1857 1940)(Louis Pasteur (1957) membuktikan bahwa mikroba adalah

penyebab fermentasi dalam proses pembuatan minumanberalkohol, dan kerusakan pangan. Ditandai dengan dihasilkannyapelarut organik (aseton, butanol, etanol), asam organik (asamsitrat) dan gliserol )

1865 : Gregor Mendel (Austria) mengumumkan teori hereditasMendel

1865-1940 : teknologi pembuatan etanol, butanol, aseton, gliserol,asam-asam organik

1914 : penggunaan lumpur aktif untuk penanganan limbah cairdi Manchester

1928 : Alexander Fleming menemukan penicillin


ERA ANTIBIOTIKA (1940 1960)(Riset pada tahun 19201940 menghasilkan pengertian

yang lebih baik tentang biologi, pengetahuan tentangenzim sebagai katalis, dan gen mengkodekan suatu enzim)

1942 : Industri antibiotika (penicillin, streptomycin,erythromycin)

1944 : Avery, et al.menemukan DNA sebagai pembawainformasi genetik

1953 : James Watson dan Francis Crick mempublikasikanstruktur DNA dalam jurnal Nature


ERA PASCA ANTIBIOTIKA (1960 -1975)Pengetahuan metabolisme mikroba menghasilkan :

Asam amino: lysin dan asam glutamat (MSG)

Enzim : protease untuk industri deterjen

Enzim amobil : glukose isomerase untuk HFS (highfructose syrup)

Gasohol : ethanol sebagai bahan bakar alternatif(1974)


ERA BIOTEKNOLOGI MODERN (mulai 1970)

1973 : Stanley Cohen dan Herbert Boyer berhasilmemotong dan menyambung DNA dan menghasilkanDNA baru (lahirnya rekayasa genetika)

1978 : produksi hormon insulin dari mikroba terekayasa

1981 : hewan transgenik pertama (tikus) oleh ilmuwanOhio University

1982 : tanaman transgenik pertama (Petunia)

1997 : kloning domba Dolly di Skotlandia


Jenis-jenis Bioteknologi

Bioteknologi Merah

Cabang ilmu bioteknologi yang mempelajari aplikasibioteknologi di bidang medis.Contohnya :

Pemanfaatan organisme untuk menghasilkan obatdan vaksin

Terapi gen untuk mengobati penyakit genetikdengan cara menyisipkan atau menggantikan genabnormal dengan gen yang normal.


Bioteknologi Putih

Adalah bioteknologi yang diaplikasikan dalam industripengembangan dan produksi senyawa baru sertapembuatan sumber energiContoh peranannya dalam :

Memanipulasi mikrooorganisme sepertibakteri/khamir/ragi

Enzim-enzim juga organisme-organisme yang lebihbaik telah tercipta untuk memudahkan prosesproduksi dan pengolahan limbah industri.


Bioteknologi Hijau

Mempelajari aplikasi bioteknologi di bidang pertaniandan peternakan.Contohnya :

Di bidang pertanian bioteknologi telah berperandalam menghasilkan tanaman tahan hama danbahan pangan dengan kandungan gizi lebih tinggi.

Di bidang peternakan, hewan-hewan telahdigunakan sebagai bioreaktor untuk menghasilkanproduk penting contohnya :

kambing, sapi, domba.


Bioteknologi Biru

Disebut juga bioteknologi akuatik/perairan yangmengendalikan proses-proses yang terjadi di lingkunganakuatikContoh peranannya pada :

Akuakultura yang menumbuhkan ikan bersirip ataukerang-kerangan dalam kondisi terkontrol sebagaisumber makanan

Termasuk Rekayasa Genetika

Kegunaan Bioteknologi

KEGUNAANBIOTEKNOLOGI

MEMBUATBIR

MEMBUATROTI

PENGOLAHANLIMBAH

MEMBUAT ANTIBIOTIKA

MEMBUAT MAKANAN

HEWAN

MEMBUATBAHAN

BAKAR BARU

Manfaat Bioteknologi Dalam Kehidupan

Ruang Lingkup Bioteknologi

Meliputi :

Pertanian

Lingkungan

Kesehatan / Obat-obatan

Energi

Bahan-bahan Kimia

Pangan (Makanan & Minuman)

Bioteknologi Pertanian

Kultur jaringan untuk penyediaan bibitunggul

Hormon pertumbuhan, PST, vaksin Bioinsektisida/biopestisida/biofungisida/Biohe

rbisida Pupuk biologis, mikoriza dan rhizobium

Pengolahan limbah secara biologis Pembangunan bioindustri yang

bersahabat dengan lingkungan

Bioteknologi Lingkungan

Bioteknologi Energi

Biogas

Bioteknologi Bahan-Bahan Kimia

Asam-asam organik, pelarut-pelarutorganik

Asam-asam amino, enzim Biosensor

Bioteknologi Kesehatan dan Obat-Obatan

Insulin Vaksin Hepatitis B Dll.

Lebih dari 250 juta orang di dunia telah tertolong oleh lebih dari117 obat-obatan dan vaksin.

Lebih dari 350 jenis obat-obatan dan vaksin mengatasi 200penyakit (kanker, jantung, alzheimer, diabetes, arthritis, AIDS,dll.

Bioteknologi Pangan (Makanan dan Minuman)

Produk-Produk Fermentasi Pewarna, Zat Aroma Pangan HFS (High Fructose Syrup)

Poly Beta Hydroxy Butyrat (PHB)

Bioteknologi Material Baru

Bioteknologi komoditi bernilai ekonomi tinggi

Di AS pendapatan dari subsektor bioindustri meningkatdari US$ 8 M (1993) menjadi US$ 22.3 M (2000)

Investasi pada subsektor bioindustri membumbung tinggidari US$ 137.9 M (1999) menjadi US$ 353.5 M (2000)

PERANAN & DAMPAK BIOTEKNOLOGI

A. Peranan Bioteknologi untuk Mendukung Kelangsungan Hidup Manusia

Pemanfaatan dan/atau perekayasaan proses biologi dari suatuagen biologi untuk menghasilkan produk dan jasa yangbermanfaat bagi manusia.

Bioteknologi sebenarnya sudah dikerjakan manusia sejakratusan tahun yang lalu, karena manusia telah bertahun-tahunlamanya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri danjamur ragi untuk membuat makanan bermanfaat sepertitempe, roti, anggur, keju, dan yoghurt. Namun istilahbioteknologi baru berkembang setelah Pasteur menemukanproses fermentasi dalam pembuatan Anggur.

Perbedaan yang mendasar antara bioteknologikonvensional dengan bioteknologi modern

Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional adalah bioteknologiyang mengandalkan jasa mikroba untukmenghasilkan produk yang dibutuhkan manusiamelalui proses fermentasi (proses peragian). Didalam pemanfaatan mikroba ini, manusia tidakmelakukan manipulasi atau rekayasa proses.Manusia hanya menciptakan kondisi dan bahanmakanan yang cocok bagi mikroba untukberkembang secara optimal.

Contoh rangkaian proses yang digunakan dalam bioteknologi konvensional

Bioteknologi Modern (Rekayasa Genetika)

Berbeda dengan bioteknologi konvensional, bioteknologimodern (khususnya rekayasa genetika) berusaha mengubahsifat organisme sehingga memiliki kemampuan seperti yangdiinginkan. Sebagai contoh misalnya, bakteri pada masadahulu tidak mampu menghasilkan insulin yang diperlukanoleh manusia, pada saat sekarang orang sudah berhasilmenambah sifat baru kepada bakteri tersebut, sehinggamampu menghasilkan insulin.

Bioteknologi modern juga digunakan untuk merekombinasiDNA. DNA dipotong kemudian disambung dengan DNA baruyang membawa sifat unggul. DNA baru hasil penggabunganinilah yang disebut DNA rekombinan.

1. Perbaikan sifat genetik dapat dilakukan secarasangat terarah

2. Dapat mengatasi kendala Ketidaksesuaiangenetik

3. Dapat memperpendek jangka waktupengembangan galur tanaman baru

4. Relatif mahal & memerlukan kecanggihanteknologi

5. Pengaruh jangka panjang belum diketahui

Kelebihan & Kekurangan Bioteknologi Modern

B. Penerapan Bioteknologi Sehari-hari

1) Aspergillus oryzae atau Aspergillus soyae bersamaSaccharomyces rouxii atau Pediococcus soyae atau Torulopsissp digunakan dalam pembuatan kecap. Mikroorganismetersebut mengubah campuran kedelai dan padi-padianmenjadi kecap (Indonesia), Shoyu (Jepang), Chiang-yu(Cina), dan soy-sauce (Eropa).

2) Aspergillus wentii digunakan untuk memfermentasikan biji-bijian, kedelai, dan garam menjadi tauco.

a. Menggunakan mikroorganisme untuk mengubah bahan pangan

Penerapan bioteknologi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain :

3) Rhizopus oryzae, R. oligosporus, R. stolonifer, R.chlamydosporus dimanfaatkan oleh orang untukmemfermentasikan kedelai yang sudah dikupas kulitnya.Miselium jamur tersebut akan mengikat keping-kepingbiji kedelai membentuk produk yang disebut tempe.

4) Makanan lain yang dibuat menggunakan jasamikroorganisme melalui proses fermentasi adalah oncom(Neurospora), tape (Aspergillus oryzae, Saccharomyces,Rhizopus sp., Hansenula sp., dan Torulopsis, sp.); roti, kue,anggur, dan bir, (Saccharomyces), serta keju, mentega,yoghurt (Streptococcus lactis)

B. Penerapan Bioteknologi Sehari-hari

Seperti sudah dijelaskan bahwa mikroorganisme tidak hanyadapat mengubah bahan pangan, tapi justru dapat menjadi bahanpangan itu sendiri. Pembuatan Yoghurt yang memanfaatkanLactobacillus Sp1) Protein Sel Tunggal (PST). Istilah protein sel tunggal digunakan

untuk menyatakan protein mikroorganisme untukmembedakan dengan protein yang berasal dari hewan dantumbuhan. PST mengacu kepada sel mikroorganisme yangdikeringkan seperti bakteri, alga dan jamur yang sebelumnyaditumbuhkan di dalam sistem biakan yang berskala besar.Meskipun mikroorganisme ini ditumbuhkan untukmenghasilkan protein, tetapi juga mengandung karbohidrat,lemak, vitamin, mineral, dan senyawa nitrogen bukan proteinseperti asam nukleat

b. Menggunakan mikroorganisme untuk menjadi bahan pangan

Produksi PST pertama yang memberikan harapanberasal dari Jerman, diperoleh dengan jalanmenumbuhkanSaccharomyces cerevisae di dalam medium molase(limbah pabrik gula) dan garam amonium. Hasil prosesini dikonsumsi oleh manusia sebagaipengganti protein. Limbah pabrik bubur kayu berupasulfit juga telah digunakan sebagai bahan bakudengan memanfaatkan khamir Candida utilia untukmenghasilkan protein bagi manusia dan hewan.

2) Mikoprotein. Mikoprotein merupakan produkmakanan yang berasal dari miselium jamur(tubuh jamur). Pada pembuatan mikoprotein ini,digunakan jasa jamur Fusarium graminearum.Mikoprotein dihasilkan melalui fermentasimenggunakan glukosa sebagai bahan baku danzat hara lain serta gas amoniak dan garamamoniak.

Produk Bioteknologi Modern

Produk bioteknologi modern antara lain berupa makhluk hiduptransgenik, yaitu makhluk hidup yang telah diubah sifatnyasehingga memiliki keunggulan tertentu.Contoh makhluk transgenik adalah bakteri yang mampumenambang tembaga, bakteri yang mampu membersihkanlingkungan yang tercemar, bakteri yang mampu mengubahbahan pencemar menjadi bahan lain yang tidak berbahaya,jagung yang memiliki kadar protein tinggi, dan jeruk yang tahanpenyakitbusuk, tomat (Favr Savr) yang tahan lama, kapas yang tahanhama, kentang dengan kandungan vitamin A tinggi, dansebagainya.

KULTUR JARINGAN

Adalah Teknik untuk memperoleh bibit tanaman dengancara menumbuhkan sebagian jaringan tumbuhan dalammedia khusus.

Teori yang melandasi teknik ini adalah teori totipotensi,yang artinya setiap sel tumbuhan memiliki kemampuan

untuk tumbuh menjadi individu bila ditempatkan pada

lingkungan yang sesuai.

ALAT-ALAT UNTUK KULTUR JARINGAN

AUTOKLAF SHAKER/ MEJA PENGGOJOK

Berikut ini makhluk hidup transgenik yang mampumenghasilkan produk-produk bermanfaat bagi manusia

Bioteknologi modern banyak pula digunakan untuk menyem-buhkan penyakit menurun. Penyembuhan penyakit menurun ini

dilakukan dengan jalan menyisipkan gen yang kurang pada penderita. Proses ini disebut terapi genetik.

Dampak Penerapan Bioteknologi

Dampak di Bidang Sosial Ekonomi

Produk bioteknologi dapat merugikan petani kecil.Penggunaan hormon pertumbuhan sapi (bovine growthhormone/ BGH) dapat meningkatkan produksi susu sapi sampai20%. Bila tidak diatur penggunaannya hal ini akan menggusurpeternak kecil. Bioteknologi dapat menimbulkan kesenjanganekonomi.

Dalam waktu yang tidak terlalu lama lagi, jeruk, tembakau,coklat, kopi, gula, kelapa, vanili, ginseng dan opium akan dapatdihasilkan melalui modifikasi genetika tanaman lain. Keadaanini akan menyingkirkan tanaman aslinya. Dunia ketiga sebagaipenghasil tanaman-tanaman adi akan menderita kerugianbesar.

Dampak di Bidang Etika/Moral

Menyisipkan gen makhluk hidup kepada makhlukhidup lain memiliki dampak etika yang serius.Menyisipkan gen makhluk hidup lain yang tidakberkerabat dianggap sebagai pelanggaran terhadaphukum alam dan sulit diterima masyarakat.

Mayoritas orang Amerika berpendapat bahwapemindahan gen itu tidak etis, 90% menentangpemindahan gen manusia ke hewan, dan 75%menentang pemindahan gen hewan ke hewan lain.

Dampak di Bidang Kesehatan

Produk rekayasa di bidang kesehatan ini memangsudah ada yang menimbulkan masalah yang serius.Contohnya adalah penggunaan insulin hasil rekayasa telahmenyebabkan 31 orang meninggal di Inggris. Tomat FlavrSavr diketahui mengandung gen resisten terhadapantibiotik.

Susu sapi yang disuntik dengan hormon disinyalirmengandung bahan kimia baru yang punya potensiberbahaya bagi kesehatan manusia. Bahan pangantransgenik yang tidak berlabel juga membawakonsekuensi bagi penganut agama tertentu.

Dampak terhadap lingkungan

Pelepasan organisme transgenik ke alamdapat menjaga keseimbangan alam dankelestarian organisme.

Dasar- dasar Bioteknologi

Bioteknologi Molekular

Didorong oleh pengetahuan tentang biologi sel danmolekular

Memanipulasi suatu organisme pada taraf selular danmolekular (rekayasa genetika dan biologi molekular)

Hasil manipulasi dapat diprediksi dan diarahkan denganketepatan yang lebih tinggi

Dapat mengkonstruksi galur/varietas baru dengan bahangenetik tambahan yang tidak pernah ada pada galurasalnya

Sel prokariot atau eukariot dapat digunakan sebagaipabrikbiologis

Produksi senyawa sekunder

Penggabungan antara teknologi DNA rekombinan denganbioteknologi melahirkan suatu bidang studi yang sangat dinamisdan 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-pakarmikrobiologi industri dan rekayasa kimia

Pengembangan komponen teknologi DNA rekombinan sangattergantung pada penemuan-penemuan dalam ilmu dasar sepertibiologi molekuler, genetika, biokimia, dan mikrobiologi

REKAYASA GENETIK

Adalah mengubah susunan gen untuk mengubah sifatorganisme sehingga memiliki kemampuan ygdiinginkan

Teknik Rekayasa genetik:

1. Fusi Genetik

2. Fusi protoplasma

3. Amplifikasi gen

4. Teknologi Rekombinasi Gen (DNA)

5. Pembuatan Hibridoma

FUSI GENETIK

Fusi genetik memungkinkan terjadinya pemin-dahan gen (transposisi)dari satu lokasi dalamkromosom ke lokasi yang lain.

Contoh:

Rekayasa terhadap bakteri Pseudomonas syringeyang menyebabkan tanaman tomat dan kentangtahan terhadap suhu beku dibawah -5oC

FUSI PROTOPLASMA

Penyatuan dua protoplasma akan memungkin-kandua sel bergabung dan diikuti penggabung-an materi genetiknya. Penggabungan proto-plasma dua jenis sel yang berbeda akan meng-hasilkanindividu baru yang memiliki sifat gabungan keduasel induk.Contoh:Fusi protoplasma pada bakteri Nocardialactamdurans yang menghasilkan antibiotikcephalomycin.

AMPLIFIKASI GEN

Amplifikasi gen adalah proses dimana plasmid ataubakteriofag (virus penyerang bakteri) yang diinduk-sikan ke dalam sel dan kemudian berkembangdengan cepat.Amplifikasi gen sering dilakukan pada sel-sel yangberfungsi untuk menghasilkan suatu senyawa, seperti:enzim, asam amino, vitamin, dan antibiotik

REKOMBINASI GEN

Rekombinasi gen dilakukan dengan memotongDNA dan kemudian disambung dengan DNA baruyang membawa sifat unggul.

Tahap-tahap pembuatan DNA Rekombinan

1 Mula-mula orang mencari DNA unggul, misalnyadiambil dari makhluk hidup lain atau membuatnya.Orang pada saat sekarang sudah berhasil membuatDNA ini.

2. Menyiapkan wahana (vektor), yaitu alat untukmemasukkan DNA itu ke dalam makhluk hidupyang akan diubah sifatnya. Wahana biasanyaberupa virus atau plasmid dari bakteri. Plasmidadalah DNA yang bentuknya melingkar, terdapatdi luar DNA inti bakteri. DNA plasmid mampukeluar masuk sel dan bisa bergabung dengankromosom sel organisme lain.

3. Memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel.

4. Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNAyang sudah dimasukkan ke dalam sel,diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteriyang dimasuki DNA itu menggan-dakan DNAtersebut di dalam selnya.

5. Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNAyang sudah dimasukkan ke dalam sel,diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteriyang dimasuki DNAitu menggan-dakan DNAtersebut di dalam selnya.

PROSES REKOMBINASI DNA

HIBRIDOMA

Hibridoma adalah fusi sel pada organismetingkat tinggi yang bertujuan untuk mendapat-kangabungan sifat kedua sel induk.Contoh :- Fusi sel manusia dan tikus untuk menghasilkan

antibodi untuk pengobatan kanker.- Fusi sel tomat dan kentang menghasilakan

tanaman baru Pomato ( Potato-Tomato) yang berbuah tomat dan berumbi kentang

ORGANISME HASIL REKAYASA GENETIK

T U G A S_ I

Buat Makalah (max 5 halaman) :

1. Definisi mengenai bioteknologi sesuai kata-kata andasendiri

2. Bagaimana kemajuan disiplin ilmu dalam menunjangkemajuan di bidang bioteknologi

3. Keuntungan & kelemahan penerapan bioteknologi modern

4. Pemanfaatan mikroorganisme dalam bioteknologi

5. Dampak & penerapan dari bioteknologi industri.

Lampirkan daftar pustaka

sejarah & perkembangan biotek

Documents