Genetika
BioteknologiBIOLOGI UMUMDibimbing oleh : Ibu Rahmawati Djunairo, M.pd
Disusun oleh Kelompok 1Ana Serli (1301321)Fikriyatul Khairat (1301334)Prima Ryan Perdana (1301390)Rinda Pratiwi (1301372)
Indikator Pengertian bioteknologiPerkembangan bioteknologiBioteknologi konvensional dan contohBioteknologi modern dan contohBioteknologi adalah penerapan prinsip-prinsip biologi,biokimia,dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen-komponen nya untuk menghasilkan barang dan jasaPengertian bioteknologisemua produk atau jasa yang berasal dari makhluk hidup atau komponen nya dan yang dihasilkan adalah produk atau jasa bioteknologijika dirunut dari sejarah perkembangan ilmu dan teknologi,maka produk-produk jasad hidup yang telah dikembangkan manusia sejak ratusan atau bahkan ribuan tahun yang silam,seperti minuman hasil fermentasi,dapat dikategorikan sebagai produk bioteknologi.Pengertian bioteknologiBIOTEKNOLOGIPemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang menggunakan mahluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusiaMIKROBIOLOGIBIOKIMIAGENETIKAENZIMOLOGIBIOLOGI SELTEKNIK KIMIAEra bioteknologi generasi pertama bioteknologi sederhana.Penggunaan mikroba masih secara tradisional, dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan. Contoh:pembuatan tempe, tape, cukaEra bioteknologi generasi kedua.Proses berlangsung dalam keadaan tidak steril. Contoh: a. produksi bahan kimia: aseton, asam sitratb. pengolahan air limbahc. pembuatan komposPerkembangan bioteknologiEra bioteknologi generasi ketiga.Proses dalam kondisi steril. Contoh:produksi antibiotik dan hormonEra bioteknologi generasi baru bioteknologi baru.Contoh:produksi insulin, interferon, antibodi monoklonal
Perkembangan bioteknologiAdanya objekAgen hayatiTeknik atau proses di dalamnyaProduk baik berupa barang(keju, DNA monoklonal, tapai, tanaman transgenik) atau jasa (terapi gen, analisis DNA, analisis iris mata, finger printing)Penerapan dari berbagai disiplin ilmuAspek pokok dalam bioteknologiTujuan akhir dari konsep bioteknologi tidak lain adalah untuk pemuasan keperluan manusia dalam arti yang seluas-luasnya. Manusia dalam hal; ini diartikan luas,yaitu manusia sebagai anggota masyarakat bukan perorangan. Oleh karena itu,dalam penerapan bioteknologi diperlukan suatu teknologi ( skala besar ) dan berorientasi pada produksi.
Tujuan bioteknologiPeningkatan produksi panganPeningkatan kesehatanPenyedia bahan bakar alternatif
Dampak positif bioteknologiDi bidang Etika/ MoralAda masyarakat yang menganggap bahwa menyisipkan gen suatu MH ke MH berten-tangan dengan nilai budaya dan melanggar hukum alamDi bidang sosial ekonomiMenimbulkan kesenjangan antara negara/ perusahaan yang memanfaatkan biotekno-logi dengan yang belum memanfaatkan bioteknologi (negara dunia ke tiga)Dampak negatif bioteknologiDampak di bidang kesehatanAda produk hasil rekayasa genetik yang disinyalir menimbulkan masalah serius, misalnya kematian akibat penggunaan insulin, sapi penghasil susu yang disuntik dengan Hormon BGH mengandung bahan kimia yang berbahaya, tomat Flavr Savr diketahui membawa gen resisten terhadap antibiotik.Dampak negatif bioteknologiDampak terhadap lingkunganPelepasan organisme transgenik ke alam dapat keseimbangan alam dan kelestarian organisme.Dampak negatif bioteknologibioteknologi konvensional ( tradisional ) bioteknologi modernPembagian bioteknologiPerbandingan bioteknologi modern dan bioteknologi konvensionalKonvensional Menggunakan organisme utuh atau sel secara utuhTidak ada rekayasa d dalamnya
Tanpa didasari prinsip ilmiahBerdasarkan keteram-pilan yg diwariskan turuntemurunTidak diproduksi scr masal
modernTdak menggunakan sel secara utuhAda rekayasa d dlamx.
Memakai makhluk hi-dup dan komponen-nya scr langsungMenggunakan prinsip-prinsip ilmiahHasil pengkajian berbagi disiplin ilmu yg mendalamDiproduksi secara masal
Bioteknologi konvensional
Lahirnya teknologi-teknologi sederhana untuk mengolah dan memanfaatkan organisme / agen biologi dalam menghasilkan produk tertentu sebenarnya sudah ada sejak zaman nenek moyang terlebih dahulu. Produk-produk yang yang dihasilkan disebut juga sebagai produk bioteknologi konvensional ( tradisional ).
Bioteknologi konvensionalCiri khas dari bioteknologi konvensional ( tradisional ) ini adalah teknologi dan prosedur kerja lahir melalui proses coba-coba dan berdasarkan temuan yang tidak disengaja atau berdasarkan hasil pengamatan proses alami. Pada masa bioteknologi konvensional ini pengembangan nya belum berdasarkan landasan teori atau ilmu yang terstruktur dan sistematis,sehingga produk yang dihasilkan masih belum murni.
Bioteknologi konvensionalBanyak ilmu yang terlibat dalam perkembangan bioteknologi konvensional ini,tapi khusus nya di dominasi oleh ilmu mikrobiologi,botani dan farmakologi. Dalam bioteknologi konvensional,penerapan teknik-teknik biologi,biokomia atau rekayasa masih sangat terbatas,sehingga belum mencapai tingkat rekayasa molekuler yang terarah. Peranan mikrobiologi akan memberi warna,wawasan dan cakrawala baru bagi kehidupan bioteknologi. Bahan baku biomassa yang ada,diolah menjadi produk baru yang sangat berharga.
Ilmu yang terlibat dalam bioteknologiPada era bioteknologi konvensional, perkembangan produk lebih didominasi oleh produk-produk hasil metabolisme mikroorganisme melalui proses fermentasi. Walaupun fermentasi juga dapat dilakukan oleh organisme lain selain mikroba,tapi ada beberapa keunggulan dalam memanfaatkan mikroba untuk proses fermentasiAgen bioteknologi konvensionalMikroba dapat tumbuh cepat dan menghasilkan produk relative tinggiKandungan protein mikroba relative tinggi ( 40-50 % berat kering )Protein mikroba tertentu mengandung asam amino esensial dan vitaminMudah diperoleh dari lingkungan disekitar kita dan medium untuk tumbuh dapat berasal dari bahan yang murahManfaat menggunakan mikroba dalam proses fermentasiProduk Bioteknologi konvensional dalam bidang panganmenggunakan mikroba Lactobacillus bukgaris,Lactobacillus lactis,dan Streptococcus ( bakteri asam laktat ) yang berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat,selain itu juga berperan memberi rasa dan tekstur kejuKeju
SUSUPASTEURISASI (90o C )Didinginkan hingga 30o CDitambahkan : Lactobacillus dan StreptococcuspH turun dan susu terpisah menjadi Whey dan dadihDadih dipanaskan 32o 420o C dan diberi garam lalu di tekan & dibuang airnya
Whey : Diperas untuk makanan sapiDitambah enzym renin (sapi muda) / klimosin (enzym buatan) untuk menggumpalkan dadihKeju pembuatan yoghuart diawali dengan pasteurisasi susu,kemudian sebagian besar lemak dibuang. Beberapa mikroorganisme yang dapat digunakan untuk membuat yoghuart adalah Lactobasillus bulgaris yang akan memberikan rasa dan aroma serta Streptococcus thermophillus untuk menambah keasaman susu hasil fermentasi.
Yoghurt
SUSUPASTEURISASISEBAGIAN BESAR LEMAK DIBUANGDitambahkan : Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophillusDisimpan 5 jam, 45o C sampai pHnya 4,0Didinginkan dan diberi cita rasa
Yoghurt
menggunakan yeast Saccaromyces cereviceae. Proses pembuatan diawali dengan memecah biji-biji sereal menjadi tepung terigu.
Roti pembuatan kecap dengan menggunakan jamur Aspergillus wentii dengan bahan baku kedelaikecap29ditemukan bakteri yang mampu mengolah ( gula sederhan / monosakarida ) menjadi suatu molekul karbohidrat kompleks ( polisakarida ) yang dilakukan oleh Acetobacter xylinu. Produk yang dihasilkan dikenal juga dengan nama nata de cocco. Bahan baku yang dapat digunakan adalah air kelapa,buah nenas,buah tomay,dsb.
Nata de cocopembuatan cuka dengan menggunakan Acetobacter aseti yang bahan dasar nya etanol.
cukaContohnya anggur,sake, dan wine.Proses : fermentasiMikroorganisme yang berperan :Jamur Aspergillus, berperan mengubah pati menjadi glukosaJamur Saccharomyces, mengubah glukosa menjadi etanolBakteri Acetobacter, mengubah etanol menjadi asam cukaBakteri Methanobacterium, mengubah asam cuka menjadi metanol.Minuman beralkoholBahan dasar : kedelaiProses : fermentasi non alkoholikMikroorganisme yang berperan :Rhizopus oligosporus (menyintesis enzim pemecah protein/protease)Rhizopus oryzae (menyintesis enzim pemecah pati/amilase)Tempe Kedelai dicuci Direndam 3 jam, buang kulitKukus, Dinginkan, Beri ragi : Rhysopus oligosporusRhyzopus stoloniferRhyzopus arrhizusRhyzopus oryzae
Bungkus, beri lubang-lubang, simpan 2-3 hari.Tempe
34Bahan dasar : ketanMikroorganisme yang berperan : Mucor clamydosporus dan Endomycopsis fibuligera, membantu memecahkan pati menjadi gulaSaccharomyces cerevisiae, berperan mengubah fruktosa dan glukosa menjadi alkohol dan CO2Tapai ketan Produk Bioteknologi konvensional dalam bidang industriMenggunakan mikroba Aspergillus niger,sedangkan untuk bahan baku dapat menggunakan tetes gula serta sumber karbohidrat lainnya. Fungsi asam sitrat antara lain adalah pemberi cita rasa,pengemulsi susu,dan anti oksidan. Secara alami kita dapat memperoleh asam ini pada berbagai jenis tanaman jeruk.
Asam sitratIndustry juga banyak memproduksi beberapa vitamin hasil metabolisme mikroba seperti vitamin B1 oleh Assbya gossippi dan vitamin B12 oleh Propioni bacterium dan Pseudomonas sp.vitaminAmylase Digunakan dalam produksi sirup,kanji,dll. Beberapa mikroba yang mampu memproduksi enzim amylase adalah Aspergillus niger, A.oryzae dan Basillus subtilis.Glukosa isomeraseEnzim ini akan mengubah amilum menjadi fruktosa. Fruktosa digunakan sebagai pemanis makanan menggantikan sukrosa. Untuk menghasilkan enzim ini dapat digunakan mikroba Aspergillus niger, A.oryzae dan Basillus subtilis.
Enzim Protease Umumnya digunakan antara lain dalam produksi roti sebagai pengatur kadar protein. Enzim protease jenis lain adalah yang bersifat oriteolitik,berfungsi sebagai pelunak daging dan campuran detergen untuk menghilangkan noda. Produksi enzim ini menggunakan mikroba Aspergillus oryzae dan Basillus subtilis.LipaseAntara lain digunakan dalam produksi susu dan keju yang dapat meningkatkan cita rasa. Mikroba yang digunakan adalah Aspergillus niger dan Rhizopus sp.
Enzim Lisin, merupakan jenis asam amino yang tidak dapat disintesis oleh hewan,tapi diperlukan hewan dalam jumlah yang besar. Untuk memproduksi lisin dalam jumlah besar ( untuk peternakan ) diperlukan mikroorganisme Corynebacterium glutamicum.Asam glutamate, merupakan bahan utama MSG yang penting untuk menambah cita rasa makanan. Jenis asam amino ini juga diproduksi oleh Corynebacterium glutamicum.
Asam amino esensialPST adalah makanan berkadar protein tinggi berasal dari mikroorganisme. Seperti yang diketahui bahwa 80 % berat kering mikroorganisme tersebut terdiri dari protein. Contoh PST adalah mikroprotein dari Fusarium, Spirulina,dan Chlorella. Kelebihan PST adalh : Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewanPertumbuhan cepat sehingga dapat dihasilkan jumlah protein yang besar.
Protein sel tunggal (PST)Produk Bioteknologi konvensional dalam bidang kesehatanPenemuan bahan yang berfungsi seperti antibiotic yang diproduksi oleh mikroorganisme pertama kali dilakukan oleh Alexander Flemming ( 1951 ), yaitu dengan menemukan bahan yang dihasilkan oleh jamur Penicillium crysogenum yang kemudian disebut sebagai antibiotic penicillin. Berikut ini beberapa antibiotic yang dihasilkan oleh mikroorganismeProduksi antibioticMikroorganisme antibiotikBakteri :Bacillus lichenoformisBacillus polymixa Streptomyces aureofacienStreptomyces mediterranelBacitracinPolymixinStreptomycinTetracyclinRifampin Fungi :Penicillium crysogenumPenicillium griseofukvinCephalosporium spPenisilinGrisefulvinCephalosporinAntibiotik Harus yang dihasilkan mikroorganisme yang baik dan mampu menghasilkan antibiotika dalam jumlah yang besarDiperlukan metoda untuk memisahkan antibiotika dari senyawa lain yang dihasilkan oleh mikroorganisme bersangkutanPerlu disiapkan media untuk menumbuhkan mikroorganisme sehingga dapat dipanen antibiotika yang diharapkan
Penelitian tentang antibiotika menekankan 3 aspek,yaitu :Interferpn adalah zat kimia yang dihasilkan tubuh seebagai respons terhadap infeksi virus. Interferon berfungsi sebagai pelindunng tubuh terhadap serangan penyakit. Interferon juga dapat diproduksi melalui rekayasa genetika.Interferon Pembuatan antibodi monklonal menggunakan sel-sel tumor dan sel-sel lima mamalia. Sel-sel tumor mempunyai kemampuan dapat memperbanyak diri tanpa henti, sedangkan sel limpa sebagai antigen yang akan menghasilkan antibodi. Hasil penggabungan kedua sel tersebut dinamakan sel hibridoma. Sel-sel hibridoma dapat memproduksi antibodi secara kontinyu. Antibodi ini disebut monoklonal karena berasan dari satu tipe sel, yaitu sel hibridoma.Antibodi monoklonalContoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria.Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia.Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen.Vaksin vaksin
Produk Bioteknologi konvensional dalam bidang lingkunganPenggunaan bahan baku yang bukan bersumber dari minyak bumi saat ini merupakan salah satu usaha yang sedang serius dilakukan. Salah satu alternative adalah dengan menggunakan etanol produksi mikroorganisme atau dikenal juga dengan istilah biogas. Beberapa mikroba seperti Saccharomyces cereviceae mampu menggunakan proses metabolisme untuk mengubah bahan yang mengandung gula / glukosa menjadi senyawa beralkohol / etanol. Secara teori penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol ( BE 10),dapat mengurangi penggunaan BBM sebanyak 15.890 kiloliter setiap hari (Indonesia rata-rata menggunakan 158.900 kiloliter BBM perhari). Jika subsidi untuk saat ini sekitar Rp 2.260 per liter, maka kita akan dapat menghemat Rp 35,9 milyar (sekitar $ 3,6 juta)/harinya .Biogas Beberapa mikroorganisme memiliki kemampuan menguraikan bahan-bahan kimia sehingga dapat digunakan dalam mengatasi masalh pencemaran lingkungan, khusus nya pencemaran oleh limbah beracun. Hal ini dikenal juga dengan istilah biodegradasi. Diantaranya adalah :Pencemaran oleh minyak, dimana strain-strain Pseudomonas dn Xanthomonas campestris merupakan mikroorganisme yang mengkonsumsi hidrokarbon,sehingga dapat digunakan dalam mengatasi pencemaran minyakLimbah organic, dapat diuraikan oleh bakteri aerob kelompok metanogen mampu menguraikan limbah tersebut dengan menghasilkan biogas,sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar. Mokroba yang banyak dikembangkan saat ini adalah Clostridium butyrinum.Mengatasi pencemaranMengatasi pencemaran
Produk Bioteknologi konvensional dalam bidang pertanianTanaman transgenikDi alam ini,banyak mikroorganisme yang dapat hidup sebagai parasite pada organisme tertentu saja tetapi tidak mengganggu atau merugikan organisme jenis lainnya. Sifat mikroorganisme seperti ini dapat dimanfaatkan dalam bioteknologi pengendalian hama dan penyakit tanaman yang dikenal dengan biological control.Sebagai contoh adalah jamur Trichoderma harzianum,Gliocladium dan Aspergillus, yang dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa penyakit pada tanaman yang disebabkan oleh mikroorganisme lain. Contoh lain adalah penggunaan bakteri Bacillus thuringensis yang pathogen terhadap hama tanaman. Keuntungan penggunaan mikroorganisme dalam pengendalian hama dan penyakit tanaman adalah tidak menimbulkan dampak negative pada lingkungan seperti pencemaran air,tanah dan udara,serta tidak meninggalkan residu yang berbahaya pada tanaman .Pengendalian hama dan penyakit tanamamDalam membatasi pemakaian pestisida, dilakukan upaya pemberantasan hama secara biologi antara lain penggunaan musuh alami dan menciptakan tanaman resisten hama.1. Bacillus thuringiensis menghasilkan bioinsektisida yang toksin terhadap larva serangga.-Transplantasi gen penghasil toksin pada tanaman, menghasilkan tanaman yang bersifat resisten hama serangga.- Kristal (racun Bt) diolah menjadi bentuk yang dapat disemprotkan ke tanaman. Racun akan merusak saluran pencernaan serangga.2. Baculovirus sp.Virus disemprotkan ke tanaman. Bila termakan, serangga akan mati dengan sebelumnya, menyebarkan virus melalui perkawinan.Pengendalian hama dan penyakit tanamam
Kultur jaringan menjadi bioteknologi bila ada rekayasa genetika dalam prosesnya)Kultur jarinagan tumbuhan adalah kegiatan membudidayakan suatu jaringan tumbuhan yang memiliki sifat sama dengan induknya dalam waktu yang singkat. Kultur jaringan didasarkan pada sifat totipotensi yaitu kemampuan yang dimiliki oleh sel tumbuhan untuk tumbuh menjadi individu baru. Sifat totipotensi pada tumbuhan sangat tinggi. Dengan adanya sifat totipotensi ini, maka pada proses kultur jaringan,suatu eksplan jika ditumbuhkan pada kondisi yang memunkinkan. Pada bidang pertanian,kultur jaringan dimanfaatkan untuk memperoleh bibit yang sehat dan banyak dalam waktu yang singkat yang sifatnya sama dengan sifat induknya. Kultur jaringan (tdak termasuk bioteknologi)Kultur jaringan
1. Bibit (hasil) yang didapat berjumlah banyak dan dalam waktu yang singkat2. Sifat identik dengan induk3. Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki4. Metabolit sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa
keuntungan Kultur jaringanBioteknologi modern
Dalam biologi adalah proses menghasilkan individu-individu dari jenis yang sama (populasi) yang identik secara genetik Dalam bioteknologi, kloning merujuk pada berbagai usaha-usaha yang dilakukan manusia untuk menghasilkan salinan berkas DNA atau gen, sel, atau organisme
Rekayasa genetikaRekayasa genetika
Rekayasa genetika
Meningkatkan agrobisnisUntuk upaya konservasi tumbuhan / hewan langkaMenyelamatkan penderita gagal ginjal, kerusakan jantung & penyediaan organ tubuh untuk dicangkokkan kepada pasien
Dampak positif kloningKarena menghasilkan keturunan yang sama, maka akan mengurangi BIODIVERSITYDikhawatirkan disalahgunakan untuk menciptakan species / ras yang bertentangan dengan kemanusiaan.
Dampak negatif kloningRekombinasi gen dilakukan dengan memotong DNA dan kemudian disambung dengan DNA baru yang membawa sifat unggul.DNA RekombinanMula-mula orang mencari DNA unggul, misalnya diambil dari makhluk hidup lain atau membuatnya. Orang pada saat sekarang sudah berhasil membuat DNA ini.Menyiapkan wahana (vektor), yaitu alat untuk memasukkan DNA itu ke dalam makhluk hidup yang akan diubah sifatnya. Wahana biasanya berupa virus atau plasmid dari bakteri. Plasmid adalah DNA yang bentuknya melingkar, terdapat di luar DNA inti bakteri. DNA plasmid mampu keluar masuk sel dan bisa bergabung dengan kromosom sel organisme lain.
Tahap-tahap DNA rekombinanMemasukkan DNA rekombinan ke dalam sel.Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNA yang sudah dimasukkan ke dalam sel, diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteri yang dimasuki DNA itu menggan-dakan DNA tersebut di dalam selnya.Kloning (perbanyakan) DNA rekombinan. DNA yang sudah dimasukkan ke dalam sel, diperlakukan sedemikian rupa sehingga bakteri yang dimasuki DNAitu menggan-dakan DNA tersebut di dalam selnya.
Tahap-tahap DNA rekombinanTahap-tahap DNA rekombinan
Hibridoma adalah fusi sel pada organisme tingkat tinggi yang bertujuan untuk mendapat-kan gabungan 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 kentangHibridoma Hibridoma perbanyakan hasil hibrid
Organisme hasil bioteknologi
kloningSel yg d kloningknCthnya domba doliKloning gen = rekayasa genetikaGen yg d kloningkn