BIOTEKNOLOGI THEORY

PRINSIPNYA

Bioteknologi adalah penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa genetika secara terpadu, untuk menghasilkan barang atau lainnya bagi kepentingan manusia menuju kesejahteraan.
Terapan ilmu yang terpakai pada bioteknologi adalah

1. Biokimia mempelajari struktur kimiawi organisme.
2. Mikrobiologi melibatkan jasa mikrobia untuk penyedia agen /vektor sehingga menghasilkan metabolit sekunder
3. Rekayasa genetika adalah aplikasi genetik dengan mentransplantasi gen dari satu organisme ke organisme lain.

Ciri utama bioteknologi:

1. Adanya agen biologi berupa mikroorganisme, tumbuhan atau hewan
2. Adanya pendayagunaan secara teknologi dan industri
3. Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan pemurnian

Pemanfaatan agen hayati/makhluk hidup dengan teknologi tertentu sehingga bisa menghasilkan barang dan jasa.

Dalam Bioteknologi organisme yang digunakan

1. Mampu menghasilkan metabolit sekunder , sehingga bisa diambil sebagai produk membantu manusia bisa berupa eksoenzimnya , hormonal produknya atau lainnya
2. Jika digunakan dalam tubuh , karena bercampur makanan maka organisme sebaiknya tidak yang patogen , sudah ramah terhadap tubuh , Escherichia coly misalnya

Bioteknologi mencakup hal-hal berikut ini :

1. Rekayasa genetika/teknik cangkok gen/penyisipan gen → hasilnya hormone, antibody, tanaman transgenik dan hewan transgenik
2. Cloning/cangkok inti → hasilnya individu baru tanpa perkawinan
3. Hibridoma → hasilnya antibody monoklonal, hormone
4. Kultur jaringan/ tissue culture → hasilnya bibit tanaman dalam jumlah yang banyak dan seragam
5. Fermentasi → hasilnya minuman, makanan, biogas
6. Budidaya PST/SCP(Single Cell Protein) → hasilnya protein sel tunggal
7. Bioremediasi → Pemusnahan limbah dengan bioteknologi

Yang bisa berguna di aspelk bidang kehidupan , kedokteran , pertanian ,pertambangan dll

TEKNIK PLASMID - CANGKOK GEN - REJAYASA GENETIKA

• Sejak tahun 1978, rekayasa genetika telah berhasil memproduksi hormon insulin dengan bantuan Eschericia coli. Prosedur rekayasa genetika dalam produksi hormon insulin sebagai  berikut : 

Rekayasa Genetika untuk Produksi Hormon Insulin

1. Kromosom dikeluarkan dari sel-sel pankreas menggunakan zat kimia berupa polietilen glikol atau kalsium klorida (CaCl2).
2. Gen insulin dipotong dengan menggunakan enzim restriksi endonuklease dan kemudian dimurnikan.
3. Plasmid dikeluarkan dengan cara memecah dinding sel bakteri, menggunakan deterjen atau lisozim, kemudian dilisis dengan natrium hidroksida (NaOH) dan larutan dedosil sulfat. Plasmid dipisahkan dengan cara sentrifugasi.
4. Endapan yang mengandung plasmid dijenuhkan dengan etanol. Plasmid dimurnikan dengan filtrasi gel. Plasmid dipotong dengan enzim restriksi endonuklease.
5. Gen insulin disambungkan pada plasmid menggunakan enzim ligase dan prosesnya disebut ligasi. Suhu optimum untuk ligasi adalah ± 370C, tetapi ikatannya stabil pada suhu 4-150 C.
6. Plasmid rekombinan dimasukkan kembali ke dalam sel bakteri.
7. Koloni sel bakteri ditumbuhkan dalam medium kultur dan kemudian diseleksi koloni sel yang sudah mengandung plasmid rekombinan.
8. Koloni sel-sel bakteri dengan plasmid rekombinan ditumbuhkan dalam fermentor untuk menghasilkan insulin dalam jumlah yang banyak.
9. Insulin yang terbentuk kemudian dimurnikan.

Hibridoma

• Teknik ini merupakan fusi/penggabungan 2 sel somatic yang bertujuan untuk membuat hormon dan membuat antibodi monoclonal (antibody khusus untuk mengenali satu jenis anti gen).
• Sel somatis yang digabungkan adalah sel yang mau diambil produknya dengan sel kanker (sel sakit).
• Penggabngan ini bertujuan agar sel kanker mampu menginisiasi sel produk untuk membelah dengan cepat.

Kultur jaringan

• Kultur jaringan adalah menanam sel/jaringan dalam media buatan dan kondisi steril di laboratorium.
• Teknik ini bertujuan untuk mendapatkan bibit tanaman dalam jumlah yang banyak dan seragam dalam waktu yang relativ singkat.
• Dengan Prinsip kemampuan TOTIPOTENSI pada jaringan meristem tumbuhan.

Fermentasi

• Fermentasi adalah suatu proses metabolisme yang melibatkan mikroba dan substrat tertentu sehingga dapat dihasilkan makanan, minuman dan biogas.

Contoh fermentasi :

• Susu murni → yogurt → Lactobacillus bulgaricus/ L. termophyllus
• Kedelai → tempe → Rizophus oryzae/ R. stolonifer/ R. oligosporus
• Air kelapa → nata de coco → Acetobacter xylinum
• Air tebu → MSG → Corynebacterium glutamicum
• Susu → keju → Penicilium camemberti/ P. requeforti
• Kacang → tauco → Aspergillus oryzae
• Sampah organic → biogas (CH4/metana) → Methanobacter omeliaskii

Budi daya PST / SCP

• Protein Sel Tunggal adalah protein yang dihasilkan oleh organism bersel satu.
• Protein ini dapat dimanfatkan sebagai sumber makanan kesehatan bagi manusia ataupun untuk ternak.

Contoh PST adalah :

1. Alga → Chlorella vulgaris (alga hijau) → makanan suplemen manusia
2. Spirulina sp. (alga biru) → makanan suplemen manusia
3. Bakteri → Methyllophyllus sp. → makan ternak
4. Jamur → Candida utilis → makanan ternak
5. Jamur → Trichordema resei → malanan ternak

Kelebihan SCP:

1. Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan
2. Pertumbuhan cepat

PROSES PEMBUATAN SCP

NOTE

• PST merupakan makanan kaya protein yang berasal dari mikroorganisme bersel satu. 
• Mikroorganisme bersel satu yang digunakan sebagai sumber makanan mulai dikembangkan pada awal abad ke 19, dari ragi Candida utilis.

• PST yang diproduksi dari jamur mikroskopik Fusarium graminearum dinamakan mikoprotein. 
• Mikoprotein berupa padatan berwarna kuning muda dengan sedikit rasa cendawan. 
• Mikoprotein merupakan bahan makanan serba guna karena dapat diberi rasa dan warna sesuai selera. 
• Mikoprotein dapat dibuat dalam bentuk tepung untuk dijadikan bermacam-macam kripik. 
• Mikoprotein dengan berat yang sama harganya sedikit lebih murah dari daging.

PST dapat diproduksi dari berbagai jenis alga seperti

1. Chlorella
2. Spirulina maxima 
3. Scenedermus sp. 

• Chlorella dibuat dalam bentuk tablet dikenal dengan nama sunchlorella. 
• Secara umum mikroorganisme yang digunakan untuk produksi PST memiliki waktu pergantian generasi singkat dan berkadar protein tinggi.

Bioremediasi

• Bioremediasi adalah suatu proses pengelolaan limbah yang mengandung zat-zat yang berbahaya (logam berat) menjadi limbah yang kurang berbahaya melibatkan mikroba tertentu, diantaranya Xanthomonas campestris dan Pseudomonas foetida.

• Untuk mengatasi masalah Iingkungan, terutama limbah organik dengan fermentasi. Misalnya, mikroba Met hanobacterium, Methanobacillus, Methanosarcina, dan Methanococcus.
• Bahan-bahan yang mengandung organik sisa dari mahkluk diproses dengan mikroorganisme tersebut untuk dijadikan pupuk kompos atau bahan bakar/ biogas.

• Bakteri Pseudomonas menguraikan hidrokarbon minyak bumi yang mengotori laut menjadi bahan organik yang dimanfaatkan untuk oksidasinya .

Dibidang kedokteran

Therapi Gen

• Perkembangan baru dalam bioteknologi kedokteran antara lain adalah upaya pengobatan dengan menggunakan terapi gen. 
• Bioteknologi bidang farmasi telah mengembangkan berbagai produk seperti antibodi monoklonal, hormon insulin, interferon dan vaksin.
• Terapi gen digunakan untuk mengobati penyakit yang disebabkan oleh kelainan genetik. 
• Terapi gen dilakukan dengan memasukkan gen normal ke dalam sel pasien, dengan tujuan agar gen yang rusak digantikan oleh gen normal. 
• Gen normal diselipkan melalui vektor virus (retrovirus atau adenovirus). 
• Vektor virus menginfeksi sel-sel sumsum tulang yang telah diambil dari pasien. 
• Kemudian vektor virus memasukkan gen normal ke dalam inti sel, sehingga sel akan membuat protein sesuai dengan perintah gen normal.

• Pada tahun 1991, W. French Anderson dan Michael Blaese telah berhasil melakukan pengobatan terapi sumsum tulang pada anak usia 4 tahun yang mengalami penyakit Imuno defisiensi. 
• Penyakit genetik yang jarang terjadi, disebabkan karena kekurangan enzim adenosin deaminase. 
• Sel-sel T dan B limfosit dalam sistem kekebalan tubuh tidak berfungsi karena kekurangan enzim ini.

Antibodi Monoklonal 

• Teknologi Fusi Sel untuk Produksi Antibodi Monoklonal 
• Cesar Milstein dan George Kohler, dua ahli IPA Cambridge yang pertama menghasilkan antibodi monoklonal di laboratorium pada tahun 1975 dan menerima hadiah Nobel pada tahun 1984
• Mereka berhasil mengembangkan sel-sel ß limfosit penghasil antibodi, dengan menggabungkannya dengan sel-sel tumor sehingga dapat bertahan hidup di luar tubuh makhluk hidup.
• Antibodi monoklonal diproduksi dengan mengembangkan sel-sel ß limfosit yang hanya mensekresikan satu jenis antibodi.
• Antigen yang spesifik disuntikkan ke dalam limpa tikus secara invitro menghasilkan sel-sel ß limfosit
• Dengan teknik fusi sel-sel ß limfosit digabungkan dengan dengan sel-sel tumor (sel myeloma) menghasilkan sel hibridoma
• Fusi sel dapat diperbanyak dengan menggunakan polietilen glikol (PEG), senyawa kimia yang berfungsi untuk membuka membran sel sehingga mempermudah proses fusi sel.
• Sel hibridoma ditanam pada medium selektif, sehingga berkembang biak
• Setelah 10-30 hari sel hibridoma dipisahkan dari campuran dan dibiakkan dalam tabung fermentasi. 
• Antibodi mPenggunaan antibodi monoklonal telah dilakukan secara luas pada bidang kesehatan. 
• Antibodi monoklonal yang spesifik digabungkan dengan perangkat kit untuk tujuan diagnostik, contohnya menyalurkan obat-obatan ke bagian yang sakit, untuk mendeteksi penyakit secara cepat, untuk mendeteksi kehamilan dan pengobatan  penyakit kanker.onoklonal yang dihasilkan harus dipisahkan dan dimurnikan

Antibiotik

• Antibiotik merupakan metabolit sekunder yang dihasilkan oleh mikroorganisme. 
• Penisilin dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum. 
• Penisilin merupakan antibiotik pertama yang ditemukan oleh Alexander Fleming tahun 1928, dan kemudian dikembangkan oleh Harold Florey pada tahun 1938. 
• Penisilin telah diproduksi dan dipasarkan pada tahun 1944. 
• Antibiotik sepalosporin C dihasilkan oleh jamur Cephalosporium. 
• Sepalosporin C merupakan antibiotik menguntungkan yang dapat membunuh bakteri yang tahan terhadap penisilin. 
• Antibiotik Streptomisin dihasilkan oleh jamur Streptomyces griseus yang dapat membunuh bakteri patogen yang tahan terhadap penisilin atau sepalosporin. 
• Streptomisin telah digunakan untuk mengobati penyakit tuberkulosis. 
• Antibiotik tidak secara langsung dikode oleh gen, tetapi dibuat di dalam sel dengan reaksi katalis enzim. 
• Enzim disusun berdasarkan instruksi gen spesifik. 
• Dengan teknologi fusi sel akan terjadi kombinasi gen dan sintesis enzim-enzim baru, sehingga mikroba dapat menghasilkan antibiotik baru. 
• Saat ini telah banyak dihasilkan bermacam-macam antibiotik untuk kemoterapi kanker, anti bakteri, anti amuba, pengawet makanan, dan anti fungi 

• Beberapa Antibiotik yang Penting Secara Ekonomi.

Antibiotik	Mikroorganisme Penghasil	Fungsi
Aklasinomisin A	Streptomyces antibioticus	Anti Tumor
Aktinomisin D	Streptomyces antibioticus	Anti Tumor
Basitrasin	Bacillus sp	Anti Bakteri
Bleomisin	Streptomyces verticillium	Anti Kanker
Daurubisin	Streptomyces peucetius	Anti Protozoa
Fumagilin	Aspergillus sp	Pembunuh Amuba
Grisovulvin	Penicillium sp	Anti Fungi
Kloramfenikol	Cephalosporium sp	Anti Bakteri
Mitomisin C	Streptomyces lavendulae	Anti Tumor
Mitramisin	Streptomyces argillaceus	Anti Tumor
Nata	Streptomyces	Pengawet Makanan
Nisin	Streptomyces	Pengawet Makanan
Penisilin G	Penicillium sp	Anti Bakteri
Rifomisin	Nocordia sp	Anti TBC
Sepalosporium	Acremonium sp	Anti Bakteri
Streptomisin	Streptomyces sp	Anti Bakteri
Tetrasiklin	Streptomyces sp	Anti Bakteri

Interferon

• Adalah antibodi terhadap virus.
• Secara alami hanya dibuat oleh tubuh manusia.
• Proses pembentukan di dalam, tubuh memerlukan waktu cukup lama (dibanding kecepatan replikasi virus), karena itu dilakukan rekayasa genetika.

Vaksin

• Contoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria.
• Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia.
• Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen.

Bioteknologi Penambangan / Biohidrometalurgi

• Thichacillus ferrooxidan berperan memisahkan logam dari bijihnya atau kotoran sehingga didapat logam berkualitas tinggi.
• Sebagai contoh pada tembaga (Cu).

• Thiobacillus ferrooxidan bersifat kemolitotrof ( dapat hidup di batuan dan batuan itu sebagai substratnya)

• Reaksi: CuFeS2 + 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O + 3 O2 — CuSO4+ 5 FeSO4 + 2 H2SO4 + Energi

• CuSO4 + 2 Fe+ + H2SO4 + Energi ———————————> 2 FeSO4 + Cu2+ + 2 H+

Bioteknologi pertanian

Bioteknologi Dalam Pemberantasan Hama

Dalam membatasi pemakaian pestisida, dilakukan upaya pemberantasan hama secara biologi antara lain penggunaan musuh alami dan menciptakan tanaman resisten hama.

Prosesing

1. Bacillus thuringiensis Þ menghasilkan bioinsektisida yang toksin terhadap larva serangga.
2. Transplantasi gen penghasil toksin pada tanaman menghasilkan ..tanaman yang bersifat resisten hama serangga.
3. Kristal (racun Bt) diolah menjadi bentuk yang dapat disemprotkan ..ke tanaman. Racun akan merusak saluran pencernaan serangga.
4. Baculovirus sp.Virus disemprotkan ke tanaman. Bila termakan, serangga akan mati dengan sebelumnya, menyebarkan virus melalui perkawinan.

NOTE

• Tanaman tahan serangga telah dikembangkan dengan menyisipkan gen bt ke dalam sel-sel  tanaman. 
• Gen bt telah berhasil diisolasi dan diklon pada T-DNA plasmid Ti Agrobacterium tumifaciens. 
• Kemudian bakteri tersebut diinfeksikan pada kecambah tanaman sehingga dihasilkan tanaman yang tahan terhadap serangga.
• Balai penelitian Biologi (Balitbio) telah menggunakan gen bt untuk menghasilkan tanaman padi dan jagung yang tahan terhadap serangga penggerek batang. 
• LIPI telah menghasilkan tanaman padi tahan terhadap serangga penggerek batang dan hama wereng coklat, juga tanaman kentang tahan serangga dan tanaman tebu tahan ulat penggerek batang

Bidang Industri

1. Bioteknologi Dalam Industri

1. Asam Sitrat mikroba : Aspergillus niger bahan : tetes gula dan sirup
2. Asam Sitrat : pemberi citarasa, pengemulsi susu, dan antioksidan.
3. Umumnya asam ini banyak terdapat pada jeruk.

2.Vitamin - B1 oleh Assbya gossipii

• B12 oleh Propionibacterium dan Pseudomonas

3.Enzim

1. Amilase - Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis digunakan dalam produksi sirup, kanji, glukosa - Glukosa isomerase - mengubah amilum menjadi fruktosa. Fruktosa digunakan sebagai pemanis makanan menggantikan sukrosa.
2. Protease - mikroba: Aspergillus oryzae , -Bacillus subtilis digunakan antara lain dalam produksi roti, bir , protease proteolitik berfungsi sebagai pelunak daging dan ..campuran deterjen untuk menghilangkan noda protein
3. Lipase = Aspergillus niger - Rhizopus spp

Antara lain dalam produksi susu dan keju Þ untak meningkatkan cita rasa.

d. Asam Amino - oleh Corynobacterium glutamicum

• Asam glutamat Þ bahan utama MSG (Monosodium Glutamat)
• Lisin Þ asam amino esensial, dibutuhkan dalam jumlah besar oleh ternak.

Secara umum , bioteknologi dapat dibedakan menjadi bioteknologi konvensional (tradisional) dan modern.

• Dalam bioteknologi konvensional, biasanya dilakukan secara sederhana, tidak diproduksi dalam jumlah besar, dan tidak menggunakan prinsip-prinsip ilmiah. Selain itu
• Bioteknologi konvensional biasanya hanya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri dan jamur dan diproduksi dalam jumlah kecil.
• Contoh produk bioteknologi konvensional yang telah lama ada antara lain tempe, oncom, tape, tuak, dan kecap.

1. Sedangkan bioteknologi modern, biasanya dilakukan dengan peralatan canggih, diproduksi dalam jumlah besar, dan menggunakn prinsip-prinsip ilmiah.
2. Dalam bioteknologi modern selain menggunakan mikroorganisme juga dapat menggunakan bagian-bagian tubuh mikroorganisme seperti tumbuhan dan hewan.
3. Contoh produk bioteknologi modern misalnya produksi vaksin, asam amino, obat, pengolahan limbah, pembasmi hama tanaman, pemisahan logam, dan sebagainya.
4. Sebenarnya sebelum muncul sporadis bioteknologi ini sudah ada pengembangan yang dilakukan yaitu dalam revolusi hijau dan biru sebelum revolusi putih ( bioteknologi) misal dalam Revolusi hijau dengan pemuliaan tanaman

Langkah dalam Pemuliaan adalah usaha memperoleh bibit unggul dengan merakit keanekaragaman genetik (plasma nutfah) organisme.

Organisme yang dikategorikan bibit unggul bercirikan:

1. Masa pertumbuhan pendek (cepat menghasilkan)
2. Tahan hama dan penyakit
3. Produksi tinggi dan rasanya enak
4. Adaptif terhadap kondisi lingkungan
5. Masa produksi lama

Usaha yang dilakukan:

1. Seleksi
2. Hibridisasi
3. Mutasi Tumbohan poliploidi Mutasi radiasi dengan radioaktif
4. Transplantasi/cangkok gen
5. Kultur jaringan (lagi…)
6. dan terakhir sebagai pamungkas adalah Rekayasa genetik membentuk individu Transgenik

Meskipun ini kelihatan sederhana , tentu masih kita anggap ia tergolong Bioremediasi

Para ilmuwan NASA telah menemukan sejumlah tanaman hias yang bisa dijadikan senjata ampuh untuk melawan polusi udara, menjadikan udara di ruangan lebih bersih. Tidak hanya di dalam rumah, tapi juga gedung dan perkantoran. Ini dia jenis tanaman hias 'penyedot' racun yang bisa Anda tempatkan di rumah, seperti yang dikutip dari Earth Easy.


1. Palem Kuning


Palem Kuning, atau Areca Palm merupakan jenis tanaman rumah dengan pelepah daun cukup panjang dan menutupi batang yang beruas-ruas. Rata-rata tinggi pohon ini bisa mencapai 1-6 meter. Pohon ini harus ditaruh di tempat yang lembab agar tidak rusak, tapi pada dasarnya palem kuning bisa disimpan di mana saja, terutama di sebelah furnitur yang baru dipernis. Jenis palem ini mampu menyedot polutan yang berasal dari senyawa formaldehyde.


2. Palem Bambu

Tanaman ini memerlukan cahaya terang untuk tumbuh subur. Pohon ini tumbuh subur di area lembab, tapi jaga agar tidak terlalu banyak disirami air. Meskipun berfungsi menyedot polutan, palem bambu mungkin mengundang laba-laba atau serangga. Untuk mengantisipasinya, semprotkan cairan pestisida.


3. Karet Hias

Karet Hias, atau Ficus Robusta (nama latin) adalah salah satu tanaman yang kegunaannya menyerap formaldehid dan menghasilkan oksigen. Daunnya berwarna hijau muda, dan saat dipegang teksturnya kenyal. Oleh karena itu, pohon yang satu ini juga dikenal dengan sebutan Rubber Plant. Karet Hias sebaiknya tidak ditaruh di tempat terlalu terang, terutama di bawah sinar matahari. Tempatkan di dalam ruangan dengan sedikit pancaran sinar.


4. Rhapis Excelsa

Rhapis Excelsa merupakan jenis palem yang tidak mudah rusak dan bisa beradaptasi di hampir setiap kondisi suhu maupun cahaya. Rhapis juga termasuk tanaman yang mudah dipelihara, tapi pertumbuhannya lambat.


5. Dracaena Deremensis

Tanaman ini mudah dirawat dan memerlukan cahaya terang untuk tumbuh subur. Dracaena bisa beradaptasi hidup di area dengan cahaya rendah jika penyiraman airnya dikurangi. Jaga tanah dalam pot agar tetap lembab dan sering-sering menyemprotnya dengan air hangat. Potong bila ada daun-daun yang mati untuk memberi ruang tumbuhnya daun baru.


6. Peace Lily

Peace Lily sangat bagus untuk membersihkan udara. Perawatannya juga tidak terlalu rumit, hanya perlu perhatikan penempatannya. Tanaman yang terkenal mampu menghilangkan racun benzena dan formaldehida ini perlu cahaya dan kelembaban tinggi untuk tumbuh subur. Daunnya perlu sering disemprot dengan air hangat.


7. Pakis Boston

Pakis Boston punya ciri yang spesifik, sehingga Anda mudah mengenalinya. Tiap helai daunnya memiliki beberapa helaian lagi yang tampak seperti jumbai-jumbai. Tanaman yang masih satu keluarga dengan pohon suplir ini bisa ditempatkan di lantai atau pot gantung. Pakis Boston menggunakan stomata sebagai penyedot racun formaldehid dan xylene, mengubahnya jadi zat bermanfaat.

Jika masih kurang silahkan

Ini juga bisa digunakan menambahkan wawasan mengenai bioteknologi dasar , silahkan KLIK disini
Teknologi DNA Rekombinan yang lebih jelas anda bisa lihat di SINI OK ya