TOPIK :
BIOTEKNOLOGI
&
Apa
Apa
itu
itu
Bioteknologi
Bioteknologi
?
?
Bioteknologi berasal dari kata:
BiosÆ hidup; TeuchosÆ alat; LogosÆ ilmu Bioteknologi:
Penggunaan organisme atau sistem hidup untuk
memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna.
Atau
Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia.
Sejarah Perkembangan Bioteknologi
Tahun Perkembangan/Penemuan
1917 Karl Ereky memperkenalkan istilah bioteknologi
1943 Penisilin diproduksi dalam skala industri
1944 Avery, MacLeod, McCarty mendemonstrasikan bahwa DNA adalah bahan genetik
1955 Watson & Crick menentukan struktur DNA 1961 Jurnal Biotechnology and Bioengineering
ditetapkan
1961-1966 Seluruh sandi genetik terungkapkan
1970 Enzim restriksi endonuklease pertama kali diisolasi 1972 Khorana dan kawan-kawan berhasil mensintesa
1973 Boyer dan Cohen memaparkan teknologi DNA rekombinan
1975 Kohler dan Milstein menjabarkan produksi antibodi monoklonal
1976 Perkembangan teknik-teknik untuk menentukan sekuen DNA
1978 Genetech menghasilkan insulin manusia dalam
E.coli
1980 US Supreme Court: Mikroorganisme hasil manipulasi dapat dipatenkan
1981 Untuk pertama kalinya automated DNA synthesizers dijual secara komersial
1981 Untuk pertama kalinya kit diagnostik berdasar
1982 Untuk pertama kalinya vaksin hewan hasil
teknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannya di Eropa
1983 Plasmid Ti hasil rekayasa genetik dipakai untuk transformasi tanaman
1988 US Patent diberikan untuk mencit hasil rekayasa genetik sehingga rentan terhadap kanker (untuk penelitian tumor)
1988 Metode Polymerase Chain Reaction dipubliikasi 1990 USA: Telah disetujui percobaan Terapi gen sel
somatik pada manusia
1997 Kloning hewan (domba Dolly) dari sel dewasa (sel kambing)
2000 Pro dan kontra tanaman transgenik di Indonesia. Kapas transgenik ditanam di Sulawesi Selatan
2001 Konstruksi monyet transgenik (ANDi) yang mengandung gen GFP dari sejenis ubur-ubur
Teknik-teknik dalam Bioteknologi
☼ Fermentation
☼ Analisis Genetik
☼ Seleksi dan Pemuliaan
☼ Analisis DNA
☼ Kultur Sel dan Jaringan
Fermentation
Menggunakan mikroba untuk
mengubah suatu senyawa seperti pati atau gula menjadi senyawa lain seperti etanol
Digunakan pada: ☺ Bioteknologi klasik ☺ Industri farmasi ☺ Biopulping ☺ Bahan bakar ☺ Bioplastik
Analisis Genetik
Mempelajari bagaiman sifat/karakter atau gene
diwariskan dari generasi ke generasi dan bagaimana gen dan lingkungan berinteraksi untuk menghasilkan suatu sifat
Dapat digunakan untuk:
9 Diagnosis
9 Pertanian
Seleksi dan Pemuliaan
Manipulasi mikroba, tanaman atau hewan dan pemilihan individu atau populasi yang diinginkan
sebagai stok genetik untuk perbaikan generasi baru Dapat digunakan untuk:
Bioteknologi klasik (fermentasi)
Produksi bahan pangan
Analisis DNA
PCR (Polymerase chain reaction) Æ dapat membuat copy segmen DNA
RFLP Mapping Æ mendeteksi keberadaan suatu gen pada DNA
Dapat digunakan untuk:
¾Diagnosis suatu penyakit
¾Konseling genetik
Kapas Kultur Sel dan Jaringan
Menumbuhkan tanaman atau jaringan hewan atau sel secara steril di dalam tabung reaksi atau tabung gelas
lainnya
Dapat digunakan untuk:
¾Perbanyakan tanaman
¾Produksi tanaman transgenik
¾Produksi bahan kimia
¾Penelitian kedokteran
Rekayasa Genetika
Trasfer segmen DNA dari suatu organisme ke DNA organisme lain. Kedua organisme tersebut dapat tidak saling berkerabat satu sama lain
Dapat digunakan untuk:
◙ Produksi bahan pangan
◙ Industri farmasi
◙ Konseling genetik
---Parameter Pemuliaan Selektif Rekayasa Genetika
--- Tingkat Organisme utuh Sel atau molekul
Ketepatan Sekumpulan gen Satu gen tunggal
Kepastian Perubahan genetik Perubahan bahan
sulit atau tidak genetik dikarakterisasi mungkin dikarakterisasi dengan baik
Batasan taksonomi Hanya dapat dipakai Tidak ada batasan dalam satu spesies taksonomi
atau satu genus
Bioteknologi Molekular
¾ Didorong oleh pengetahuan tentang biologi sel dan molekular
¾ Memanipulasi suatu organisme pada taraf selular dan molekular (rekayasa genetika dan biologi molekular)
¾ Hasil manipulasi dapat diprediksi dan diarahkan dengan ketepatan yang lebih tinggi
¾ Dapat mengkonstruksi galur/varietas baru dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur
asalnya
¾ Sel prokariot atau eukariot dapat digunakan sebagai “pabrik biologis”
Penggabungan antara teknologi DNA rekombinan dengan bioteknologi melahirkan suatu bidang studi yang sangat dinamis dan 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-pakar mikrobiologi industri dan rekayasa kimia Pengembangan komponen teknologi DNA
rekombinan sangat tergantung pada penemuan-penemuan dalam ilmu dasar seperti biologi
Kegunaan Bioteknologi bagi Kehidupan
Manusia
Pertanian – “GM Food”
Bioteknologi kelautan dan akuakultur Bioteknologi lingkungan
Manufaktur dan bioproses Kedokteran
¾ Industri obat-obatan
¾ Terapi gen untuk penyakit genetik
Pertanian – “GM Food”
Peningkatan kualitas biji-bijian Peningkatan kadar protein
Pembentukan tanaman resisten hama, penyakit, dan herbisida
Pembentukan tanaman toleran kekeringan, tanah masam, suhu ektrem
Pembentukan tanaman yang lebih bernilai nutrisi tinggi, seperti vit C, E dan β-karoten
Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam:
Rekayasa
Rekayasa
genetika
genetika
pada
pada
hewan
hewan
UpayaUpaya perbanyakanperbanyakan bibitbibit ternakternak padapada saatsaat iniini dengandengan
teknik
teknik kloningkloning
DikenalDikenal 2 2 caracara perkembangbiakanperkembangbiakan hewanhewan dengandengan teknikteknik
kloning
kloning : : aseksualaseksual dandan seksualseksual
KloningKloning aseksualaseksual : : selsel telurtelur dikeluarkandikeluarkan kemudiankemudian
dimasukan
dimasukan selsel somatissomatis daridari jaringanjaringan apaapa sajasaja
KloningKloning seksualseksual : : dilakukandilakukan dengandengan membelahmembelah embryo embryo
pada
Bioteknologi Kelautan dan Akuakultur
Bioteknologi dalam bidang kelautan/akuakultur dapat
dimanfaatkan untuk memproduksi dan mengembangkan: Farmasi
Enzim dan bahan-bahan biomolekul Biopestisida
Peningkatan pertumbuhan, perkembangan, reproduksi dan nutrisi ikan
Bioteknologi Lingkungan
Restorasi ekologi
Diagnosis dan monitoring penyakit menular
Kontrol hama,penyakit dan gulma pada pertanian Deteksi, monitor dan remediasi polutan
Skreening toksisitas
Konversi limbah ke energi
Bioteknologi dapat dimanfaatkan untuk mengatasi isu lingkungan seperti:
Bioproses
Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam bioproses melalui kegiatan-kegiatan:
Produksi bioenergi: ethanol, methane, biodiesel Biokatalis, enzim, asam organik dan pelarut
Produksi polimer
Farmasi, flavor, essense Rekayasa metabolik
Industri obat-obatan
Humulin – Insulin hasil rekayasa genetik
Herceptin – antibodi monoklonal untuk mengobati kanker payudara
Terapi gen untuk penyakit genetik
Kedokteran
Terapi penyakit genetik “cystic fibrosis”
“Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning
Dolly Æ domba hasil kloningBeberapa Isu Penting dalam Penerapan
Biteknologi
• Bioetik
• Keamanan dan kekhawatiran
• Paten dari organisme hasil rekayasa genetik
• Penggunaan untuk terapi gen dan jaringan pada manusia
X
Monarch larvae on
Butterfly weed
Monarch larvae on
Butterfly weed
Ketentuan tentang Pemanfaatan Produk
Bioteknologi
Kep. Menteri Pertanian No. 856/Kpts/HK/330/9/1997, 2 September 1997 tentang ketentuan Keamanan
Hayati Produk Bioteknologi Pertanian Hasil Rekayasa Genetika :
1. Hewan dan bahan asal hewan transgenik 2. Ikan dan bahan asal ikan transgenik
3. Tanaman transgenik dan bagiannya 4. Jasad renik transgenik
BERTANI SECARA HYDROPONICS
¾ HYDROPONICS :
Pengetahuan tentang cara bertani/bercocok tanam
tumbuhan dlm medium bukan tanah dan menggunakan air sbg hara dan sbg medium pembawa campuran hara lain yg diperlukan utk pertumbuhan tanaman secara optimal
¾ HYDROPONICS HYDRO (air) + PONOS (kerja)
Teknologi Hidroponik Sistem Terapung
SEJARAH SINGKAT
Hydroponics : konsep baru budidaya tanaman Konsep awal : zat apa pembentuk tumbuhan
dan apa yg membuat tanaman tumbuh
John Woodward (1699) : tumbuhan perlu air dan zat hara utk tumbuh
Sachs (1860) & Knop (1861-5) dr Jerman membuat campuran larutan hara esensial tanaman sintetik dlm air hydroponics
Unsur hara yg di(+)kan : N, P, S, Ca, Mg, K, Fe Penelitian lanjutan : Tollens (1882), Tottingham
(1914), Shive (1915), Hoagland (1919), Trelease (1933), Arnon (1938), tentang berbagai formula, kondisi pertumbuhan, zat hara
Cara hydroponics banyak dipergunakan
utk memproduksi bunga-bungaan, seperti
‘carnation’, ‘gladioli’, ‘chrysantemum’
Hydroponics bunga-bungaan diusahakan
oleh Amerika Serikat, Itali, Spanyol,
Perancis, Inggris, Jerman, Swedia
Hydroponic sayuran diusahakan di
Keuntungan hydroponics : - Tidak perlu pemupukan
- Tidak perlu pengolahan tanah - Tidak perlu rotasi tanaman
- Hasil seragam - Bersih
- Hasil tinggi
- Tenaga kerja sedikit (efisien)
- Lebih mudah dalam pemeliharaan - Lebih mudah dalam mengganti
tanaman baru bila diperlukan
- Dapat merupakan tempat dan cara utk memperbaiki mutu tanaman
TYPE HYDROPONICS
1. Kultur Air (water culture) : ‘true hydroponics’ (Dr. Gericke)
2. Kultur tanpa tanah (soilless culture) atau Kultur Agregat (aggregate culture) : menggunakan
medium padat utk tempat tumbuh tanaman. a. Kultur Pasir (sand culture) atau Vermiculite
culture
b. Kultur kerikil (gravel culture) – sub irrigation Dikemukakan oleh Dr. A J Cooper dkk di
Glasshouse Crops Research Institute, Inggris tahun 1960-an
SUSUNAN LARUTAN HARA+AIR Unsur Minimum (ppm) Maksimum (ppm) Optimum (ppm) Nitrogen (N) Fosfor (P) Kalium (K) Kalsium (Ca) Magnesium (Mg) Besi (Fe) Mangan (Mn) Tembaga (Cu) Boron (B) Seng (Zn) Molibdenum (Mo) 90 30 200 120 40 2.0 0.1 0.01 0.1 0.02 0.01 200 90 400 240 60 5.0 1.0 0.1 1.0 0.2 0.1 140 60 300 150 50 4.0 0.5 0.05 0.5 0.1 0.02
BEBERAPA SUSUNAN LARUTAN HYDROPONICS KOMERSIAL Formula 1 Senyawa Senyawa Gr/100 Gr/100 ltlt Kalium
Kalium nitratnitrat Kalsium
Kalsium nitratnitrat Monokalium
Monokalium fosfatfosfat Magnesium
Magnesium sulfatsulfat
20 20 80 80 20 20 20 20 Unsur Unsur PpmPpm N N P P K K Ca Ca Mg Mg 125 125 45 45 136 136 136 136 20 20
Formula 2. Musim Panas USA
Senyawa
Senyawa Gr/100 Gr/100 ltlt Kalium
Kalium nitratnitrat Kalium
Kalium sulfatsulfat gypsum)gypsum) Magnesium
Magnesium sulfatsulfat Monokalsium
Monokalsium fosfatfosfat Amonium
Amonium sulfatsulfat
110 110 76 76 52 52 31 31 14 14 Unsur Unsur PpmPpm N N P P K K Ca Ca Mg Mg 180 180 63 63 410 410 220 220 50 50
Formula 3. Musim Dingin USA
Senyawa
Senyawa Gr/100 Gr/100 ltlt Kalium
Kalium nitratnitrat Kalium
Kalium sulfatsulfat Kalsium
Kalsium sulfatsulfat Magnesium
Magnesium sulfatsulfat Monokalsium
Monokalsium fosfatfosfat Amonium
Amonium sulfatsulfat
55 55 50 50 76 76 52 52 31 31 14 14 Unsur Unsur PpmPpm N N P P K K Ca Ca Mg Mg 104 104 63 63 410 410 220 220 50 50
Formula 4. Inggris
Senyawa
Senyawa Gr/100 Gr/100 ltlt Kalium
Kalium nitratnitrat Natrium
Natrium nitratnitrat Amonium
Amonium sulfatsulfat Monokalsium
Monokalsium fosfatfosfat Magnesium
Magnesium sulfatsulfat Kalsium
Kalsium sulfatsulfat
55 55 64 64 12 12 44 44 52 52 86 86 Unsur Unsur PpmPpm N N P P K K Ca Ca Mg Mg 200 200 88 88 200 200 270 270 50 50
Formula 5. Musim Panas Afrika Selatan Senyawa Gr/100 lt Kalsium nitrat Magnesium sulfat Monokalsium fosfat Amonium sulfat Kalium Sulfat 135 55 47 19 75 Unsur Ppm N P K Ca Mg 200 94 330 305 50
