BIOTEKNOLOGI

BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi adalah ilmu terapan
biologi yang melibatkan disiplin ilmu
mikrobiologi, biokimia, genetika, dan
biologi molekuler.
Definisi Bioteknologi
• Definisi bioteknologi secara klasik atau
konvensional adalah teknologi yang
memanfaatkan agen hayati atau bagianbagiannya untuk menghasilkan barang dan
jasa dalam skala industri untuk memenuhi
kebutuhan manusia.
Definisi Bioteknologi
• Sedangkan jika ditinjau secara modern bioteknologi
adalah pemanfaatan agen hayati, atau bagian-bagian
yang telah direkayasa secara in vitro untuk menghasilkan barang dan jasa pada skala industri.
• Bioteknologi dikembangkan untuk meningkatkan nilai
bahan mentah dengan memanfaatkan kemampuan
mikroorganisme atau bagian-bagiannya, misalnya bakteri dan kapang. Selain itu, bioteknologi juga
memanfaatkan sel tumbuhan atau sel hewan yang
dibiakkan sebagai bahan dasar berbagai proses
industri.
Penerapan Bioteknologi
• Penerapan bioteknologi pada umumnya
mencakup produksi sel atau biomassa dan
perubahan atau transformasi kimia yang
diinginkan. Transformasi kimia itu lebih lanjut
dapat dibagi menjadi dua subbagian:
• pembentukan suatu produk akhir yang
diinginkan, contohnya enzim, antibiotik, asam
organik, dan steroid.
• penguraian bahan sisa produksi, contohnya
buangan air limbah, destruksi buangan industri,
atau tumpahan minyak.
Pembuatan Keju
Peran Mikroorganisme
• Mikroorganisme menjadi subjek pada berbagai proses
bioteknologi karena beberapa alasan berikut:
– Reproduksinya sangat cepat; dalam hitungan menit dapat
berkembang biak sehingga menjadi sumber daya hayati
yang sangat potensial.
– Mudah diperoleh dari lingkungan kita.
– Memiliki sifat tetap, tidak berubah-ubah.
– Melalui teknik rekayasa genetika, para ahli dapat
memodifikasi atau mengubah dengan cepat sifat
mikroorganisme sehingga dapat menghasilkan produk
yang sesuai dengan yang kita inginkan.
– Dapat menghasilkan berbagai produk yang dibutuhkan
oleh manusia dan tidak tergantung musim atau iklim.
Bioteknologi Modern
• Teknologi yang diterapkan untuk menghasilkan
produk dalam skala industri dengan
menggunakan organisme, sistem, atau proses
bioteknologi, dikategorikan sebagai bioteknologi
modern. Bioteknologi modern ini sangat
bergantung pada mikrobiologi, biokimia, dan
rekayasa genetika.
• Bioteknologi modern memanfaatkan organisme
dalam tingkat seluler atau molekuler, antara lain
kultur jaringan, rekayasa genetika, dan kloning.
Kultur Jaringan
• Kultur jaringan tumbuhan merupakan teknik
perbanyakan tanarnan secara vegetatif buatan
yang didasarkan pada sifat totipotensi tumbuhan.
Totipotensi adalah kemampuan sel, atau jaringan
organism untuk tumbuh menjadi individu baru.
Totipotensi tumbuhan membuat sel tumbuhan
dalam proses kultur jaringan dapat berkembang
menjadi tumbuhan lengkap jika ditumbuhkan
pada kondisi yang memungkinkan. Dengan kultur
jaringan, dalam waktu yang bersamaan dapat
diperoleh bibit tanaman dalam jumlah banyak.
Alat dan bahan kultur jaringan
• Kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang
steril, misalnya laboratorium khusus kultur
jaringan. Selain tempat, alat, dan bahan,
pelaku kultur jaringan pun harus dalam
keadaan steril. Artinya, alat dan bahan harus
disterilkan sebelum dipakai. Alat dan bahan
disterilkan dengan cara mengautoklafnya
selama 15 menit pada suhu 115°C. Kemudian,
tangan pelaku harus dicuci bersih dan
disemprot dengan alkohol sebelum bekerja.
Keberhasilan kultur jaringan
• Untuk memperbesar keberhasilan kultur jaringan,
tanaman yang akan dikulturkan sebaiknya berupa
jaringan muda yang sedang tumbuh, misalnya
ujung akar, tunas dan daun muda. Jaringan yang
diambil dan ditumbuhkan melalui kultur jaringan
disebut eksplan. Sejak diambil dari tumbuhan
induk sampai dengan dikulturkan, eksplan harus
dalam keadaan steril. Persiapan eksplan sampai
penanaman dalam medium buatan harus
dilakukan di dalam entkas atau laminar air flow.
Menumbuhkan eksplan
• Eksplan yang steril dikultur dalam botol yang berisi medium
cair. Medium cair terdiri dari zat nutrisi dan zat pengatur
tumbuh (ZPT). Supaya nutrisi dapat meresap ke dalam
eksplan, media kultur harus disimpan di atas pengocok atau
shaker. Dari eksplan akan tumbuh jaringan seperti kalus
berwarna putih yang disebut protocorm like body (PLB). PLB
dapat dipecah-pecah dan ditumbuhkan lagi menjadi banyak
PLB. PLB kemudian disubkultur dalam media padat yang
terdiri dari larutan nutrisi, zat pengatur tumbuh, dan agar.
Faktor-faktor lingkungan di luar nutrisi, seperti cahaya,
temperatur, kelembapan, dan pH juga harus dikondisikan agar
sesuai untuk kelangsungan hidup PLB tersebut.
Manfaat kultur jaringan
•
•
•
•
•
•
Kultur jaringan memiliki manfaat sebagai berikut:
melestarikan sifat tanaman induk
menghasilkan tanaman yang memiliki sifat seragam
menghasilkan tanaman baru dalam jumlah besar
dapat menghasilkan tanaman yang bebas virus
dapat dijadikan sarana untuk melestarikan plasma
nutfah
• untuk menciptakan varietas baru melalui rekayasa
genetika. Sel yang telah direkayasa dikembangkan melalui kultur sel sehingga menjadi tanaman baru secara
lengkap.
Persyaratan untuk menjadi eksplan
• Berbagai bagian tanaman dapat digunakan sebagai eksplan
dalam kultur jaringan. Berikut beberapa persyaratannya:
– Kultur meristem menggunakan jaringan (akar, batang, daun)
yang muda / meristematik.
– Kultur anter, menggunakan kepala sari sebagai eksplan.
– Kultur embrio, menggunakan embrio. Misalnya pada embrio
kelapa kopyor yang sulit dikembangbiakkan secara alamiah.
– Kultur protoplas, menggunakan sel jaringan hidup sebagai
eksplan tanpa dinding.
– Kultur kloroplas, menggunakan kloroplas. Kultur ini biasanya
untuk memperbaiki atau membuat varietas baru.
– Kultur polen, menggunakan serbuk sari sebagai eksplannya.
Rekayasa Genetika
• Rekayasa genetika dapat diartikan sebagai kegiatan
manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru
dengan cara membuat DNA rekombinan melalui
penyisipan gen. DNA rekombinan adalah DNA yang
urutannya telah direkombinasikan agar memiliki sifatsifat atau fungsi yang kita inginkan sehingga organisme
penerimanya mengekspresikan sifat atau melakukan
fungsi yang kita inginkan. Misalnya, kita nembuat DNA
rekombinan yang memiliki fungsi membuat insulin.
DNA ini kemudian kita masukkan ke dalam bakteri
dengan harapan bakteri tersebut dapat menghasilkan
insulin.
Peran DNA dalam rekayasa genetika
• Sejarah rekayasa genetika dimulai sejak Mendel
menemukan faktor yang diturunkan. Ketika Oswald
Avery (1944) menemukan fakta bahwa DNA membawa
materi genetik, makin banyak penelitian yang
dilakukan terhadap DNA. Salah satu penelitian yang
memberikan kontribusi terbesar bagi rekayasa genetika
adalah penelitian terhadap transfer (pemindahan) DNA
bakteri dari suatu set ke set yang lain melalui lingkaran
DNA kecil yang disebut plasmid. Bakteri eukariota
uniseluler ternyata sering melakukan pertukaran
materi genetik ini untuk memelihara ciri-cirinya. Dalam
rekayasa genetika inilah plasmid berfungsi sebagai
kendaraan pemindah atau vektor.
Enzim restriksi sebagai pemotong
materi genetika
• Agar materi genetik yang dipindahkan sesuai dengan
keinginan kita, maka kita harus memotong materi
genetik tersebut. Secara alami, sel memiliki enzimenzim pemotong yang sering disebut dengan enzim
restriksi. Enzim ini dapat mengenali dan memotong
tempat-tempat tertentu di sepanjang molekul DNA.
Untuk menyambung kembali potongan-potongan DNA
ini digunakan enzim ligase. Sampai sekarang ini telah
ditemukan lebih dari 200 enzim restriksi. Hal ini tentu
saja mempermudah pekerjaan para ahli rekayasa
genetika untuk memotong dan menyambung kembali
DNA.
Penyatuan materi genetika dari dua
organisme beda spesies
• Genetika pada saat ini telah berkembang dengan pesat.
Sejak struktur DNA diketahui dan kode genetika
dipecahkan, serta proses transkripsi dan translasi dapat
dijabarkan dalam kurun waktu antara tahun 1952 sampai
tahun 1953, telah terbuka pintu untuk perkembangan
penting di bidang genetika. Penemuan di atas diikuti
periode antiklimaks ketika beberapa ahli biologi molekuler
antara tahun 1971-1973 berhasil melakukan rekayasa
genetika, seperti pemotongan gen (DNA) yang terkontrol
dan rekombinasi DNA yang inti prosesnya adalah kloning
atau pengklonaan DNA (kloning gen). Dengan rekayasa
genetika dapat disatukan bahan genetik dan satu
organisme dengan organisme lain dan dapat dihasilkan
makhluk hidup baru.
Produk DNA Rekombinan
• Rekayasa genetika melalui DNA rekombinan atau
kloning gen secara in vitro dapat menciptakan
rekombinasi genetik yang tidak terbatas, sama seperti
jika terjadi secara alamiah melalui reproduksi seksual.
Dengan menggunakan teknik DNA rekombinan, saat ini
telah dapat dihasilkan berbagai zat, misalnya insulin
manusia, hormon pertumbuhan manusia, interferon
alfa dan vaksin hepatitis B. Di Amerika Serikat dan
Inggris, zat-zat tersebut sudah dipasarkan sejak bulan
September 1982. Sedangkan sejak bulan November
1987 telah dipasarkan tPA (tissue Plasminogen
Activator), suatu zat yang dapat mencegah pembekuan
darah dan serangan jantung.
Produk organisme bagi kehidupan
Nama tanaman
Zat yang dihasilkan
Kegunaan
Papaver somniferum
Kodein
Penghilang rasa nyeri
Digitalis sp
Digoksin
Pengobatan penyakit kardiovaskuler
Jasminum sp (melati)
Jasmine
Bahan parfum
Menta piperita
Mentol
Untuk aroma makanan
Chinchona ledgeriana
Kina
Obat malaria
Chrysanthemum sp
Pirethin
Insektisida
Catharantus roseus
Indol alkaloid
Obat antileukemia
Captis japonica
Berberin
Obat antiseptik
Derris elliptica
Rotenon
Insektisida
Panax ginseng
Saponin
Insektisida
Tectona grandis
Kayu
Bahan bangunan dan furnitur
Palaenopsis sp. (anggrek)
Bunga
Tanaman hias
Cocos nucifera (kelapa)
Bahan masakan dapur
Teknik Plasmid
• Plasmid adalah gen yang melingkar yang terdapat
dalam sel bakteri, tak terikat pada kromosom.
Melalui teknik plasmid dalam rekayasa genetika
tersebut, para ahli di bidang bioteknologi dapat
mengembangkan tanaman transgenik yang
resisten terhadap hama dm en akit, adaptif
terhadap kekeringan dan kondisi tanah yang tidak
subur, dan lain-lain. Lihat Gambar di bawah ini..
Teknik Plasmid Bakteri
Teknik Hibridoma
• Teknik hibridoma adalah penggabungan dua sel dari
organisme yang sama atau pun dari sel organisme yang
berbeda sehingga menghasilkan sel tunggal berupa sel
hibrid (hibridoma) yang memiliki kombinasi sifat dari
kedua sel tersebut. Teknik hibridoma ini penting untuk
menghasilkan antibodi dan hormon dalam jumlah
besar.
• Berikut ini penjelasan mengenai pembuatan antibodi
monoklonal. Antibodi monoklonal adalah antibodi yang
diperoleh dari suatu sumber tunggal atau sel klona
yang hanya mengenal satu jenis antigen.
Pembentukan Antibodi Monoklonal
• Pembentukan antibodi monoklonal dilakukan dengan
menggunakan kelinci atau tikus. Perhatikan Gambar di bawah
yang memperlihatkan teknik pembuatan antibodi monoklonal
untuk pengobatan kanker. Langkah pertama adalah
menginjeksikan antigen ke tubuh kelinci atau tikus percobaan,
kemudian limpanya dipisahkan. Selanjutnya, dilakukan
peleburan sel-sel limpa dengan sel-sel mieloma (sel-sel
kanker). Sekitar 1% dari sel limpa adalah sel plasma yang
menghasilkan antibodi. Sedangkan 10% set hibridoma akhir
terdiri dari sel yang menghasilkan antibodi. Setiap sel
hibridoma hanya menghasilkan satu antibodi.
Antibodi monoklonal Kohler
Kegunaan Antibodi Monoklonal
• Kegunaan antibodi monoklonal lainnya adalah
sebagai berikut:
• a.untuk mendeteksi kandungan hormon korionik
gonadotropin (HCG) dalam urin wanita hamil
• b.untuk mengikat racun dan menon-aktifkannya,
contohnya racun tetanus dan kelebihan obat
digoxin dapat dinonaktifkan oleh antibodi ini
• c.mencegah penolakan jaringan terhadap sel hasil
transplantasi jaringan lain.
• Gambar. Teknik pembuatan antibodi monoklonal
oleh Kohler & Milstein
Terapi Genetika
• Berbagai penyakit fatal, misalnya kanker, berpangkal pada selsel sebagai unit terkecil jaringan. Kejanggalan berawal pada
kelainan gen, yaitu kelainan pem¬bawa kode di inti sel. Gen
cacat inilah yang membuat sel jaringan menjadi sel-sel kanker.
• Para ahli berusaha melawan gen-gen perusak dalam inti sel
itu dengan berbagai cara rekayasa genetika. Upaya yang
dirintis tersebut dikenal dengan istilah terapi genetik. Terapi
genetik adalah perbaikan kelainan genetik dengan
memperbaiki gen. Sayangnya, penemuan itu tidak segera
dapat diterapkan. Dalam rekayasa genetika, ada kode etik
yang melarang keras percobaan ini pada manusia. Rekayasa
ini dikhawatirkan disalahgunakan untuk mengubah gen
pembawa sifat manusia, misalnya untuk membuat manusia
super.
Dispensasi Terapi Genetika
• Dispensasi tersebut mengizinkan penerapan terapi genetik
untuk dua jenis penyakit yaitu penyakit menurun yang
sangat jarang, seperti Adenosine Deaminase Deficiency
(ADD), dan sejenis kanker kulit yang ganas.
• ADD adalah kelainan yang mengakibatkan penderitanya
tidak memiliki daya tahan tubuh sama sekali. Kontak
dengan kuman apa pun akan menyebabkan kematian.
Penyakit ini dialami oleh seorang anak dari Texas, AS, yang
dijuluki "David The Bubble Boy". David Vetter meninggal
dunia setelah hidup selama 12 tahun dalam balon plastik
yang melindunginya dari kontaminasi. Dokter gagal
menolongnya melalui transplantasi sumsum tulang.
LANJUTAN ADD…….
• Rusaknya sistem kekebalan tubuh pada
penderita ADD terjadi akibat sel-sel darah
tidak mampu memproduksi enzim adenosin
deaminase (AD) yang diperlukan untuk
membangun daya tahan tubuh.
KLONING
•
Kloning berasal dari kata Yunani kuno, clone yang berarti ranting atau
cangkokan. Dalam bahasa Inggris, clone (klona) digunakan untuk
menyebut sekelompok makhluk hidup yang dilahirkan tanpa proses
seksual. Istilah clone (klona) pertama diusulkan oleh Herbert Webber pada
tahun 1903.
• Pada tahun 1952, Robert Brigs dan Thomas J. King (AS) mencoba teknik
kloning pada katak. Sepuluh tahun kemudian (1962), John B. Gurdon juga
mencoba teknik kloning pada katak, namun percobaannya menghasilkan
banyak katak yang abnormal atau cacat. Gurdon kemudian
menyempurnakan percobaannya seperti berikut. Pertama-tama, ia
mentransplantasikan inti sel kulit ke dalam sel telur yang intinya sudah
dikeluarkan/dihilangkan, kemudian menumbuhkannya sampai terbentuk
embrio. Kemudian ia memisahkan sel-sel embrio itu dan mentransplantasikan inti sel embrio itu ke dalam sel telur katak lain yang inti selnya
sudah dibuang. Individu hasil kloning tumbuh dari sel-sel telur itu.
Percobaan ini menghasilkan banyak katak yang tumbuh normal dan
berkembang menjadi dewasa.
CLONNING PADA KATAK
Kloning Domba
• Tahun 1996, Ian Wilmut mengklona domba. Ia
menggunakan sel kelenjar susu domba finn dorset sebagai
donor inti dan sel telur domba blackface sebagai resipien.
Sel telur domba blackface dihilangkan intinya dengan cara
mengisap nukleusnya keluar dari sel menggunakan pipet
mikro. Kemudian, sel kelenjar susu domba finn dorset
difusikan dengan sel telur blackface yang tanpa nukleus.
Hasil fusi ini kemudian berkembang menjadi embrio dalam
tabung percobaan dan kemudian dipindahkan ke rahim
domba blackface. Kemudian embrio berkembang dan lahir
dengan ciri-ciri sama dengan finn dorset. Domba hasil
kloning ini diberi nama Dolly. Lihat Gambar di bawah. Dolly
disuntik mati pada tanggal 14 Februari 2003 karena
menderita berbagai penyakit yang sulit disembuhkan.
Kloning
Keberhasilan Kloning Domba
• Perlu diperhatikan bahwa Wilmut melakukan 277
percobaan kloning. Dari sekian banyak
percobaan, hanya 29 yang berhasil menjadi
embrio domba yang dapat ditransplantasikan ke
rahim domba, dan hanya satu yang berhasil
dilahirkan menjadi domba normal. Dengan
demikian, tingkat keberhasilan kloning domba
masih sangat rendah (Purves et al. 2004).
• Dari percobaan-percobaan kloning di atas,apakah
• menurutmu kloning dapat dilakukan
• pada hewan-hewan lain, bahkan pada manusia?
Biotek Pengolahan Pangan
• Mikroorganisme dapat membantu proses pembuatan
bahan pangan atau mengubah bahan pangan menjadi
bentuk lain.
• Sejak dulu, orang sudah menggunakan mikroorganisme
untuk pengolahan bahan pangan. Prosesnya disebut
fermentasi yang termasuk dalam proses bioteknologi
konvensional. Melalui proses fermentasi ini dapat
dihasilkan berbagai jenis bahan makanan, seperti keju,
yoghurt, kecap, dan tempe. Pada masa mendatang
diharapkan peranan mikroorganisme dalam penciptaan
makanan baru, seperti mikoprotein dan protein sel tunggal,
dapat lebih meningkat.
Pembuatan Roti
• Pada pembuatan roti, biji-bijian serelia dipecah dahulu
untuk dijadikan tepung terigu. Terigu ditambah air
untuk mengaktifkan enzim-enzim, misalnya Amilase.
Amilase kemudian menghidrolisis tepung menjadi
maltosa, kemudian menjadi glukosa. Setelah itu
ditambahkan khamir Saccharomyces cerevisiae. Khamir
ini akan memanfaatkan glukosa sebagai substrat
respirasinya yang akhirnya membentuk karbon
dioksida. Karbon dioksida mem¬bentuk gelembunggelembung yang akan terperangkap pada adonan roti.
Adanya gelembung ini menyebabkan roti bertekstur
ringan dan mengembang.
Pengolahan Susu
• Susu dapat diolah secara bioteknologi untuk menghasilkan
produk-produk baru seperti keju, mentega, dan yoghurt.
• a.Keju
• Dalam pembuatan keju, kelompok bakteri yang
dipergunakan adalah bakteri asam laktat. Bakteri ini
berfungsi memfermentasi laktosa dalam susu menjadi
asam laktat menurut reaksi berikut:
• C12H22O11 + H2O → 4CH3CHOHCOOH
laktosa
air
asam laktat
• Bakteri asam laktat yang biasa digunakan adalah genus
Lactobacillus dan Streptococcus.
Pembuatan Keju
• Di dalam proses pembuatan keju, susu terlebih dahulu dipanaskan
90°C atau dipasteurisasikan sebelum kultur bakteri asam laktat
diinokulasi (ditanam). Akibat aktivitas bakteri, pH menjadi turun
dan mengakibatkan susu terpisah menjadi dadih padat dan cairan
whey. Proses ini disebut pendadihan. Kemudian, enzim renin dari
lambung sapi muda ditambah¬kan untuk menggumpalkan dadih.
Akan tetapi, saat ini enzim renin dari sapi sudah digantikan dengan
enzim buatan, yaitu kimosin. Lihat Gambar di bawah ini.
• Whey yang terbentuk dimanfaatkan sebagai makanan sapi,
sedangkan dadih yang terbentuk dipanaskan pada suhu 32-42°C
sambil ditambah garam. Setelah itu, dadih ditekan untuk
membuang air dan disimpan agar matang. Penyimpanan ini
bertujuan agar mikroorganisme dan enzim bekerja untuk
menghasilkan cita rasa keju. Pada pembuatan keju biru,
ditambahkan lagi kultur jamur Penicillium.
ALAT PEMBUAT KEJU
Macam Macam Keju
• Ada empat macam jenis keju, yaitu:
• 1) keju sangat keras, contoh: keju romano,
keju parmesan
• 2) keju keras, contoh: keju cheddar, keju
Swiss
• 3) keju setengah lunak, contoh: keju
requefort (keju biru)
• 4) keju lunak, contoh: keju camembert.
YOGHURT
• Yoghurt berasal dari bahasa Turki. Nama lain untuk yoghurt adalah
mast (Iran), kisel mleka (Balkan), mauzun (Armenia), dan cieddu
(Itali).
• Pada yoghurt, susu dipasteurisasi dahulu, lalu sebagian besar lemak
dibuang. Mikroorganisme yang digunakan adalah bakteri asam
laktat, yaitu Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus
thermophillus. Kedua bakteri ini ditambahkan pada susu dengan
jumlah yang seimbang, lalu disimpan dalam suhu 45°C selama 5
jam. Dalam penyimpanan ini, pH turun menjadi 4, akibat aktivitas
bakteri asam laktat.
• Setelah proses ini, susu didinginkan dan dapat ditambahkan cita
rasa buah jika diinginkan. Yoghurt yang baik adalah tanpa rasa dan
tanpa warna (cukup ditambah gula saja). Lihat Gambar di bawah.
ALAT PEMBUAT YOGHURT
MENTEGA
• Pada pembuatan mentega, mikroorganisme
yang digunakan adalah Streptococcus lactis
dan Leuconostoc cremoris yang membantu
proses pengasaman. Setelah itu, susu
ditambah dengan cita rasa tertentu, kemudian
lemak mentega dipisahkan. Pengadukan
lemak mentega menghasilkan mentega yang
siap santap.
SAUERKRAUT
• 3. Produk Makanan Lain
• Bahan makanan lainnya yang dapat diolah dengan memanfaatkan
mikroorganisme dapat berupa sayur, buah, dan sebagainya. Di
antaranya akan dijelaskan berikut ini.
• a. Sauerkraut
• Sauerkraut adalah sayuran yang diasamkan agar dapat awet
disimpan. Pada pembuatannya, sayuran diiris-iris, kemudian
dicampur dengan garam, lalu ditekan dalam tempat penyimpanan
untuk mengeluarkan udara.Selanjutnya dilakukan penambahan
bakteri asam laktat. Aktivitas bakteri ini menurunkan pH menjadi
5,0. Kondisi pH ini dapat mencegah mikroorganisme lain tumbuh.
Selain itu, aktivitas bakteri dapat menimbulkan cita rasa unik akibat
akumulasi zat organik yang dibentuk bakteri.
Pengawetan Zaitun, Timun, Kopi dan
Coklat
• b.Pengawetan Zaitun dan Timun
• Zaitun dan timun dapat diawetkan dengan menyimpannya dalam
larutan garam yang ditambah bakteri asam laktat. Dalam kondisi
anaerob, bakteri tumbuh dengan subur dan menurunkan pH hingga
4,0. Dengan pH rendah ini aktivitas mikroba lain dapat dicegah
sehingga makanan dapat lebih awet.
• c.Pengolahan Kopi dan Cokelat
• Buah kopi dan cokelat diselubungi oleh getah yang harus dibuang
sebelum diproses lebih lanjut. Kedua jenis buah tadi ditimbun
bersama-sama mikroorganisme, seperti jamur dan bakteri, yang
dapat tumbuh secara alami. Kedua mikroba tadi mampu
memfermentasi getah dan sekaligus mencegah buah kopi dan
cokelat berkecambah dengan cara membunuh embrionya pada
suhu 50°C.
Pembuatan Bir
• Bir dibuat dari biji-biji sereal, misalnya
gandum. Pembuatan bir melibatkan proses
penumbukan dan fermentasi. Dalam
fermentasi digunakan khamir. Lihat skema
pembuatan bir pada Gambar di bawah.
PERANGKAT PEMBUAT BIR
Protein Sel Tunggal (PST)
• Protein sel tunggal atau PST adalah suatu
istilah untuk menyebut protein yang berasal
dan organisme bersel tunggal atau bersel
banyak yang strukturnya sederhana.
• PST dapat dibuat dari alga Chlorella, Spirulina,
dan Scenedesmus; dari khamir Candida utylis;
dari kapang berfilamen Fusarium
gramineaum; maupun dari bakteri.
KELEBIHAN PST
• Kelebihan PST adalah sebagai berikut:
• a.laju pertumbuhan sangat cepat yaitu dalam
ukuran jam dan masih bisa ditingkatkan lagi
• b.dapat menggunakan bermacam-ma¬cam
media atau substrat
• c.produksi PST tidak tergantung iklim dan
musim
• d.memiliki kandungan protein lebih tinggi
daripada hewan dan tumbuhan.
Proses Pembuatan PST
• Mekanisme kerja dalam produksi PST adalah sebagai berikut:
• a.penyediaan sumber makanan (sub-strat) yang mengandung
karbon, ni-trogen, foster, dan unsur-unsur lain
• b.sterilisasi media
• c.pembiakan mikroba penghasil PST
• d.pemanenan dengan memisahkan bio-massa mikroba dari cairan
fermentasi
• e.pemurnian hasil panen.
• Skema pembuatan PST dapat dilihat pada Gambar.
• Protein sel tunggal yang berasal dari kapang berfilamen disebut
mikoprotein. Di Amerika Serikat, mikoprotein telah diproduksi
secara komersial.
PERANGKAT PEMBIAKAN PST
Produk Asam Amino, Vitamin dan
Enzim
• Asam amino, vitamin, dan enzim merupakan senyawa
yang sangat diperlukan oleh tubuh. Kekurangan asam
amino akan menyebabkan gangguan fungsi tubuh,
mulai dari fungsi transportasi hingga fungsi enzimatis.
Coba ingat kembali, apakah bahan penyusun enzim,
hormon, dan hemoglobin? Bukankah protein?
• Kekurangan vitamin menyebabkan pembentukan
koenzim terhambat. Akibatnya reaksi-reaksi di dalam
tubuh menjadi terganggu. Coba ingat kembali
beberapa penyakit akibat avitaminosis!
Mikroorganisme Penghasil Asam
amino, Vitamin dan Enzim
• Pada umunya, manusia memperoleh asam amino
dan vitamin dari makanan yang dikonsumsinya.
Kini, kita dapat memperoleh sumber asam amino,
vitamin, dan enzim melalui bantuan
mikroorganisme. Beberapa jenis mikroorganisme
ternyata dapat mengasilkan asam amino, vitamin,
dan enzim tertentu. Melalui teknik kultur dan
pemeliharaan mikroorganisme tertentu, dan
kemudian mengekstraknya, kita dapat
memperoleh beberapa jenis asam amino,
vitamin, dan enzim.
Daftar Mikroorganismenya
Tabel. Mikroorganisme yang Diproduksi secara Komersial untuk Pembuatan Asam Amino dan
Vitamin
Jenis mikroorganisme
Produk asam amino
vitamin
Corynebacterium glutamicum
Treonin dan lisin
-
Micrococcus glutamicus
Lisin
-
Brevibacterium sp
Glutamat
-
Pseudomonas sp
-
Vitamin B12
Propionicbacterium sp
-
Vitamin B12
Ashbya gossypii
-
Riboflavin
Streptomyces oliveus
-
Kobalamin
Propionibacterium freudenreichii
-
Kobalamin
Mikroorganisme Penghasil Enzim
Tabel. Mikroorganisme yang Diproduksi secara Komersial untuk Produksi Enzim
Jenis mikroorganisme
Aspergillus niger
Enzim
Kegunaan
Amilase
Pembuatan bir: melunakkan biji-bijian
Selulase
menjadi seperti bubur
Lipase
Makanan : pengentalan cairan kopi
Pektinase
Pengolahan susu: produksi cita rasa
keju
Anggur dan sari buah: membantu
penguraian
Aspergillus oryzae
Protease
Pembuatan bir: stabilisator bir
Pemasakan: pembuatan roti
Makanan: pelunak daging
Farmasi: membantu dalam pencernaan
Bacillus subtilis
Amilase
Makanan: membuat sirup/gula cair
Pinisilinase
Farmasi: membantu dalam pencernaan
Tepung: kanji/lem, pembuatan kertas
dan tekstil
Farmasi: agen diagnostik
Leuconostoc mesenteroides
Sukrase
Farmasi: dekstrans, pengganti plasma
darah
Saccharomyces fragillis
Laktase
Pengolahan susu: mencegah
kristalisasi laktosa dalam es krim dan
susu kental
BIOTEKNOLOGI FARMASI/KEDOKTERAN
• Bioteknologi juga membuka cakrawala baru
dalam bidang farmasi/kedokteran, misalnya
dalam pembuatan vaksin, antibiotik, antibodi
monoklonal, dan insulin.
• 1.Pembuatan Antibodi Monoklonal
• Proses pembuatan antibodi monoklonal telah
diuraikan di depan. Lihat kembali Teknik
Hibridoma pada subbab Rekayasa Genetika.
Lanjutann….biotek farmasi
• Pembuatan Vaksin
• Belum lama ini, para ilmuwan telah berhasil
mengkultur berbagai sel vertebrata. Prosesnya dimulai
dengan memberi perlakuan terhadap jaringan yang
sesuai dengan enzim proteolitik, misalnya tripsin,
untuk memisahkan sel-sel. Sel-sel kemudian dipindah
ke nutrien tertentu untuk melekatkan sel-sel ke dasar
wadah. Sel-sel tersebut akan membelah secara mitosis
membentuk satu lapis sel. Sel ini kemudian dapat
digunakan untuk membentuk kultur sekunder. Supaya
sel-sel kultur ini terus membelah, maka ditambahkan
bahan kimia atau virus yang mendorong pembentukan
sel-sel kanker. sel-sel tersebut disebut neoplastik.
Produksi Vaksin
• Di antara penerapan kultur sel hewan, produksi vaksin
virus merupakan metode tertua. Prosesnya adalah
virus ditumbuhkan dalam kultur sel, misalnya sel dari
embrio ayam dan ginjal monyet. Virus-virus tersebut
diekstraksi dengan penyaringan. Hasil ekstraksi
digunakan untuk mematikan virus tersebut. Vaksin
tersebut dapat dilemahkan dan disimpan dalam suhu
rendah untuk digunakan jika diperlukan. Contoh vaksin
yang dibuat dengan cara ini adalah vaksin poliomielitis,
gondong, cacar air, rubella, dan rabies. Pemberian
vaksin memungkinkan tubuh membangun kekebalan
dengan membentuk antibodi.
EFEK SAMPING VAKSIN KONVENSIONAL
• Vaksin yang digunakan untuk melindungi atau rnencegah tubuh terserang
penyakit dapat berasal dari mikroorganisme (virus, bakteri) yang
dilemahkan atau toksin yang dihasilkan oleh mikroorganisme tersebut.
Namun, vaksin yang diproduksi secara konvensional tersebut dapat
menimbulkan efek samping yang merugikan, misalnya:
• A.mikroorganisme yang digunakan untuk membuat vaksin mungkin masih
melanjutkan proses reproduksi
• B.mikroorganisme yang digunakan untuk membuat vaksin mungkin masih
dapat menyebabkan penyakit
• C.ada orang yang alergi terhadap sisa-sisa sel dari produksi vaksin
meskipun sudah dilakukan proses pemurnian
• D.orang yang bekerja dalam pembuatan vaksin mungkin bersentuhan
dengan organisme berbahaya yang digunakan sebagai bahan pembuat
vaksin meskipun sudah dicegah dengan menggunakan pengaman (masker,
sarung tangan).
Prinsip Rekayasa Genetika dalam
Pembuatan Vaksin
• Dengan berkembangnya teknik rekayasa genetika, berbagai
risiko yang tidak diinginkan seperti di atas dapat dikurangi.
Prinsip-prinsip rekayasa genetika dalam pembuatan vaksin
adalah sebagai berikut:
• a.mengisolasi (memisahkan) gen-gen dari organisme
penyebab penyakit yang berperan menghasilkan antigen
yang merangsang limfosit untuk menghasilkan antibodi
• b.menyisipkan gen-gen yang telah diisolasi tersebut ke
tubuh organisme yang kurang pathogen
• c.mengkulturkan organisme hasil rekayasa sehingga
menghasilkan antigen dalam jumlah banyak
• d.mengekstraksi antigen yang kemudian digunakan sebagai
vaksin.
Pembuatan Vaksin Malaria
Pembuatan Antibiotik
• Mikroorganisme tertentu dapat menghasilkan obat untuk
menyembuhkan penyakit yang disebabkan mikroorganisme lainnya.
• Produk metabolisme yang dihasilkan oleh mikroorganisme tertentu
dan bersifat menghambat pertumbuhan atau merusak
mikroorganisme lain, disebut antibiotik.
• Penelitian tentang antibiotik pertama kali dilakukan oleh A. Gratia
dan S. Dath (1924). Penelitiannya menghasilkan aktinomisetin dari
galur Actinomycetes (bakteri mirip kapang). Actinomycetes tidak
dipakai untuk mengobati pasien, tetapi untuk melisis kultur bakteri
dalam pembuatan vaksin. Sejak 1940, banyak antibiotik
kemoterapeutik yang telah diisolasi dari Actinomycetes.
Penemuan Antibiotik
• Antibiotik pertama yang dipakai untuk mengobati penyakit
pada manusia adalah tirotrisin. Antibiotik ini diperoleh dari
Bacillus brevis, suatu bakteri tanah dan diisolasi oleh Rene
Dubos dan Rockefeller Institute of Medical Research
(sekarang Universitas Rockefeller), New York.
• Tahun 1924, Alexander Fleming menemukan bahwa cawan
agar yang diinokulasi dengan bakteri Staphylococcus aureus
telah terkontaminasi sejenis kapang, dan koloni kapang
tersebut dikelilingi oleh suatu zona bening. Zona bening
tersebut menunjukkan bahwa pertumbuhan bakteri
terhambat. Setelah diidentifikasi, ternyata kapang tersebut
adalah spesies Penicilliton, sehingga Fleming menamakan
zat antibiotik tersebut dengan penisilin.
Tahap tahap pembuatan antibiotik
• a.Mikroorganisme penghasil antibiotik dikembangbiakkan.
• b.Mikroorganisme dipindahkan ke dalam bejana fermentasi yang
menyerupai tangki besar. Di tempat ini, mikroorganisme dipacu dengan
lingkungan yang cocok agar berkembang biak secara cepat.
• c.Dari cairan biakan itu, antibiotik diekstraksi dan dimurnikan, selanjutnya
diuji dengan urutan sebagai berikut:
• 1).zat diuji dalam tabung reaksi, apakah dapat mematikan kuman atau
tidak
• 2).kemudian zat diujikan pada hewan percobaan, termasuk diteliti efek
sampingnya
• 3).jika ternyata aman, obat ini dapat diujikan pada sekelompok orang
dengan pengawasan ketat para ahli
• 4).jika berhasil barulah diujikan pada orang sakit dan selanjutnya
dipasarkan.
Produksi Antibiotik
• Zat antibiotik mulai diproduksi secara besarbesaran pada Perang Dunia Kedua (PD II) oleh tim
peneliti dari Inggris dan Amerika Serikat.
• Antibiotik dibuat saat pertumbuhan
mikroorganisme penghasil antibiotik
menunjukkan grafik menurun. Pada saat
tersebut, metabolisme sekunder dan produksi
mikroorganisme berlangsung lebih lambat
daripada metabolisme primer. Hal ini berarti
dibutuhkan teknik pengulturan sekali panen atau
disebut C bath fermentation.
Tahapan Produksi Penisilin
• Pada pembuatan penisilin, tangki pengaduk untuk fermentasi diinokulasi
dengan kultur Peniclllium notatum atau Penicillium chrysogenum. Jamurjamur tersebut tumbuh pada kondisi optimum yaitu pada suhu 24°C,
suplai O2, cukup, dan pH yang agak basa. Setelah 30 jam, penisilin mulai
dihasilkan dan akan mencapai hasil maksimum setelah 4 hari. Produksi
berhenti setelah 6 hari. Pada saat tersebut, kandungan (isi) tangki
fermentor di¬tampung. Karena penisilin diproduksi di luar sel jamur, maka
miselium jamur disaring, dicuci, dan dibuang. Cairan sisa yang
mengandung penisilin diekstraksi secara kimia lalu dimurnikan
menggunakan pelarut untuk membuat kristal murni. Setelah proses ini,
penisilin dikemas dan siap untuk digunakan. Tangki fermentor disterilisasi
lagi, lalu digunakan untuk membuat biakan baru.
Antibiotik Jenis Baru
• Timbulnya kekebalan mikroorganisme terhadap
antibiotik tertentu mendorong para ilmuwan
untuk membuat antibiotik jenis baru. Antibiotik
baru ini dikembangkan dari mikroorganisme galur
baru yang diperoleh dari rekayasa genetika.
Namun, hal ini tidak mudah karena antibiotik
adalah metabolit sekunder yang dihasilkan lewat
jalur metabolisme sekunder yang panjang dan
melibatkan sejumlah gen. Manipulasi untuk
proses tersebut sangat kompleks dan sulit.
Sampai saat ini, masih dilakukan penelitian
mengenai hal tersebut.
Insulin
• Salah satu teknik rekayasa genetika dalam bidang
kedokteran yang telah berhasil dan giat dikembangkan
adalah pembuatan insulin manusia oleh bakteri.
• Insulin adalah protein yang bertugas mengontrol
metabolisme gula dalam tubuh manusia. Gen insulin
terletak pada daerah dalam DNA manusia yang
memiliki informasi untuk menghasilkan insulin.
Penderita diabetes tidak mampu membentuk insulin
dalam jumlah yang dibutuhkan.
Teknik Pencangkokan Gen Dalam
Pembuatan Insulin
• Untuk menyediakan insulin secara cepat dapat dilakukan
pemanfaatan sel bakteri melalui teknik pencangkokan gen
(rekombinasi gen). Teknik pencangkokan gen untuk
menghasilkan insulin manusia oleh bakteri berlangsung
sebagai berikut. Insulin tersusun atas dua rantai protein,
yaitu rantai A dan B. Urutan basa yang mengode masingmasing rantai itu dibuat dalam tabung reaksi. Tiap DNA (A
dan B) ini kemudian dihubungkan dengan gen bakteri yang
mengode enzim β-galak-tosidase sehingga membentuk gen
hibrid. Gen-gen hibrid ini secara terpisah dimasukkan ke
dalam sel-sel bakteri. Tiap gen hibrid menunjukkan
ekspresinya dan bakteri membuat suatu hibrid protein βgalaktosidase A (atau B).
Proses pembuatan insulin
BIOTEKNOLOGI PERTANIAN
• Perkembangan biologi molekuler memberikan dampak
yang besar terhadap kemajuan berbagai cabang ilmu
termasuk pemuliaan tanaman (plant breeding). Suatu
hal yang tidak dapat dipungkiri bahwa perbaikan
genetis melalui pemuliaan tanaman konvensional telah
memberikan kontribusi yang sangat besar dalam
penyediaan pangan dunia. Hal ini ditandai dengan
terjadinya peningkatan produksi pangan dunia melalui
revolusi hijau (green revolution). Namun, fakta
sekarang telah menunjukkan bahwa ketersediaan
pangan masih terancam akibat ledakan penduduk.
Tanaman Kebal Terhadap Hama
dan Penyakit
• Dengan rekayasa genetika, para ahli bioteknologi
menyisipkan gen bakteri Bacillus thuringiensis yang dapat
menghasilkan senyawa endotoksin (senyawa racun) pada
tanaman budidaya. Tanaman yang telah disisipi gen bakteri
tersebut dinamakan tanaman transgenik. Tanaman
transgenik tersebut tidak perlu disemprot dengan pestisida
untuk menyingkirkan hama dan penyakit yang
menyerangnya, karena telah memiliki kemampuan
memberantas hama dan penyakit dengan senyawa racun
yang dikandungnya. Tanaman transgenik ini belum dapat
sepenuhnya diterima masyarakat. Pihak yang keberatan
mengkhawatirkan dampaknya bagi kesehatan manusia dan
kelestarian lingkungan.
Tanaman yang Dapat Memfiksasi
Nitrogen
• Serealia atau tumbuhan rumput-rumputan berbiji merupakan tumbuhan
yang menyuplai 50% makanan pokok penduduk dunia. Namun sayangnya,
serealia tidak memiliki simbion bakteri di akar akarnya untuk memfiksasi
nitrogen, sehingga kebutuhan nitrogen (N2) diperoleh dari penambahan
pupuk buatan. Kelebihan pupuk buatan yang diberikan dapat terbilas air
dan mencemari air minum yang dikonsumsi manusia di lingkungan
sekitarnya.
• Dengan bioteknologi, para ilmuwan mengembangkan tumbuhan yang
akarnya dapat bersimbiosis dengan Rhizobium. Ide ini melibatkan gen nif
yang dapat mengontrol fiksasi nitrogen. Para ilmuwan menyisipkan gen nif
ini pada:
• a.tumbuhan serealia yang sesuai
• b.bakteri yang berasosiasi dengan tumbuhan serealia
• c.plasmid Ti (Tumor inducing) dari Agrobacterium dan kemudian
menginfeksikannya ke tumbuhan yang sesuai dengan bakteri yang telah
direkayasa.
Penyisipan Gen Pada Tanaman
• Ahli biologi memanfaatkan rekayasa genetika untuk
mengisolasi gen yang diinginkan kemudian menyisipkannya
ke sel organisme lain yang dikehendaki. Dalam penyisipan
ini para ahli biologi memanfaatkan bakteri Agrobactrium
tumefaciens untuk memasukkan gen ke sel-sel tumbuhan.
• Sel Agrobacterium memiliki DNA yang disebut plasmid Ti.
Gen yang dikehendaki disisipkan dulu ke plasmid Ti.
Tumbuhan yang diinfeksi Agrobacterium memiliki tumor
yang disebabkan oleh Ti. Tumor ini disebut crown gall yang
masing-masing mengandung plasmid Ti yang telah disisipi
gen. Tumbuhan dapat dikultur dari potongan kecil jaringan
crown gall. Tumbuhan hasil kultur ini telah memiliki sifat
yang berbeda karena telah disisipi gen, sehingga sifat
tumbuhan menjadi sesuai dengan gen yang disisipkan.