APLIKASI BIOTEKNOLOGI
Proses bioteknologi dipandang dari dua sisi yaitu volume dan
nilainya.
- Volume besar dengan nilai yang rendah diantaranya mencakup
pemurnian air, pengolahan limbah cair (efluen) dan sampah, produksi metan,
etanol, biomasa, dan makanan ternak.
- Volume relatif besar dengan nilai produk menengah diantaranya :
produksi asam amino dan asam organic, produk makanan, ragi, kue, aseton,
butanol, dan polimer tertentu.
- Volume rendah dengan produk bernilai tinggi diantaranya:
antibiotika, interveron, vaksin, antibody, enzim dan vitamin
Selain itu bioteknologi dipandang dari tingkat teknologi yaitu
- Teknologi tingkat tinggi (investasi dengan modal tinggi)
- Teknologi tingkat menengah ( Investasi menengah)
- Teknologi tingkat rendah ( Investasi modal dan skala operasional
yang kecil).
PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Keberhasilan perkembangan bioteknologi yang terus menerus
tergantung pada 3 pokok:
1. Perluasan kisaran produk berharga, baik yang berasal dari
sistim tradisional maupun rekayasa genetika
2. Kemampuan memperoleh bahan baku dari sumberdaya yang dapat
diperbaharaui
3. Peningkatan kesadaran bahwa proses bioteknologi dalam banyak
hal akan lebih ekonomis.
- Hal yang penting dalam perkembangan bioteknologi dalam sekala
besar dan menengah adalah Ketersediaan bahan baku dan substrat.
- Menejemen Pengelolaan.
SELEKSI DAN PENINGKATAN EKSPRESI GEN
• Langkah awal pengembangan proses bioteknologi adalah
Mencari organisme yang sesuai dengan tujuan untuk menghasilkan
suatu produk atau jasa yang menguntungkan bagi industri.
• Kalau dulu pemilihan organisme dapat dilakukan dengan sistim
coba-coba sehingga memerlukan waktu yang lama dan menjemukan.
• Teknologi yang baru seperti fusi protoplas dan penggunaan
rekombinasi DNA dapat disiapkan organisme yang diinginkan untuk kepentingan
bioteknologi.
• Organisme industrial diharapkan dapat menunjukkan sebagian besar
sifat sebagai berikut :
- Sebaiknya sebagai suatu kultur yang murni
- Sifat genetika yang stabil
- Mudah dipropagasi
- Menunjukkan karakteristik pertumbuhan yang cepat
- Memiliki kecepatan pembentukan produk yang baik
- Bebas dari produk samping yang beracun
- Dapat dimanipulasi secara genetika
Kultur yang digunakan dalam industri secara umum muncul melalui 3
tahap yaitu:
1. Kultur Penelitian (dipelajari untuk mencari suatu produk yang
berguna)
2. Kultur Pengembangan (Suatu kultur penelitian yang sudah
menunjukkan suatu kegunaan)
3. Kultur Produksi ( Suatu kultur Penelitian yang sekarang
benar-benar digunakan untuk produk industrial)
• Seleksi (Penyaringan ) merupakan penggunaan prosedur sangat
selektif untuk mendeteksi dan mengisolasi hanya mikroorganisme atau metabolit
yang diinginkan dari suatu populasi.
• Rintangan utama dalam hal ini adalah ketersediaan prosedur
penyaringan yang sesuai yang dapat mengidentifikasi produk yang diinginkan.
• Mikroorganisme merupakan kelompok organisme utama yang kini
dikembangkan untuk kepentingan bioteknologi.
• Cara pendekatan yang digunakan untuk mencari mikroorganisme baru
dari lingkungan untuk proses bioteknologi :
1. Pendekatan Ekologi yang menyangkut:
Strategi :- Membuat pendataan isolat dari species yang dikenal
- Memperkaya koleksi isolat
- Menyelidiki habitat tidak umum
- Mengembangkan teknik isolasi untuk species baru
Teknik Penghamburan : -Pengenceran tanah (Soil dilution)
-Flotasi sedimentasi partikel dan percontohan udara
-Mengembangkan mikrohabitat
Selektif dan teknik pengayaan : - Substrat selektif
- Inhibitor selektif, Mis. Sikloheksamida, dan rifampisin
- Lingkungan fisik (suhu, pH)
2. Pendekatan genetika
Strategi : - Menghasilkan mutan biosintesis yang sesuai untuk
pemasukan precursor
- Membuat galur hybrid untuk menghasilkan antibiotika.
- Penggunakan pengklonan gen untuk mengarah kembali biosintesis.
Teknik : -Mutasi dan seleksi
-Rekombinasi dan konyugasi
-Fusi protoplas
-Siklus kapang, seksual dan paraseksual
-Transformasi dan transduksi (memperbanyak dengan menggunakan
protoplas.
-Pengklonan gen dengan pengklonan sasaran –terarah untuk gen
spesifik.
-Pengklonan acak untuk menghasilkan koleksi gen.
Penyaringan dibedakan dalam 2 bentuk dasar :
1. Penyaringan acak nonselektif :
- Semua isolat diuji secara individual untuk memperoleh kualitas
yang diingini.
- Membutuhkan waktu yang sangat lama
- Menggunakan peralatan yang lebih banyak.
2. Penyaringan rasional:
- Sebelumnya ada aspek praseleksi.
- Lebih banyak menggunakan pengetahuan biokimia atas pembentukkan
produk yang spesifik ( contoh : produksi antibiotika pada Cephalosporium
acrenomium menunjukkan ada hubungannya dengan aktivitas enzim proteolitik Hal
ini dapat digunankan sebagai dasar penyaringan.
• Setelah memperoleh mikroorganisme baru harus disimpan dan
dipelihara yang merupaka ciri menyeluruh dari infrastruktur bioteknologi.
• Sebagian besar mikroorganisme industrial akan dipelihara dengan
menggunakan salah satu prosedur sebagai berikut :
1. Medium agar dengan pembuatan sub kultur yang teratur.
2. Mengurangi metabolisme (Pelapisan dengan minyak mineral,
pendinginan)
3. Pengeringan (pasir pengering, gel silica, tanah atau kertas
saring
4. Pembekuan kering (penggunaanya lebih luas karena lebih
sederhana serta memberikan stabilitas yang lebih tinggi)
5. Pendinginan suhu rendah (-70oC sampai –196oC) merupakan metode
yang lebih mahal dan cocok untuk berbagai jenis mikroorganisme
• Tujuan Peynimpanan adalah
- Supaya galur tersebut tetap hidup (viable)
- Menghindari atau meminimalisasi penyimpangan galur (galur baru
hasil manipulasi cendrung tidak stabil)
Peningkatan Ekspresi Gen Dapat Dilakukan dengan Modifikasi Genom
Melalui :
1. Mutagenesis
• Merupakan sumber utama semua variasi genetic (Industrial)
• Tujuan untuk meningkatkan produktivitas
• Kesulitannya adalah mutasi terjadi pada frekwensi rendah dan
harus diseleksi dari sejumlah basar populasi nonmutan
• Contoh hasil mutasi adalah Galur Streptomyces → Tetrasiklin
• Galur mutannya adalah S. aureofaciens S-604 mensintesis
6-dimetiltetrasiklin yang tidak dapat disintesis oleh galor inangnya.
• Mutagen ada 2 yaitu : Fisik dan Kimia (mutagen penginduksi : tidak
akibat kerusakan DNA, tapi lebih merupakan hasil perbaikan DNA seluler yg
terjadi pada DNA yang rusak untuk menghslkan perubahan yang tetap pada urutan
dasar DNA).
(Sinar UV, Radiasi ionisasi, dan mitomisin C, 5- bromurasil,
metilmetan sulfonat, mustard nitrogen serta senyawa nitrofuran)
2. Hibridisasi (Rekombinasi)
• Menyusun ulang gen atau bagian gen dari 2 atau lebih organisme
dan Menggabungkan menjadi satu informasi genetika dalam satu organisme
• Ada 2 jalan yaitu Hibridisasi seksual (Eukariot) dan paraseksual
(Prokariot sampai Eukariot)
1. Hibridisasi Seksual
• Inti haploid dari jenis kelamin berbeda bergabung dalam satu sel
(kariogami) membentuk inti diploid selajutnya mengalami miosis.
• Selama miosis terjadi penyusunan ulang dan reorganisasi kromosum
yang mengakibatkan terjadi rekombinasi elemen genetik .
• Jika organisme memiliki sejumlah n gen yang berbeda maka
rekombinasi terjadi sebanyak 2n genotip.
• Contoh Hibridisasi galur ragi Saccharomyces yang berbeda →
produksi roti secara cepat, menaikkan kandungan alkohol dsb.
2.Hibridisasi Paraseksual
• Proses rekombinasi terjadi pada sel vegetatif
• Contoh : Konjugasi, Transduksi, Transpormasi, Rekombinasi
Mitosis, dan Fusi Protoplas.
• Konjugasi : Proses transper informasi genetic dari satu sel ke
sel lain melalui kontak antarsel.
Contoh: pada bakteri (bisa melalui plasmid / kasus tertentu bisa
melibatkan Hfr dan galur elemen genetik ekstra)
Dua galur E. coli yang berbeda dimana perpindahan genetik terjadi
melalui filus sex (berupa tabung yang dibentuk oleh salah satu dari pasangan
sel. Sel yang membentuk filus mengandung elemen genetic ekstra , faktor F atau
plasmid yang memegang peranan pada pemutusan DNA lingkar serta perpindahannya
ke sel bakteri lain yang akan terjadi rekombinasi antara dua genom.
• Transduksi : Perpindahan materi genetik dari satu sel ke sel
lain dengan bantuan Vektor Virus yang diikuti secara rekombinasi.
• Transpormasi : perpindahan materi genetic secara tidak terarah
(DNA yang berasal dari suatu sel diambil dan tetap dilindungi oleh sel lain)
Transpormasi dapat dikerjakan secara In – vitro atau manipulasi
yang melibatkan mutagenesis sebelum dimasukkan kedalam sel.
• Rekombinasi Mitosis : (berlaku pada Kapang yang memiliki fase
vegetatif haploid, dimana sejumlah kecil inti dapat melebur untuk membentuk
diploid).
Ada 3 tahap :
1. Pembentukan heterokarion (dua atau lebih inti yang berbeda
dengan satu sitoplasma tunggal) antara dua miselia haploid
2. Peleburan inti oleh sejumlah kecil inti yang berlawanan yang
mengakibatan pertukaran kromosum
3. Haploidisasi (inti diploid diubah menjadi menjadi haploid).
Diketahui rekombinasi mitosis jauh kurang efektif dibandingkan dengan
rekombinasi seksual.
• Fusi Protoplas : Meleburnya protoplas yang diikuti terbentuknya
sel hibrid.
- Induksi fusi protoplas mikroba berkembang sangat luas
- Menggunakan secara mekanis dan enzimatis
- Tapi kebanyakan dengan menggunakan enzim litik (contohnya :
helikase, glusulase, sulfatase untuk menghasilkan protoplas ragi).
- Pada umumnya sel fase eksponensial lebih lebih mudah
menghasilkan protoplas dari pada sel fase stationer (komposisi dinding sel
berubah selama siklus pertumbuhan)
- Untuk menjaga stabilitas protoplasma yang dihasilkan diperlukan
adanya stabilisator seperti: berbagai garam inorgenik, gula dan gula alkohol.
- Protoplas dapat membentuk dinding sel yang baru selanjutnya sel
akan tumbuh secara normal. Jika rekombinasi terjadi maka akan timbul organisme
yang berubah secara genetik.
- Baru-baru ini dikembangkan fusi protoplas dengan menggunakan
medan listrik ( Sel diganggu dengan menggunakan medan listrik yang lemah tak
homogen dan frekwensi tinggi sehingga sel membentuk cabang. Selajutnya
dialirkan arus searah (DC) yang menyebabkan terbukanya mikropore dalam membran
sehingga isi sel akan bergabung dan melebur.
- Jika dua protoplas dari galur yang berbeda melebur maka
dihasilkan sel yang heterokariotik (mengandung inti yang berbeda sumber).
- Peleburan inti dapat terjadi antara inti haploid dari genotip
yang berbeda akan menghasilkan inti yang diploid heterozigot sedangkan dari
inti yang sejenis akan menghasilkan inti diploid yang homozigot.
- Aplikasi Impiris dari Fusi Protoplas dapat dilihat pada
perbaikan hasil produksi antibiotik dan Fusi turunan dari sel manusia yang
mampu menghasilkan insulin
- Fusi Sel sudah berhasil diterapkan pada sel
hewan untuk menghasilkan antibodi monoklonal.
Lanjutkan ke Bahan Kulian Bioteknologi Hutan Ke IV
