Pendahuluan-Bioteknologi Farmasi (STFB)
-
Upload
erna-wiana -
Category
Documents
-
view
124 -
download
7
description
Transcript of Pendahuluan-Bioteknologi Farmasi (STFB)
Bioteknologi Farmasi (Pendahuluan)
Soni Muhsinin, M.Si
Aturan Perkuliahan
1. No HP No Ngobrol
2. Interaksi 2 Arah
3. 100% aktif dalam bertanya dan menjawab
4. Terlambat maks 10 menit
Kontrol Keaktifan
Nama Lengkap NPM Kelas
Sistem Penilaian
Ujian (70%) + Keaktifan (30%)
Nilai UTS
Materi • Pendahuluan
• Protein dan DNA
• Replikasi, Transkripsi, dan Translasi
• Teknologi DNA Rekombinan
• Over Ekspresi gen
• Over Produksi dan purifikasi protein rekombinan
• Protein Terapeutik
• Terapi Gen
• Terapi Antisense
• Antibodi Monoklonal
• Vaksin Rekombinan
Definisi
Bioteknologi
Bios → Hidup Teuchos → Alat Logos → Ilmu
Pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang menggunakan mahluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia
BIOTEKNOLOGI
MIKROBIOLOGI
BIOKIMIA
GENETIKA
ENZIMOLOGI
BIOLOGI SEL
TEKNIK KIMIA
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
• 3000 th SM minuman beralkohol hasil fermentasi
• 1680 penemuan sel khamir oleh Antonie van Leeuwenhoek
• 1818 fermentasi sel khamir oleh Erxleben
• 1857 fermentasi asam laktat oleh Pasteur
• 1897 Buchner mengungkap enzim yang berperan dalam fermentasi
• Awal abad 20 konsep pewarisan sifat dari Gregor Mendel
• 1917 Karl Ereky memperkenalkan istilah bioteknologi
• 1928 Fred. Griffith menemukan konsep transformasi
• 1944 Oswall Avery, Colin McLeod & Maclyn Mc Carty menunjukkan
bahwa yang ditransformasikan adalah senyawa asam nukleat
tipe deoksiribosa
• 1943 Penisilin diproduksi dalam skala industri
• 1944 Avery, MacLeod, McCarty mendemontrasikan bahwa DNA
adalah bahan genetik
• 1953 Watson & Crick menemukan struktur 3 dimensi DNA
• 1961 Jurnal Biotechnology and Bioengineering ditetapkan • 1961-1966 Seluruh sandi genetik terungkap • 1970 Nathan & Smith: enzim restriksi endonuklease (enzim yang
dapat memotong molekul DNA secara spesifik) pertama kali diisolasi • 1972 Korona dkk. Berhasil mensintesa secara kimiawi seluruh gen tRNA • 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 berdasarkan antibodi disetujui untuk dipakai di Amerika Serikat
• 1982 Untuk pertama kalinya vaksin hewan hasil teknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannya di Eropa
• 1883 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 dipublikasi • 1990 USA: telah disetujui percobaab Terapi gen sel
somatik pada manusia • 1997 Kloning hewan (domba Dolly) dari sel dewasa (sel
ambing) • 2000 Pro dan kontra tanaman transgenik di Indonesia.
Kapas Transgenik ditanam di Sulawesi Selatan • 2001 Kontruksi monyet transgenik (ANDi) yang
mengandung gen GFP dari sejenis ubur-ubur
PETA KONSEP
Kelangsungan Hidup Manusia
Ditunjang Oleh
Teknologi
melalui
Bioteknologi
Bioteknologi Konvensional Bioteknologi Modern
Pengolahan Bahan Makanan Misalnya
Tempe Kecap Keju mikroprotein Kultur Jaringan
Rekayasa Genetik
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL VS MODERN
Konvensional 1. Memakai makhluk
hidup secara
langsung
2. Tanpa didasari prinsip
ilmiah
3. Berdasarkan keteram-
pilan yg diwariskan
turun-temurun
4. Tidak diproduksi
secara masal
Modern 1. Memakai makhluk hi-
dup dan komponen-
nya secara langsung
2. Menggunakan
prinsip-prinsip ilmiah
3. Hasil pengkajian
berbagi disiplin ilmu
yang mendalam
4. Diproduksi secara
masal
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL
Bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi alkohol, asam asetat, gula atau bahan makanan.
Ciri : mempergunakan mahluk hidup secara langsung. Belum tahu adanya penggunaan enzim.
Mempergunakan Proses fermentasi
Contoh : Pembuatan tempe, tape, kecap, yoghurt
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL
Pengolahan Bahan Pangan : Pengolahan produk susu
Y O G H U R T
SUSU PASTEURISASI SEBAGIAN BESAR LEMAK DIBUANG
Ditambahkan : Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophillus
Disimpan 5 jam, 45o C sampai pHnya 4,0
Didinginkan dan diberi cita rasa
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL
Pengolahan Bahan Pangan : Pengolahan produk susu
K E J U
SUSU PASTEURISASI
(90o C ) Didinginkan hingga
30o C
Ditambahkan : Lactobacillus dan Streptococcus
pH turun dan susu terpisah menjadi Whey dan dadih
Dadih dipanaskan 32o – 420o C dan diberi garam lalu di tekan & dibuang airnya
Whey : Diperas untuk makanan sapi
Ditambah enzym renin (sapi muda) / klimosin (enzym buatan) untuk menggumpalkan dadih
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL
Pengolahan Bahan Pangan : Non susu
K E C A P
Kedelai
Direbus
Didinginkan bakteri asam laktat fermentasi
hancur
Jamur Aspergillus oryzae dibiakkan pada kulit gandum
Kecap
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL
Pengolahan Bahan Pangan : Non susu
T E M P E
Kedelai dicuci
Direndam 3 jam, buang kulit
Kukus, Dinginkan,
Beri ragi : a. Rhysopus oligosporus b. Rhyzopus stolonifer c. Rhyzopus arrhizus d. Rhyzopus oryzae
Bungkus, beri lubang-lubang, simpan 2-3 hari.
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL
Pengolahan Bahan Pangan : Non susu
T A P E
Ketela pohon / singkong dikupas
& dicuci
Direbus / dikukus
Ditaburi ragi Ditutup & disimpan selama kurang lebih satu minggu
Budidaya tanaman:
- Penggunaan galur tanaman alami yang belum mengalami
modifikasi genetik
- Budidaya tanaman transgenik yang membawa gen
ketahanan terhadap herbisida
Pengendalian hama dan penyakit:
- Penggunaan bakteri Bacillus thuringiensis alami untuk
pengendalian hama
- Penggunaan galur tanaman transgenik yang membawa gen
cry dari B. thuringiensis
Contoh Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern (Bidang Pertanian)
konvensional
konvensional
Modern
Modern
Bioteknologi Konvensional
Kelebihan
• Relatif murah
• Teknologi relatif sederhana
• Pengaruh jangka panjang umumnya sudah diketahui karena sistemnya sudah mapan
Kekurangan
• Perbaikan sifat genetik tidak terarah
• Tidak dapat mengatasi ketidaksesuaian genetik (inkompatibilitas)
• Hasil tidak dapat diperkirakan sebelumnya
• Memerlukan waktu lebih lama
Bioteknologi Modern
Kelebihan
• Perbaikan sifat genetik dilakukan secara terarah
• Dapat mengatasi kendala ketidaksesuaian genetik
• Hasil dapat diperhitungan
• Dapat menghasilkan jasad baru dengan sifat baru yang tidak ada pada jasad alami
• Dapat memperpendek jangka waktu pengembangan galur tanaman baru
• Dapat meningkatkan kualitas
Kekurangan
• Relatif mahal
• Memerlukan kecanggihan teknologi
• Pengaruh jangka panjang belum diketahui
Aplikasi dari bioteknologi dalam farmasi
→ Dampak terhadap :
• obat-obatan
• diagnostik
• vaksin
Bioteknologi Farmasi
Definisi
• Pemanfaatan mikroorganisme untuk memproduksi
produk-produk yang penting dan Bermanfaat
e.g: protein dan enzim
• Rekayasa genetika hewan dan tanaman agar
menghasilkan protein asing tertentu, juga senyawa
kimia lainnya
e.g: Vitamin
Bioteknologi
Diperlukan “molecular basic knowledge”
Bioteknologi Farmasi
UNTUK DRUG DISCOVERY DAN DRUG DESIGN
Patofisiologi
Drug Action
IDENTIFIKASI DAN PRODUKSI TARGET OBAT: RESEPTOR, ENZIM
Teknik : Rekayasa Genetika Genetically modified/genetically engineered 1994: • 21 produk farmasi turunan teknologi rekombinasi DNA • 150 produk dalam taraf “clinical trial”
TEKNIK DASAR BIOTEKNOLOGI BERBASIS BIOLOGI MOLEKULER
ORGANISME REKOMBINAN
Human insulin (1978): → produk farmasi pertama hasil rekayasa genetika
Sepotong DNA penyandi hormon insulin manusia Transfer ke mikroorganisme : E. coli Kontrol ekspresi Human insulin di E. coli Gene cloning
TEKNIK-TEKNIK DALAM BIOTEKNOLOGI
♥ Fermentasi
♥ Analisis Genetik
♥ Seleksi dan Pemuliaan
♥ Analisis DNA
♥ Kultur Sel dan Jaringan
♥ Rekayasa Genetik atau DNA rekombinan
FERMENTASI
Menggunakan mikroba untuk mengubah suatu senyawa seperti pati atau gula menjadi senyawa lain seperti etanol, asam laktat dan hidrogen
Digunakan pada:
Bioteknologi konvensional
Industri farmasi
Biopulping
Bahan bakar
Bioplastik
Proses fermentasi oleh mikroba menggunakan fermentor
ANALISIS GENETIK
Mempelajari sifat/karakter atau gen yang diwariskan dari generasi ke generasi dan interasksi antara gen dan lingkungan dalam menghasilkan suatu sifat
Dapat digunakan untuk:
Diagnosis
Pertanian
Bahan bakar
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 konvensional
Produksi bahan pangan
Bioplastik
ANALISIS DNA
Mempelajari karakter dari DNA, melalui
☻ Polymerase chain reaction (PCR): dapat membuat kopi segmen DNA
☻ Restriction fragment length polymorphism (RFLP) mapping : mendeteksi keberadaan suatu gen pada DNA
Dapat digunakan untuk:
Diagnosis suatu penyakit
Konseling genetik
Terapi gen
KULTUR JARINGAN
Dapat dilakukan pada jaringan tanaman maupun hewan Contoh: Kultur jaringan tanaman secara in vitro Dasar Teori : Sifat Totipotensi tanaman Artinya setiap bagian tanaman apabila dikulturkan secara in
vitro akan dapat membentuk individu baru • Keuntungannya: 1. sifat tanaman sesuai dengan induknya 2. perbanyakan tanaman lebih cepat 3. dapat diekspor tanpa melalui proses karantina, karena tanaman hasil kultur in vitro bebas penyakit
PROSES PENANAMAN EKSPLAN
RUANG
INKUBASI
KULTUR
CONTOH TANAMAN
HASIL PERBANYAKAN
SECARA IN VITRO
CONTOH TANAMAN HASIL PERBANYAKAN IN VITRO
REKAYASA GENETIKA
Rekayasa genetika atau teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology) adalah suatu metode untuk merekayasa genetik dengan cara menyisipkan (insert) gen yang dikehendaki ke dalam suatu organisme
Gambaran umum kloning gen menggunakan plasmid dari bakteri
Tahapan Rekayasa Genetika
• Bahan yg diperlukan : ▪ Molekul DNA spesifik yang dikehendaki ▪ Vektor (pembawa DNA) ▪ Enzim restriksi ▪ Enzim ligase ▪ Sel inang • Mengidentifikasi DNA spesifik yang dikehendaki • mengisolasi DNA spesifik • menyisipkan DNA spesifik ke dalam DNA vektor (Plasmid
dll.) • mengembalikan vektor ke dalam sel hospes/inang • mengembang-biakan sel hospes
KONTRIBUSI/TUJUAN REKAYASA GENETIKA
• Melakukan studi tentang struktur & fungsi gen (analisis gen)
• Amplifikasi produk suatu gen dalam keadaan murni • Peningkatan suatu strain (strain improvement) → bibit
unggul • Rekayasa genetik memberikan kontribusi yang
substansial bagi penelitian pada berbagai bidang, seperti √ Peningkatan produksi bahan makanan √ Peningkatan produk obat-obatan dan produk baru √ Diagnosis penyakit √ perbaikan proses industri √ mengatasi polusi lingkungan
Produk Bioteknolohi Molekuler
SEKTOR :
Medicinal :
Human Therapeutic
Human Diagnostic
Non medical :
Agriculture
Specialities
Non-medical Diagnostic
e.g: INDIGO → pewarna jeans
Diagnostik Molekuler
KENDALA :
lama
mahal
→ ada yang tidak dapat ditumbuhkan/dikulturkan
→ sulit mendeteksi organisme penyebab penyakit
Untuk kepentingan pencegahan, control, pengobatan dari penyakit-penyakit infeksi maka perlu identifikasi dini dan akurat terhadap organisme pathogen penyebab penyakit → ditumbuhkan/dikultur → amati sifat – sifat fisiologis
Kemajuan bidang pengobatan karena berhasil didapatkannya virus-virus spesifik, bakteri, fungi dll, juga molekul -molekul kecil.
Untuk mengatasi kendala – kendala tersebut maka dikembangkan prosedur – prosedur diagnostik molekular:
1. Metode immunologi detection E.g : ELISA monoclonal antibody yang diproduksi di E. coli ( Enzyme – linked immunosorbent assay )
2. Metode deteksi DNA yaitu deteksi menggunakan pelacak DNA Prinsip hibridisasi asam nukleat Assay ini :
cepat reliable spesifisitas tinggi : hanya berhibridisasi dengan sekuens nukleotida target
MENINGKATKAN PRODUKSI ANTIBOTIK
Produksi antibiotik dari Streptomyces spp dengan Fermentasi → lama – lama konsentrasi oksigen dalam media cair berkurang Pertumbuhan Streptomyces spp menurun dan produksi antibiotik menurun
Vitreoscilla sp adalah bakteri aerob yang dapat hidup dalam kondisi miskin O2 Bakteri ini dapat memproduksi suatu protein hem homodimerik yang berfungsi mirip dengan hemoglobin eukariot, yaitu dapat mengikat O2 dari medium kemudian menyalurkannya ke dalam sel. Gen yang menyandikan protein heme tersebut di klon di Streptomyces
Terapi Gen
• Beberapa penyakit genetik manusia dapat dikaitkan terhadap
suatu mutasi di suatu gen tunggal, atau mungkin juga lebih
kompleks, yaitu terhadap sejumlah gen-gen berbeda yang
bermutasi.
• TUJUAN utama riset dalam genetika molekuler manusia →
menentukan kecacatan pada level gen, dan bagaimana keadaan
tersebut menyebabkan simtom penyakit genetik yang spesifik
Dasar pemikiran terapi gen:
→ Jika versi normal dari gen untuk penyakit manusia telah
berhasil diklon, maka sangat berguna untuk memperbaiki
kecacatan/mutasi gen tersebut
Antisense therapy
Dirancang untuk pencegahan;
- penurunan ekspresi gen tertentu,
- bekerja pada tahap translasi (mRNA)
Ada 2 cara:
A.Menggunakan antisense oligonukleotida (satu utas)
B.Menggunakan gen antisense yang diklon
Antisense adalah utas asam nukleat DNA yang tidak
ditranskripsikan, merupakan utas pasangan dari utas yang
ditranskripsikan (utas sense).
DAMPAK POSITIF BIOTEKNOLOGI
1. Peningkatan produksi pangan
2. Peningkatan kesehatan
3. Pengkatan cara pengolahan limbah
4. Penyedia bahan bakar alternatif
5. Dll.
DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI
1. Di bidang Etika/ Moral
Ada masyarakat yang menganggap bahwa menyisipkan gen dari mahkluk hidup satu ke mahkluk hidup lain bertentangan dengan nilai budaya dan melanggar hukum alam
2. Di bidang sosial ekonomi
Menimbulkan kesenjangan antara negara/ perusahaan yang memanfaatkan bioteknologi dengan yang belum memanfaatkan bioteknologi (negara dunia ke tiga)
3. Dampak di bidang kesehatan
Ada 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.
4. Dampak terhadap lingkungan
Pelepasan organisme transgenik ke alam dapat merusak keseimbangan alam dan kelestarian organisme
Terima Kasih…..