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…..