Introduction To Biotechnology PDF

INTRODUCTION TO BIOTECHNOLOGY Dr apt. LINA ELFITA, M.Si q Pharmaceutical biotechnology is a relatively new and growing field in which the principles of biotechnology are applied to the development of drugs. q A majority of therapeutic drugs in the current market are bioformulations, such...

INTRODUCTION TO BIOTECHNOLOGY Dr apt. LINA ELFITA, M.Si q Pharmaceutical biotechnology is a relatively new and growing field in which the principles of biotechnology are applied to the development of drugs. q A majority of therapeutic drugs in the current market are bioformulations, such as antibodies, nucleic acid products and vaccines.  Pentingnya Bioteknologi bagi Farmasis 1. Penemuan obat baru dan pengembangan obat, serta produksi obat produk bioteknologi berkembang dengan pesat 2. Industri farmasi yang besar telah membuka divisi produk bioteknologi 3. Produk bioteknologi diperkirakan akan menguasai hampir separuh pasar obat Leading 10 biotech and pharmaceutical companies Worldwide based on market capitalization as of 2021 (in billion U.S. Dollar) Here are 2 keys differences between biotechnology dan biomedical science. A. Biomedical science centre on the “what” while biotechnology focuses on the “how we can fix it”. B. Biotechnology focus on bioscientific principles and knowledge and bioinformation technology. In contras biomedical science focus more on medical and healthcare side. Pengertian : Ø Salah kaprah : Semata-mata hanya berkaitan dengan teknik rekayasa genetik. Ø Sebenarnya : Merupakan teknologi yang berakar pada fermentasi dengan memanfaatkan kemampuan mikroorganisme dalam suatu lingkungan yang dikendalikan agar menghasilkan berbagai jenis produk.  Sejarah bioteknologi § Bioteknologi adalah ilmu tua yang menjadi muda karena adanya revolusi ilmu pengetahuan. § Sejak 8000 tahun yang lalu bangsa mesir kuno telah menggunakan mikroorganisme seperti yeast (Saccharomyces) untuk membuat roti dari gandum dan minuman anggur. § Penggunaan mikroba lainnya seperti dalam pembuatan keju (mold penicillium requeforti). Lebih dekat ke nenek moyang kita yang menggunakan kapang Rhizopus untuk membuat tempe dari kedele. Semua ini adalah penggunaan mikroorganisme pada tingkat sel untuk tujuan pangan. Biotechnology used to leaven bread and ferment beer, using yeast (Egypt). Production of cheese, fermentation of wine begins (Sumeria, China) Egyp  BIOTEKNOLOGI MODERN q Bioteknologi modern lahir pada tahun 1970-an dengan munculnya teknologi DNA rekombinan q Ilmuwan dari universitas california yang bernama Herbert Boyer yang berhasil mengembangkan teknologi canggih untuk dapat memotong rantai DNA dan menyambungnya Kembali q Kemudian ilmuwan dari stanford university yang bernama Stanley cohen menemukan cara bagaimana memasukkan materi DNA yang berbentuk lingkaran (plasmid) ke dalam sel Ø Periode awal - Produk fermentasi tradisional ( bir, wine, cuka, sake, yogurt, keju, tempe, oncom, tape dll). - 4000 SM : Penyulingan wiski (awal produksi etanol) - 1632 – 1723 : Anthonie van leeuwenhoek (keberadaan mikroba diketahui ). - Tengah abad 19 : Mikrobiologi lahir, Louis Pasteur (Peran mikroba dalam fermentasi diketahui) Ø Periode kedua (Abad 20) - 1913 – 1915 : Fermentasi aseton dan butanol - 1914 – 1918 : Fermentasi gliserol - 1923 : Fermentasi asam sitrat - 1928/1929 : Ditemukan Penicillim - 1940 – 1944 : Penicillin diproduksi dalam skala besar - 1953 : Struktur DNA dipahami  Ø Periode ketiga (1973) Awal rekayasa genetik dengan teknik DNA rekombinan 1982 : Humulin@ (human insulin) diproduksi pertama kali sebagai produk DNA rekombinan.  PENGGOLONGAN Aplikasi RED BIOTECHNOLOGY bioteknologi dibidang medis WHITE / GREY Aplikasi dalam BIOTECHNOLOGY industri Aplikasi bioteknologi GREEN BIOTECHNOLOGY dibidang pertanian dan peternakan BLUE BIOTECHNOLOGY Aplikasi bidang perairan/ akuatik 1. Industri bahan baku obat sangat lemah Ø Padat modal Ø Padat ilmu Ø Jangka waktu 5 – 10 tahun untuk mandiri Ø Kebutuhan aneka jenis dengan volume kecil (kurang ekonomis) 2. Industri Farmasi yang ada industri formulasi Ø Persaingan perdagangan Ø Teknologi sederhana 3. Industri obat alami Tahap awal perkembangan Ø Bahan baku : tersedia Ø Teknologi : sederhana Ø Perizinan : tidak rumit 4.Industri obat berbasis bioteknologi ØProspektif, high value, low volume ØBerbasis protein rekombinan  Paruh pertama abad 21 akan didominasi oleh pengembangan obat berbasis protein rekombinan: vaksin, antibodi, diagnostic untuk mengobati, mencegah dan memperbaiki kerusakan fungsi tubuh yang disebabkan oleh penyakit, kecelakaan atau keuzuran Paruh kedua merupakan era penerapan teknologi pengobatan skala atomik (nano teknologi) untuk memperbaiki kerusakan fungsi tubuh yang disebabkan oleh kelainan ditingkat molekuler atau genom manusia Terjadi revolusi riset bidang farmasi pasca genomic o Molekuler genetik dan pemetaan genom manusia o Identifikasi keterkaitan antara gen dan penyakit o Memahami kenapa respon individu terhadap obat berbeda (menuju era pharmacogenomic) o Mempercepat dan meningkatkan kualitas proses penemuan obat Mentransformasikan keunggulan komparatif dari sumber daya hayati yang tersedia, menjadi keunggulan kompetitif, yakni produk-produk yang bernilai ekonomi tinggi melalui pendekatan bioteknologi  Information Environment & models Others Therapeutics Transgenic Health Agriculture Molecular Diagnostics Biotech breeding Industrial Enabling Bioinformatics Material Components application Functional Structural Chemicals genomics genomics  Sebagai bidang ilmu, bersinergi dengan ilmu lain menciptakan ilmu pengetahuan baru Genomic Information Medicines Genomic technologi Bioteknologi § Bioinformatics § Molecular medicines § Biosensor § Pharmacogenomic § Biodefence § Stem cell § Biochips § Gene terapi Genomic Agriculture § Molecular breeding § Transgenic § Biofarming q Teknik rekayasa Produk bernilai organisme hidup atau bagian dari organisme, tinggi bidang : untuk membuat atau Ø Pertanian memodifikasi suatu Ø Kesehatan produk (meningkatkan Ø Kimia produktifitas tanaman Ø Lingkungan dan hewan serta memodifikasi mikroorganisme untuk pemanfaatan industri  § Prime seeds § Low chlolesterol § Seeds § Probiotik § Frost/dried resistence § Life-vaccin § Pest resistence Foods Fishery § Fast grow § Antibiotics Crops § Anticancer Husbandary § Antivirus § Cosmetics § Vitamines Pertanian § Fine chem. § Vaccine § Detergen § Hormones § Alkohol Pharmacist Bioteknologi § Starch Kesehatan Lingkungan Industri Bio device § Biopesticide § Enzymes § Biofertilizer § Diag. kits § Bioenergi § Biosensor Ø Biodefence : Perangkat diagnosa & pertahanan melawan bioterorisme Ø Gene therapy : Pengobatan kelainan genetik melalui implantasi gen normal atau gen yang dikoreksi melalui rekayasa Ø Bioinformatics : Terapan ilmu informatika pada bioteknologi khususnya riset genomic Ø Genomics & Proteomics : Pengetahuan aplikasi terapi, diagnostik dan vaksinasi berbasis genome dan protein Ø Biofarming : Produksi senyawa fungsional (obat, pangan dsb) dengan memanfaatkan tanaman dan hewan sebagai bioreaktor Ø Stem cell : Terapi kelainan genetik (kanker, jantung) melalui kultur stem sel sendiri BIOTEKNOLOGI KEDOKTERAN  DIAGNOSTICS Genes mutation can be analyzed by: ØPCR and sequencing ØRestriction fragment length polymorphism (RFLP)  Restriction fragment length polymorphism (RFLP) In molecular biology, the term restriction fragment length polymorphism (RFLP) is used in two related contexts: as a characteristic of DNA molecules (arising from their differing nucleotide sequences) by which they may be distinguished, and as the laboratory technique which uses this characteristic to compare DNA molecules.  RFLP result The distance between the locations cut by restriction enzymes (the restriction sites) varies between individuals: so the length of the fragments varies, and the position of certain gel bands differs between individuals. This can be used to genetically tell individuals apart. It can also show the genetic relationship between individuals, because children inherit genetic elements from their parents. It is also used to determine the relationships among species.  MEASUREMENT OF AFP Alpha-fetoprotein (AFP) q AFP is a protein that is normally only produced in the fetus during its development. q Its measurement during pregnancy has been useful to detect certain abnormalities - specifically, if high levels of AFP are found in amniotic fluid, it can indicate a developmental defect in the baby (down syndrome). q In some patients who are not pregnant a tumor can produce AFP, thus it can be used as a tumor marker (liver cancer). AFP is usually measured by ELISA (Kit) Elisa reader  Gene cloning for gene therapy Contoh penyakit genetik yang disebabkan karena kerusakan satu gen Nama penyakit/ gejala Gen yang rusak Hemofilia A Faktor pembekuan darah VIII Hemofilia B Faktor pembekuan darah IX Emfisema Α1-antitripsin Cystic fibrosis Regulator cystic fibrosis transmembran Fenilketourea Fenilalanin hidroksilase Penyakit Gaucher Glukoserebrosidase Hiperamonemia Ornitin transkarbamilase BIOTEKNOLOGI PERTANIAN Golden rice Tomat tahan lama Kentang tinggi karbohidrat, Mengandung vit.A rendah lemak, sedikit Solusi untuk malnutrisi menyerap minyak saat menggoreng Sebagai alternatif pemberian vaksin hepatitis B (pisang) BIOTEKNOLOGI KELAUTAN DAN PERIKANAN Industri bioteknologi kelautan belum begitu berkembang di Indonesia, meskipun beberapa perusahaan telah menggali potensinya secara komersil. Potensi sumberdaya hayati perairan untuk industri bioteknologi kelautan meliputi : 1) industri bioproses yaitu proses yang memanfaatkan organisme untuk menghasilkan berbagai produk dan jasa seperti bioenergi dari rumput laut dan mikroalga 2) Industri budidaya organisme perairan dan turunannya, seperti budidaya rumput laut untuk bahan obat dan kosmetik 3) Industri pengujian bahan-bahan berbahaya pada produk seafood melalui metode bioteknologi untuk meningkatkan keamanan dan daya saing ekspor 4) dan lain sebagainya.