BIOTECHNOLOGY IS MAKING BUCKS FROM BUGS

Bioteknologi ??

MENGENAL BIOTEKNOLOGI

Organization for Economic Cooperation and Development

Penerapan prinsip sains (science) dan rekayasa (engineering) untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis guna menghasilkan barang dan jasa

Office of Technology Assesment of US Congress

Teknik pendayagunaan organisme hidup atau bagiannya untuk membuat atau memodifikasi suatu produk; meningkatkan/ memperbaiki sifat tanaman atau hewan; atau mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus

European Federation of Biotechnology

Penggunaan terpadu biokimia, mikrobiologi, dan ilmu-ilmu keteknikan dengan bantuan mikroba, bagian-bagian mikroba, atau sel dan jaringan organisme yang lebih tinggi dalam penerapannya secara teknologis dan industri

Biotechnology Industry Organization

Penggunaan proses-proses biologis umumnya, proses-proses seluler dan molekuler khususnya, untuk memecahkan masalah-masalah atau membuat produk yang berguna

Sejarah Perkembangan BioteknologiERA PRA PASTEUR (SEBELUM 1857 M) (Makanan dan minuman terfermentasi tanpa pengetahuan biologi kearifan tradisional (indogenous knowledge) 8000 SM : manusia mulai bertani dan beternak 4000-2000 SM: teknologi fermentasi pembuatan bir, keju, dan roti oleh bangsa Mesir, China dan Sumeria di Babylonia.

di Indonesia dikenal tape, tuak, dadih, tempe, oncom dan kecap.di Jepang dikenal minuman sake Abad ke-14 : distilasi untuk menghasilkan minuman beralkohol tinggi di Cina

Sejarah Perkembangan Bioteknologi (lanjutan)ERA PASTEUR (1857 1940) (Louis Pasteur (1957) membuktikan bahwa mikroba adalah penyebab fermentasi dalam proses pembuatan minuman beralkohol, dan kerusakan pangan. Ditandai dengan dihasilkannya pelarut organik (aseton, butanol, etanol), asam organik (asam sitrat) dan gliserol ) 1865 : Gregor Mendel (Austria) mengumumkan teori hereditas Mendel

1865-19401914

: teknologi pembuatan etanol, butanol, aseton, gliserol, asam-asam organik

: penggunaan lumpur aktif untuk penanganan limbah cair d Manchester

1928

: Alexander Fleming menemukan penicillin

Sejarah Perkembangan Bioteknologi (lanjutan)ERA ANTIBIOTIKA (1940 1960) (Riset pada tahun 1920 1940 menghasilkan pengertian yang lebih baik tentang biologi, pengetahuan tentang enzim sebagai katalis, dan gen mengkodekan suatu enzim) 1942 1944 1953 : Industri antibiotika (penicillin, streptomycin, erythromycin) : Avery, et al. menemukan DNA sebagai pembawa informasi genetik : James Watson dan Francis Crick mempublikasikan struktur DNA dalam jurnal Nature

ERA PASCA ANTIBIOTIKA (1960 - 1975) Pengetahuan metabolisme mikroba menghasilkan : glutamat (MSG) Asam amino : lysin dan asam Enzim : protease untuk industri deterjen Enzim amobil : glukose isomerase untuk HFS (high fructose syrup)

Gasohol

: ethanol sebagai bahan bakar alternatif (1974)

Sejarah Perkembangan Bioteknologi (lanjutan)ERA BIOTEKNOLOGI MODERN (mulai 1970) 1973 : Stanley Cohen dan Herbert Boyer berhasil memotong dan menyambung DNA dan menghasilkan DNA baru (lahirnya rekayasa genetika)

1978 1981 1982 1997 2000 2003 2007

: produksi hormon insulin dari mikroba terekayasa: hewan transgenik pertama (tikus) oleh ilmuwan Ohio University : tanaman transgenik pertama (Petunia) : kloning domba Dolly di Skotlandia : Transgenic rice (Golden Rice) : Domba Dolly mati karena sakit paru paru : Vaksin H5N1 untuk pencegahan flu burung (Avian flu)

Ruang lingkup bioteknologiPertanian Lingkungan Bioteknologi Kesehatan/obat-obatan

EnergiBahan-bahan kimia

Pangan (makanan dan minuman)Material Baru

Bioteknologi PertanianPenyediaan galur-galur baru Kultur jaringan untuk penyediaan bibit unggul

Hormon pertumbuhan, PST, vaksinBioinsektisida/biopestisida, biofungisida, bioherbisida

Pupuk biologis, mikoriza dan rhizobium

Bioteknologi LingkunganPengolahan limbah secara biologisPembangunan bioindustri yang bersahabat dengan lingkungan (minimum air, energi dan limbah)

Bioteknologi EnergiGasohol/Biofuel

Biogas

Bioteknologi Bahan-Bahan KimiaAsam-asam organik, pelarut-pelarut organik Asam-asam amino, enzim Biosensor

Bioteknologi Kesehatan dan Obat-ObatanInsulin Interferon

Vaksin Hepatitis BVaksin flu burung, dll. Lebih dari 250 juta orang di dunia telah tertolong oleh lebih dari 117 obat-obatan dan vaksin. Lebih dari 400 jenis obat-obatan dan vaksin mengatasi 200 penyakit (kanker, jantung, alzheimer, diabetes, arthritis, AIDS, dll.

Bioteknologi Pangan (Makanan dan Minuman)PST Produk-Produk Fermentasi

Pewarna, Zat Aroma PanganHFS (High Fructose Syrup)

Bioteknologi Material BaruBioplastik (PHA dan PLA) Biochip Dll.

Bioteknologi komoditi bernilai ekonomi tinggi

Di AS penjualan dari subsektor bioindustri meningkat dari US$ 7.7 billion (1994) menjadi US$ 45.3 billion (2006)

Investasi pada subsektor bioindustri membumbung tinggi dari US$ 45 billion (1994) menjadi US$ 392 billion (2006).

REKAYASA BIOPROSES (BIOPROCESS ENGINEERING) Rekayasa biokimia/bioproses berkaitan

dengan aplikasi proses biologis pada skala industri. Bidang ini menghubungkan ilmu-ilmu biologi (bilogical siences) dengan rekayasa kimia (chemical engineering).

KETERANGAN: A =B C AB BC AC ABC = = = = = =

BIOLOGICAL SCIENCES (ILMU HAYATI/BIOLOGI) CHEMISTRY/PROCESS SCIENCES (ILMU KIMIA/PROSES) ENGINEERING (REKAYASA/KETEKNIKAN) BIOCHEMISTRY (BIOKIMIA) CHEMICAL/PROCESS ENGINEERING (REKAYASA PROSES/TEKNIK KIMIA) BIOENGINEERING (REKAYASA/TEKNIK BIOLOGI) BIOCHEMICAL/BIOPROCESS ENGINEERING (REKAYASA BIOKIMIA/REKAYASA BIOPROSES).

REKAYASA BIOPROSES Rekayasa proses merupakan bagian yang terintegrasi dan tak terpisahkan dari bioteknologi. Rekayasa bioproses secara umum dapat didefinisikan sebagai penerapan prinsipprinsip keteknikan untuk merancang bangun,

mengoperasikan dan mengendalikan, serta menganalisa proses-proses biologis.

REKAYASA BIOPROSES Proses-proses biologis tersebut dapat berupa pembentukan produk yang diinginkan atau penghancuran bahan-bahan yang tidak

diinginkan dari skala laboratorium sampai ke skala industri/komersial.

REKAYASA BIOPROSESDengan batasan tersebut maka rekayasa bioproses meliputi : 1. Proses Hulu Optimasi/manipulasi media dan lingkungan pertumbuhan untuk memberikan hasil yang maksimal; Perancangan, pengoperasian dan pengendalian proses dan bioreaktor; Stoikiometri, Kinetika dan Permodelan Kultivasi

REKAYASA BIOPROSES2. Proses Hilir Proses hilir untuk pemanenan dan pemurnian produk (pemisahan, ekstraksi, isolasi, purifikasi, dan formulasi produk) 3. Scale Up Transport phenomena Pengandaan skala dari skala laboratorium ke skala pilot plant dan skala industri.

Typical BioprocessStock culture Medium preparation Medium formulation Sterilization Raw materials

Microorganism cell preparation Shake flask Seed fermenter

Production fermenter

Computer control

Air

RecoveryPurification Effluent treatment Products

TYPICAL BIOPROCESS FLOW SHEETPREPARATION OF BIOMASS Innoculum Stages FOAM CONTROL Antifoam Addition pH CONTROL Acid-Alkali Addition

PRODUCT RECOVERY

BIOREACTOR

CELL SEPARATION Intracellular product 1). CELL DISTRUPTION 2). PRODUCT EXTRACTION Extracellular product

Free Cells, Immoblized Cells or Enzyme Bioreactor

PRODUCT CONCENTRATION PROCESS

PRODUCT SEPARATION

PURIFICATION

STERILIZATIONDRYING

RAW MATERIASNutrients and Reactants in Aqueous Solution (may contain insoluble organic and/or inorganic materials)

Air

FINAL PRODUCT