Download pengembangan galur

MATA KULIAH TEKNOLOGI FERMENTASI
(PENGEMBANGAN GALUR)
JURUSAN TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
TEKNOLOGI FERMENTASI
Substrat
Mikroorganisme
Manfaat yang besar
dalam berbagai bidang
kehidupan, seperti :
kesehatan, produksi
pangan, industri dll
Metabolit
Primer & Sekunder
Kelemahan :
Jumlah terbatas
Pengembangan Galur
Waktu
fermentasi
lebih singkat
Adaptasi yang
tinggi
dengan proses
fermentasi
Tingkat
produksi lebih
tinggi
TUJUAN
PENGEMBANGAN
GALUR
Tidak menghasilkan
produk yang tidak
diinginkan
Tidak
membentuk
busa
Tingkat
konsumsi
oksigen lebih
rendah
Penggunaan
substrat lebih
murah
PENDAHULUAN
1.Sel
2.Asam nukleat :
1. DNA (Deoxirybo Nuclei Acid)
2. RNA (Rybo Nuclei Acid)
SEL
Sel merupakan unit terkecil dalam organisme
hidup, baik dalam dunia tumbuhan maupun
hewan.
Sel terbagi menjadi 2 macam :
a. Eukariot
b. Prokariot
c. Archea
Struktur sel
Asam Nukleat
Nukleoprotein
Protein
Asam nukleat
Nukleotida
Asam fosfat
Basa purin dan basa
pirimidin
Pentosa
Asam Nukleat
Nukleotida
•
Fosfat – Gula
– basa nitrogen
DNA
Purin : Adenin (A), Guanin (G)
Pirimidin : Timin (T), Sitosin (C)
RNA
Purin : Adenin (A), Guanin (G)
Pirimidin : Urasil (U), Sitosin (C)
Perbedaan DNA & RNA
DNA
• Bagian pentosa DNA
adalah deoksiribosa
• Bentuk molekul DNA
adalah
double
stranded / double
heliks (heliks ganda)
• Urutan basa yang
berbeda (A dan T, G
dan C)
RNA
• Bagian
pentosa
DNA
adalah ribosa
• Bentuk single stranded
(untai tunggal yang terlipat
sehingga menyerupai heliks
ganda
• Urutan basa yang berbeda
(A dan U, G dan C)
• Jumlah
guanin
pada
molekul RNA tidak perlu
sama dengan Cytosin,
demikian pula Urasil tidak
perlu sama dengan Adenin
Transkripsi
• Pembuatan RNA dengan menyalin basa DNA
(ekspresi genetik)
• Perubahan basa Timin menjadi Urasil
• Berlangsung dalam mitokondria
• RNA terbagi menjadi 3 bagian, yaitu
tRNA,rRNA dan mRNA
Translasi
• Proses sintesis polipeptida dari mRNA
• Translasi melibatkan ribosom sebagai tempat
penggabungan asam amino-asam amino menjadi
polipeptida
• tRNA sebagai pembawa asam amino ke ribosom
dan "penerjemah" sandi genetika mRNA
• Antibiotika dapat menghambat atau
menghentikan proses translasi pada biosintesis
protein; contohnya antibiotika anisomycin,
cycloheximide, chloramphenicol, dan tetracycline.
ISTILAH
Mutasi
Mutan
Mutagen
MUTASI GENETIK
• Perubahan dalam kromosom yang diturunkan
kepada generasi penerusnya
• Terjadi perubahan rangkaian nukleotida
• Terjadi secara spontan dan terus menerus dengan
laju lambat
Proses – proses mutasi
• Transisi
: penggantian satu basa purin
dengan basa purin lainnya atau pirimidin
dengan pirimidin lainnya
Transversi : penggantian satu basa purin dengan
pirimidin atau sebaliknya pada pada pasangan
basa molekul
Mutasi Frame-shift :
Mutagen
• Radiasi sinar ultra violet (UV) dengan λ 200 –
300 nm terutama pada λ 254 nm,
menyebabkan : pembentukkan dimer, transisi,
transversi dan frame-shift.
• Radiasi ion dengan sinar X, gamma
dan Beta
a. Penyebab ionisasi pada medium
b. Bersifat lebih kuat dari radiasi UV
sehingga dapat menempuh sel
yang tebal
c. Tingkat kerusakan yang besar
Mutagen Kimia
• Mempengaruhi DNA non-replikasi
a. Hidroksilamin, menyebabkan mutasi transisi
b. Komponen alkilasi (EMS, MMS, DES, DEB,
NTG, NMU dan gas mustard), menyebabkan
transisi, transversi dan frame-shift.
c. Asam nitrit, menyebabkan deaminasi adenin menjadi
hipoksantin dan sitosin menjadi urasil
• Analog basa, dapat menggantikan komponen
Timin dan Adenin dalam DNA replikasi
• Mutagen frame-shift :
– Menyisip diantara dua basa yang bersebelahan
dalam utas DNA
– Menghasilkan protein yang salah
– Contoh : pewarna akridin orange, proflavin dan
akriflavin
Perbaikan mutasi
1. Perbaikan bebas kesalahan
• Fotoreaktivasi ( mekanismenya memutuskan
ikatan kovalen basa)
• Perbaikan eksisi ( mekanismenya dengan
menyambungkan DNA yang rusak dengan enzim
polimerase dan ligase)
• Rekombinasi postreplikatif ( mekanismenya DNA
yang rusak akan menghasilkan DNA tiruan yang
memiliki celah setelah duplikasi dan ditutup
dengan bantuan enzim polimerase)
• Perbaikan SOS (terjadi pada DNA dengan
kerusakan tinggi, membentuk DNA baru yang
tidak sama dengan DNA induk, melibatkan
DNA polimerase dan DNA sintetase)
• Perbaikan adaptif ( dilakukan pada DNA rusak
akibat proses alkilasi konsentrasi sub letal)
2. Perbaikan tidak bebas kesalahan
Bagian DNA yang sudah diperbaiki dengan
komponen yang tidak sama dengan komponen
yang hilang
SELEKSI MUTAN
Karakteristik mutan yang diharapkan :
1. Galur murni
2. Produksi sel vegetatif dan spora atau unit propagasi yang
baik
3. Mudah tumbuh subur dengan fase lag yang pendek
4. Menghasilkan produk tunggal dalam jumlah banyak
5. Mudah dipanen
6. Bebas senyawa toksin
7. Dapat menghasilkan produk metabolit dalam waktu singkat
8. Dapat tumbuh dalam kondisi ekstrim
9. Sifat genetik yang stabil
10. Awet dan dapat disimpan janka waktu lama
Cara seleksi mutan
• Seleksi secara acak dilakukan pada kondisi
fermentasi skala industri, namun biayanya
mahal
• Isolasi secara selektif :
– isolasi mutan resisten
– isolasi mutan auksotrop
• Isolasi berdasarkan penampakan koloni
REKOMBINASI
• Rekombinasi pada bakteri :
– Transformasi (pemutusan fragmen kromosom
maupun plasmid sel donor dan bergabung dengan
fragmen kromosom maupun plasmid dari sel
penerima)
– Transduksi (pemindahan DNA dari satu bakteri ke
bakteri lain dengan bantuan virus)
– Konjugasi (pemindahan episoma dari sel donor ke
sel resipien)
Transduksi
Rekombinasi pada Kapang
Siklus seksual pada Kapang
Siklus paraseksual
Rekombinasi Penggabungan
Protoplasma, dengan tujuan :
1. Rekombinasi interspesifik antara galur
seksual dan paraseksual
2. Hibridisasi interspesifik untuk
memperoleh mikroba baru
3. Transfeksi atau transformasi protoplas
(kloning DNA)
REGULASI
Mekanisme induksi enzim (tidak terdapat inducer)
R
P
O
represor
RNA
polimerase
represor
S
DNA
Mekanisme induksi enzim (terdapat inducer)
R
P
O
S
DNA
Transkripsi
RNA
polimerase
Translasi
represor
Represor
inactive
inducer
Enzim
Mekanisme feed back represion (tanpa co represor)
R
P
O
S
DNA
Transkripsi
RNA
polimerase
Translasi
aporepresor
Enzim
Mekanisme feed back represion (terdapat co represor)
R
P
O
represor
RNA
polimerase
aporepresor
corepresor
Corepresor
S
DNA
Rekayasa Genetik Mikroba Tak Terarah
untuk Kegiatan Industri
– Dapat dilakukan melalui mutasi menggunakan
agensia mutagenik atau radiasi UV
• Contoh: Pengembangan Penicillium penghasil penicillin
yang tinggi
– Dapat dilakukan melalui fusi protoplas antar jasad
yang secara filogenetik berjauhan hubungannya;
sering digunakan pada rekayasa genetik khamir
(yeasts) dan jamur
– Rekayasa genetik alami
• Menumbuhkan mikroba dalam keadaan marginal
(“stressful”) dan menapis (selecting) galur mikroba baru
dengan kemampuan tumbuh yang lebih baik pada
keadaan tersebut.
• Muncul karena mutasi spontan.
Rekayasa Genetik Mikroba Terarah
untuk Kegiatan Industri
Melalui penyisipan potongan DNA yang
mengandung gen menggunakan teknologi
rekombinasi DNA untuk menghasilkan
produk protein tertentu.
 DNA hasil rekombinasi dapat dipindahkan
ke dalam jasad yang lain untuk
menghasilkan sifat yang dikehendaki di
jasad tersebut.
 Gen harus bisa diekspresikan.

Pengendalian Ekspresi Gen
– Melalui modifikasi pada daerah pengatur
transkripsi (transcriptional regulation),
memfusikan protein, dan menghilangkan
daerah pengatur umpan balik (feedback
regulation controls)
• Cara ini merupakan bagian dari pengendalian
jalur metabolisme untuk mengendalikan atau
meningkatkan produksi suatu bahan.
Vektor Ekspresi
Vektor yang memiliki promoter untuk
dapat melakukan transkripsi suatu gen
dalam suatu spesies yang dikehendaki.
DNA Rekombinan
• Kombinasi DNA yang berasal dari dua
organisme yang berbeda
– Bakteri dan manusia
– Bakteri dan tanaman
– Virus dan manusia
Bakteri Inang untuk Ekspresi Protein
• E. coli
– Informasi genetiknya sudah sangat dipahami
– Kemampuannya dalam fermentasi telah
sangat dipahami
– Tumbuh cepat dan tidak banyak persyaratan
– Dapat menerima berbagai vektor, mudah
ditransformasi,
– Protein intraseluler,
– Produksi protein rendah
Bakteri Inang untuk Ekspresi Protein
• Bacillus
– Informasi genetiknya sudah sangat dipahami
– Kemampuannya dalam fermentasi telah
sangat dipahami
– Tumbuh sangat cepat dan tidak banyak
persyaratan
– Produksi protein tinggi
– Sulit ditransformasi
– Protein intraseluler
– Pilihan vektor terbatas
Bakteri Inang untuk Ekspresi Protein
• Streptomyces
– Kemampuannya dalam fermentasi telah
sangat dipahami
– Informasi genetiknya sudah dipahami
– Tidak banyak persyaratan untuk tumbuh
– Produksi protein tinggi
– Protein ektraseluler
– Tumbuh lambat
– Sulit ditransformasi
– Pilihan vektor terbatas
Khamir Inang untuk Ekspresi Protein
• Saccharomyces
– Kemampuannya dalam fermentasi telah
sangat dipahami
– Informasi genetiknya sudah dipahami
– Tidak banyak persyaratan untuk tumbuh
– Tumbuh cepat
– Produksi protein tinggi
– Protein ektraseluler
– Sulit ditransformasi
– Pilihan vektor terbatas
Jamur Inang untuk Ekspresi Protein
• Trichoderma
– Tidak banyak persyaratan untuk tumbuh
– Produksi protein tinggi
– Protein ektraseluler
– Kemampuannya dalam fermentasi belum
banyak dipahami
– Sulit ditransformasi
– Tumbuh lambat
– Pilihan vektor terbatas
DNA Rekombinan
• Kombinasi DNA yang berasal dari dua
organisme yang berbeda
– Bakteri dan manusia
– Bakteri dan tanaman
– Virus dan manusia
Penggunaan Mikroba Rekombinan
control
Industri Keju:
• Industri keju memerlukan rennet, enzim protease yang
diperoleh dari lambung anak sapi yang masih
menyusu dan belum makan rumput.
• Pada tahun 1960 FAO memprediksi akan adanya
kekurangan rennet karena kebutuhan daging dunia
mendorong peternak untuk memelihara sapinya
hingga dewasa. Usaha untuk mencari enzim protease
pengganti rennet dimulai.
• Chymosin (rennet hasil rekayasa genetika) dihasilkan
pada awal tahun 1980an dari mikroba (Escherichia
coli, Kluyveromyces lactis dan Aspergillus niger) yang
direkayasa.
• Chymosin telah mengalami pengujian yang ketat
untuk menjamin keamanan penggunaannya.
Industri Keju:
• Chymosin memiliki sifat dan fungsi yang sama
dengan rennet yang diperoleh dari anak sapi. Enzim
ini dapat digunakan untuk menghasilkan keju yang
kualitasnya sama dengan keju yang dihasilkan
menggunakan rennet dari anak sapi yang lebih baik
daripada jika menggunakan rennet dari jamur atau
hewan selain sapi.
• Chymosin pertama kali digunakan untuk pembuatan
keju pada tahun 1988. Pada saat ini hampir 90%
rennet dihasilkan dari khamir terekayasa.
• Penggunaan Chymosin didukung oleh kelompok
vegetarian dan kelompok agama yang menolak
konsumsi bagian tubuh sapi.
Penggunaan Mikroba Rekombinan
(1C)
• Produksi protein komersial
– Protein pengobatan
• Insulin untuk pengobatan diabetes
• Interferon-gamma untuk pengobatan kanker
• Faktor VIII untuk pengobatan hemofili
• Erythropoetin untuk pencairan gumpalan
darah