Bioteknologi

Bab 8 Bioteknologi

Bioteknologi; mempelajari pemanfaatan prinsip-prinsip dan kerekayasaan terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun menghasilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia.

Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal. Bioteknologi secara umum berarti meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi

Bioteknologi konvensional: memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan, seperti tempe, tape, oncom, dan kecap. Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnya antara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk keju dan yoghurt. Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masa lalu. Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaitu adanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan “belum mengenal” adanya penggunaan enzim.

Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia. Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektif dan efisien.

Bioteknologi memiliki beberapa jenis atau cabang ilmu yang beberapa diantaranya diasosikan dengan warna, yaitu:

• Bioteknologi merah (red biotechnology) adalah cabang ilmu bioteknologi yang mempelajari aplikasi bioeknologi di bidang medis.

• Bioteknologi putih/abu-abu (white/gray biotechnology) adalah bioteknologi yang diaplikasikan dalam industri seperti pengembangan dan produksi senyawa baru serta pembuatan sumber energi terbarukan.

• Bioteknologi hijau (green biotechnology) mempelajari aplikasi bioteknologi di bidang pertanian dan peternakan.

• Bioteknologi biru (blue biotechnology) disebut juga bioteknologi akuatik/perairan yang mengendalikan proses-proses yang terjadi di lingkungan akuatik.

Bioteknologi dengan Menggunakan Mikroorganisme

Bioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir (yeast), dan kapang, dengan alasan:

- Pertumbuhan cepat

- Sel-selnya memiliki kandungan protein yang tinggi

- Dapat menggunakan produk-produk sisah sebagai substratnya (limbah pertanian dll)

- Menghasilkan produk yang tidak toksik

• Peran Mikoroorganisme di sini adalah mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi.

Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan atau Minuman

Mikoroorganisme pada proses fermentasi menyebabkan perubahan senyawa-senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa yang lebih sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma.

Mikroorganisme Penghasil Obat

• Peran Mikroorganisme di sini adalah menghasilkan Antibiotik (Penisilin, Sefalosporin, Tetrasiklin, Eritromisin), yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain, dan Vaksin, yang dapat mengaktifkan sistem kekebalan tubuh manusia.

Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman

• Peran Mikroorganisme di sini adalah sebagai agen pengendali hayati, yaitu pengendalian terhadap hama dengan menggunakan musuh alami. Misalnya pengendalian hama serangga pada tanaman menggunakan bakteri patogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensis.

Mikroorganisme Pengolah Limbah

• Mikroorganisme membantu pengolahan berbagai jenis limbah, terutama dalam penguraian limbah organik (RT, pasar, industri, dll)

Mikroorganisme Pemisah Logam dari Bijih

Thiobacillus ferrooxidan berperan memisahkan logam dari bijihnya atau kotoran sehingga didapat logam berkualitas tinggi, seperti emas, galiu, mangan, kadmium, nikel, dan uranium.

Kultur jaringan merukapan salah satu teknik kloning tumbuhan. Kultur jaringan juga disebut sebagai mikropropagasi, yaitu bentuk perbanyakan tumbuhan secara vegetatif dengan memanipulasi jaringan somatik (jaringan tubuh) tumbuhan di dalam kultur aseptik (bebas kuman) dengan lingkungan terkontrol.

Potongan akar, batang, atau daun yang dapat membentuk tumbuhan utuh dinamakan eksplan. Eksplan memiliki sifat totipotensi, yaitu kemampuan sel tumbuhan untuk berkembang menjadi tumbuhan yang utuh. Sifat ini dimiliki oleh bagian-bagian tumbuhan yang masih tumbuh.

Kalus adalah potongan jaringan tumbuhan yang terdiri dari sejumlah kecil sel-sel pada medium kultur yang sesuai dan dibiarkan tumbuh menjadi massa sel yang belum terdeferensiasi.

Medium kultur: gula, garam anorganik, nitrogen organik, hormon pertumbuhan.

Rekayasa genetik (juga disebut DNA rekombinan dan pencangkokan gen) adalah teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolaso, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya (secara in vitro).

50 tahun yang lalu, Dr. Paul Berg, Dr. Stanley Cohen, Dr. Annie Chang dari Stanford University, serta Dr. Herbert Boyer dan Dr. Robert Helling dari University of California menemukan bahwa bahan kimia tertentu yaitu enzim restriksi endonuklease dapat berfungsi sebagai ”gunting molekuler” yang dapat mengenal dan memotong secara kimiawi tempat-tempat khusus di sepanjang sebuah molekul DNA.

Penemuan enzim ligase: dapat menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan. Hibrid yang terbentuk dengan cara ini desebut DNA rekombinan.

Sebuah gen harus diangkut oleh suatu materi genetik khusus yang disebut vektor, salah satu yang bermanfaat adalah plasmid yaitu molekul DNA sirkuler kecil yang terdapat di luar kromosom bakteri.

Plasmid berasal dari bakteri. DNA dipotong oleh enzim restriksi, fragmen DNA baru disisipkan, kemudian plasmid dikembalikan. Saat bakteri membelah diri, rekombinan juga.

Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri tanah yang menyebabkan infeksi tumor pada tanaman. Bakteri ini digunakan untuk menunda pematangan buah, ketahanan terhadap pestisida, dan resistensi terhadap lingkungan.

Prosedur rekayasa genetika secara umum meliputi:

1. Isolasi gen.

2. Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik.

3. Mentrasfer gen tersebut ke organisme baru.

4. Membentuk produk organisme transgenik.

Prosedur pembentukan organisme transgenic ada dua, yaitu:

1. Melalui proses introduksi gen

2. Melalui proses mutagenesis

Perubahan sifat Biologis melalui rekayasa genetika menyebabkan "lahirnya organisme baru" produk bioteknologi dengan sifat - sifat yang menguntungkan bagi manusia. Produk bioteknologi, antara lain: Jagung resisten hama serangga, Kapas resisten hama serangga, Pepaya resisten virus, Enzim pemacu produksi susu pada sapi, Padi mengandung vitamin A, Pisang mengandung vaksin hepatitis

Manfaat Rekayasa Genetika

• Bidang Kedokteran

– Pembuatan Insulin manusia oleh bakteri : berkat bioteknologi, insulin tidak lagi harus didapatkan dari sapi dan babi, tetapi dengan pencangkokan gen yang dibantu bakteri E.coli

– Terapi gen manusia: melibatkan penyisipan gen ke dalam sel-sel individu dan jaringan untuk mengobati penyakit kronis dan kelainan genetik di mana suatu gangguan gen mutan diganti dengan gen fungsional. Walaupun teknologi ini masih dalam tahap percobaan, ia memegang janji besar untuk mengobati penyakit Warisan dan tidak dapat disembuhkan.

– Antibodi monoclonal: antibodi monospesifik yang dapat mengikat satu epitop saja. Antibodi monoklonal ini dapat dihasilkan dengan teknik hibridoma. Sel hibridoma merupakan fusi sel dan sel. Antibodi monoklonal adalah zat yang diproduksi oleh sel gabungan tipe tunggal yang memiliki kekhususan tambahan. Ini adalah komponen penting dari sistem kekebalan tubuh. Mereka dapat mengenali dan mengikat ke antigen yang spesifik. Pada teknologi antibodi monklonal, sel tumor yang dapat mereplikasi tanpa henti digabungkan dengan sel mamalia yang memproduksi antibodi. Hasil penggabungan sel ini adalah hybridoma, yang akan terus memproduksi antibodi. Antibodi monoklonal mengenali setiap determinan yang antigen (bagian dari makromolekul yang dikenali oleh sistem kekepalan tubuh / epitope). Mereka menyerang molekul targetnya dan mereka bisa memilah antara epitope yang sama. Selain sangat spesifik, mereka memberikan landasan untuk perlindungan melawan patogen. Antibodi monoklonal sekarang telah digunakan untuk banyak masalah diagnostik seperti : mengidentifikasi agen infeksi, mengidentifikasi tumor, antigen dan antibodi auto, mengukur protein dan level drug pada serum, mengenali darah dan jaringan, mengidentifikasi sel spesifik yang terlibat dalam respon kekebalan dan mengidentifikasi serta mengkuantifikasi hormon.

– Sel Punca: jenis sel khusus dengan kemampuan membentuk ulang dirinya dan dalam saat yang bersamaan membentuk sel yang terspesialisasi. Aplikasi dari sel punca diantaranya adalah pengobatan infark jantung yaitu menggunakan sel punca yang berasal dari sumsum tulang untuk mengganti sel-sel pembuluh yang rusak (neovaskularisasi). Aplikasi terapeutik sel stem embrionik pada berbagai penyakit degeneratif. Cermin Dunia Kedokteran . Selain itu, sel punca diduga dapat digunakan untuk pengobatan diabetes tipe I dengan cara mengganti sel pankreas yang sudah rusak dengan sel pankreas hasil diferensiasi sel punca. Hal ini dilakukan untuk menghindari reaksi penolakan yang dapat terjadi seperti pada transplantasi pankreas dari binatang. Sejauh ini percobaan telah berhasil dilakukan pada mencit.

• Bidang Peternakan dan Pertanian

– Organisme Transgenik

* Transfer gen pada hewan , Klona embrio

* Klona dengan transfer inti

– Tanaman hasil rekayasa genetika

* Tanaman transgenik direkayasa dengan menggunakan Agrobacterium tumefaciens untuk memperoleh sifat-sifat: menunda pematangan buah dan resistensi terhadap pestisida, herbisida, dan lingkungan.

Penanggulangan dampak negatif

Untuk alergi, kita dapat menemukan  dampak dengan melakukan pengujian jangka lama pada konsumen. Untuk itu, produk perlu diberi label mengenai kandungan-kandunga yang terdapat di dalamnya.

Untuk hilangnya plasma nutfah, kita perlu melakukan pemeliharan jenis hewan dan tumbuhan di situs konservasi.

Dampak terakhir, untuk rusaknya ekosistem, kita harus bersikap rasional. Kita perlu melakukan dan turut serta dalam acara lingkungan, dan harus ikut dalam "go green".
(angeline dan stephani)