Bioteknologi

Sejarah Bioteknologi

Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi,virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari padabiologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya.Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan. Di bidang medis, penerapan bioteknologi di masa lalu dibuktikan antara lain dengan penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin walaupun masih dalam jumlah yang terbatas akibat proses fermentasi yang tidak sempurna.
Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur..Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal.

Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS. Penelitian di bidang pengembangan sel induk juga memungkinkan para penderita stroke ataupun penyakit lain yang mengakibatkan kehilangan atau kerusakan pada jaringan tubuh dapat sembuh seperti sediakala. Di bidang pangan, dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika, kultur jaringan dan DNA rekombinan, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat giziyang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan. Penerapan bioteknologi di masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi. Sebagai contoh, pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.

Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari berbagai kontroversi yang melingkupi perkembangan teknologinya. Sebagai contoh, teknologi kloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman pangan mendapat kecaman dari bermacam-macam golongan.

Bioteknologi secara umum berarti meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut.

Pengertian Bioteknologi

Bioteknologi merupakan teknologi yang memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya untuk mendapatkan barang dan jasa. Dalam perkembangan lebih lanjut, bioteknologi didefinisikan sebagai pemanfaatan prinsip-prinsip dan rekayasa terhadap organisme, sistem atau proses biologis untuk manghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun menghasilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia.

Jenis Bioteknologi

1.    Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi sederhana yang menerapkan ilmu biologi, biokimia. Rekayasa yang terjadi masih dalam tingkat yang terbatas. Bioteknologi konvensional menggunakan jasad hidup secara utuh. Proses biokimia dan proses genetik terjadi secara alami. Manipulasi yang dilakukan dalam bioteknologi ini hanya sebatas manipulasi pada lingkungan dan media tumbuh serta tidak sampai pada tahap rekayasa genetika. Seandainya ad, rekayasa yang berlangsung bersifat sederhana dan perubahan yang terjadi tidak tepat sasaran. Biotektologi konvensioanal tidak dipakai untuk pembuatan produk secara mahal dan menggunakan biaya yang relatif rendah, selain itu ilmu yang digunakan pun biasanya diwariskan secara turun-temurun.

 contohnya: 

2.      Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern telah menggunakan teknik rekayasa tingkat tinggi dan terarah sehingga hasilnya dapat dikendalikan dengan baik. Teknik yang sering digunakan adalah dengan melakukan manipulasi genetik pada suatu jasad hidup secara terarah sehingga diperoleh hasil sesuai dengan yang diinginkan.

Teknik yang digunakan dalam bioteknologi modern adalah teknik manipulasi bahan genetik (DNA) secara in vitro, yaitu proses biologi yang berlangsung di luar sel atau organisme, misalnya dalam tabung percobaan. Oleh karena itu, bioteknologi modern juga dikenal dengan rekayasa genetika, yaitu proses yang ditujukan untuk menghasilkan organism transgenik. Organisme transgenik adalah organisme yang urutan informasi genetik dalam kromosomnya telah diubah sehingga mempunyai sifat menguntungkan yang dikehendaki.   

Berbeda dengan bioteknologi konvensional,bioteknologi modern sudah memanfaatkan metode-metode mutakhir, yaitu :

1. Kultur Jaringan Tumbuhan

Kultur jaringan tumbuhan merupakan teknik menumbuhkembangakan bagian tanaman, baik berupa sel, jaringan, atau organ dalam kondisi aseptik secara in vitro. Kultur jaringan dapat dilakukan karena adanya sifat totipotensi, yaitu kemampuan setiap sel tanaman untuk tumbuh menjadi individu baru bila berada dalam lingkungan yang sesuai. Teori ini pertama kali dikemukakan oleh G. Haberlandt (ahlli fisiologi Jerman pada tahun 1898). Teori kemudian diuji ulang oleh F.C. Steward pada tahun 1969 dengan menggunakan satu sel emplur wortel.

Dalam percobaannya, Steward dapat menumbuhkan satu sel empulur tersebut menjadi satu individu wortel.

Dalam kultur jaringan, tanaman yang akan dikulturkan sebiknya berupa jaringan muda yang sedang tumbuh, misalnya akar, daun muda, dan tunas. Bagian tumbuhan yang akan dikultur disebut sebagai eksplan.

a) Teknik Kultur Jaringan

Tanaman dengan teknik kultur jaringan dapat diperoleh dengan empat tahap sebagai berikut:

1. Tahap inisiasi adalah tahap penanaman eksplan ke dalam media. Media yang digunakan adalah media cair yang terdiri dari zat nutrisi dan zat pengatur tumbuh.

2. Tahap multiplikasi (perbanyakan kultur), eksplan akan tumbuh menjadi jaringan seperti kalus berwarna putih disebut protocorm like body (PLB).

3. Tahap menghasilkan plantlet, PLB berkembang menjadi tanaman kecil yang disebut plantlet.

4. Tahap aklimatiasi, plantlet dipisah-pisahkan dan dikultur dalam media padat. Setelah plantlet tumbuh menjadi tanaman yang sempurna, maka tanaman tersebut dipindah ke polybag.

Kultur jaringan akan berhasil dengan baik apabila syarat-syarat yang diperlukan terpenuhi. Syarat-syarat tersebut antara lain, yaitu :

1.  Pemilihan eksplan sebagai bahan dasar untuk pembentukan kalus.

2.  Penggunaan medium yang cocok.

3.  Keadaan aseptik.

4.  Pengaturan udara yang baik.

b) Manfaat dan Kelemahan Kultur Jaringan

Dengan melakukan kultur jaringan tumbuhan dapat diperoleh manfaat sebagai berikut.

1. Mendapat bibik banyak dalam waktu singkat yang identik dengan induknya.

2. Bibit terhindar dari hama dan penyakit.

3. Menghasilkan varietas baru seperti yang dikehendaki.

4. Mendapat hasil metabolisme tumbuhan (metabolit sekunder), misalnya karet, resin, tanpa areal tanaman yang luas dan tidak perlu menunggu tumbuhan dewasa.

5. Melestarikan tanaman-tanaman  yang hampir punah.

Selain memiliki manfaat, kultur jaringan juga memiliki kelemahan-kelemahan yaitu sebagai berikut.

1. Diperlukan biaya yang relatif tinggi.

2. Hanya mampu dilakukan oleh orang-orang tertentu saja, karena memiliki keahlian khusus.

3. Bibit hasil kultur jaringan memerlukan proses aklimatiasi, karena terbiasa dalam kondisi lembap dan aseptik.

2. Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika adalah suatu proses perubahan gen-gen dalam tubuh makhluk hidup. Rekayasa genetika dilakukan dengan cara mengisolasi dan mengidentifikasi serta memperbanyak gen yang dikehendaki.

Berbagai teknik rekayasa genetika berkembang dimungkinkan karena ditemukannya :

a) Enzim restriksi endonuklease yang dapat memotong benang DNA.

b) Enzim ligase yang dapat menyambung kembali benang DNA.

c)  Plasmid yang dapat digunakan sbagai wahana memindahkan potongan benang DNA tertentu ke dalam sel mikroorganisme.

lihat gambar berikut: 

Teknik rekayasa genetika  dapat dilakukan melalui :

1. Rekombinasi DNA

Rekombinasi DNA adalah proses penyambung 2 DNA dari organisme yang berbeda. Hasil penggabungan DNA dari individu yang tidak sama inj disebut dengan DNA rekombinan. Gen dari satu individu yang disisipi atau digabungkan pada gen individu yang lain disebut transgen, individunya disebut transgenik. Rekombinasi DNA dapat terjadi secara alami dan buatan. Secara alami dapat terjadi dengan cara :

a) Pindah silang, yaitu tukar menukar kromatid pada kromosom homolog sehingga DNA terputus dan tersambungkan secara silang.

b) Transduksi,yaitu bersambungnya DNA bakteri yang satu dengan bakteri yang lain dengan prantara virus.

c) Tranformasi, yaitu pemindahan sifat-sifat dari satu mikroba ke mikroba lainnya melalui bagian-bagian DNA tertentu dari mikroba pertama.

Rekombinasi DNA secara buatan dilakukan dengan penyambungan DNA secara in vitro. Alasan dilakukan rekombinasi DNA ini adalah :

a) Strutur DNA semua spesies sama.

b) DNA dapat disambung-sambungkan.

c) Ditemukan enzim pemotong dan penyambung.

d) Gen dapat terekspresi  di sel apapun.

Teknologi rekombinasi DNA memerlukan suatu prantara atau vektor untuk memasukkan gen ke dalam sel target berupa plasmid bakteri, sehingga merupakan bentuk teknologi plasmid. Plasmid adalah lingkaran kecil DNA bakteri atau eukariota bersel satu yang dapat bereplikasi. Alas an dipilihnya plasmid bakteri adalah :

a) Memiliki kemampuan memperbanyak diri melalui proses replikasi dan mudah disisipi gen lain.

b) Pasmid dapat dipindah ke sel bakteri lain.

c) Sifat plasmid pada keturan bakteri sama dengan induknya karena plasmid tidak terikat dengan kromosom inti.

d) Merupakan molekul DNA yang mengandung gen tertentu.

Metode rekombinasi DNA adalah :

a) Identifikasi gen yang diinginkan, dilakukan pada gen donor.

b) Isolasi gen donor, dilakukan dengan cara memotong gen donor dari DNA sekitar yang mengelilinginya.

c) Ekstrasi plasmid (cincin DNA) dari sel bakteri.

d) Membuka plasmid dan menyisipkan potongan DNA pembawa informasi yang dikehendaki.

e) Memasukkan plasmid berisi DNA rekombinan ke dalam sel bakteri.

f) Membiakkan bakteri yang telah direkayasa di dalam tabung fermentasi.

Contoh rekombinasi DNA pada bakteri adalah pada pembuatan insulin oleh bakteri E. coli.

3. Teknik Hibridoma/Fusi Sel.

Teknik hibridoma adalah penggabungan 2 sel dari organisme berbeda ataupun sama (fusi sel) sehingga menghasilkan sel tunggal berupa sel hybrid (hibridoma) yang memiliki kombinasi sifat dari kedua sel tersebut. Proses penggabungan sel menggunakan tenaga listrik, sehingga prosesnya disebut elektrofusi.

Hal-hal yang diperlukan dalam teknik hibridoma, yaitu :

a) Sel umber gen adalah sel-sel yang memiliki sifat yang diinginkan.

b) Sel wadah adalah sel yang mampu membelah dengan cepat (misalnya sel mieloma).

c) Fusi gen adalahza-zat yang mempercepat fusi sel (misalnya NaNO₃).

Teknik hibridoma dapat dimanfaatkan untuk pembuatan produk penting, misalnya antibodi monoclonal, pembentukan spesies baru, dan pemetaan kromosom.

4. Kloning

Kloning berasal dari bahasa inggris clonning yang berarti suatu usaha untuk menciptakan duplikat suatu organisme melalui proses aseksual. Tujuan utama kloning adalah untuk mengisolasi gen yang diinginkan dari seluruh gen yang ada (kromoson) pada organisme donor. Untuk mencapai tujuan tersebut, kloning dapat dilakukan dengan kloning embrio dan transfer inti. 

Kloning embrio dilakukan dengan fertilisasi in vitro, misalnya kloning pada sapi yang secara genetik identik untuk memproduksi hewan ternak. Sedangkan kloning dengan tanspfer inti yaitu pemindahan inti sel yang satu ke sel lain sehingga diperoleh individu baru yang memiliki sifat baru sesuai inti yang diterimanya. Kloning dengan transfer inti dilakukan dengan menggunakan sel somatis sebagai sumber gen. Contoh kloning dengan transfer inti adalah domba Dolly.

Penerapan Bioteknologi pada Beberapa Bidang

1. Penerapan Bioteknologi dalam Bidang Medis dan Kesehatan

Penerapan ini disebut sebagai bioteknologi merah, diawali dengan tahap analisa atau diagnosa suatu penyakit dan pengobatan sebuah penyakit. Beberapa contoh bioteknologi di bidang medis dan kesahatan misalnya penggunaan mikroorganisme pada antibiotik atau vaksin, penggunaan mikroorganisme pada hormon pada penyakit diabetes mellitus, bayi tabung, Antibodi Monoklonal, penggunaan sel intuk untuk pengibatan penyakit sroke, dan terapi gen untuk penyembuhan penyakit genetis.

2. Penerapan Bioteknologi dalam Bidang Pertanian dan Peternakan

Bioteknologi ini bioteknologi hijau, dilakukan dengan memodifikasi genetik dan rekayasa genetika untuk memperoleh varietas unggul, produksi tinggi, kandungan gizi tinggi, tahan hama, patogen, dan herbisida. Hal ini memberikan sumbangan besar terhadap kemajuan ilmu pemuliaan tanaman (plant breeding) dan kehidupan manusia bahkan berdampak pada kemajuan ekonomi manusia itu sendiri.

3. Penerapan Bioteknologi dalam bidang pertambangan (biometalurgi)

Di bidang pertambangan berkembang bioteknologi untuk memisahkan logam dari bijihnya yaitu dengan pemanfaatan bakteri Thiobacillus ferroxidans. Bakteri ini merupakan bakteri kemolitotrof yang mampu memisahkan logam dari bijihnya. Energy yang digunakan Thiobacillus ferroxidans dalam memisahkan logam dari bijihnya berasal dari hasil oksidasi senyawa anorganik khususnya senyawa besi dan belerang. Asam sulfat dari besi sulfat melarutkan logam dari bijihnya.

Berikut ini adalah tahapan bakteri dalam memisahkan tembaga dari bijihnya, yaitu :

a. Bakteri bereaksi dengan melarutkan senyawa belerang dan besi dalam batuan. Selanjutnya, bakteri mengoksidasi Fe²⁺ menjadi Fe^3+.

b. Unsure S dalam FeS₂ bereakasi dengan ion hydrogen dan molekul oksigen membentuk H₂SO₄.

c. Ion Fe³⁺ pada bijih yang mengandung CuSO₄ mengoksidasi ion Cu⁺ menjadi Cu²⁺ dan bereaksi dengan SO₄^2- dari H₂SO₄ sehingga membentuk CuSO_4.

d. Reaksi selanjutnya adalah sebagai berikut :

CuSO₄  + 2Fe + H₂SO₄ → 2FeSO₄ + Cu + 2H⁺

4. Penerapan Bioteknologi dalam Bidang Lingkungan (Biromediasi)

a. Pengolahan Limbah Cair

Limbah cair organic dapat diuraikan oleh bakteri anaerob menghasilkan bahan bakar alternative (biogas). Limbah cair yang mengandung protein, lemak, dan karbohidrat difermentasikan oleh metanobakterium secara anaerob sehingga mampu menghasilkan biogas.

b. Pengolahan Sampah/Limbah padat

Pengolahan sampah dengan bantuan mikroba adalah dengan cara pengomposan sampah-sampah organic. Pengomposan dapat dilakukan dengan aerobic maupun anaerobik.

c. Plastik Biodegradable

Salah satu usaha untuk mengurangi limbah plastic yang menimbulkan pencemaran adalah dengan cara memproduksi plastic yang mudah terurai (biodegradable) melalui bioteknologi. Mikroba yang mampu membuat plastic biodegradable antara lain Alxaligenes eutrophus. Plastic biodegradable lainnya adalah pululan yang diproduksi oleh Aureobasidium pullulans.

d. Pengolahan Limbah Minyak

Mikroorganisme yang berperan dalam mengatasi limbah minyak, yaitu :

1)  Pseudomonas hasil rekayasa genetika oleh Dr. Chakrabarty mampu membersihkan senyawa hodrokarbon dalam tumpahan minyak bumi dengan cara memecah ikatan hidrokarbon minyak.

2)  Acinetobacter calcoacetinius mampu memproduksi emulsan yang menyebabkan minyak bercampur dengan air sehinggga dapat dipecah oleh mikroba.

3)   Zhantomonas campestris dapat mengumpulkan tumpahan minyak setelah sebelumnya minyak diberi gum xanthan untuk mengentalkan.

Dampak Bioteknologi

Bioteknologi memiliki dampak positif  dan juga dampak negatif.

1. Dampak Positif  Bioteknologi

Dampak positif dari bioteknologi adalah dihasilkannya produk-produk yang bermanfaat bagi peningkatan kesejahtraan manusia.

•  Bioteknologi pengelolahan limbah menghasilkan produk biogas, kompos, dan lumpur aktif.  
• Bioteknologi di bidang kedokteran dapat menghasilkan obat-obatan, antar lain vaksin , antibiotik, antibodi monoklat, dan interferon  
• Bioteknologi dapat meningkatkan variasi dan hasil pertanian melalui kultur jaringan, fiksasi nitrogen pengendalian hama tanaman, dan pemberian hormon tumbuhan.  
• Bioteknologi dapat menghasilkan bahan bakar dengan pengelolahan biommasa menjadi etanol (cair) dan metana (gas)  
• Bioteknologi di bidang industri dapat menghasilkan makanan dan minuman, antara lain pembuatan roti, nata decoco, brem, mentega, yoghurt, tempe, kecap, bir dan anggur

2. Dampak negatif bioteknologi

• Menimbulkan penyakit pada manusia

Gen-gen yang mengkode untuk pembentukan antibiotic dapat saja mengalami kecelakaan di dalam tubuh bakteri sehingga menyebabkan penyakit pada manusia.

• Menimbulkan reaksi alergi

Timbulnya alergi yang disebabkan karena mengkomsumsi produk transgenic.

• Mengancam kelestarian alam

a)      Jagung hasil rekayasa genetik dapat membunuh ulat yang tidak berbahaya.

b)      Rekayasa genetika dapat menghasilkan gluma-gluma super.

c)      Tanaman rekayasa genetika dapat membahayakan burung yang memakannya.

d)     Menyebabkan kepunahan sebagian plasma nuftah asli karena yang dikembangkan sekarang hanya produk rekayasa genetika saja.

• Berpotensi digunakan sebagai alat perang

Beberapa orang mungkin dengan sengaja menciptakan kombinasi gen-gen baru untuk kepentingan perang (semacam senjata kimia dan senjata biologi).

 Kesimpulan

Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa dalam memenuhi kebutuhan hidup manusia. Bioteknologi digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena perkembangbiakannya relatif cepat, mudah dimodifikasi, dan mampu memproses bahan baku lebih cepat untuk menghasilkan produk baru. Pengolahan bioteknologi terbagi menjadi 2, yaitu secara tradisional atau konvensional sertBioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa dalam memenuhi kebutuhan hidup manusia. Bioteknologi digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena perkembangbiakannya relatif cepat, mudah dimodifikasi, dan mampu memproses bahan baku lebih cepat untuk menghasilkan produk baru. Pengolahan bioteknologi terbagi menjadi 2, yaitu secara tradisional atau konvensional serta modern. Penerapan bioteknologi konvensional dalam bidang pangan antara seperti :

a. Aplikasi Bioteknologi pada Yoghurt.

b. Aplikasi Bioteknologi pada Keju.

c. Aplikasi Bioteknologi pada Tempe.

d. Aplikasi Bioteknologi pada Tahu.

Sedangkan contoh bioteknologi  secara modern adalah pembuatan OHMG.

sekian bahasan materi tentang bioteknologi dari saya, semoga ilmunya bermanfaat. nantikan postingan terbaru lainnya :) terimakasih untuk kunjungannya

see youu babay