Pengertian dan Prinsip Dasar Bioteknologi

Bapak Bioteknologi

Louis Pasteur adalah orang yang pertama kali menggunakan metode fermentasi sehingga disebut sebagai Bapak Bioteknologi. Istilah bioteknologi baru populer pada abad ke-20

Tri Wibowo (2001) mendefinisikan bioteknologi sebagai suatu penerapan teknik-teknik biologi, biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen-komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa

Bioteknologi merupakan proses pemanfaatan agen hayati untuk menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia. Agen hayati yang biasa digunakan adalah mikroorganisme, seperti bakteri dan jamur. Karena, perkembangbiakannya relatif cepat, mudah dimodifikasi, dan mampu memproses bahan baku lebih cepat

Berdasarkan pengertian bioteknologi tersebut, maka terdapat 4 prinsip dasar bioteknologi, yaitu 1) penggunaan agen biologi, 2) menggunakan metode tertentu, 3)  dihasilkannya suatu produk turunan, dan 4) melibatkan banyak disiplin ilmu. Beberapa disiplin ilmu yang terlibat, yaitu bidang Beberapa cabang biologi dan ilmu kimia yang mendukung kemajuan dan perkembangan bioteknologi, antara lain: sitologi, fisiologi, mikrobiologi, biologi molekuler, genetika (genetika molekuler dan rekayasa genetika), biokimia, dan teknik kimia, pengolahan makanan, bidang kesehatan, bidang pertaniaan dan perkebunan, serta bidang lingkungan.

5.1.2 Jenis Bioteknologi

Ada 2 jenis bioteknologi, yakni bioteknologi konvensional (sederhana) dan bioteknologi modern. Bioteknologi konvensional menerapkan biologi, biokimia, atau rekayasa masih dalam tingkat yang terbatas. Bioteknologi konvensional menggunakan jasad hidup secara utuh.

Beberapa ciri atau sifat dari bioteknologi konvensional, antara lain: masih menerapkan teknik-teknik biologi, bioteknologi, dan rekayasa genetika yang terbatas, masih menggunakan mikroorganisme seadanya, belum mengembangkan teknik sampai tingkatan molekuler yang terarah, belum sepenuhnya steril (bebas dari mikrobia yang tidak diinginkan), jumlah produknya relatif sedikit, serta kualitasnya belum terjamin.

Fermentasi merupakan salah satu contoh dari penerapan bioteknologi konvensional dan telah digunakan dalam menghasilkan produk, baik dalam skala kecil maupun industri besar (misalnya: tauco, kecap, minuman anggur, dan sake).

Beberapa contoh produk boiteknologi konvensional :

No	Produk	Bahan makanan	mikroorganisme
1.	tempe	kedelai	Rhizopus oligospora, Rhizopus oryzae
2.	kecap	kedelai	Aspergillus wentii
3.	keju	susu	Penicillium requeforti Penicillium camemberti Lactobacillus sp
4.	yoghurt	susu	Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophillus
5.	roti	gandum	Saccharomyces cereviceae
6.	nata de coco	air kelapa	Acetobacter xylinum
7.	tape	beras ketan , singkong	Saccharomyces cereviceae
8.	brem padat	beras ketan	Saccharomyces cereviceae
9.	oncom	Kacang tanah	Neurospora crassa
10.	Minuman anggur	Buah anggur	Saccharomyces ellipsoideus

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.  Beberapa prinsip dasar dalam rekayasa genetika, yaitu 1) DNA rekombinan, 2) fusi protoplasma, dan 3) kultur jaringan.

a.    DNA Rekombinan

Perubahan susunan DNA diperoleh melalui teknik DNA rekombinan, yang melibatkan bakteri atau virus sebagai vektor (perantara). Proses DNA rekombinan melalui 3 tahapan, yaitu 1) mengisolasi DNA, 2) memotong dan menyambung DNA (transplantasi gen/DNA), dan 3) memasukkan DNA ke dalam sel hidup. Pemotongan gen dalam satu untaian DNA menggunakan enzim endonuklease restriksi yang berperan sebagai gunting biologi. Segmen DNA kemudian dimasukkan dalam suatu vector berupa plasmid atau virus. Plasmid adalah rantai DNA melingkar di luar kromosom bakteri.

Gen atau DNA yang telah diisolasi kemudian dicangkokkan ke dalam plasmid. Proses ini dikenal dengan transplantasi gen. Penyambungan gen tersebut menggunakan enzim ligase yang berperan sebagai lem biologi. Dengan demikian, diperoleh organism dengan rantai DNA gabungan atau kombinasi baru sehingga rantai DNA ini disebut DNA rekombinan. DNA baru yang telah membawa segmen DNA cangkokan selanjutnya memasuki tahap akhir, yaitu dimasukkan ke dalam vektor sel bakteri maupun virus.

b.   Fusi Protoplasma

Fusi protoplasma adalah penggabungan dua sel dari jaringan yang sama (organisme berbeda) dalam suatu medan listrik. Fusi protoplasma pada tumbuhan melalui tahap-tahap, 1)  menyiapkan protoplasma dari sel-sel yang masih muda karena dinding sel tipis serta protoplasma yang banyak dan utuh, 2) mengisolasi protoplasma sel dengan cara menghilangkan dinding selnya dengan menggunakan enzim kemudian dilakukan penyaringan dan sentrifugasi berkali-kali, 3) Protoplasma yang didapat kemudian diuji viabilitasnya (aktivitas hidupnya) dengan cara melihat aktivitas organel, misalnya melihat aktivitas fotosintesisnya.

Fusi protoplasma pada sel hewan dan manusia sangat berguna terutama untuk menghasilkan hibridoma. Hibridoma merupakan hasil fusi yang terjadi antara sel pembentuk antibody dan sel mieloma. Sel pembentuk antibodi ini adalah sel limfosit B, sedangkan sel mieloma sendiri merupakan sel kanker. Sel hibridoma yang dihasilkan dapat membelah secara tidak terbatas seperti sel kanker, tetapi juga menghasilkan antibodi seperti sel-sel limfosit B. Hibridoma yang dihasilkan diseleksi karena setiap sel menghasilkan antibodi yang sifatnya khas. Satu antibodi yang dihasilkan spesifik untuk satu antigen. Setiap hibrid ini kemudian diperbanyak (dikloning). Oleh karena antibodi ini berasal dari satu klon maka antibodi ini disebut antibodi monoklonal.

c.    Kultur Jaringan

Teori yang melandasi teknik kultur jaringan ini adalah teori Totipotensi, yaitu kemampuan untuk tumbuh menjadi individu baru bila ditempatkan pada lingkungan yang sesuai. Tahap-tahap kultur jaringan dalam membentuk embrio dari sel somatik serupa pada tahap perkembangan zigot menjadi embrio. Perkembangan tersebut dimulai dari sel → globular → bentuk jantung → bentuk torpedo → bentuk kotiledon → bentuk plantlet (tumbuhan muda).

Kultur jaringan merupakan perbanyakan vegetative mengunakan jaringan atau sel pada medium buatan (biasanya berupa agar-agar yang diperkaya dengan hormon, vitamin, dan unsur hara). Kultur jaringan merupakan salah satu alternatif untuk mendapatkan tanaman baru yang mempunyai sifat sama dengan induknya. Teknik ini hanya membutuhkan jaringan maupun sel dari tumbuhan dan akan didapatkan tanaman sejenis dalam jumlah besar. Kultur jaringan sering disebut sebagai perbanyakan secara in vitro karena jaringan ditanam (dikultur) pada suatu media buatan (bukan alami).

5.2.1 Implikasi Bioteknologi pada Sain, Teknologi, Lingkungan, dan Masyarakat

Penerapan bioteknologi

a.      Bidang pangan, Contoh: PST dan mikoprotein

b.      Bidang pertanian dan peternakan, Contoh: padi transgenik, buah tahan busuk, tembakau resisten terhadap virus, dan ikan salmon raksasa

c.       Bidang kedokteran, Contoh: pembuatan insulin, vaksin, dan antibodi monoclonal

1. Peranan/ manfaat bioteknologi

1. Di bidang kedokteran :

• Antibody monoklonal : antibody yang diperoleh dari suatu sumber tunggal. Manfaat antibody monoklonal antara lain : mendetaksi kandungan hormone korionik gonadotropin dalam urine wanita hamil, mengikat racun dan menonaktifkannya, mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan lain.
• Pembuatan vaksin : vaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadap tubuh yang berasal dari mikroorganisme. Vaksin berasal dari virus dan bakteri yang telah dilemahkan atau racunnya diambil.

Contoh   vaksin :

Vaksin BCG           : untuk mencegah penyakit TBC

Vaksin kotipa         : mencegah penyakit kolera, tifus, paratifus

Vaksin varisela       : mencegah penyakit cacar air

Vaksin MMR          : mencegah penyakit campak, gondong, rubella

DPT/DT                  : mencegah penyakit difteri, pertusis, tetanus

• Pembuatan antibiotik : antibiotic adalah zat yang dihasilkan oleh organism tertentu dan berfungsi untuk menghambat pertumbuhan organism lain yang ada di sekitarnya. Antibiotic dapat diperoleh dari jamur atau bakteri tertentu.

Contoh  antibiotik

No	Antibiotik	Mikroorganisme
1.	Streptomycin	Streptomycetes griseus
2.	Polymyxin	Bacillus polymyxa
3.	Pinisilin	Pinicilium notatum
4.	Griseofulvin	Pinicilium griseofulvum
5.	Sefalosporin	Cepalosporium acremonium

• Pembuatan hormon : dengan rekayasa DNA telah digunakan mikroorganisme tertentu untuk memproduksi hormone,  misalnya : hormone insulin, testosterone, pertumbuhan, kortison.

1. Bidang pertanian :

• Dihasilkan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen : tanaman selain Leguminoceae dapat mengikat nitrogen karena diinjeksi dengan bakteri rhizobium yang hidup pada akar tanaman Leguminoceae
• Dihasilkan tumbuhan tahan hama : misalnya tembakau tahan penyakit mozaik daun
• Penghasil PST ( Protein Sel Tunggal )                :
•  

NO	Mikroorganisme	Kegunaan
1	Methylophillus methylotrophus	Makanan ternak agar menghasilkan daging dan susu yang berkualitas
2	Spirulina	Sumber pangan kaya protein bagi manusia
3	Chlorella	Sumber pangan kaya protein bagi manusia
4	Fusarium	Makanan tambahan ternak
5	Saccharomyces cereviceae	Suplemen makanan ternak
6	Candida utilis	Suplemen makanan ternak

1. Bidang lingkungan hidup

• Dihasilkan mikroorganisme yang digunakan untuk mengatasi pencemaran yang disebabkan oleh tumpahan minyak, yaitu Xanthomonas campestris dan Pseudomonas
• Memproduksi plastik yang dapat diuraikan oleh bakteri
• Mengolah limbah cair menjadi bahan bakar , misalnya limbah dari organik dengan bantuan mikroorganisme diubah menjadi bahan bakar alternative, yaitu biogas (dari feses hewan), gasahol (alkohol dari fermentasi gula tebu)

Dampak bioteknologi

a. Dampak terhadap lingkungan, (1). Dampak positif: a) Penemuan tumbuhan yang tahan terhadap serangan hama, b) Peningkatan aktivitas pengolahan bahan tambang sehingga mengurangi pencemaran limbah. (2) Dampak negative: a) dapat menyebabkan gulma menjadi resisten sehingga populasinya melimpah, b) dapat menimbulkan ketidakseimbangan ekosistem

b. Dampak di bidang sosial ekonomi, (1) Dampak positif: a) Kalangan industri giat mencari tanaman atau hewan varietas baru agar nilai jualnya lebih tinggi, b) Pasar komersial banyak menyediakan produk-produk hasil rekayasa genetika. (2) Dampak negative: a) Terjadi kesenjangan dan kecemburuan dalam masyarakat karena produk-produk dari petani tradisional mulai tersisih.

c. Dampak terhadap kesehata, (1) Dampak positif: Penemuan-penemuan produk obat atau hormon menyebabkan produk tersebut murah dan mudah didapat oleh masyarakat. (2) Dampak negative: Penggunaan produk kesehatan juga dapat menimbulkan gejala-gejala lain dari suatu penyakit, misalnya alergi.

d. Dampak etika moral Manusia diharapkan dapat bertindak bijaksana dalam merekayasa alam.