Bioteknologi

Bioteknologi 

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia.
A. Prinsip-prinsip bioteknologi:
 Agen biologi (enzim, mikroorganisme, sel tumbuhan, dan sel hewan)
 Pendayagunaan secara teknologis dan industrial
 Produk dan jasa yang diperoleh

B. Perbedaan Bioteknologi modern dan tradisional
 Bioteknologi Konvensional
 Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnya antara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk keju dan yoghurt.
 Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaitu adanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim.
 Bioteknologi Modern
 Dilakukan dengan memanipulasi gen atau rekayasa DNA selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.
 Aplikasi bioteknologi modern juga mencakup berbagai aspek kehidupan manusia, misalnya pada aspek pangan, pertanian, peternakan, hingga kesehatan dan pengobatan.
 Bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalam industri makanan, tetapi telah mencakup berbagai bidang.  Terdapat berbagai penelitian serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi

C. Prinsip dasar bioteknologi modern
1. DNA Rekombinan
Melibatkan bakteri / virus sebagai perantara. DNA Rekombinan memiliki beberapa tahap, antara lain mengisolasi DNA, Transplantasi Gen/DNA, dan memasukkan DNA ke dalam sel hidup. Untuk mengisolasi DNA, diperlukan enzim retriksi endonuklease. Enzim ini berfungsi sebagai “gunting molekuler”, yaitu menggunting gen dari DNA suatu makhluk hidup. Sebuah gen harus diangkut oleh suatu materi genetik khusus, yaitu vektor. Salah satu jenis vector adalah Plasmid (rantai DNA melingkar di luar kromosom bakteri). Transplantasi Gen/DNA yaitu Menyambungkan gen yang telah diisolasi ke dalam DNA plasmid vektor. Transplantasi Gen/DNA memerlukan bantuan dari enzim ligase. Enzim ini dapat menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan. Memasukkan DNA ke dalam sel hidup. Caranya adalah untaian DNA plasmid yg sirkuler dipotong, kemudian fragmen DNA baru disisipkan ke dalamnya, dan plasmid dikembalikan ke dalam bakteri. Bakteri ini melakukan replikasi dengan cara membelah diri. Tahap ini harus melalui pemanasan dalam larutan NaCl atau melalui elektroporasi.
2. Fusi Protoplasma
Merupakan penggabungan 2 sel dari jaringan yang sama / 2 sel dari organisme yang berbeda dalam suatu medan listrik. Fusi protoplasma dilakukan dalam suatu medan listrik.
 Tahap:
a. Menyiapkan protoplasma.
b. Mengisolasi protoplasma tersebut (menghilangkan dinding selnya)
c. Protoplasma diuji viabilitasnya (aktivitas hidup) dengan melihat aktivitas organelnya.
d. Setelah sel” mengalami fusi, hasilnya diseleksi.
3. Kultur Jaringan
Kultur jaringan membiakkan tumbuhan dengan cara mengambil sel/jaringan tumbuhan lalu menumbuhkannya pada media buatan.
Untuk membuat tumbuhan yang utuh, dapat dilakukan hanya dengan mengambil bagian akar, batang, atau daun yang disebut eksplan. Eksplan dapat membentuk tumbuhan yang utuh (planlet) karna adanya sifat totipotensi (kemampuan sel tumbuhan untuk berkembang menjadi tumbuhan yang utuh). Jaringan tumbuhan yang terdiri dari sejumlah kecil sel-sel pada medium kultur yang sesuai dan dibiarkan tumbuh menjadi massa sel yang belum terdiferensiasi disebut kalus. Medium kultur membutuhkan gula, garam-garam anorganik, nitrogen organik, dan unsur-unsur mikro. Ditambahkan juga horman pertumbuhan (auksin dan sitokinin). Komposisi medium yang digunakan tergantung pada spesies tumbuhan yang akan diklon. Tingkat auksin dan sitokinin yang rendah dapat mempertahankan keadaan jaringan tumbuhan untuk tetap dalam keadaan kalus. Peningkatan konsentrasi sitokinin memicu pertumbuhan tunas. Peningkatan konsentrasi auksin memicu pertumbuhan akar. Keuntungan kultur jaringan adalah dapat memperbanyak tumbuhan dalam waktu singkat dan menghasilkan tumbuhan baru dengan sifat yang sama dengan induknya.

 

D. Contoh-contoh Bioteknologi Konvensional dan Modern
 Contoh Bioteknologi Konvensional
a. Dalam Bidang Pangan
1. Tempe
Bahan dasarnya adalah kedelai. Proses pembuatannya melalui fermentasi non alkoholik. Mikroorganisme yang berperan adalah Rhizopus oligosporus (menyintesis enzim pemecah protein/protease) dan Rhizopus oryzae (menyintesis enzim pemecah pati/amilase).
2. Tapai Ketan
Bahan dasarnya adalah ketan. Mikroorganisme yang berperan adalah Mucor clamydosporus dan Endomycopsis fibuligera (membantu memecahkan pati menjadi gula) dan Saccharomyces cerevisiae (mengubah fruktosa dan glukosa menjadi alkohol dan CO2).
3. Yoghurt
Bahan dasarnya adalah susu. Proses pembuatannya melalui fermentasi. Mikroorganisme yang berperan adalah campuran Lactobacillus
bulgaricus dan Streptococcus thermophillus (mengfermentasi laktosa menjadi asam laktat).
4. Minuman beralkohol
Pembuatannya melalui proses fermentasi. Mikroorganisme yang berperan adalah Jamur Aspergillus (menugbah pati menjadi glukosa), Jamur Saccharomyces (mengubah glokosa menjadi etanol), Bakteri Acetobacter (mengubah etanol menjadi asam cuka), Bakteri Methanobacterium ( mengubah asam cuka menjadi metanol).

b. Dalam Bidang Pertanian
1. Penanaman Secara Hidroponik
Berasal dari kata bahasa Yunani hydro yang berarti air dan ponos yang berarti bekerja. Jadi, artinya adalah bekerja dengan air. Metode hidroponik antara lain adalah metode kultur air, metode kultur pasir, dan metode porus. Contohnya adalah tomat, paprika, mentimun, selada, sawi, kangkung, bayam, jambu air, melon, kedondong bangkok, dan belimbing.
2. Penanaman Secara Aeroponik
Berasal dari kata aero yang berarti udara dan ponos yang berarti daya. Jadi, aeroponik adalah pemberdayaan udara. Pada teknik penanaman ini, akar digantung. Akar mendapatkan makanan dengan menyemprotkan air yang berisi larutan unsur hara disemburkan dalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman. Akar tanaman yang ditanam menggantung akan menyerap larutan hara tersebut.

 Contoh Bioteknologi Modern
a. Dalam Bidang Pertanian
1. Tanaman Antiserangga
Melalui proses DNA Rekombinan dari bakteri Agrobacterium tumefaciens dengan gen delta endotoksin Bacillus thuringiensis. Lalu ditumbuhkan dengan metode kultur jaringan.
2. Biofertilizer
Biofertilizer adalah mikrobia yang dapat digunakan sebagai pupuk hayati. Berperan membantu menyediaan unsur hara dan mengendali penyakit pada tanaman. Mikrobia yang digunakan : Rhizobium, Azotobacter, dan Mikoriza. Dicampur dengan media tanam. Penambahan biofertilizer pada media tanam dapat meningkatkan kesuburan tanah sehingga dapat meningkatkan hasil panen tanaman budi daya.

b. Dalam Bidang Pertambangan
Menggunakan Bakteri Thiobacillus ferooxidans untuk pemisahan logam tembaga dari bijihnya.

c. Dalam Bidang Kesehatan
1. Antibiotik
Zat kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme terutama bakteri dan jamur yang dapat menghambat pertumbuhan / membunuh bakteri lain.
2. Interferon
Merupakan sel-sel tubuh yang mampu menghasilkan senyawa kimia yang dapat membunuh virus. Produk interferon dilakukan melalui rekayasa genetika.
3. Antibodi Monoklonal
Pembuatannya menggunakan sel-sel tumor dan sel-sel limpa mamalia. Sel-sel tumor memiliki kemampuan memperbanyak diri tanpa henti, sel-sel limpa sebagai antigen yang akan menghasilkan antibodi. Hasil dari kedua sel ini dinamakan Sel Hibridoma.

4. Teknik Hibridoma
Teknik Hibridoma adalah teknik pencangkokan sel dengan materi genetik dari sel yang lain. Teknik ini digunakan untuk memproduksi antibodi klon tunggal.

5. Pembuatan Insulin
Pembuatannya secara rekayasa genetika. Mula-mula gen manusia penghasil insulin diisolasi. Plasmid dari bakteri dikeluarkan dari bakteri. Gen penghasil insulin disisipkan pada plasmid bakteri. Lalu dikultur bersama
dengan sel bakteri Escherichia coli sehingga mengandung plasmid rekombinan. Gen penghasil insulin manusia tersebut dapat mengarahkan sel E.coli untuk menghasilkan insulin.

6. Pembuatan Vaksin
Pembuatannya melalui rekaya genetika. Dengan mengisolasi gen yang mengkode antigen dari mikroboa yang bersangkutan. Lalu disisipkan pada plasmid yang sama, akan tetapi telah dilemahkan. Mikrobia yang disisipi gen akan membentuk antigen murni. Kemudian disuntikkan pada manusia, sistem kekebalan tubuh akan membentuk antibodi yang berfungsi melawan antigen yang masuk ke dalam tubuh.

 d. Dalam Bidang Lingkungan
1. Penanganan Pencemaran Lingkungan
Mikroorganisme yang mengatasi antara lain Pseudomonas putida (menguraikan minyak bumi pada kasus pengeboran minyak lepas pantai), Bacillus subtilis (memisahkan logam berat yang ada dalam limbah industri), dan Thiobacillus ferooxidans (menangani limbah di pertambangan batu bara dengan teknik disulfurisasi batu bara).
2. Pembuatan Biogas
Merupakan gas yang berasal dari hasil fermentasi senyawa organik oleh bakteri. Bahan-bahan organik seperti limbah dapur, kotoran hewan, dan sisa-sisa pertanian dapat dimanfaatkan untuk produksi biogas melalui proses fermentasi menggunakan mikroorganisme tertentu dalam keadaan anaerob.

e. Kloning
Kloning adalah kata berimbuhan dari kata dasar Klon yang berasal dari bahasa Yunani klόόn yang artinya tunas. Kloning adalah tindakan menggandakan atau mendapatkan keturunan jasad hidup tanpa fertilisasi, yaitu dengan cara mengambil sel dari induk sehingga didapat keturunan yang mempunyai susunan (jumlah dan gen) yang sama dan kemungkinan besar mempunyai fenotip yang sama. Kloning bisa dilakukan pada berbagai jenis makhluk hidup termasuk manusia.

E. Dampak-dampak Bioteknologi
a. Dampak Negatif
 Gen sintetik dan produk gen baru yang berevolusi dapat menjadi racun
 Rekayasa genetik tidak terkontrol dan tidak pasti
 Virus di dalam sekumpulan genom yang menyebabkan penyakit
 Penyebaran gen tahan antibiotik pada patogen oleh transfer gen horizontal
 Meningkatkan transfer gen horizontal dan rekombinasi
 DNA rekayasa genetik dibentuk untuk menyerang genom
 Tanaman rekayasa genetik tahan herbisida mengakumulasikan dan meningkatkan residu herbisida
b. Dampak Positif
 Memproduksi makanan dengan bantuan mikroba, vitamin, dan enzim
 Pembuatan antibodi monoklonal, pembuatan vaksin, terapi gen dan pembuatan antibiotik
 Menggunakan teknik pengolahan limbah dan memanipulasi mikroorganisme
 rekayasa genetika untuk memperoleh varietas unggul, produksi tinggi, tahan hama, patogen, dan herbisida  Peningkatan produksi ternak ,meningkatkan efisiensi dan kualitas pakan, menghasilkan embrio yang banyak dalam satu kali siklus reproduksi, menciptakan jenis ternak unggul, dan dapat memproduksi asam amino tetentu
 Teknologi DNA menawarkan aplikasi bagi kepentingan forensik. Contohnya DNA fingerprint

Sumber:
1. Apa itu bioteknologi? http://new.kidevo.com/materi-lengkap.php?id=1250. Diakses pada tanggal 17 November 2012.
2. K. Rohana, R. Dewi, dan H. Muhammad Luthfi. Detik-detik ujian nasional biologi tahun pelajaran 2011/2012. Klaten: PT Macanan Jaya Cemerlang, 2012.