Bioteknologi adalah ilmutentangpemanfaatan mahklukhidup (mikroorganisme,hewandantumbuhan)atau bagian
mahklukhidupuntuk
membuatprodukatau
menyederhanakanproses
untuk menghasilkan barang dan jasa yang berguna bagi manusia
1.Prinsipdasar bioteknologi,yaitu:
a)penggunaanagenbiologi
b) menggunakanmetodetertentu
c)dihasilkannya suatu produk turunan d) melibatkanbanyakdisiplin ilmu.
Bioteknologi selalu menggunakan
organisme atau makhluk hidup dalam menghasilkan suatu produk, misalnya
peragian, persilangan, pemutasian, penyambungan gen, pembuatan antibodi atau
vaksin.
3.Bioteknologi
Konvensional /Tradisional
-Teknis dan peralatan masih
sederhana
-hasil
yangdiproduksi organisme atau
mikroorganismeberupa senyawakimiaataubahanpangan tertentuyang bermanfaat
bagimanusia
-Proses kimia, tidakadanyarekayasagenetik,
jika pun ada, rekayasa
yangdilakukan
belum terarah dan
hasilnyabelumdapat dipastikan dan proses genetik alami (masih
dalam tingkat
yang
terbatas)
-Penggunaan makhluk hidup
secara langsung belum adanya penggunaan enzim
Contoh: -
Sebagianbesar didominasi
olehprodukmakanan
(fermentasi dalam pembuatan tempe, alkohol, ragi pengembang roti, asam asetat,
gula, tape, oncom, kecap, nata de coco, yoghurt, keju, mentega, brem, tauco,
dll
-Bidang kesehatan dan pengobatan
: antibiotik (penisilin), vaksin
-Bidang peternakan : Domba
berkaki pendek dan bengkok (mutasi alami), sapi jersey (seleksi oleh manusia)
menghasilkan susu dengan kandungan krim lebih banyak.
-Bidang pertanian :
Hidroponik dan Aeroponik
BIOTEKNOLOGI
KONVENSIONAL
BAHAN
MIKROORGANISME
PRODUK
Kedelai
Rhizopus
oryzae
Tempe
Singkong /
ketan
Saccharomyces
cerevisiae
Tape
Ampas Tahu
Monilia
Sitophyla
Oncom
Kedelai
hitam
Aspergillus
Wentii
Kecap
susu
Lactobacillus
bulgaricus(pemberi rasa dan aroma)
Streptococcus thermophilus (menambah
keasaman)
Yoghurt
Susu
Leuconostoc cremoris
Mentega
Air kelapa
Acetobacter xilinum
Nata de Coco
Sayuran
Lactobacillus
sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus
Acar
susu
Lactobacillus
bulgarius dan Streptococcus thermophillus
a.DNA
Rekombinan/Rekayasa Rekombinan/Cangkok Gen/rekombinasi gen
1) DNA Rekombinan Alami
•Pindah silang: tukar-menukar kromatid pada kromosom
homolog,sehingga DNA tertukar dan bersambung secara silang
•Tranduksi: Bersambungnya DNA bakteri yang satu dengan bakteri
yang lain dengan perantara virus
•Transformasi: Proses perpindahan materi genetik berupa DNA ke
dalam sel bakteri
2)
DNA Rekombinan Buatan
DNA Rekombinan: pengubahan susunan DNA
sehingga diperoleh susunan DNA baru yang mampu mengekspresikan sifat-sifat yang
diinginkan
Proses DNA rekombinasi:
•Mengisolasi DNA (memilih dan memisahkan DNA yang akan dibuat)
•Transplantasi Gen atau DNA (Menyambung Gen yang yang terisolasi
pada DNA vektor (mengandung DNA asli dan sisipan)
•Memasukan DNA kedalam sel hidup (Memasukan DNA vektor kedalam
virus atau bakteri)
Contoh: Pembuatan Insulin, hormon
pertumbuhan, vaksin hepatitis B
Teknologi
Plasmid
•Plasmid adalah lingkaran kecil DNA bakteri atau eukariotik
bersel satu yang dapat replikasi
•Plasmid digunakan sebagai vektor yaitu alat untuk memasukkan gen
ke dalam sel target
Alasan dipilih
plasmid bakteri:
•Memiliki kemampuan memperbanyak diri melalui proses replikasi
dan mudah disisipi oleh gen lain
•Plasmid dapat dipindah ke sel bakteri lain
•Sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan induknya karena
plasmid tidak terikat dengan kromosom inti
•Merupakan melekul DNA yang mengandung gen tertentu
b.Fusi Protoplasma
•Fusi Protoplasma/Fusi sel/Teknik hibridoma: penyatuan
duaseldari jaringan-jaringan
berbedasuatuspesiesyangsamaatau spesies yangberbeda menggunakan medan listrik, sehingga diperolehsatuseltunggal(selhibrid).Selanjutnya,sel hibriddapatdikembangbiakkan,sehingga diperolehbertriliun-triliunsel,yang masing-masingmengandungsatuset gen
komplitdariduaselaslinya.Hibrid=selasliyang dicampur,oma =kanker
•Hibridoma merupakan hasil fusi antara sel pembentuk antibodi
(limfosit B) dengan sel mioma (kanker)
•Teknik ini menghasilkan antibodi dan hormon dalam jumlah besar
•Dalam fusi sel diperlukan antara lain:
- Sel sumber gen (sel-sel
yang dimiliki sifat yang diinginkan)
- Sel wadah (sel yang mampu
membelah dengan cepat/sel kanker)
- Fusigen (zat-zat yang
mempercepat fusi sel, misalnya NaNO3)
Contoh:- Antibodi
monoklonal (diagnosis penyaki, kehamilan, deteksi dini dan membunuh sel kanker)
dan hormon dalam jumlah besar
- Pembentukan
spesies baru
c.Transplantasi Inti
Transplantasi Inti/Kloning:
Pemindahan inti sel yang satu ke sel yang lain sehingga diperoleh individu baru
yang memiliki sifat baru sesuai dengan inti yang diterima
Contoh Kloning pada mencit, sapi,
katak (inti sel usus katak ke ovum), domba/dolly (inti sel mamae ke ovum).
Kloning katak gagal (abnormal atau cacat, percobaan ke-2 berhasil antara sel
kulit dengan sel telur) dan kloning domba berhasil dan disuntik mati 14
februari 2003 karena menderita berbagai penyakit yang sulit dsembuhkan.
d.Kultur Jaringan
(kultur invitro)
Kultur jaringan adalah Sarana
perbanyak vegetatif buatan dengan menggunakan protoplasma, sel, jaringan, atau
organ tumbuhan, hewan dan manusia yang ditumbuhkan pada media tertentu dalam
kondisi steril yang didasarkan pada sifat totipotensi (setiap sel memiliki
potensi genetik seperti zigot mampu memperbanyak diri dan berdiferensiasi
menjadi tanaman lengkap)
Sel dari suatu organisme multiseluler
dimanapun letaknya sebenarnya sama dengan sel zigot karena berasal dari satu
sel tersebut, setiap sel berasal dari 1 sel
Rangkaian tahap
kultur jaringan pada Tumbuhan:
- Sterilisasi eksplan
(merendam eksplan dalam bahan kimia/sterilan selama beberapa menit), bertujuan
membunuh mikroba yang menempel pada eksplan.
Eksplan : bagian tanaman yang
digunakan sebagai bahan awal untuk perbanyakan tanaman. Yang digunkan pucuk
muda, batang muda, daun muda, kotiledon, hipokotil, endosperm, ovari muda,
anther, emrio dan lain-lain.
- Menyuci eksplan dengan air
steril
- Menenam eksplan pada media
kultur pada media agar yang dilengkapi unsur makro dan mikro
- Meletakkan botol yang
berisi eksplan pada suhu dan penyinaran terkontrol hingga terbentuk kalus
- Plantlet dikeluarkan dari
botol, dibersihkan dengan air bersih dan di tanam pada pot-pot kecil dengan
tidak terkena cahaya matahari langsung
- Bila plantlet sudah tumbuh
kuat, tanaman bisa dipindahkan ke media tanah dan terkena matahari langsung
Keunggulan kultur jaringan:
1)Mempunyai sifat yang
identik dengan induknya dan bibit yang dihasilkan seragam
2)Dapat diperbanyak dalam
jumlah yang besar sehingga tidak terlalu membutuhkan tempat yang luas
3)Mampu menghasilkan
bibit/tanaman yang baru dengan jumlah besar dalam waktu yang singkat, ini
diharapkan bersifat unggul
4)Kesehatan dan mutu bibit
lebih terjamin (Bibityangdihasilkanbebas
penyakit)
5)Kecepatan tumbuh bibit
lebih cepat dibanding dengan perbanyakan konvensional
6)Hibrida somatik/ cloning/
varietas baru dengan cara isolasi protoplasma dari 2 macam varietas yang
difusikan. Atau dengan isolasi kloroplas suatu jenis tanaman ke dalam jenis
kloroplas tanaman yang lain, sehingga terjadi penggabungan sifat-sifat yang
baik dari kedua jenis tanaman tersebut/menyuntikkan protoplasma dari suatu
tanaman ke tanaman yang lain hingga terjadi hibrida somatis. Contoh tanaman tembakau
albino dengan tembakau normal, jagung dengan tebu
Contoh hasil kultur jaringan : kelapa sawit, tebu, jati
mas, akasia
e.Terapi Gen (penyakit
fatal/kelainan gen)
·Kelainan gen , gen cacat
inilah yang membuuat sel jarinagn menjadi sel kanker.
·Terapi Gen adalah
pengobatan penyakit atau kelainan genetik dengan menyisipkan gen normal atau
perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki gen.
·Terapi genetik tidak
diperbolehkan kecuali 2 penyakit: penyakit menurun yang sangat jarang seperi
ADD (Adenosine Deaminase Deficiency) dan sejenis kanker kulit ganas. ADD adalah
kelainan yang mengakibatkan penderita tidak memiliki daya tahan tubuh sama
sekali, kontak dengan kuman apapun akan menyebabkan kematian, akibat sel-sel
darah tidak mampu memproduksi enzim AD (adenosin deaminase) yang diperlukan
untuk membangun daya tahan tubuh, David Vetter meninggal usia 12 tahun gagal
transplantasi sumsum tulang yang dijuluki “David The Bubble Boy”
B.APLIKASI
BIOTEKNOLOGI BERBAGAI BIDANG
1.Aplikasi Biologi di
bidang pangan
a.Pemanfaatan
mikroorganisme dalam proses fermentasi, fermentsi merupakanhasil-hasilmetabolitselmikroba,misalnyaantibiotik,
asam-asamorganik,aldehid,alkohol,fussel
oil, dansebagainya.
fermentasi
jugadapatditerapkanuntuk menghasilkan biomassa
selmikroba
sepertiragiroti
dalampembuatan
roti.
b. Pemanfaatan
mikroorganisme untuk mengubah bahan makanan
1) Protein sel
tunggal (PST) terbuat dari bakteri, ganggang dan jamur yang dibiakkan dalam
skala besar, Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis untuk saplemen
makanan ternak. Spirulina, Chlorella, saplemen makanan manusia
2) Beberapa
mikroorganisme seperti bakteri Lactobacillus acidophilus mampu mengubah
glukosa menjadi asam laktat. Acetobacter aceti mampu mengubah glukosa menjadi
asam asetat (cuka)
3) Mikoprotein,
dihasilkan dari miselium jamur melalui proses fermentasi Fusarium
graminearum
2.Bidang pertanian
Dibidangpertanian,bioteknologi
telahberperan dalammenghasilkan tanaman tahanhama,bahanpangandengankandungangizilebihtinggi,dantanamanyang menghasilkanobat atausenyawa
yangbermanfaat, melalui vector plasmid TI
(Tumot Inducing) Agrobacterium tumefaciens
a. Hidroponikdan Aeroponik
Hidroponik adalah penanaman
tanaman dengan menggunakan media air, pasir, porus (kerikil, pecahan
batu bata, dan lain-lain) tanpa media tanah. Air yang ditambahkan mengandung
nutrien sebagai sumber makanan bagi tanaman. Faktor yang diperlukan yaitu
mineral/ nutrien, cahaya dan CO2.
Aeroponik adalah air yang
disemburkan dalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman pada tanaman
menggantung.
b. Tanaman transgenik(Genetically Modified Plants)
Tanaman transgenikadalah tanamanyang telah disisipi
ataumemiliki genasing darispesiestanaman yang berbedaataumakhluk hiduplainnya. Penggabungangenasinginibertujuanuntukmendapatkan
tanamandengan
sifat-sifatyangdiinginkan, misalnyapembuatan tanamanyang
tahansuhu
tinggi,suhurendah,kekeringan,resisten terhadaporganisme pengganggutanaman,sertakuantitas dankualitas yanglebih
tinggi
dari
tanaman alami.
Contoh:
- Padi Transgenik
(rojolele) tahan cuaca dingin (diperoleh dengan memasukkan gen tahan dingan
dari hewan yang hidup di tempat dingin)
- Tembakau
resisten terhadap virus (diperoleh dengan plasmid TI digabung dengan gen tahan
terhadap TMV)
- Bunga anti layu
anyelir dan buah tahan busuk Flavr savr (dengan mengganti etilen dengan
gen yang kurang aktif)
- Tumbuhan tahan
hama dan Tanaman kapas anti serangga (dengan memasukkan gen delta endotoksin Bacillus
thuringiensis ke dalam tanaman kapas). Bacillus thuringiensis
membantu mengatasi larva ngengat dan kupu-kupu perusak
- Pupuk organik
pupuk superpospat/Bio-SP (dengan menggunakan mikroorganisme pelarut pospat)
- Kain alami
sintetik (gabungan dari serat alami bertekstur halus dengan serat
sintetik/polyester yang tidak mudah putus) dengan memanfaatkan bakteri yang
dapat mensintesis polyester
- Tumbuhan yang
mampu mengikat N2 dari udara bebas, dengan menginjeksi tumbuhan
dengan bakteri Rhizobium
Hadirnyatanamantransgenikmenimbulkan kontroversimasyarakatdunia karena sebagian
masyarakat khawatir apabila tanaman
tersebut
akan
mengganggu keseimbanganlingkungan(ekologi), membahayakankesehatanmanusia,dan mempengaruhi
perekonomianglobal.
- Inseminasibuatan(IB)atau kawinsuntikadalahsuatucaraatauteknikuntuk
memasukkanmani(spermaatausemen)yangtelahdicairkandan
telah
diproses terlebih dahulu
yangberasal
dari
ternak jantanke
dalamsaluranalat
kelaminbetinadengan
menggunakanmetode
danalatkhususyangdisebut
inseminationgun. Ini sebagai alternatif
alergiterhadap sperma, jumlah sperma yang sedikit dan kurang gesit, dan
sebab-sebab lainnya. Bertujuan memperbaiki mutu genetik ternak pada hewan.
- Transfer embrio
diindonesia seekorsapibetina, mampumenghasilkan20-30ekoranaksapi
pertahun
- Teknologitransgenik menciptakan
jenisternakunggul yaknidenganjalanmengisolasi genunggul,memanipulasi,dan kemudianmemindahkan gentersebutdarisatu
organismeke
organismelain,maka ternakunggulyangdiinginkandapat
diperoleh. contoh Babitransgenik di AmerikaSerikat kinisudah
berhasil
memproduksihemoglobinmanusiasebanyak10–15%
dari totalhemoglobin manusia
- Sapi perah
dengan hormon manusia (dengan menyisipkan gen laktoferin pada manusia yang
memproduksi HLF/Humen Laktoferin pada sapi perah)
- BST (Bovin
Somatotropin)atau BGH (Bvine Growth Hormone) dengan menyisipkan gen
somatotrophin sapi pada plasmid E. coli), BST yang ditambahkan makanan ternak
dapat meningkatkan produksi daging dan susu
Penggunaan bioteknologi di bidangperikanan
Contoh :
- Seleksi,
hibridasi, rekayasakromosom
- Sistem kekebalanikan telahdilakukan
denganmenggunakanvaksin,
imunostimulan,probiotik,
danbioremediasi.
Vaksin
dapatmemacuproduksiantibiotikspesifikdanhanyaefektif untukmencegahsatu
patogentertentu.Imunostimulanmerupakanteknikmeningkatkankekebalanyang nonspesifik,
misalnyalipopolysaccharidedanB-glucanyangtelahditerapkan
untukikandanudangdiIndonesia.Probiotikdiaplikasikanpadapakanataudalam
lingkunganperairanbudidayasebagai penyeimbangmikrobadalampencernaan dan
lingkunganperairan.
- Transgenikikan dengan isolasi
gen tertentuorganismelainnya, genasinghasilisolasidiinjeksi
secara makrokedalam
teluruntukmemproduksigalurikanyangmengandunggen
asing
tersebut secarainvitro
4.Bidang kedokteran atau Kesehatan
Contoh :
- Insulin digunakan
padapenderitaDiabetesMellitus
Insulinpertamakalidiproduksidari
kelenjarbabiatausapisecara tradisional, yangmasihsederhanadandalamjumlahterbatas.Saatiniinsulin
secaramassaldihasilkanmelalui rekayasa genetikadengan menggunakan
enzimdanbakteri.
DampaknegatifdaripemberianInsulinsecara tradisional
dalamjangkawaktuyanglamamemberikanefeksampingberupa
gangguan
padamatadan
ginjal.Saatini,produksiinsulinakhirnyaberkembangke
teknologi modernmelaluiprosesmanipulasigenetikdengan menggunakan
suplementasidarikelenjarpankreasmanusia.
- Antibioik : adalah zatyangdihasilkan
oleh suatumikroba (bakteriatau jamur),
yangdapatmenghambatatau membasmibakteri. Isolasiantibiotikdari
mikroorganisme dilakukansecaralangsungdan
sederhana, Antibiotik beda dengan desikfektan (membunuhkuman dengan
ligkungan tidak wajar bagi kumen untuk hidup)
Contoh:
antibiotik
penisilin,streptomisin
- Vaksin merupakan mikroorganismeyangtelah
dilemahkan atau toksinnya
dimatikan
sehingga dapatdigunakan
untukmeningkatkanimunitas.Secara konvensional,pelemahankumandilakukan
denganpemanasanatau
pemberianbahankimia.Denganbioteknologimodern,dilakukan
fusiatau
transplantasigen.
Contoh:vaksinHepatitisB,malaria,cacar,danpolio.
Selainpadamanusia,vaksin jugadigunakanuntukmelindungi ternak(ayam, sapi
dan sebagainya dari seranganberbagai
penyakit
menular)
- Antibodi monoklonal yaitu teknologimenggunakansel-sel
sistem imunitasyangmembuatproteinyangdisebutantibodi.
SellimfositByangmampumenanggapi masuknyasubstansiasingdengan
spesivitasyangluarbiasa.LimfositB (selB)adalahjenisseldarahputihyang membuatantibodidanmerupakanbagianpentingdariresponkekebalan.
Kegunaanantibodimonoklonal:
- Pengobatankanker.
Dengan teknologi yangada,dapatdibuatantibodimonoklonalyanghanya
menyerangproteindan menyerangsel-sel tanpamempengaruhi
sel-selyang sehat.
- Terapi gen pada penderita fibrosis sistik, untuk memperbaiki
atau menggantigen-gen penyebab penyakit
kesulitan bernafas, karena paru-paru terisi lender.
Gen dapat juga digunakan
sebagai sidik jari, seseorang memiliki perbedaan DNA, DNAdapatdiisolasidarisemua bagian tubuh misalnyadaridaging,
darah,sperma, ginjal,jantung,hati, bahkan pada fosil. untukmengeluarkanDNAdarisel maka teknikpemurnianDNAsecarabiokimia
dilakukandengan merusakdindingselyangtelahdilarutkandalamlarutan penyangga tertentudengan menggunakanberbagai jenisdeterjen.Dengan terbukanyalapisanselmakaDNAdapatdikeluarkandandiendapkan
dengan penambahan
alkohol.
5.Bidang lingkungan
- Penggunaanorganisme
hidup
untuk mereduksiataumengeliminasi/mengurangipolutanyangbersifatracundisebutjugabioremediasi,
Organisme tersebut adalah Algabakteri,dan jamur.
- Pseudomonas aeruginosayangbiasa hiduppadatanahyangtercemarminyakbumidan
dapat
mengakumulasikan uraniumsampai 56%beratkeringsel.
- Speudomonas putida, Zanthomonas campestris, mengatasi pencemaran
akibat tumpahan minyak di laut
-Thiobacillus ferroxidans mampu memisahkan tembagadaribijihnyamelalui reaksikimia melepaskanlogam tembaga(Cu)daribatuan. Bakteri ini merupakan bakteri litotrof
(pemakan batu)
-Bacillus,Pseudomonas,Mycobacterium, Corynebacterium, dan Microcoocus
dapat
menguraikansenyawaminyak
bumi
menjadi
CO2dan H2O.
- Alcaligenes
eutrophus, membuat plastik biodegradable yang mudah terurai
-
Methanobactrium, menghasilkan biogas (boteknologi konvensioal)
C.DAMPAK BIOTEKNOLOGI
1.Dampak di bidang
lingkungan
a. Dampak
positif
- Ditemukan
tumbuhan tahan hama, mengurangi penggunaan peptisida
- Mengurangi
pencemaran limbahdengan penggunaan Thiobacillus ferroxidans,
memisahkan logam dari bijinya
- Pembuatan biogas
untuk mengurangi pencemaran kotoran ternak
b. Dampak
negatif
- Menimbulkan
kerusakan pada ekosistem, dengan ditemukan tanaman kapas antiserangga dapat
membunuh organism bukan target (kupu-kupu dan lebah saat menghirup nektar) dan
bila serangga mati banyak berdampak pada pemakan serangga
- Hilangnya plasma
nutfah, tanaman lokal tersingkir dan punah
- Pencemaran
biologis, yaitu lepasnya organisme transgenik di alam bebas tanpa pengawasan
sehingga menghasilkan varietas baru yang dapat mengganggu keseimbangan biologi
yang ada di alam
- pemanfaatan gen
anti
beku
yangterdapatpadasuatu
jenisikanyangdapat ditransferkeikanyangtidaktahansuhudingin,
kejadianinidapat menimbulkanpemusnahansuatuspesiesikantertentu,sehingga
keseimbangan
ekosistemterganggu.
2.Dampak di bidang
sosial ekonomi, pertanian dan perikanan
a. Dampak positif
- Terjadi
persaingan antar kalangan industri dalam mencari tanaman atau hewan varietas
baru
- Peningkatan
hasil pertanian
- Meningkatnyagizi produkmakanandanminuman
- Melestarikanhewandantumbuhanmelaluikultur
jaringan
b. Dampak negatif
- Kesenjangan
social, produk petani tradisional tersisihkan, kehilangan pekerjaan oleh produk
bioteknologi , bila mengembangkan bibit bioteknologiharus membayar royalty pada pihak penemu bibit
tersebut
3.Dampak di bidang
kesehatan
1) Dampak positif
- Memproduksi
obat-obatan dan hormone secara genetika, dengan harga lebih murah dan mudah di
dapat
- Bayi tabung
2) Dampak negatif
- Timbul alergi
(resisten terhadap beberapa antibiotic tertentu), misalnya mengkonsumsi tomat
Flavr savr
D.TINDAKAN PENCEGAHAN
DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI
1.Adanya peraturan keamanan
hayati dan keamanan pangan
2.Undang-undang larangan
pembuatan senjata biologi
3.Larangan kloning pada
manusia dengan alasan apapun