PENGERTIAN CABANG-CABANG BIOTEKNOLOGI || PR GUSTU

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 pada biologi 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 pada 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 gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan. Penerapan bioteknologi pada 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.

Perubahan sifat Biologis melalui rekayasa genetika tersebut 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

Baru

 

ERA BIOTEKNOLOGI MODEREN DAN PERANANNYA DALAMKEHIDUPANI.PENDAHULUAN

Makhluk hidup memiliki tatanan stuktural dan fungsional yang sangatefisien dan efektif da1am melangsungkan tugas-tugas untuk menunjang danmemapankan preses hidup. Dalam skala kecil, sel sebagai unit stuktural danfungsional terkecil kehidupan sudah mampu memperlihatkan ciri-ciri sebagaimakhluk hidup. Dalam skala besar yaitu populasi, komunitas, dan bosfer. Masing-masing individu makhluk hidup menunjukkan kemampuan mandiri salingtergantung secara menguntungkan karena adanya perimbangan satu terhadap yanglain seperti yang telah diatur oleh alam. Dalam hal ini makhluk hidup secarainheren memiliki sifat -sifat self regulation (mengatur diri sendiri), self  perugulation (berkembang biak sendiri), self contained (memecahkan masalahsendiri ) dalam melangsungkan proses hidup bersama.Organisme hidup dalam lingkungan yang selalu berubah, mereka mampumengimbangi perubahan lingkungan dengan menggunakan strategi variabilitas(keragaman) genetika. Charles Darwin menterjemahkan proses perimbangantersebut sebagai perjuangan untuk hidup dan kelangsungan hidup makhluk yang paling sesuai.Dalam pengembangan ilmu pengetahuan pada tiga dasawarsa terakhir,landasan kemampuan proses dan kelangsungan hidup dipahami melalui pendekatan hirarki Organisasi Materi, yang menunjukan bahwa pada hirarki paling dasar terdapat lebih banyak kesamaan antara jenis makhluk hidup danmakin keatas menunjukkan lebih banyak keanekaragaman. Dengan pemahamanini didapat peluang besar untuk memanfaatkan kesamaan guna mengembagkanrekayasa gen melalui teknik rekomendasi DNA. Dengan teknik ini, DNA suatumakhluk hidup dapat dipindahkan ke makhluk yang lain jenis, bahkan yang sangat jauh hubungan kekerabatannya.Makhluk rekombinan kemudian memiliki kemampuan baru dalammeiangsungkan proses hidup daD bersaing dengan makhluk hidup lain. Teknik rekombinasi DNA merupakan tulang punggung pengembangan bioteknologi baru.

 

Dengan dernikian bioteknologi adalah teknologi yang memanfaatkan makhluk hidup (agen hayati) yang telah direkayasa untuk menghasilkan barang dan jasamemenuhi kesejahteraan manusia. Pengembangan dan perkembangan bioteknologi telah amat jauh dewasa ini, dan manusia sebagai pelaku penerapanilmu seakan akan tidak mempunyai batas dalam memanfaatkan makhluk hidupuntuk memenuhi kebutuhannya.

II. Penemuan DNA

Gen terdapat dalam kromosom sebuah sel, setiap kromosom mengandungsebuah molekul DNA yang sangat panjang dengan jutaan rantai basa yangmengkode banyak gen disepanjang rantainya. Struktur kimia DNA seperti sebuahrangkaian surat-surat yang berisi pesan-pesan genetika. Surat-surat itu hanyamemiliki empat huruf menurut abjad genetik (Adenin/A, Guanin/G, Timin/T,Cytosin/C) yang disebut basa. DNA mudah diekstrasi dari gel-gel, dan kemajuan biologi molekuler sekarang memudahkan ilmuwan mengambil gen-gen individuDNA suatu spesies yang menyusun konstruksi molekuler mereka. DNA tersebutdisebut DNA rekombinan yang dapat disimpan dalam laboratorium. Gen-genyang diiisolasikan dengan metode demikian disebut gen yang

diklon.

Pada pertengahan tahun 1940-an para peneliti menemukan bahwa gen bekerja mengarahkan sintesa protein. Hasil pengarnatan ini menimbulkan pertanyaan filosofis yang menarik :

 Jika gen mengarahkan sintesa protein,bisakah

mereka itu adalah protein itu sendiri

? Jadi menjelang pertengahan tahun1940-an arab penelitian tentang bahan genetis mulai beralih dari protein ke DNA.Lalu pada awal tahun 1950-an Erwin Chargaff mencatat adanya beberapaketeraturan dalam komposisi dasar DNA pada berbagai spesies makhluk. Inimenjadi pendorong bagi para ilmuwan untuk merasakan betapa pentingnyamengamati stuktur bahan itu. Terutama terungkap bahwa persentase adenin selalusama dengan timin, dan persentase guanin selalu sama dengan cytosin. Meskipundemikian perbandingan persentase guanin selalu sama dengan cytosin. Meskipundemikian perbandingan pasangan adenin-timin dengan pasangan guanin-cytosin bervariasi sekali antara berbagai spesies. Pengamatan belakangan membantahhipotesa bahwa DNA terdiri dari unit berulang empat macam nukleotida yang

 

monoton. Jika benar demikian lalu keempat basa adenin, Cytosin, guanin dantimin haruslah hadir dalam jum1ah yang sama. Berarti ini jelas tidak seperti yangditemukan oleh Chargaff. Peneliti ini memberi pandangan bahwa struktur DNAmemiliki variasi yang dibutuhkan darinya sebagai simpanan infolmasi genetis.Pada awal 1950-an juga, James D Watson dan Francis Crick yan bekerjasama pada Medical Reserch Council's Laboratory of Molekul Biologi di Cambridge,Inggris, berusaha untuk memecahkan struktur tiga dimensi molekul DNA denganmetode kristalogi sinar X. Pada percobaan ini mula-mula mengalami kegagalanuntuk menetapkan struktur DNA sebelum dibantu oleh foto pembiasan sinar Xyang dibuat oleh Rosalind Franklin di Maurice Wilkin's Laboratory di Combridge.Dengan menggunakan informasi dati foro pembiasan itu dan juga dari rumus yangditemukan Chargaff, Watson dan Crick menyimpulkan bahwa molekul DNAterdiri dari dua untaian nukleotida yang berpilin bersama membentuk ikatanranggkap ( double helix) ( Gambar 1 ). Tiap untaian atau mata rantai adalahnukleoda, yang tulang punggungnya berupa deoksiribosa dan fosfat yang berselang seling. Biasanya menjulur dari tulang punggung itu.Tulang punggung dua untaian itu berada disebelah luar double helix yangditeorikan Watson-Crick, dan bahasanya berada disebelah dalam. Basa satuuntaian membentuk ikatan hidrogen yang lemah dengan basa untaian pasangannya dengan cara yang sangat khusus. Sesuai dengan rumus Chargaff,adenin selalu berikatan dengan timin (A-T), sedang cytosin selalu berikatandengan guanin (C-G). Rancang bangun molekuler DNA yang berpilin rangkapmenjadi tempat untuk memelihara kelangsungan informasi genetis serta mampumewariskannya kepada generasi berikutnya. Molekul besar menyimpan banyak infonnasi dalam urutan nukleotidanya.Selain itu urutan nukleotida dati satu untaian menentukan urutannukleotida pasangannya.

III. Era Bioteknologi

Peranan mikrobiologi akan memberi warna, wawasan dan cakrawala barnubagi kehidupan bioteknologi modem. Bahan baku biomassa yang adamerupakan "renwable frontier" dapat diolah oleh bioteknologi tradisional maupun

 

modem sehingga menjadi produk baru yang sangat berharga. Produk-produk  bioteknologi sangat erat dengan perkembangan bioteknologi pada jamannya.Adapun era biteknologi tersebut adalah:

1. Era Pra Pasteur ( sebelum 1865 )

Perbaikan teknik fermentasi oleh mikroorganisme misalnya minuman beralkohol.

2. Era Pasteur (1865-1940)

Pengembangan industri fermentasi pembuatan etanol, butanol dan asamorganik, perlakuan air buangan.

3. Era Antibiotika ( 1940-1960)

Pembuatan penisilin yang mulai digunakan pada saat pendaratan tentaraAmerika di Normandi selama perang dunia II, vaksin virus, teknologikultur sel hewan.

4. Era Pasca Antibiotika ( 1960-1975 )

Asam -asam amino elusidasi s1ruktur DNA, protein sel tunggal, enzimuntuk deterjen, gasohol, biogas, teknologi rekombinan DNA.

5. Era biteknologi modem ( 1975- sekarang )

Rekayasa genetika, zat antibodi monokronal, hormon insulin, hormon pertumbuhan ikan tuna.Dengan munculnya teknologi DNA rekombinan dan teknik-teknik  pembantu seperti penyusunan DNA, maka kita sekarang dapat memeriksa padatingkatan molekuler rangkaian-rangkaian genetika yang terlibat dalam pengendalian ekspresi gen. Cara pendekatan klasik dalam genetika adalah pembuatan mutasi in vivo secara acak pada seluruh genom, lalu mengisolasikanmereka dengan memperlihatkan fenitif–fenotif khusus. Kemudian muatan inidianalisi untuk menentukan gen mana yang telah berubah. Suatu metode yanghampir terbentuk sesungguhnya adalah "metode genetika berubah". Suatu metodeyang hampir terbentuk sesunggunya adalah "metode genetika mundur (reversegenetics)" yaitu untuk membuat mutasimutasi spesifik dalam suatu sigmen DNAin vitro, dan menganalisa pengaruh dari perubahan-perubahan ini pada organismein vivo setelah mengintroduksi kembali gen muatannya.

 

Berekspresinya dengan gen yang dipindahkan kedalam gel atau jaringanyang sesuai adalah semacam prasarat untuk berbagai bentuk penerapan teknik DNA rekombinan dalam bioteknologi. Terutama berlaku sebagai usaha untuk mengobati penyakit genetis manusia dengan pengobatan gen dan juga untuk usahayang bertujuan untuk meningkatkan mutu tanaman panen. Selama 15 tahun belakangan ini para pakar genetika mempelajari bagaimana mengeluarkan sebuahgen tunggal dari suatu species yang lain. Inilah yang disebut rekayasa genetikayang merupakan pelaksanaan dari bioteknologi modem.Organisme –organisme hasil rekayasa genetika yang pertama adalah bakteri berselkembar yang telah disisipi gen-gen manusia yang dapat menghasilkan produkproduk benilai. Tumbuh-tumbuhan dan hewan -hewan hasil rekayasagenetika segera menyusul bakteri tersebut dan membuka pintu seluruh bidang pertanian lebar-lebar bagi penerapan bioteknologi modem.

IV. Teknik Rekayasa Genetika

Banyak percobaan membuktikan bahwa dengan rekayasa genetikafrakmen DNA manapun dapat disambungkan atau disisipkan ke genom specieslain, bahwa species yang jauh hubungan kekerabatannya. Rakayasa genetikamerupakan teknik yang paling mutakhir dalam bioteknologi. Rekayasa Genetikaatau teknik DNA rekombinan dapat didefenisikan sebagai :

"Pembetukanrekombinan baru dari

material yang dapat diturunkan dengan cara penyisipan DNA dari luar kedalam suatu

wahana (vektor), sehingga memungkinkan penggabungan dan kelanjutan

berkembang dalam host yang baru." 

Proses ini juga dikenal sebagai " Gen Kloning "atau klon gen, sebab organisme yang secaragenetik terbentuk adalah identik dan membawa seluruh potongan DNA yang telahdisisipkan, disamping itu memperbanyak molekul yang baru dibentuk. Salah satucontoh rekayasa genetikayang sudah berhasil adalah penyisipan/pemindahanDNA pembuat insulin pada manusia kedalarn plasmida bakteri Echerichia coli.Ada empat prinsip pengkloningan gen yaitu :

 

1. Penyiapan gen.

Gen bakteri yang dikloning pada umumnya didapat dari penyiapan totalDNA kromosom (kloning "penembakan") dengan cara membelah DNAdengan endonuklese yang terbatas sehingga menghasilkan bagian masing-masing 4 kilobase (kb) dengan ujung yang "lengket."

2. Penyisipan kedalam vektor

Vektor adalah replika yang akan memungkinkan gen untuk ditempatkandisel induk (host cell) dan melibatkan plasmid pada bakteri induk. Plasmidadalah molekul DNA berbentuk lingkaran kecil yang terdapat didalam bakteri disamping kromosom utama plasmid mengandung unsur-unsur genetik yang tidak terikat pada kromosom utarna. Vekto plasmid harusmemiliki tempat untuk endonuklease terbatas biasa dan faktor antibiotik sehingga memungkinkan untuk memilih perubahan yang diinginkan.Pemasangan DNA yang akan dikloning kedalam vektor plasmid disebutlegasi dan enzim yang berperan dalam pemasangan ini adalah enzim yangdipakai dimurnikan dari E. Coli yang telah diinfeksi dengan T4. Didalamsel enzim ini berfungsi dalam perbaikan tiap skontinuitas yang mungkintimbul pada salah satu untai pada molekul untai ganda. Selain itu, dalamtabung percobaan, ligase DNA yang dimurnikan juga akanmenyambungkan kedua ujung molekul yang sama.

3. Perubahan sel induk (Host Cell)

Campuran plesmid yang diperkenalkan kepada sel bakteri diperlukansecara khusus sehingga sel mengambil DNA dalam proses perubahan selinduk. Setelah DNA disisipkan didalam sel bakteri maka,DNA yang sudahdisisipkan tersebut akan dimasukkan lagi kedalam sel hidup misalnyakedalam sel bakteri kemudian ditumbuhkan kedalam media tertentu.Didalam media, sel bakteri ini akan tumbuhdan berkembang biak menghasilkan klon dan klon ini akan menghasilkaninsulin.

 

4. Mendeteksi gen yang sudah klon.

Ada tiga cara mendeteksi gen yang sudah diklon :a. Pengujian berdasarkan informasi urutan asam amino protein yang di sandi. b. Pengujian aktifitas biologis produk genc. Menggtmakan antibodi khusus terhadap produk gen.Klon yang tepet dapat dideteksi dengan menggunakan "probe" untuk goo itusendiri. Probe terdiri satu segmen pendek DNA yang diberi label radioaktif,dan memiliki urutan basa nukleotida yang sesuai dengan urutan asam aminoyang diketahui dati satu segmen protein. Cara lain membuat klon ialah jika protein yan disandi gen dihasilkan dalam sel yang diklon, ia dapat dideteksidengan menggunakan uji antibodi khusus bagi protein yang disandi ataudengan cara menguji aktifitas biologi protein dalam sel.Enzim-enzim yang memanipulasi DNA ada empat yaitu :1. Enzjim Nuklease ( yang memotong asam nukleat )2. Enzim Ligase ( yang menyambung asam nukleat menjadi satu )3. Enzim Polimerase ( yang membuat copy dati molekul DNA)4. Enzim Modifikasi ( yang menghilangkan gugus kimia )Dengan ringkas rekayasa genetik dapat dibuat sebagai berikut :1. DNA yang diambil dari sel penkreas, dipotong dengan enzim endonukleaserastriksi2. Isolasi DNA plasmid, lalu DNA plasmid dipotong enzim endonuklease3. Kemudian DNA yang sudah dipotong, disisipkan kedalam DNA plasmidyang juga sudah dipotong. Penyisipan ini dibantu oleh enzim ligase DNA.4. Setelah disisipkan maka plasmid dimasukkan kedalam sel bakteri, danditumbuhkan dalam media tertentu, agar dapat tumbuh dan berkembang biak serta menghasikan klon yang menghasilkan insulin.

V. Peranan bioteknologi

5.1. Dalam masyarakat 

Menjelang akhir abad ke-20 sebagian besar masyarakat dunia menanti bioteknologi dengan penuh harapan untuk memecahkan berbagai masalah umatmanusia dibumi. Namun sebagian masyarakat memandang bahwa memasuki era

 

 bioteknologi sama saja memasuki hutan belantara ketidak pastian tentang dampak yang akan terjadi kemudian hari.Perkembangan bioteknologi sekarang ini akan menimbulkan dampak serius pada demensi etika dan budaya. Rekayasa genetika menimbulkan masalah-masalah etika serius yang berhubungan dengan pengubahan, manipulasi, penetapan paten dan pemilikan bentuk-bentuk kehidupan. Berbagai perkembangan dibidang kesehatan juga akan membawa implikasi mendalam padanilai-nilai budaya.Infrastruktur teknologi dan desakan ekonomi akibat bioteknologimembawa dampak besar pada struktur sosial ekonomi serta pada nilai-nilai budaya, sementara masyarakat luas tidak mendapat informasi dan diasingkan dari pengambilan keputusan tentang ara, batas-batas tujuan dan dampak bioteknologi.

5.2. Dalam sistem ekologi 

Semua organisme yang ada dibumi telah melampaui proses evolusi selama jutaan tahun akibat keberadaan mereka kini telah mencapai suatu posisikeseimbangan yang optimal. interaksi antara suatu organisme denganlingkungannya baik lingkungan biotik maupun abiotik telah mempunyai bentuk khas masing-masing keanekaragaman jenis hubungan ini mempengaruhi bentuk ekosistem kita dibumi. Jadi jelaslah terlihat adanya keterkaitan antaramasingmasing organisme musnah, keseimbangan sistem akan terganggu dampak yang akan ditimbulkan bioteknologi dalam sistem ekologi antara lain terjadinya pencemaran lingkungan akibat penggunaan pestisida yang berlebihan sehingga penambahan atau pengurangan komponen-komponen ekositem bukan merupakanhal yang dianggap ringan. Contoh dampak pemasukan organisme barukelingkungan alami adalah pemanfaatan gen anti beku yang terdapat pada suatu jenis ikan yang dapat ditransfer keikan yang tidak tahan suhu dingin. Akibatnyayang biasa tidak didapati pada musim dingan sekarang dapat sangat leluasa berkembang biak dan menempati perairan yang dingin. Jadi akibat adanyakejadian ini dapat menimbulkan pemusnahan suatu species ikan tertentu, sehinggakeseimbangan ekosistem akan terganggu.