A.
PRINSIP
DASAR DAN JENIS-JENIS BIOTEKNOLOGI
1.
Prinsip
Dasar 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.
Bioteknologi berasal dari kata bio (hidup), teknos (teknologi), dan logos
(ilmu) yang secara harafiah berarti ilmu yang menerapkan prinsip-pronsp
biologi. Secara klasik atau konvensional, bioteknologi dapat didefinisikan
sebagai teknologi yang memanfaatka organisme atau bagian-bagiannya untuk
mendapatkan baranga atau jasa dalam skala industri untuk memenuhi kebutuhan
manusia, dalam perkembangannya lebih lanjut dapat diartikan sebagai pemanfaat
prinsif-prinsip dan kerakayasaan terhadap organisme, system, atau proses
biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun
menghasilkan produk dan jasa untuk kepentingan manusia.
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.
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.
Dalam tahun 1981 Perhimpunan Bioteknologi Eropa mendefinisikan Bioteknologi sebagai
penggunaan biokimia mikrobiologi dan rekayasa kimia secara terpadu dengan
tujuan untuk mencapai penerapan teknologi dari kapasitas mikroba dan sel-sel
jaringan yang dibiakkan.sesuai dengan definisi ini bioteknologi melibatkan
mikrobiologi, biokimia/kimia, rekayasa genetika, biologi molekuler dan rekayasa
proses dan teknik kimia untuk menghasilkan produk dan jasa.
2.
Jenis-Jenis
Bioteknologi
I.
Bioteknologi
Konvensional
Bioteknologi konvensional merupakan
bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme, proses biokimia, dan proses
genetic alami untuk memproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan,
Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Ciri khas yang tampak pada
bioteknologi konvensional, yaitu adanya penggunaan makhluk hidup secara
langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim.
Kelebihan Bioteknologi Konvensional :
a. Biaya
produksi murah.
b. Teknologi
menggunakan peralatan sederhana.
c.
Pengaruh jangka panjang sudah diketahui.
Kelemahan Bioteknologi Konvensional :
a. Perbaikan
genetic tidak terarah.
b. Memerlukan
waktu relative lama.
c. Belum
ada pengkajian prinsif-prinsif ilmiah.
d. Hasil
tidak dapat diperkirakan sebelumnya.
e. Tidak
mengatasi keitdaksesuaian genetic.
f.
Hanya diproduksi dalam skala kecil.
g. Prosesnya
relative belum steril sehingga kualitas hasilnya belum terjamin.
II.
Bioteknologi
Modern
Seiring
dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli teknlogi mulai mengembangkan
bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip ilmiah melalui penelitian dan berupaya
menghasilkan produk secara efektif dan efisien. Bioteknologi tidak hanya di
manfaatkan dalam industri makanan, tetapi telah mencakup berbagai bidang
seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi dan lainnya.
Dengan adanya penelitian serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi,
maka bioteknologi makin besar manfaatnya untuk masa yang akan datang. 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.
Kelebihan Bioteknologi Modern
:
a. Hasil
dapat diperhitungkan.
b. Dapat
mengatasi kendala ketidaksesuaian genetic.
c. Perbaikan
sifat genetic dapat dilakukan secara terarah.
d.
Dapat menghasilkan organisme yang sifat barunya
tidak ada pada sifat alaminya.
Kelemahan Bioteknologi Modern :
a. Biaya
produksi relatif lebih mahal.
b. Memerlukan
teknologi canggih.
c.
Pengaruh jangka panjang belum diketahui.
Teknik yang digunakan dalam bioteknologi :
1)
Kultur
Jaringan
Kultur Jaringan merupakan teknik perbanyakan
tanaman secara vegetative buatan berdasarkan pada sifat totipotensi tumbuhan,
yaitu dengan menumbuhkan jaringan maupun sel tumbuhan dalam suatu media buatan
secara aseptik. Bagian tumbuhan yang ditumbuhkan dalam media kultur disebut eksplan, yaitu bagian tumbuhan yang
memiliki sel-sel aktif membelah seperti ujung akar dan ujung batang. Potonga
bagian tumbuhan yang ditaman pada media kultur akan tumbuh membentuk kalus, yaitu massa sel yang belum
terdiferensiasi. Kemudian kalus akan
berkembang menjadi tanaman lengkap yang disebut plantlet.
Teknik bertujuan memperbanyak bibit unggul
dengan mudah dan singkat, dan dapat digunakan unuk melestarikan tanaman langka
dan tanaman yang mempunyai nilai ekonomi tinggi.
Rangkaian tahap Kultur Jaringan :
a)
Sterilisasi eksplan dengan cara merendam eksplan
dalam bahan kimia (sterilan) selama beberapa menit kemudian dicuci dengan air
steril. Bertujuan untuk membunuh mikrobia yang menempel pada ekslpan.
b) Penanaman
eksplan pada media kultur yang
terbuat dari agar-agar dan dilengkapi dengan unsur makro dan mikro.
c) Meletakkan
ekspal pada ruangan yang suhu dan penyinaran terkontrol hingga berbentuk kalus
d) Subkultur dulakukan beberapa kali sampai
kalus tumbuh menjadi plantet.
e) Plantlet dikeluarkan dari botol dan
akaarnya dibersihkan dengan air bersih.
f) Plantlet ditanam ke dalam pot-pot kecil
dan diletakkan ditepat yang tidak terkena cahaya matahari langsung.
g) Apabila
plantlet sudah tumbuh kuat, tanaman bias dipindahkan ke media tanah atau lahan
pertanian yang terkena sinar matahari langsung.
Keunggulan Teknik Ini :
a) Tidak
memerlukan memrlukan lahan yang luas untuk menghasilkan banyak bibit.
b) Menghasilkan
tanaman dengan sifat identic dengn sifat indukannya.
c) Menghasilkan
bibit banyak dalam waktu yang singkat.
2)
Kloning
Kloning atau Transplantasi atau Pencangkokkan nukleus
digunakan untuk menghasilkan individu secara genetik identik dengan indukannya,
cara ini dilakukan dengan memasukkan inti
sel donor ke dalam inti sel telur yang telah disilangkan inti selnya , dan
kemudia diberi kejutan listrik atau zat kimia untuk memacu pembelahan sel. Setelah embrio sudah mencapai tahapan yang
sesuai kemudian dimasukkan ke dalam Rahim hewan betina lainnya yang sejenis
untuk dilahirkan.
3)
Teknik
Bayi Tabung (fertilisasi in vitro)
Teknik ini bertujuan untuk membantu pasangan suami istri yang
sulit memperoleh keturunan. Pasangan ini memang bias menghasilkan sel kelamin
secara normal, tapi karena factor tertentu mengakibatkan proses pembuahan tidak
dapat terjadi.
Pembuahan dilakukan berada di luar tubuh
induk betina. Sel telur yang telah dibuahi akan membentuk embrio kemudian
embrio ini datanam (diimlpantasi)
pada rahim wanita pendonor.
4)
DNA
Rekombinan
DNA Rekombinan teknik pengubahan susunan DNA suatu organisme
dengan cara menyisipkan gen asing ke organisme tersebut sehingga diperoleh
sifat yang tidak dimiliki sebelumnya. Teknik ini menghasilkan organisme
transgenik.
Teknik ini meliputi beberapa tahapan :
a) Isolasi
DNA
Dilakukan
untuk menyeleksi DNA yang dikehendaki DNA yang dipilih kemudian dipotong dengan
enzim endonuclease (berperan sebagai
gunting biologi), kemudian dimasukkan ke dalam suatu vector (pembawa), vector
ini berupa DNA atau Virus.
b) Transplantasi
Gen atau DNA
Dilakukan
dengan cara menyambung gen yang telah diisolasi ke dalam DNA plasmid vektor
dengan menggunakan enzim ligase.
Enzim ini mampu menyambung unjung-ujung nukleotida dan berperan sebagai “lem
biologi”. Dan hasil penyambungan disebut DNA Rekombinan.
c) Memasukkan
DNA Rekombinan ke Damal Sel Hidup.
Ini dimaksudkan yaitu DNA
Rekombinan dimasukkan ke dalam vektor sek bakteri atau virus melalui pemanasan
dalam laritan NACL atau melalui elektroporasi. Kemudian akan melakukan
replikasi dengan cara membelah diri sehingga menjadi banyak.
5)
Fusi
Protoplasma
Disebut juga teknologi hibridoma yaitu teknik
penggabungan dua sel yang berasal dari jaringan yang berbedayang memiliki sifat
kedua sel tersebut. Berlangsung dalam suatu medan listrik, digunakan untuk
menghasilkan organisme trasgenik. Prinsipnya yaitu menggabungkan kedua isi sel
dengan terlebih dahulu menghilangkandinding sel atau membran sel. Dapat
dilakukan pada tmbuhan atau hewan.
Fusi Protoplasma dimanfaatkan pada sel hewan atau manusia
untuk menghasilkan hibridoma (sel hibrid), yaitu merupakan hasil fusi antara
sel pembentuk antibody sel (limposit B) dengan sel myeloma (sel kanker). Akan
menghasilkan pembelahan yang tak terbatas seperti sel kanker, juga menghasilkan
antibody (limposit B).
B.
PENERAPAN
BIOTEKNOLOGI DAN DAMPAKNYA
1.
Penerapan
Bioteknologi
a.
Bidang
Pangan
1)
Pemanfaatan
Microorganisme dalam Proses Fermentasi
Jenis-Jenis Mikroorganisme Yang Dimanfaatkan Untuk
Meningkatkan Produk Pangan
|
Bahan Pangan
|
Mikroorganisme
|
Golongan
|
Produk
|
|
Susu
|
Lactobacillus bulgaricus
Streptococcus termophillus
Streptococcus lactis
Panicillium requiforti
Propioni bacterium
Lactobacillus casei
|
Bakteri
Bakteri
Bakteri
Jamur
Bakteri
Bakteri
|
Yoghurt
Yoghurt
Mentega
Keju
Keju Swiss
Susu asam
|
|
Kedelai
|
Rhizopus oligosporus
Rhizopus stoloniferus
Rhizopus oryzae
Aspergillus oryzae
|
Jamur
Jamur
Jamur
Jamur
|
Tempe
Tempe
Tempe
Kecap
|
|
Kacang tanah
|
Neurospora sitophyla
|
Jamur
|
Oncom
|
|
Beras
|
Saccharomyces cereviseae
Endomycopsis fibulegera
|
Jamur
Jamur
|
Tape Ketan
|
|
Singkong
|
Saccharomyces elipsoides
Endomycopsis fibulegera
|
Jamur
Jamur
|
Tape singkong
|
|
Air kelapa
|
Acetobacter xylinum
|
Bakteri
|
Nata de coco
|
|
Tepung gandum
|
Saccharomyces elipsoides
|
Jamur
|
Roti
|
|
Kubis
|
Enterobacter sp.
|
Bakteri
|
Asinan
|
|
Padi-padian atau umbi-umbian
|
Saccharomyces cereviseae
Saccharomyces caelsbergensis
|
Jamur
|
Minuman beralkohol
|
|
Mikroorganisme
|
Spirulina
Chlorella
|
Alga bersel satu
|
Protein sel tunggal
|
2)
Pemanfaatan Microorganisme untuk
Memproduksi Bahan Makanan
a)
Protein Sel Tunggal (PST)
Adalah suatu istilah untuk meyebut protein
yang berasal dari organisme uniseluler atau multiseluleryang strukturnya
sederhana, dapat dibuat dengan bakeri, ganggang, maupun jamur, selanjutnya
dikembangbiakkan dalam jumlah yang besar. Dan beberapa keunggulannya :
(1)
Mempunyai kemampuan berkembang biak yang relative cepat.
(2)
Mempunyai kandungan proteinyang lebih tinggi dibandingkan
sumber protein lainnya (hewan/tumbuhan).
(3)
Dapat menggunkan substrat limbah sebagai media tumbuh.
Contoh
mikroba yang digunakan yaitu Saccharomyces
cerevisiae, Candida utilis, Spirulina, Chlorella.
b)
Mikroprotein
Merupakan makanan sumber protein yang
merasal dari miselium jamur, dihasilkan melalui proses fermenasi oleh jamur Fusarium graminearum menggunakan
bahan-bahanseperti glukosa, garam ammonia, dan zat hara. Kandungan Mikroprotein
:
47% Protein, 14% Lemak, 25% serat untu diet, 10%
Karbohidrat, 1% RNA, dan 3% abu.
b. Bidang Kedokteran
1) Antibiotik adalah senyawa yang
dihasilkan suatu organisme yang mampu menghambat pertumbuhan organisme lain
|
Antibiotik
|
Dihasilkan Oleh
|
Aktif terhadap
|
|
Penisilin 6
|
Penicillium chiysogenum
|
Bakteri gram
positif
|
|
Ampisilin
|
Penicillum chiysogenum
|
Bakteri
gram negatif yang menyebabkan infeksi pada saluran pernafasan, pencernaan
kantung kemih
|
|
Metisilin
|
Penicillum sp.
|
Bakteri penghasil
Penicillum
|
|
Sepalosporin
|
Cepalosporium sp.
|
Bakteri gram
negatif dan positif
|
|
Streptommisin
|
Streptomyces griceus
|
Infeksi TBC
|
|
Neomisin
|
Streptimyces fradlae
|
Menghambat bakteri
usus
|
|
Kanamisin
|
Streptymices kanomicetius
|
Bakteri gram
negatif kecuali Pseudomonas
|
|
Gentamisin
|
Mikromanaspora purpurea
|
Bakteri gram
positif dan negatif
|
|
Tetrasiklin
|
S. aureofaciens
|
Bakteri gram
posotif dan negatif
|
2) Vaksin adalah mikroorganisme atau
bagian dari suatu mokroorganisme yang telah dilemahkan, sehingga tidak
membahayakan.
Contoh senyawa yang diproduksi oleh mikroba yang direkayasa
:
I.
Interferon
II.
Interieukin
III.
Insulin
IV.
Aktivator
V.
Faktor nelurosis
VI.
Eritropoletik
3) Vitamin :
a)
Bakteri yang mampu
memproduksi Vitamin B12 adalah Pseudomonas
sp. Dan Propioni bacterium.
b)
Bakteri yang mampu memproduksi Vitamin B2 adalah Asbhya gossipi.
4) Pemuatan hormon
c. Bidang Pertanian
1) Ditemukannya berbagai varietas bibit
tahan hama.
2) Adanya pola tanam hidroponik.
3) Adanya tanaman yang tahan hama.
4) Dihasilkannya bioinsektisida dan
mikroba
d. Bidang Industri
1) Asam Glutamat adalah asam amino bahan
utama monosodium glutamat (MSG).
2) Lisin aadalah jenis asam amino yang
tidak dapat disintesis oleh hewan, jenis asam amino tersebut diproduksi dengan
bantuan bakteri Carynobacterium glutamat
3) Asam Sitrat yaitu memberi rasa getir
atau pahit pada cita rasa makanan dan merupakan unsur pokok dalam berbagai
jenis jeruk. Dan diproduksi oleh Aspergillus
niger
4) Enzim :
a)
Amilase : memproduksi sirop, kanji, glukosa. Mikroba yang
memproduksi : Aspergilus niger,
Aspergilus orizae, dan Bacillus
subtilis.
b)
Protease : memproduksi roti dan beer. Mikroba yang
memproduksi : Aspergillus orizae, dan
Bacillus subtilis.
c)
Lipase : memproduksi susu dan keju dengan peningkatan cita
rasa. Mikroba yang memproduksi : Aspergillus
niger, Rhizopus sp.
e. Bidang Ligkungan
1) Penanganan Limbah : mikroorganisme yang
dapat mengolah limbah beracun dan menghasilkan gas hidrogen adalah Clostridium butyrium
2) Pembuatan Biogas : gas bio yang
dihasilkan dari penguraian senyawa organik oleh bakteri metan (Methanocacter) yang dilakukan secara
anaerob
f.
Bidang Pertambangan
Penggunaan microorganisme dalam pemisahan logam dari bijinya
Misalkan oleh : Thibacillus
oxidans dan Thiobacillus feroxidans
2. Dampak Bioteknologi
a.
Dampak Positif
I.
Menghasilkan produk baru yang tidak terbatas.
II.
Menghasilkan prodduk biogas, kompas, lumpur aktif dari
pengelolaan limbah.
III.
Menghasilkan orab-obatan dari bidang kedokteran.
IV.
Menghasilkan bahan bakar dengan pengelolaan biomassa menjadi
etanol (cair) dan metana (gas)
V.
Menghasilkan makanan dan minuman dalam bidang industri.
b.
Dampak Negatif
I.
Terjadinya kontroversi dalam masyarakat dan dapat merugikan
petani kecil
II.
Terlepasnya organisme transgenik di alam bebas tanpa
pengawasan dapat menghasilkan pencemaran biologis.
III.
Menimbulkan alergi karena mengonsumsi produk tanaman
transgenik
IV.
Adanya ketergantungan pada teknologi
V.
Menyebabkan kepunahan sebagian plasma nutfah yang asli
VI.
Menyebabkan bakteri dalam tubuh manusia menjadi tahan
terhadap antibiotik
VII.
Kemungkinan adanya perbedaan nutrisi dan komposisi.