PRINSIP DASAR DAN JENIS BIOTEKNOLOGI

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.