Bioteknologi

A.   PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi berasal dari dua kata, yaitu ‘bio’ yang berarti makhuk hidup dan ‘teknologi’ yang berarti cara untuk memproduksi barang. Dengan definisi tersebut bioteknologi bukan merupakan sesuatu yang baru. Nenek moyang kita telah memanfaatkan mikroba untuk membuat produk-produk berguna seperti tempe, oncom, tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de coco . Hampir semua antibiotik berasal dari mikroba, demikian pula enzim-enzim yang dipakai untuk membuat sirop fruktosa hingga pencuci pakaian.

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 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. 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, rekombinan DNA, 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 rekombinan DNA, 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 di 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.

B.     PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI

Dalam kehidupan sehari-hari tanpa disadari, kita telah banyak mendengar atau bahkan memanfaatkan produk-produk bioteknologi. Baik yang berkaitan dengan makanan / minuman ( seperti : tempe, bir, keju, kecap, yoghurt ) , kesehatan ( seperti : penisilin, amoxylin, vaksin,hormone insulin ), pertanian ( tanaman trans genik, kultur jaringan, tembakau bebas virus ), peternakan ( seperti :  domba dolly ), transportasi ( seperti biofuel )  bahkan sampai masalah sampah ( seperti : plastic biodegradable ). Namun, mungkin kita masih bertanya-tanya Bagaimana prinsip dasar bioteknologi itu ?

Secara klasik atau konvensional, bioteknologi dapat didefinisikan sebagai teknologi yang memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya untuk mendapatkan barang dan jasa dalam skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sedangkan dalam perkembangan lebih lanjut, bioteknologi dapat juga didefinisikan sebagai teknologi pemanfaatan organisme atau bagian-bagiannya yang telah direkayasa secara in vitro untuk menghasilkan produk dan jasa pada skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia.

Dari kedua definisi tersebut dapat kita fahamkan bahwa dalam prosesnya, bioteknologi melibatkan beberapa unsure , yaitu  adanya: Bahan mentah, agen hayati ( organisme atau bagian-bagiannya ), pendayagunaan secara teknologis dan industrial , dan produk / jasayang diperoleh. Perhatikan bagan berikut ini.

Bahan mentah	=====	Proses teknologis Dan industrial	====	Produk / jasa
		| 
		Agen hayati ( mikroba/ molekul/ sel/ jaringan )

Dari bagan tersebut, dengan jelas dapat kita lihat bahwa suatu produk / jasa dapat dikategorikan sebagai produk bioteknologi bila produk / jasa tersebut dihasilkan melalui proses teknologis ( baik konvensional maupun modern ) yang melibatkan agen hayati di dalam proses produksinya. Perhatikan contoh berikut :

Contoh 1 :

biji kedelai direbus menjadi kedelai rebus

Contoh 2 :

biji kedelai direbus, setelah dingin diberikan ragi tempe kemudian dibungkus lalu disimpan. Setelah 2 – 3 hari menjadi tempe

Dari  kedua contoh tersebut, mana yang merupakan produk bioteknologi ? Contoh 2 merupakan produk bioteknologi karena dalam prosesnya menggunakan agen hayati, yaitu ragi tempe. Ragi tempe mengandung spora jamur Rhizopus sp. Aktivitas kehidupan jamur ini secara biologis menjadikan butiran-butiran kedelai rebus terangkai menjadi suatu produk yang bernama tempe. Sedangkan contoh 1 bukan merupakan produk bioteknologi, karena dalam prosesnya sama sekali tidak memanfaatkan agen hayati ( meski teknologi perebusan yang digunakan modern sekalipun ).

Ada beberapa proses yang merupakan prinsip dasar dari bioteknologi, yaitu fermentasi, seleksi dan persilangan, analisa genetik, kultur jaringan, rekombinasi DNA, dan analisa DNA.

1. Fermentasi

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik(tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagairespirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.

Fermentasi merupakan proses dasar untuk mengubah suatu bahan menjadi bahan lain dengan cara sederhana dan dibantu oleh mikroorganisme. Proses fermentasi ini merupakan bioteknologi sederhana dan sudah dikenal sejak jaman dahulu. Contohnya pembutan roti, minuman anggur, yoghurt, tuak dan sake.

2. Seleksi dan Persilangan

Proses seleksi dilakukan dengan memenipulasi DNA yang ada pada mikroba, tanaman, atau hewan agar menjadi mikroba, tanaman, atau hewan dengan sifat yang lebih baik sehingga apabila disilangkan akan menjadi bibit unggul yang baik untuk masa depan. Contohnya, ayam Leghorn, sapi ayrshire, padi Cisadane kedelai Muria, dan jagung Metro.

3. Analisa Genetik

Proses ini mempelajari cirri atau sifat dan gen makhluk hidup dari generasi ke generasi untuk mendapatkan sifat atau ciri yang unggul serta interaksi antara gen dan lingkungan agr menghasilkan keturunan yang baik.

4. Kultur Jaringan

       Kultur jaringan atau biakan jaringan merupakan teknik pemeliharaan jaringan atau bagian dari individu secara buatan (artifisial). Yang dimaksud secara buatan adalah dilakukan di luar individu yang bersangkutan. Karena itu teknik ini sering kali disebut kultur in vitro, sebagai lawan dari in vivo. Dikatakan in vitro (bahasa Latin, berarti "di dalam kaca") karena jaringan dibiakkan di dalam tabung inkubasi atau cawan Petri dari kaca atau material tembus pandang lainnya. Kultur jaringan secara teoretis dapat dilakukan untuk semua jaringan, baik daritumbuhan maupun hewan (termasuk manusia) namun masing-masing jaringan memerlukan komposisi media tertentu.

Selain itu, kultur jaringan diartikan juga sebagai proses menumbuhkan atau memperbanyak jaringan hewan dan tanaman dari jaringan atau selnya di dalam laboratorium tanpa mendapat gangguan dari organisme lain. Proses ini dimanfaatkan untuk perbanyakan, produksi bahan-bahan kimia, dan riset di bidang pengobatan. Contohnya kultur jaringan anggrek dan pisang.

Pelaksanaan teknik ini memerlukan berbagai prasyarat untuk mendukung kehidupan jaringan yang dibiakkan. Yang paling esensial adalah wadah dan media tumbuh yang steril. Media adalah tempat bagi jaringan untuk tumbuh dan mengambil nutrisi yang mendukung kehidupan jaringan. Media tumbuh menyediakan berbagai bahan yang diperlukan jaringan untuk hidup dan memperbanyak dirinya. Ada dua penggolongan media tumbuh: media padat dan media cair. Media padat pada umumnya berupa padatan gel, seperti agar. Nutrisi dicampurkan pada agar. Media cair adalah nutrisi yang dilarutkan di air. Media cair dapat bersifat tenang atau dalam kondisi selalu bergerak, tergantung kebutuhan.

Teori dasar dari kultur in vitro ini adalah Totipotensi.Teori ini mempercayai bahwa setiap bagian tanaman dapat berkebang biak, karena seluruh bagian tanaman terdiri atas jaringan - jaringan hidup.

Tahapan yang dilakukan dalam perbanyakan tanaman dengan teknik kultur jaringan adalah

1.    Pembuatan media

2.    Inisiasi

3.    Sterilisasi

4.    Multiplikasi

5.    Pengakaran

6.    Aklimatisasi

Media merupakan faktor penentu dalam perbanyakan dengan kultur jaringan.  Komposisi media yang digunakan tergantung dengan jenis tanaman yang akan diperbanyak. Media yang digunakan biasanya terdiri dari garam mineral, vitamin, dan hormon.  Selain itu, diperlukan juga bahan tambahan seperti agar, gula, dan lain-lain.  Zat pengatur tumbuh (hormon) yang ditambahkan juga bervariasi, baik jenisnya maupun jumlahnya, tergantung dengan tujuan dari kultur jaringan yang dilakukan.  Media yang sudah jadi ditempatkan pada tabung reaksi atau botol-botol kaca.  Media yang digunakan juga harus disterilkan dengan cara memanaskannya dengan autoklaf.

Inisiasi adalah pengambilan eksplan dari bagian tanaman yang akan dikulturkan. Bagian tanaman yang sering digunakan untuk kegiatan kultur jaringan adalah tunas. 

Sterilisasi adalah bahwa segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu di laminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga steril. Sterilisasi juga dilakukan terhadap peralatan, yaitu menggunakan etanol yang disemprotkan secara merata pada peralatan yang digunakan.  Teknisi yang melakukan kultur jaringan juga harus steril.  

Multiplikasi adalah kegiatan memperbanyak calon tanaman dengan menanam eksplan pada media. Kegiatan ini dilakukan di laminar flow untuk menghindari adanya kontaminasi yang menyebabkan gagalnya pertumbuhan eksplan.  Tabung reaksi yang telah ditanami ekplan diletakkan pada rak-rak dan ditempatkan di tempat yang steril dengan suhu kamar.

Pengakaran adalah fase dimana eksplan akan menunjukkan adanya pertumbuhan akar yang menandai bahwa proses kultur jaringan yang dilakukan mulai berjalan dengan baik.  Pengamatan dilakukan setiap hari untuk melihat pertumbuhan dan perkembangan akar serta untuk melihat adanya kontaminasi oleh bakteri ataupun jamur. Eksplan yang terkontaminasi akan menunjukkan gejala seperti berwarna putih atau biru (disebabkan jamur) atau busuk (disebabkan bakteri). 

Aklimatisasi adalah kegiatan memindahkan eksplan keluar dari ruangan aseptic ke bedeng. Pemindahan dilakukan secara hati-hati dan bertahap, yaitu dengan memberikan sungkup. Sungkup digunakan untuk melindungi bibit dari udara luar dan serangan hama penyakit karena bibit hasil kultur jaringan sangat rentan terhadap serangan hama penyakit dan udara luar. Setelah bibit mampu beradaptasi dengan lingkungan barunya maka secara bertahap sungkup dilepaskan dan pemeliharaan bibit dilakukan dengan cara yang sama dengan pemeliharaan bibit generatif. 

5. Rekombinasi DNA

Proses transfer segmen DNA dari satu organisme ke DNA organisme lain dinamakan rekombinasi DNA. Kedua organisme itu dapat saja tidak memiliki hubungan atau kekerabatan. Contohnya, penyisipan gen manusia pada bakteri Bacillus thuringiensis sehingga bakteri tersebut dapat memproduksi insulin.

Rekombinasi merupakan hasil teknologi atau rekombinasi DNA di laboratorium. Dengan teknologi DNA dapat diproduksi atau dibuat fragmen DNA tertentu. Enzim digunakan untuk memotong fragmen DNA dan menempelkan fragmen DNA ke tempat yang diinginkan. Enzim restriksi digunakan untuk memotong fragmen DNA menjadi fragmen-fragmen. Sementaraenzim DNA ligase menyambungkan antar fragmen DNA. Dengan pemotongan dan penyambungan kembali bagian yang diinginkan dapat didesain urutan DNA sesuai kode yang diinginkan atau gen yang diinginkan.

Gen dapat diklon dalam plasmid rekombinan, plasmid buatan hasil rekombinasi. Plasmid adalah DNA sirkuler yang dimiliki bakteri dapat bereplikasi dan diturunkan ketika sel bakteri membelah. Plasmid diartikan juga sebagai salah satu vektor atau pembawa rekombinan gen atau rekombinan DNA. Gen yang telah diklon dapat disimpan dalam pustaka genom berupa plasmid rekombinan atau virus DNA rekombinan. Enzim reverse transcriptase dapat membuat DNA dari RNA dan kemudian DNA hasilnya dapat diklon. Molekul probe atau molekul penanda dapat digunakan untuk mengidentifikasi gen khusus yang dibawa suatu DNA (gen) klon. Ada alat otomatik untuk membuat proses sintesa DNA yang cepat dan mensekuens urutan DNA.

Metoda untuk menganalisa fragmen DNA hasil kerja enzim restriksi dan mendeteksi perbedaan fragmen yang dihasilkan telah ada Metode PCR dapat memperbanyak sampel DNA yang dituju. Rekayasa genetika pada sel bakteria, yeast, tanaman, hewan digunakan untuk menghasilkan produk gen secara massal. Kelebihan teknologi DNA atau rekayasa genetika menjadi penyebab revolusi pada industri farmasi dan pengobatan manusia, bidang pertanian, dan rekayasa genetika sudah sangat akrab, hewan transgenik dan pengembangan riset masa kini. Kekurangan teknologi DNA membawa risiko, menimbulkan pertanyaan etika yang penting.

6. Analisis DNA

Proses reaksi rantai polymerase sehingga dapat membuat kopi (salinan) dari DNA. Proses ini berguna untuk memetakan DNA sehingga dapat diketahui dengan pasti DNA dari satu organisme untuk menentukan genetik keturunannya. Teknik ini biasanya digunakan untuk mendapatkan atau mengenali DNA dari korban – korban kecelakaan yang sulit diidentifikasi oleh tim forensik.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 dalam perkembangannya,  memang tidak pernah terlepas dari sifat rasa ingin tahu dan rasa tidak puas manusia. Adapun tujuan utama pengembangan bioteknologi adalah untuk meningkatkan / memberi  nilai  tambah  bahan mentah dengan memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya. Dengan memanfaatkan jamur Rhizopus, biji kedelai mempunyai nilai tambah. Misalnya : dari sisi ekonomi harga tempe lebih mahal daripada harga kedelai rebus, dari sisi nutrisi tempe lebih tinggi kandungan/nilai gizinya daripada kedelai rebus dll.

source : satyaanakmas.blogspot.com