Bioteknologi Pada Sumber Daya Alam Hayati

  • 6 min read
  • Apr 23, 2020
bioteknologi

1. Pengertian

Secara umum definisi bioteknologi adalah penggunaan makhluk hidup dan produk-produknya untuk menyediakan barang dan pelayanan. Bioteknologi sangat berperan penting dalam pelestarian sumber daya alam hayati.

Pada pertengahan tahun 1960 muncul bioteknologi yang diharapkan dapat menghasilkan prosedur baru. Tujuannya adalah untuk memproduksi bahan obat-obatan dan bahan kimia dalam jumlah besar. Perkembangan bioteknologi ini ditunjang oleh penemuan baru di bidang biokimia, genetika, biologi tingkat sel dan biologi tingkat molekul.

Tujuan pemahaman yang lebih mendalam tentang bentuk dan fungsi enzim tertentu. Serta penemuan-penemuan yang dihasilkan oleh ahli genetika molekuler untuk memindahkan DNA dari makhluk yang satu ke makhluk yang lain. Penemuan-penemuan tersebut bersama kemajuan-kemajuan dalam bidang virologi.

Terutama penelitian terhadap virus yang menyerang bakteri, bakteriologi khususnya pada Escherichia coli (bakteri kolon atau usus besar). Genetika molekular yang mengenai kode genetika dan enzimologi memperkuat pengetahuan dan teknik rekayasa genetika. Prosedur teknologi baru tersebut dinamakan dengan bioteknologi.

sel e coli bioteknologi
Gambar sel-sel Escherichia coli

Bioteknologi terdiri atas penggunaan bakteri, khamir serta kultur-kultur sel hewan dan tumbuhan. Caranya adalah dengan mengarahkan metabolisme dan kemampuan biosintesis bakteri tersebut untuk membuat produk tertentu yang diinginkan oleh manusia.

Jadi bioteknologi merupakan sistem biologi. Dengan bioteknologi yang memanfaatkan mikroba dimungkinkan untuk dihasilkan substansi dan senyawa-senyawa yang penting bagi kehidupan dan kemanusiaan. Bioteknologi yang berupa sistem biologi tersebut sebetulnya merupakan teknologi lama yang sudah ada.

Sistem biologi telah digunakan untuk menghasilkan makanan dan minuman seperti bir, anggur, acar, cuka, vitamin dan asam amino. Juga untuk menghasilkan bahan obat-obatan seperti antibiotika, insulin dan vaksin. Beberapa bahan kimia industri, seperti asam-asam organik dan pelarut, enzim dan getah polisakarida, juga dihasilkan dengan sistem biologi tersebut.

Selama ratusan tahun sistem biologi telah digunakan dalam pertanian. Misalnya dalam menghasilkan biji-biji tanaman pertanian, sperma hewan untuk inseminasi buatan, insektisida bakteri dan penambatan nitrogen bagi tanaman kacang-kacangan. Dari uraian contoh-contoh tersebut maka jelas bahwa bioteknologi telah menjadi dasar bagi industri penting.

2. Perkembangan Bioteknologi

Saat ini bioteknologi sudah lebih dipermodern dan jangkauannya sudah semakin jauh. Bioteknologi tidak berkembang begitu saja tetapi mempunyai riwayat dan sejarah perkembangan.

Sebagai langkah pertama pada tahun 1953, Sanger dapat menentukan bentuk utuh suatu protein yang berupa insulin. Dan Watson dan Crick menunjukkan bahwa DNA benang ganda. Sepuluh tahun kemudian Nirenberg dapat memecahkan rahasia atau sandi genetika yang dapat diterapkan pada manusia.

Dengan penemuan-penemuan tersebut informasi hereditas (pewarisan) dan kepentingannya menjadi tersedia, terutama hubungan antara sandi genetika dan struktur protein. Langkah kedua dicapai dalam tahun 1960-an ketika dimungkinkan untuk menentukan struktur protein secara otomatis. Pada waktu ini dapat diciptakan alat yang dapat menentukan urutan asam amino atau satuan yang membentuk protein.

Dan susunan asam amino sebanyak 500 protein telah dipetakan. Mengikuti protein, kemajuan yang sama juga dicapai dalam asam nukleat. Pada tahun 1976, Gilbert dan Maxam bersama Sanger mengembangkan metode cepat untuk menganalisis DNA. Dengan metode ini dimungkinkan menentukan urutan 1.000 nukleotida atau unit asam nukleat dalam waktu satu minggu.

Pada tahun 1982-1985 telah dapat dipasarkan mesin yang dapat menganalisis asam nukleat (unit utama DNA) dan gen. Analisis DNA sama penggunaan sandi genetika memungkinkan penentuan urutan protein yang sintesisnya (pembentukannya) dikendalikan oleh gen. Penyempurnaan analisis protein memungkinkan pengurutan 100-200 asam amino dalam sehari.

Langkah ketiga adalah sintesis (pembentukan) sesudah analisis (penguraian). Pada awal tahun 1970-an telah dapat disintesis DNA dengan demikian gen. Dan pada akhir tahun 1970-an telah dapat disintesis gen yang mengawali pembentukan salah satu protein pada bakteri usus besar E.coli.

Pada tahun 1977 dan 1979 dapat disintesis gen yang mengendalikan pembentukan somatostatin (hormon tumbuh) dan insulin pada manusia. Gen-gen ini kemudian dimasukkan ke dalam bakteri E.coli dengan teknik rekombinasi genetika oleh Boyer dan kawan-kawan. Untuk pertama kalinya dipertunjukkan ekspresi gen manusia dalam sel bakteri.

3. Teknik-Teknik Dalam Bioteknologi

Bioteknologi merupakan suatu rangkaian proses yang terdapat dalam sistem biologi seperti teknologi pada umumnya. Proses bioteknologi yang tertua mungkin adalah fermentasi dengan jasad renik yang dilakukan oleh orang-orang Babilonia pada tahun 6000 sebelum masehi. Yaitu dalam pembuatan bir.

Tiga ribu tahun kemudian orang-orang Sumeria telah mampu membuat 20 macam bir yang berbeda. Proses-proses fermentasi ini terus-menerus ditingkatkan. Peningkatan penggunaan jasad renik ini berjalan terus sepanjang perkembangan kebudayaan manusia.

Berbagai penemuan telah diperoleh misalnya senyawa-senyawa yang berasal dari bakteri dan fungi yang kemudian dapat digunakan untuk menggantikan produk-produk sintetis. Seperti obat-obatan antibiotika dan anti parasit.

Saat ini proses-proses bioteknologi lebih banyak tergantung pada teknik rekombinasi genetika. Serta penggunaan enzim, sel atau organel sel (bagian-bagian dalam sel).

3.1 Teknik Rekombinasi Genetika

Teknik rekombinasi genetika adalah teknik yang dilakukan dengan mengganti atau menambahkan DNA dari luar kepada susunan DNA asli dalam sel. Istilah lain untuk teknik ini adalah rekayasa genetika atau manipulasi genetika.

Sehingga teknik rekombinasinya dengan mencampurkan ruas DNA alami atau buatan dengan molekul DNA yang dapat memperbanyak diri dalam sel hidup. Molekul DNA yang baru terbentuk atau direkombinasi tersebut disebut DNA rekombinan. Pada dasarnya pencampuran DNA ini dilakukan dengan menisikkan (menjahit) DNA pribumi kepada DNA asing.

Dalam vektor yang berupa plasmid bakteri (kromosom melingkar yang kecil pada bakteri) atau genom virus. Kemudian DNA rekombinan ini dapat dimasukkan ke dalam sel inang. Dimana di sel inang DNA rekombinan tersebut dapat diperbanyak bersama perbanyakan sel yang mengandungnya.

Suksesnya teknik ini diikuti oleh kemampuan para ahli untuk memotong ruas DNA pada titik tertentu yang diinginkan. Dan menyisipkan DNA lain pada titik yang dipotong tersebut. Hal ini terjadi dengan ditemukannya enzim-enzim yang dapat melakukan pemotongan dan penyambungan tersebut.

Dengan teknik ini dapatlah dimasukkan gen-gen baru ke dalam susunan genom yang sudah ada. Hal ini sudah terlaksana pada mikroba. Misalkan gen pembentuk insulin pada sel pankreas manusia disambung dengan plasmid bakteri. Sehingga gen sel bakteri tersebut mampu menghasilkan hormon insulin.

Pencangkokan gen virus dengan gen lain pada hewan sehingga tubuh mampu menghasilkan interferon. Yaitu jenis protein yang diproduksi sel hewan untuk melawan virus. Transplantasi gen dari manusia ke dalam bakteri dapat mengubah mikroba ini untuk digunakan di dalam pabrik-pabrik.

transplantasi gen manusia ke dalam bakteri
Gambar transplantasi gen manusia ke dalam bakteri

3.2 Teknik Enzim, Sel dan Organel Sel

Teknik enzim disempurnakan pada tahun 1960-an. Dan telah berhasil digunakan dalam industri produksi penisilin hemisintetis dan sirup fruktosa dari pati jagung. Dalam uji biokimia yang sederhana menggunakan teknik ini.

a) Teknik pada mikroorganisme

Penggunaan sel dan organel sel bahkan lebih efektif. Karena sel dan organel sel mengandung urutan-urutan lengkap yang diperlukan untuk pembentukan senyawa yang kompleks.

Sehingga perkembangan bioteknologi sangat ditentukan oleh adanya penelitian-penelitian yang cukup baik. Dalam bidang mikrobiologi, biokimia, enzimologi dan genetika mikroba.

Serta adanya koleksi kultur mikroba yang tercatat dengan teratur. Penggunaan sel hewan juga memainkan peran yang penting. Misalnya pada kultur virus yang memproduksi vaksin. Dalam produksi interferon atau molekul anti infeksi virus dan juga bertindak sebagai pencegah tumor.

Dan dalam sintesis antibodi monoklon atau antibodi yang dihasilkan oleh sel-sel klon tunggal. Virus polio sejak tahun 1950-an telah ditumbuhkan dalam kultlur jaringan mamalia untuk membuat vaksin.

Sejak saat itu kultur sel manusia menjadi sangat menentukan dalam penumbuhan virus untuk menghasilkan protein yang sangat khas. Misalnya antibodi dan interferon dalam penelitian kanker dan pengobatan kimia anti virus.

b) Teknik pada tumbuhan

Tumbuhan memberikan sumbangannya kepada bioteknologi lebih belakangan. Penggunaan meristem (jaringan tumbuh) untuk menghasilkan klon-klon tanaman dalam jumlah besar.

Dan sintesis berbagai senyawa oleh kultur sel merupakan perkembangan bioteknologi dari segi tumbuhan. Teknik biak jaringan tersebut sebetulnya telah dimulai pada tahun 1937 oleh Gautheret pada jaringan wortel. Pada tahun 1954 Muir, Hildebrandt dan Riker berhasil menumbuhkan sel tanaman yang diisolasi dalam kultur.

Tiga tahun kemudian Skoog dan Miller memperoleh akar dan batang dari kalus. Atau calon tanaman yang dihasilkan dengan biak jaringan yang diperlakukan dengan hormon auksin dan kinetin. Kemudian ditemukan hormon giberelin yang merangsang pertumbuhan meristem dan perkembangannya menjadi tanaman utuh.

Teknik biak sel atau jaringan dapat diterapkan dengan menggunakan protoplas. Pengucilan protoplas sebetulnya telah dilakukan oleh Klercker pada tahun 1892. Tetapi teknik dengan menggunakan enzim baru dikembangkan pada tahun 1960 oleh Cocking. Dengan sistem kultur jaringan seluruh bagian tubuh tanaman dapat dikembangkan menjadi tanaman baru.

kultur jaringan
Gambar sistem kultur jaringan seluruh bagian tanaman

4. Bidang Penerapan Bioteknologi

Bioteknologi mempunyai nilai penerapan di berbagai sektor kehidupan. Diantaranya dalam sektor-sektor industri, pertanian dan kesehatan. Pada sektor industri, bioteknologi membentuk bioindustri yang mencakup kegiatan industri dengan dua peran bioteknologi.

Pertama, penggantian teknologi yang umum dipakai dengan bioteknologi. Di sini mencakup bidang industri kimia misalnya sintetis bahan penyedap, plastik. Dan produk-produk industri tekstil, bidang energi, yang menghasilkan metanol, etanol dan biogas. Serta bidang biometalurgi yang meliputi ekstraksi unsur metal tertentu.

Kedua, bioteknologi memainkan peranan yang sangat penting sebagai pendorong. Di sini bioteknologi mencakup industri pangan yaitu produksi massal khamir, alga dan bakteri. Dengan tujuannya penyediaan protein, asam ammo, vitamin dan penggunaan enzim.

Serta peningkatan produktivitas pertanian misalnya pemilihan varietas tanaman dari biak sel dan jaringan serta bioinsektisida. Industri obat-obatan seperti vaksin, sintesis hormon interferon dan antibiotika. Perlindungan lingkungan dan penanggulangan pencemaran misalnya pengolahan limbah dan perombakan bahan organik sisa.

Di sektor pertanian bioteknologi pada umumnya dapat membantu dalam mengatasi kekurangan pangan dan kekurangan protein. Dengan cara mengurangi biaya produksi asam amino yang diperlukan untuk makanan hewan.

Hal ini dilakukan dengan menghasilkan protein sel tunggal dari parafin dan bahan-bahan lain. Seperti selulosa, limbah pertanian dan industri pertanian serta limbah pabrik lainnya. Di sini bioteknologi dapat diterapkan untuk pembuatan klon tanaman dan pemilihan tanaman yang mempunyai mutu unggulan.

Dalam jangka panjang bioteknologi dapat diharapkan untuk membuat protein nabati (tanaman) dengan menerapkan teknik rekombinasi genetika. Serta penguasaan penambatan nitrogen dan fotosintesis buatan.

prosedur pembuatan klon
Gambar skematik prosedur pembuatan klon

Keterangan urutan proses pada gambar tersebut di atas sebagai berikut :

(1) Daun pucuk diambil dari tanaman muda. (2) Jaringan ini ditaruk dalam enzim yang dapat melarutkan dinding sel. (3) Protoplas keluar dari set. (4) Protoplas ditumbuhkan dalam medium kultur. (5) Mulai pembentukan dinding sel. (6) Setelah dua minggu, setiap protoplas menimbulkan kelompok sel atau mikrokalus. (7) Mikrokalus berkembang menjadi kalus. (8) Pembentukan tunas primordial. (9) Tanaman utuh.

Related Post :

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *