Pengertian Bioteknologi Tradisional Konvensional Modern Aplikasi Manfaat Dampak

Pengertian Bioteknologi

Bioteknologi berasal dari kata bios yang artinya makhluk hidup, teknos yang artinya aplikasi atau penerapan dan logos yang berarti ilmu. Sehingga bioteknologi dapat diartikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang penerapan makhluk hidup melalui suatu tahapan dan proses untuk menghasilkan suatu produk guna meningkatkan kesejahteraan manusia. Bioteknologi berhubungan dengan mikrobiologi yang mempelajari semua makhluk hidup yang berukuran sangat kecil, biokimia yang mempelajari organisme dari aspek kimianya, biologi sel yang mempelajari tentang sel dan juga genetika yang mempelajari tentang hal-hal yang berhubungan dengan pewarisan sifat. Sehingga bioteknologi bukanlah satu cabang ilmu khusus, namun merupakan suatu cabang ilmu yang terintegrasi dengan cabang imu yang lain atau bisa dikatakan juga bahwa bioteknologi merupakan salah satu ilmu terapan.

Kerjakan Latihan 12.1 berikut yang akan mengembangkan kecakapan personal dan kecakapan akademik kalian!

Latihan 12.1

Buatlah hubungan antara bioteknologi dengan mikrobiologi, biokimia dan biologi sel!

Perkembangan Bioteknologi

Bioteknologi Tradisional atau Konvensional

Disadari ataupun tidak sebenarnya manusia telah mengenal bahkan telah menerapkan bioteknologi dalam kehidupan sehari-hari sudah sejak jaman dulu. Ketika orang dulu telah mampu membuat tempe, tape serta minuman beralkohol, itu semua sebenarnya adalah penerapan dari bioteknologi. Orang dulu mendapatkan ilmu cara membuat tempe dan tape secara turun temurun dan tanpa melalui pengkajian secara ilmiah. Umumnya mereka membuat itu semua hanya untuk mencukupi kebutuhan mereka sendiri tanpa ada pemikiran untuk memperjualbelikan atau memproduksi dalam jumlah yang banyak. Dari sini dapat disimpulkan bahwa bioteknologi tradisional memiliki ciri-ciri:

1. Ilmu yang didapatkan merupakan warisan turun temurun dan berdasarkan kebiasaan semata.
2. Hanya diproduksi dalam skala kecil untuk mencukupi kebutuhan masing-masing.
3. Belum ada pengkajian prinsip-prinsip ilmiah.

Bioteknologi Modern

Seiring dengan perkembangan IPTEK, bioteknologi juga mengalami perkembangan yang pesat dan semakin canggih. Sekarang telah ditemukan bagaimana cara kloning, rekayasa genetika, terapi gen, bayi tabung dan juga kultur jaringan. Semua itu merupakan bagian dari bioteknologi modern yang sekarang. Untuk menemukan itu semua memerlukan proses panjang yaitu melalui pengkajian prinsip-prinsip ilmiah yang mendalam.

Kerjakan Latihan 12.2 berikut yang akan mengembangkan kecakapan personal dan kecakapan akademik kalian!

Latihan 12.2

Apakah ciri-ciri bioteknologi modern? Jelaskan sesuai pengetahuan kalian masing-masing!

Pemanfaatan Mikroorganisme dalam Bioteknologi

Baik bioteknologi tradisional ataupun modern, dalam praktiknya semua menggunakan jasa dari mikroorganisme. Alasan-alasan digunakannya mikroorganisme dalam kerja bioteknologi adalah sebagai berikut:

1. Mudah dan sangat cepat dikembangbiakan.
2. Mudah diperoleh.
3. Sifat-sifat dari mikroorganisme mudah diubah sesuai dengan keinginan kita.
4. Mampu hidup hanya dengan menggunakan sisa dari organisme lain.
5. Mampu menghasilkan produk yang tidak membahayakan.
6. Dalam kerjanya tidak membutuhkan tambahan zat dari luar tubuhnya karena telah mampu menghasilkan enzim sendiri.

Kerjakan Latihan 12.3 berikut yang akan mengembangkan kecakapan akademik dan menambah wawasan kontekstual kalian!

Latihan 12.3

Sebutkan contoh mikroorganisme yang berperan dalam bioteknologi baik bioteknologi tradisional maupun modern! Sebutkan pula contoh-contoh hasil bioteknologi tersebut di sekitar kalian!

Aplikasi Bioteknologi dalam Kehidupan

Dalam kehidupan, hampir semua bidang kehidupan telah mampu merasakan penerapan dari bioteknologi.

Gambar 12.1 Aplikasi bioteknologi dalam kehidupan

Aplikasi Bioteknologi Dalam Bidang Pertanian

Aplikasi bioteknologi dalam bidang pertanian antara lain adalah:

• Telah ditemukannya berbagai varietas bibit tahan hama serta tanaman yang tahan terhadap hama. Misalnya, bibit padi  IR64 yang memiliki umur pendek dan daya produksi tinggi. Varietas ini diperoleh dari radiasi dan seleksi biji padi.
• Adanya pola tanam hidroponik, yaitu sistem tanam tanpa menggunakan media tanah.
• Adanya tanaman yang tahan hama. Misalnya adalah tanaman tembakau yang tahan terhadap penyakit TMV (Tobacco Mozaik Virus). Semula materi genetik dari virus mozaik diambil dan digabungkan dengan DNA plasmid bakteri, setelah itu DNA plasmid yang telah mengandung gen virus mozaik tadi dimasukkan dalam kromosom tumbuhan tembakau. Jaringan tanaman tembakau yang telah disisipi tadi lalu diperbanyak melalui kultur jaringan dalam media sehingga akan dihasilkan tanaman tembakau yang resisten terhadap penyakit TMV.
• Dihasilkannya bioinsektisida dari mikroba Bacillus thuringensis (Bt) merupkan salah satu jenis bakteri yang mampu menghasilkan racun atau toksin yang mampu membunuh serangga. Tanaman yang telah disemprot dengan kristal racun Bt, ketika termakan oleh serangga kristal racun tadi akan merusak jaringan pada organ pencernaan dan racun akan masuk dalam darah sehingga menyebabkan kematian pada serangga tersebut.

Gambar 12.2 Proses rekayasa tanaman tembakau tahan TMV

Aplikasi Bioteknologi Dalam Bidang Pangan

Di sekitar kita banyak sekali kita jumpai jenis makanan dan minuman yang prosesnya dibantu oleh mikroorganisme. Perhatikan Tabel 12.1 berikut.

Tabel 12.1 Beberapa produk yang dibantu mikroorganisme dalam prosesnya

Aplikasi Bioteknologi Dalam Bidang Pertambangan

Pemanfaatan mikroorganisme dalam bioteknologi juga dapat dimanfaatkan dalam pertambangan. Penggunaan mikroorganisme adalah dalam pemisahan logam dari bijihnya, misalnya adalah Thiobacillus oxidans dan Thiobacillus ferrooxidans. Reaksi:

CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 → CuSO4+ 5FeSO4 + 2H2SO4 + Energi

CuSO4 + 2Fe+ + H2SO4 + Energi → 2FeSO4 + Cu2+ + 2H+ + Energi

Aplikasi Bioteknologi Dalam Menghasilkan Gas Bio

Semakin tipisnya sumber energi di bumi menuntut adanya alternatif sumber energi lain untuk dapat mencukupi kebutuhan akan energi yang semakin meningkat. Biogas atau gas bio adalah salah satu jawaban dari semakin langkanya energi yang ada. Gas bio dihasilkan dari penguraian senyawa organik oleh bakteri methana (Methano bacter) yang dilakukan secara anaerob.

C6H12O6 → 3CH4 + 3CO2

Glukosa             gas methana

Dengan melalui reaksi di atas penguraian glukosa dihasilkan gas bio dalam bentuk gas methana yang dapat dijadikan sebagai bahan bakar pengganti kayu dan minyak tanah.

Aplikasi Bioteknologi Dalam Bidang Kesehatan

Majunya dunia kedokteran sekarang ini juga tidak lepas dari peran bioteknologi, misalnya adalah ditemukannya vaksin, antibiotik, interferon, antibodi monoklonal, dan pengobatan melalui terapi gen.

Antibiotik

Yang dimaksud antibiotik, yaitu senyawa atau zat yang dihasilkan suatu organisme yang mampu menghambat pertumbuhan organisme lain. Orang yang pertama kali menemukan antibiotik adalah Alexander Flemming yang menemukan penicilin dari jamur Penicillium notatum. Mulai saat itulah penemuan-penemuan antibiotik yang lain mulai bermunculan. Perhatikan Tabel 12.2 berikut!

Tabel 12.2 Beberapa contoh antibiotik

Vaksin

Gambar 12.3 Proses pembuatan vaksin melalui rekayasa genetika

Vaksin merupakan mikro– organisme atau bagian dari suatu mikroorganisme yang telah dilemahkan sehingga tidak membahayakan. Vaksin bisa berasal dari mikroorganisme yang telah dilemahkan atau dimatikan bahkan berasal dari zat yang dihasilkan mikro– organisme tersebut kemudian dilemahkan.

Antibodi monoklonal

Antibodi monoklonal merupakan antibodi sejenis yang dihasilkan oleh plasma klon sel-sel yang sejenis. Antibodi monoklonal dihasilkan dari selsel hibridoma atau sel hasil penggabungan dari dua sel yang berbeda.

Interferon

Interferon merupakan jenis antibodi yang digunakan untuk melawan virus. Tubuh secara alami mampu membentuk antibodi ini, namun sangat lambat dibandingkan kecepatan virus dalam berkembang biak. Oleh karena itu, dalam pembuatan interferon ini dilakukan secara rekayasa genetika.

Terapi gen

Pengobatan penyakit yang bersifat menurun dengan cara menyisipkan gen normal dalam sel yang memiliki gen penyebab sakit tersebut merupakan proses terapi gen.

Aplikasi Bioteknologi Dalam Bidang Mengatasi Masalah Sampah

Ketika sampah yang menumpuk semakin menjadi masalah, bioteknologi dapat menjawab tantangan tersebut. Pemanfaatan mikroba pencerna sampah terutama sampah organik dapat mengatasi semakin banyaknya sampah, misalnya pencemaran oleh minyak dapat diatasi dengan bakteri Pseudomonas yang mampu mengonsumsi senyawa hidrokarbon.

Gambar 12.4 Skema pengolahan limbah

Proses pengolahan limbah dapat dilakukan secara aerob ataupun anaerob. Bakteri yang dimasukkan ke dalam bak penampungan sampah akan mencerna sampah yang ada. Sampah yang sudah tercerna dapat dibuang ke lingkungan ketika air sudah dipisahkan  dengan endapan limbah yang sudah tidak berbahaya lagi.

Pembuatan Protein Sel Tunggal (PST) / Single Cell Protein (SCP )

Kebutuhan protein yang tinggi menuntut ditemukannya sumber protein baru. Protein sel tunggal yang berasal dari bakteri dan ganggang merupakan alternatif sumber protein baru. Contoh mikroorganisme yang sekarang banyak dibudidayakan sebagai PST antara lain Spirulina (ganggang biru), Chlorella (ganggang hijau), Fusarium graminearum (jamur) dan Methylophylus methylotrophus (bakteri). PST biasanya dikemas dalam bentuk kapsul atau obat sehingga mudah untuk dikonsumsi. Namun, perlu diingat bahwa PST kandungan asam nukleatnya tinggi sehingga jika mengonsumsi berlebih dapat mengakibatkan reumatik.

Gambar 12.5. Skema pembuatan PST

Kerjakan Latihan 12.4 berikut yang akan mengembangkan kecakapan personal dan kecakapan akademik kalian!

Latihan 12.4

Apakah aplikasi bioteknologi dalam kehidupan bisa merugikan? Diskusikan dengan kelompok kalian masing-masing!

Kultur Jaringan

Salah satu aplikasi bioteknologi yaitu dengan kultur jaringan. Kultur jaringan tanaman merupakan teknik menumbuh kembangkan bagian tanaman, baik berupa sel, jaringan atau organ dalam  kondisi aseptik secara in vitro. Teknik kultur jaringan dicirikan dengan   kondisi yang aseptik atau steril dari segala macam bentuk kontaminan, menggunakan media kultur yang memiliki kandungan nutrisi yang lengkap dan menggunakan ZPT ( zat pengatur tumbuh ), serta kondisi ruang tempat pelaksanaan kultur jaringan diatur suhu dan pencahayaannya. (Yusnita, 2003: 1).

Sebenarnya kultur jaringan merupakan salah satu bentuk kloning pada tumbuhan. Tumbuhan dapat diperbanyak melalui proses kultur jaringan karena memiliki sifat totipotensi, yaitu bahwa setiap sel tanaman yang hidup dilengkapi dengan informasi genetik dan perangkat fisiologis yang lengkap untuk tumbuh dan berkembang menjadi tanaman utuh. Proses kultur jaringan dimulai dengan memotong bagian tanaman yang akan dibiakkan dalam media kultur. Bagian tanaman yang akan dikulturkan ini disebut sebagai eksplan. Umumnya bagian tanaman yang dijadikan eksplan adalah jaringan yang masih muda dan bersifat meristematis, karena memiliki daya regenerasi yang tinggi dan masih aktif membelah. Eksplan kemudian diletakkan dalam media kultur yang sesuai. Eksplan tadi akan terus membelah membentuk masa sel yang belum terdifferensiasi, yaitu kalus. Kalus kemudian dipindah dalam media differensiasi yang akan terus tumbuh dan berkembang menjadi tanaman kecil atau planlet.

Gambar 12.6 Tahapan kultur jaringan pada wortel

Kelebihan kultur jaringan antara lain:

1. Tidak memerlukan tempat yang luas.
2. Tanaman bisa diperbanyak dalam waktu yang singkat.
3. Pelaksanaannya tidak tergantung pada musim.
4. Bibit yang dihasilkan lebih sehat.
5. Memungkinkan adanya rekayasa genetika.

Selain itu juga memiliki kelemahan-kelemahan, yaitu:

1. Diperlukan biaya awal yang relatif tinggi.
2. Hanya mampu dilakukan oleh orang-orang tertentu saja, karena memerlukan keahlian khusus.
3. Bibit hasil kultur jaringan memerlukan proses aklimatisasi, karena terbiasa dalam kondisi lembap dan aseptik. (Yusnita, 2003:8).

Kerjakan Tugas 12.4 berikut yang akan menumbuhkan semangat kewirausahaan, etos kerja, inovatif, kreativitas, daya saing dan mengembangkan kecakapan hidup kalian!

Latihan 12.4

Bereksperimenlah untuk membiakkan tanaman melalui kultur jaringan, mintalah bimbingan dari guru kalian!

Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika artinya adalah suatu proses pengubahan gen-gen dalam tubuh makhluk hidup. Rekayasa genetika dilakukan dengan cara mengisolasi dan mengidentifikasi serta memperbanyak gen yang dikehendaki.

Tahapan rekayasa genetika dimulai dengan memotong DNA yang akan dimanipulasi dan menyambungkan potongan DNA tadi pada DNA lain sehingga akan didapatkan DNA campuran atau DNA rekombinan. Untuk memotong DNA digunakan gunting biologi, yaitu enzim retriksi endonuklease dan untuk menggabungkan potongan DNA dengan DNA lain juga dipergunakan enzim, yaitu enzim ligase.

Adapun tahap-tahap yang dilakukan untuk membuat DNA rekombinan ataupun klon DNA meliputi:

1. Mengekstraksi DNA yang dikehendaki.
2. Mengeluarkan DNA yang akan diklon dari dalam sel.
3. Memotong DNA tadi menggunakan enzim retriksi endonuklease.
4. Menggabungkan potongan DNA tadi dengan DNA lain dengan menggunakan enzim ligase.

Dalam proses rekayasa genetika untuk mengembangkan DNA yang diinginkan membutuhkan pembawa atau vektor, yang biasanya digunakan sebagai vektor, yaitu DNA plasmid dari bakteri.

Gambar 12.7 Proses rekayasa genetika tanaman bercahaya

Contoh aplikasi rekayasa genetika adalah dengan dihasilkannya tanaman yang mampu menghasilkan cahaya pada malam hari. Tanaman ini mampu memendarkan cahaya sehingga sewaktu gelap seakan-akan tanaman ini bercahaya. Prosesnya gen penghasil cahaya diambil dari tubuh ubur-ubur yang mampu bercahaya kemudian ditransplantasikan pada plasmid bakteri dan setelah  itu di DNA rekombinan jadi banyak di cangkokkan pada sel tanaman kemudian dibiakkan secara kultur jaringan sehingga diperoleh tanaman yang mampu bercahaya. Hal seperti ini dimanfaatkan untuk membuat pohon natal yang mampu menghasilkan cahaya sendiri ataupun sekarang juga telah ada tikus yang bercahaya karena dalam selnya juga telah dicangkokkan gen dari ubur-ubur yang bercahaya.

Dalam kehidupan sehari-hari manfaat rekayasa genetika, antara lain:

Obat Genetika

• Membuat obat Kemajuan teknologi sekarang membuat yang kelihatannya dulu tidak mungkin menjadi mungkin. Dulu para ilmuwan harus membuat obat dengan mengambil zat dari hewan atau tumbuhan atau membuatnya dengan bahan kimia, selain prosesnya lama hasilnya juga tidak seperti yang
  

  Gambar 12.8 Proses rekayasa genetika hormon insulin

  diharapkan. Sekarang para ilmuwan telah berusaha untuk membuat zat-zat tubuh seperti faktor pembeku darah dan hormon insulin dengan memanfaatkan bakteri yang telah direkayasa genetika.

• Pembuatan organ tubuh Pencangkokan organ tubuh mungkin saja mengalami kegagalan apabila tubuh menolak organ yang dicangkokkan tersebut. Sekarang telah diusahakan menumbuhkan jaringan-jaringan sel baru dan kemungkinan organ-organ secara lengkap untuk dikembangkan dari sel-sel yang diklon dari seorang pasien. Juga sangat memungkinkan menambahkan gen manusia pada hewan sehingga hewan mampu menumbuhkan organ yang sempurna untuk ditransplantasikan pada manusia.

Terapi Gen

Terapi gen dapat diartikan sebagai upaya memperbaiki atau mengganti gen-gen yang menyebabkan suatu penyakit. Terapi ini dilakukan dengan mengganti gen-gen yang tidak dapat bekerja dengan salinan gen yang normal ke dalam sel.

Kloning

Kloning dapat dilakukan dengan transfer gen, transfer, embrio dan transfer inti. Organisme hasil kloning akan memiliki salinan genetika yang sama persis dengan makhluk hidup yang lain.

Transfer gen

Kloning ini dilakukan dengan menyisipkan potongan gen yang dikehendaki dari suatu spesies ke spesies lain sehingga spesies yang diklon tadi akan memiliki sifat tambahan sesuai dengan gen yang telah disisipkan ke dalam sel tubuhnya.

Transfer embrio

Transfer embrio ini dilakukan dengan jalan mengambil ovum kemudian membuahinya dengan sperma, setelah terjadi zigot yang akan berkembang menjadi embrio, embrio-embrio ini ditransfer atau ditanam dalam rahim individu betina sampai lahir menjadi individu dewasa.

Transfer inti

Prinsip dari transfer inti yaitu dengan memasukkan inti sel (nukleus) dari satu spesies ke dalam sel spesies lain yang sebelumnya inti selnya telah dibuang atau dikosongkan.

Gambar 12.9 Proses transfer inti sel

Kerjakan Latihan 12.5 berikut ini yang akan menumbuhkan rasa ingin tahu dan mengembangkan kecakapan personal serta kecakapan akademik kalian!

Latihan 12.5

Sebutkan dan jelaskan cara-cara rekayasa reproduksi pada manusia!

Dampak Bioteknologi terhadap Kehidupan Manusia

Bioteknologi selain mendatangkan manfaat juga menimbulkan masalah-masalah baru dalam kehidupan manusia, antara lain:

1. Terjadinya kontroversi dalam masyarakat.
2. Dalam bidang kesehatan, timbulnya alergi yang diakibatkan karena mengonsumsi produk tanaman transgenik.
3. Adanya ketergantungan pada teknologi.
4. Terdesaknya atau bahkan menyebabkan kepunahan sebagian plasma nutfah asli karena yang dikembangkan sekarang hanyalah produk hasil rekayasa genetika saja.

Rangkuman

1. Bioteknologi dapat diartikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang penerapan makhluk hidup melalui suatu tahapan dan proses untuk menghasilkan suatu produk guna meningkatkan kesejahteraan manusia.
2. Bioteknologi dapat dikatakan sebagai applaid science atau ilmu terapan karena bioteknologi berintegrasi dengan cabang ilmu yang lain, misalnya mikrobiologi, biokimia, genetika, dan biologi sel.
3. Dimanfaatkannya mikroorganisme dalam bioteknologi karena berbagai alasan, antara lain; cepat berkembang biak, mudah didapatkan, tidak beracun, mampu hidup dari zat sisa, dan sifatnya dapat dikendalikan.
4. Aplikasi bioteknologi dalam bidang pertanian, antara lain ditemukannya varietas bibit unggul, tanaman tahan hama, bioinsektisida, hidroponik. Dalam bidang pangan dengan adanya berbagai produk makanan serta ditemukannya sumber makanan berprotein tinggi seperti PST. Bioteknologi juga dapat diterapkan dalam pertambangan, pengolahan sampah, dan dunia kesehatan dengan ditemukannya vaksin, antibiotik, interferon, terapi gen, dan antibodi monoklonal.
5. Proses kultur jaringan merupakan kloning pada tumbuhan, yang meliputi pemilihan eksplan dan menumbuhkannya sehingga menjadi kalus dan planlet.
6. Rekayasa genetika artinya adalah suatu proses pengubahan gen-gen dalam tubuh makhluk hidup.
7. Mekanisme kloning dapat dilakukan dengan transfer gen, transfer embrio, dan transfer inti.

Uji Kompetensi

A. Pilihan Ganda

1. Untuk memotong DNA yang akan ditransplantasikan digunakan gunting biologi yang berupa

2. Yang dimaksud plasmid adalah

3. Berikut ini adalah kelemahan dari Protein Sel Tunggal adalah

4. Ilmu yang paling mendasari rekayasa genetika adalah

5.  Manfaat adanya kultur jaringan pada tumbuhan adalah sebagai berikut, kecuali

6. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut ini:

1) Hilangnya patogenitas

2) Hilangnya natigenitas

3) Diberikan pada orang sehat

4) Menimbulkan kekebalan alami

5) Bibit penyakit yang telah dilemahkan

Pernyataan-pernyataan yang berhubungan dengan vaksin adalah

7.  Keberhasilan rekayasa genetika tidak lepas dari adanya kemampuan plasmid yang berperan sebagai

8. Sel yang diperoleh dari peleburan dua tipe sel somatik hasil isolasi dari jaringan yang berbeda menjadi satu sel tunggal disebut sebagai

9. Perbanyakan tanaman melalui stek dan mencangkok merupakan bagian paling sederhana dari proses

10. Pembuatan insulin dengan menyisipkan gen pembentuk insulin dengan gen bakteri adalah salah satu contoh aplikasi bioteknologi yang disebut

B. Soal Uraian

1. Sebutkan cara kerja toksin Bacillus thuringensis sebagai bioinsektisida!
2. Jelaskan perbedaan antara kloning gen, kloning embrio dan kloning inti!
3. Jelaskan secara singkat tahapan dari proses kultur jaringan!
4. Jelaskan langkah-langkah dalam kloning DNA!
5. Jelaskan istilah-istilah berikut!

a. Terapi gen b. Antigen c. Aklimatisasi d. Vektor