Bioteknologi

-->

Ilmu semakin berkembang dari waktu ke waktu. Perkembangan ilmu terapan (applied science) yang menyebabkan transformasi atau perubahan, baik tentang teknik, prosedur, atau bahan sesuai dengan kebutuhan proses produksi disebut teknologi. Sementara itu, teknologi pemanfaatan mikroorganisme untuk menghasilkan produk yang berguna bagi manusia disebut bioteknologi.

1. Arti dan Prinsip Dasar Bioteknologi

Bioteknologi merupakan puncak dari perkembangan ilmu biologi. Oleh karena itu, perkembangan teknologi memengaruhi pula perkembangan biologi. Biologi saling berkaitan dengan ilmu-ilmu yang lain. Beberapa cabang biologi dan ilmu kimia yang mendukung kemajuan dan perkembangan bioteknologi, antara lain: sitologi, fi siologi, mikrobiologi, biologi molekuler, genetika (genetika molekuler dan rekayasa genetika), biokimia, dan teknik kimia. Adanya bioteknologi menyebabkan peningkatan nilai tambah dari bahan mentah.

Berikut adalah pendapat beberapa ahli tentang istilah bioteknologi.

a. Bull Etaf (1982) mendefi nisikan bioteknologi sebagai penerapan asas-asas sains (Ilmu Pengetahuan Alam) dan rekayasa untuk pengolahan suatu bahan, dengan melibatkan aktivitas jasad atau mikrobia hidup untuk menghasilkan barang dan jasa.

b. Smith (1981) mendefi nisikan bioteknologi sebagai upaya pemanfaatan organisme untuk usaha industri dan manufaktur.

c. Tri Wibowo (2001) mendefinisikan bioteknologi sebagai suatu penerapan teknik-teknik biologi, biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen-komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa.

d. Primrose (1987) mendefi nisikan bioteknologi secara lebih sederhana, yaitu eksploitasi komersial organisme hidup atau komponennya (misalnya: enzim).

2. Jenis-jenis Bioteknologi

Sejalan dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, bioteknologi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

a. Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme (mikrobia) dalam proses biokimiawi dan proses genetik alami (mutasi).

Beberapa ciri atau sifat dari bioteknologi konvensional, antara lain: masih menerapkan teknik-teknik biologi, bioteknologi, dan rekayasa genetika yang terbatas, masih menggunakan mikroorganisme seadanya, belum mengembangkan teknik sampai tingkatan molekuler yang terarah, belum sepenuhnya steril (bebas dari mikrobia yang tidak diinginkan), jumlah produknya relatif sedikit, serta kualitasnya belum terjamin. Fermentasi merupakan salah satu contoh dari penerapan bioteknologi konvensional dan telah digunakan dalam menghasilkan produk, baik dalam skala kecil maupun industri besar (misalnya: tauco, kecap, minuman anggur, dan sake). Kalian tentunya sering menjumpai pula beberapa produk fermentasi yang bersifat khas dalam masyarakat (indegenous fermented food). Contohnya adalah industri tempe dan tape.

Produk-produk lain dari bioteknologi konvensional, antara lain:

Bahan bakar metana, etana, dan propana

Enzim enzim -amilase, lipase, dan proteinase

Metabolit primer asam-asam organik dan alkohol

Metabolit sekunder zat warna dan antibiotik

Asam amino zat glutamat dan lisin

b. Bioteknologi Modern

Selain mendasarkan pada mikrobiologi dan biokimia, bioteknologi modern mendasarkan pula pada manipulasi atau rekayasa genetika (DNA). Ciri atau sifat bioteknologi modern, antara lain: steril, produksi dalam jumlah lebih banyak, kualitasnya standar, dan terjamin. Berbeda dengan bioteknologi konvensional, bioteknologi modern sudah memanfaatkan metode-metode mutakhir bioteknologi (currents methods of biotechnology), antara lain:

1) Kultur Jaringan

Kultur jaringan merupakan suatu teknik atau metode untuk mengisolasi bagian-bagian tanaman (sel, jaringan, atau organ seperti akar, batang, daun, dan pucuk) kemudian menumbuhkan bagian tersebut secara aseptis (teknik untuk mendapatkan kondisi suci hama) di dalam atau di atas medium budidaya (in vitro). Dengan demikian, bagian-bagian tanaman tersebut dapat memperbanyak diri dan dapat menjadi tanaman lengkap kembali. Isolasi atau pemisahan bagian tanaman dapat dilakukan secara mekanis maupun kimiawi (enzimatis). Kultur jaringan pada tanaman dapat dilakukan karena setiap tanaman mempunyai sifat totipotensi. Totipotensi adalah kemampuan sel tanaman untuk menjadi tanaman baru yang lengkap, jika ditumbuhkan dalam medium atau lingkungan yang sesuai. Teknik kultur jaringan memerlukan syarat mutlak, yaitu keadaan steril pada alat, bahan, lingkungan (ruang kerja), maupun seluruh rangkaian kerjanya. Secara umum, rangkaian kerja teknik kultur jaringan meliputi:

a) Persiapan

Tahap awal dalam kultur jaringan adalah menyiapkan eksplan, yaitu bagian dari tanaman (sel, jaringan, atau organ) yang digunakan sebagai bahan untuk memulai suatu kultur. Proses yang diperlukan untuk menghasilkan keadaan steril (bebas hama) atau terhindar dari mikroorganisme yang tidak diinginkan disebut sterilisasi. Sterilisasi alat dan bahan dapat dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut autoklaf (Gambar 9.2). Alat-alat dan bahan yang diperlukan dalam kultur jaringan tumbuhan antara lain: botol kultur, pinset, scalpel (pisau kultur), cawan petri, erlenmeyer, pipet, akuades, dan medium kultur buatan. Seluruh alat dan bahan tersebut harus dalam keadaan steril sebelum dipakai. Secara umum, medium yang digunakan dalam kultur jaringan harus mengandung garam-garam anorganik (unsur makro dan mikro), zat-zat organik (zat pengatur tumbuh), substansi organik yang kompleks (air kelapa dan ekstrak buah-buahan), bahan pemadat medium (agar-agar), pH tertentu, dan bahan tambahan (arang aktif ).

Beberapa kelompok zat pengatur tumbuh yang digunakan dalam kultur jaringan antara lain: auksin (IAA, 2,4 D, dan NAA), sitokinin (adenin, kinetin, zeatin, dan BAP), giberelin, asam absisat, dan etilen. Zat pengatur tumbuh (ZPT) merupakan faktor yang mendukung proses pertumbuhan pada kultur jaringan tumbuhan. Hormon auksin memacu pembelahan sel, sehingga membentuk gumpalan atau massa sel yang belum terdiferensiasi, disebut kalus. Sel-sel kalus ini dapat berkembang menjadi tanaman baru.

b) Inokulasi

Inokulasi merupakan tahapan penanaman eksplan yang sudah steril ke dalam atau di atas medium buatan pada botol kultur. Teknik yang dilakukan untuk mendapatkan eksplan yang steril disebut teknik aseptis, dengan mengambil atau mengiris bagian tanaman. Entkas dan LAF (Laminar Air Flow) merupakan peralatan utama untuk melakukan kerja secara aseptis.

c) Pemeliharaan

Tahapan setelah inokulasi adalah meletakkan atau menyimpan botol-botol kultur secara rapi dan teratur pada ruang pemeliharaan (ruang inkubator), yaitu di rak-rak pemeliharaan. Selama pemeliharaan, kultur diamati secara rutin untuk mengetahui pertumbuhan dan perkembangan eksplan. Ruang inkubator harus dalam keadaan bersih dan dilengkapi dengan pengatur suhu ruangan serta sumber cahaya (lampu), sehingga mendukung pertumbuhan dan perkembanagan eksplan.

d) Aklimatisasi

Tahapan setelah memelihara kultur yaitu menyesuaikan tanaman agar mampu beradaptasi dengan lingkungan yang baru. Proses ini disebut aklimatisasi. Perlakuan sebelum memindahkan atau menumbuhkan tanaman hasil kultur jaringan pada lingkungan luar (lapangan), yaitu menumbuhkan kultur dalam suatu ruangan khusus (green hause), dengan mengatur faktor kelembaban, cahaya, dan suhu. Ada beberapa manfaat dan keuntungan kultur jaringan tanaman, antara lain: menghasilkan tanaman atau individu baru dalam jumlah besar dan cepat (waktu relatif singkat); menghasilkan tanaman bebas virus, menghasilkan tanaman yang persis dengan induknya, sehingga dapat melestarikan sifat tanaman induk; menghasilkan hibrid baru melalui persilangan somatis (melalui fusi atau penggabungan protoplas); menghasilkan tanaman haploid (melalui kultur mikrospora), sehingga untuk pemuliaan tanaman; untuk menyimpan plasma nutfah; untuk menyelamatkan embrio; hanya memerlukan tempat yang relatif sempit; serta semua bagian tanaman dapat digunakan.

2) Rekayasa Genetika

Tahun 1973 merupakan sejarah yang mengawali penelitian sebelum berkembangnya rekayasa genetika, yaitu pencangkokan gen mamalia ke dalam sel bakteri, sehingga menimbulkan fenotip maupun genotip yang baru. Teknik rekayasa genetika dapat dilakukan melalui:

a) Teknologi DNA Rekombinan (Recombinant DNA

Technology)

Teknologi DNA rekombinan atau disebut juga Rekayasa Genetika adalah suatu metode biokimiawi atau manipulasi gen, dengan cara menyisipkan (insert) atau menggabungkan gen yang dikehendaki ke dalam suatu organisme. Hasil penggabungan DNA dari individu yang tidak sama ini disebut DNA rekombinan. Sementara itu, gen dari satu individu yang disisipkan atau digabungkan pada gen individu yang lain disebut transgen, individunya disebut transgenik (misalnya: tanaman transgenik). Teknologi DNA rekombinan memerlukan suatu perantara atau vektor berupa plasmid bakteri (DNA berbentuk lingkaran yang terdapat di luar kromosom), sehingga merupakan bentuk teknologi plasmid. Adapun syarat-syarat vektor yang baik antara lain: mempunyai kemampuan untuk bereplikasi sendiri dan melakukan transkripsi; mampu memasuki sel; mampu menjadi bagian genom sel; serta mempunyai ciri khusus, sehingga sel yang ditransformasi dapat dikenali oleh sel yang tidak ditransformasi. Segmen DNA atau gen yang disisipkan akan berkembang di dalam sel individu penerima (inang atau host) dan tidak akan mengalami perubahan fungsi atau tetap berfungsi, sebagaimana pada sel yang diambil gennya. Salah satu contoh rekayasa genetika yang sudah berhasil adalah penyisipan atau pemindahan gen manusia sebagai penghasil insulin, ke dalam plasmid bakteri Escherichia coli.

b) Transplantasi Nukleus

Dua ahli mikrobiologi (Robert Briggs dan Th omas King) adalah orang yang pertama kali melakukan percobaan transplantasi nukleus pada tahun 1950-an. Kemudian, John Gurdon melanjutkan penelitian tersebut. Mereka menghancurkan nukleus dari sel telur katak menggunakan radiasi sinar ultra violet dan menggantinya dengan nukleus dari sel usus embrio katak (berudu) yang sedang berkembang. Nukleus dari sel usus tersebut diambil dengan mikropipet. Bila nukleus berasal dari sel usus embrio muda yang belum terdiferensiasi, maka sel telur penerima (resipien) dapat berkembang menjadi berudu. Perkembangan ini tidak terjadi, jika nukleus diambil dari sel usus berudu yang telah terdiferensiasi. Transplantasi atau pemindahan nukleus dari satu sel ke sel yang lain dapat menghasilkan individu yang baru.

c) Kloning

Selain transplantasi gen, pembentukan individu baru dapat dilakukan dengan teknik yang disebut kloning. Kloning adalah suatu metode untuk menghasilkan keturunan atau individu yang identik secara genetik dengan induknya. Pada tahun 1997, para peneliti dari Scotlandia (Ian Wilmut dan rekan-rekannya) berhasil menghasilkan seekor domba yang kemudian diberi nama Dolly. Pada penelitiannya, mereka mengambil sel telur dari satu domba dan menghilangkan nukleusnya. Selanjutnya, sel telur tanpa nukleus tersebut digabungkan dengan sel kelenjar susu (ambing) dari domba lainnya menggunakan aliran arus listrik. Setelah 6 hari ditumbuhkan dalam kultur, terbentuk embrio dan ditanam di dalam uterus domba lainnya (domba ke-3 yang mirip dengan pendonor sel telur). Akhirnya, domba tersebut melahirkan anak yang identik dengan domba pendonor sel ambing. Para ahli dapat saja menerapkan kloning pada manusia, sehingga dihasilkan klon dari manusia itu sendiri (pria maupun wanita) yang mempunyai sifat identik.

d) Teknologi Hibridoma

Teknologi hibridoma adalah suatu metode penggabungan (fusi) dua macam sel dari organisme yang sama atau berbeda untuk mendapatkan sel hibrid (hibridoma) yang mempunyai kombinasi kedua sifat tersebut. Proses penggabungan sel menggunakan tenaga listrik, sehingga prosesnya disebut elektrofusi. Teknologi hibridoma menghasilkan antibodi minoklonal, yaitu antibodi murni yang tidak tercemar oleh kuman atau protein lain.

Teknik ini dikembangkan oleh Kohler dan Mistein, dengan menyuntikkan antigen ke dalam tubuh tikus atau kelinci. Selanjutnya, tikus atau kelinci tersebut membentuk antibodi. Sel pembentuk antibodi dari limpa tikus atau kelinci dipisahkan dan diambil, kemudian meleburkan atau menggabungkan sel tersebut dengan sel kanker. Penggabungan kedua sel tersebut membentuk sel hibridoma. Sel penghasil antibodi hasil kultur sel hibridoma dipisahkan kemudian dikultur. Dengan demikian dihasilkan beberapa antibodi monoklonal dari beberapa kultur sel.