Bioteknologi

Pengertian Bioteknologi

Bioteknologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang teknologi berupa manipulasi atau merekayasa bahan hayati untuk menghasilkan barang atau jasa dalam kebutuhan manusia. Makhluk hidup yang digunakan dalam bioteknologi disebut dengan agen biologi.  Adapun ciri-ciri bioteknologi, yaitu:

  1. Terdapat agen biologi yang berupa mikroorganisme, tumbuhan, atau hewan.
  2. Terdapat pendayagunaan secara teknologi dan industri.
  3. Produk yang dihasilkan berupa hasil ekstraksi dan pemurnian.
Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Sistem Saraf Manusia
Protista

Penggolongan Bioteknologi

Berdasarkan perbedaan prinsip dan jenis agen biologi yang digunakan, bioteknologi digolongkan menjadi dua jenis, yaitu :

1. Bioteknologi Konvensional

Pada bioteknologi konvensional, manipulasi atau rekayasa agen biologi dilakukan pada kondisi lingkungan dan media tumbuh (substrat) tertentu. Agen biologi yang sering digunakan dalam biologi konvensional berupa mikroorganisme. Mekanisme untuk menumbuhkan dan meningkatkan kemampuan mikroorganisme dalam menyintesis suatu senyawa, yaitu dengan menambahkan zat-zat tertentu pada suatu substrat atau media kultur. Peralatan dan teknologi yang digunakan dalam bioteknologi konvensional tergolong sederhana dan pemanfaatan agen biologinya terbatas. Contoh aplikasi dari bioteknologi konvensional, yaitu pembuatan tempe menggunakan Rhizopus oryzae dan pembuatan kecap menggunakan Aspergillus wentii.

2. Bioteknologi Modern

Pada bioteknologi modern, manipulasi agen biologi dilakukan pada susunan gen dalam kromosom. Bioteknologi modern disebut juga dengan rekayasa genetika. Rekayasa genetika merupakan semua proses yang bertujuan untuk menghasilkan organisme transgenik. Organisme transgenik merupakan organisme yang urutan informasi kromosomnya telah diubah sehingga memiliki keunggulan menjadi sifat yang diinginkan. Peralatan dan teknologi yang digunakan dalam bioteknologi modern lebih canggih dibandingkan dengan bioteknologi konvensional. Contoh aplikasi dari bioteknologi modern, yaitu program bayi tabung, pembuatan organisme trangenik, dan kloning.

Penerapan Bioteknologi dalam Kehidupan Manusia

A. Penerapan Bioteknologi dalam Bidang Pangan

Aplikasi bioteknologi secara konvensional dalam bidang pangan baik produksi makanan atau minuman banyak dilakukan dengan cara fermentasi, sedangkan dalam bioteknologi modern dikenal dengan protein sel tunggal (PST) dan mikroprotein.

  1. Fermentasi

Proses fermentasi dibantu oleh mikroorganisme. Mikroorganisme yang paling banyak berperan dalam proses fermentasi adalah bakteri, jamur (kapang dan khamir), dan virus. Berikut merupakan contoh dari pemanfaatan mikroorganisme dalam fermentasi substrat:

Substrat Mikroorganisme Hasil Pangan
Jerami, serbuk kayu Agaricus bisporus, Lentinus edodes, Volvariella volvacea Jamur
Kedelai Rizhopus sp Kecap
Kedelai Rhizopus oligosporus, Mucor sp Tempe
Ampas kacang tanah Neurospora sitophila Oncom
Susu Penicillium sp Keju
  1. Protein Sel Tunggal

Sebagai sumber protein, organisme penghasil PST memiliki keunggulan, yaitu mempunyai kemampuan perkembangbiakan yang cepat dan relatif mudah. Beberapa contoh mikroorganisme yang digunakan sebagai PST, yaitu Saccharomyces cerevisiase, Candida utili, dan Spirulina sp. Saccharomyces cerevisiase dan Candida utili digunakan dalam industri suplemen makan ternak, sedangkan Spirulina sp. digunakan sebagai sebagai sumber makanan.


  1. Mikroprotein

Mikroprotein merupakan bahan makanan atau sumber protein yang dihasilkan melalui proses fermentasi dari miselium jamur Fusarium graminearum.

B. Penerapan Bioteknologi dalam Bidang Pertanian dan Peternakan

  1. DNA Rekombinan

DNA Rekombinan diaplikasikan dalam bidang pertanian dan peternakan untuk mendapatkan bibit unggul. Proses DNA rekombinan pada tumbuhan menggunakan vektor Agrobacterium tumefaciens yang mempunyai plasmid Ti (Tumor inducing). Langkah pertama, plasmid Ti diisolasi, kemudian disisipi dengan gen asing /gen yang diinginkan (transplantasi gen). Setelah itu, plasmid dimasukkan ke dalam A. tumefaciens. Ketika digabungkan dengan sel – sel tumbuhan, A. tumefaciens membiakkan plasmid. Setelah berbiak, A. tumefaciens yang telah mengalami rekombinasi kembali menginfeksi kromosom tumbuhan. Kini tumbuhan tersebut telah mengandung gen asing yang disisipkan pada A. tumefaciens. Sel-sel baru hasil dari proses DNA rekombinan tersebut ditumbuhkan dengan metode kultur jaringan sehingga menghasilkan tunas dan dapat ditanam di lahan pertanian.

No. Produk Bioteknologi Keterangan
1. Padi Transgenik Vektor Agrobakterium dapat digunakan pada tanaman padi sehingga menghasilkan padi yang unggul dan mampu mengekspresikan laktoferin yang berfungsi memberikan daya tahan terhadap serangan mikroorganisme patogen dan cuaca yang dingin.
2. Tembakau Resisten terhadap Virus Tumbuhan tembakau yang tahan terhadap virus TMV (Tobacco Mozaic Virus).
3. Pengendalian Hama dan Penyakit Tanaman Peran pertisida yang tidak ramah lingkungan dapat digantikan dengan mikroorganisme sebagai biokontrol seperti Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, dan Trichoderma harzianum.
4. Ikan Salmon Raksasa Ikan salmon yang disisipi gen tambahan akan menghasilkan hormon pertumbuhan yang aktif pada masa embrio. Ikan salmon transgenik ini dapat memiliki berat 11 kali lipat lebih besar dibandingkan dengan ikan salmon biasa.
5. Hormon Bovin Somatotropin (BST) Gen somatrotopin sapi di transplantasikan pada plasmid Eschericia coli sehingga menghasilkan BST. BST yang ditambahkan pada makanan ternak dapat meningkatkan produksi daging dan susu ternak.
6. Buah Tahan Kebusukan Buah akan tetap segar  dalam waktu yang lama melalui rekayasa genetika, sehingga  aktivitas gen penghasil etilen dapat dihambat. Etilen berfungsi sendiri untuk merangsang pematangan buah. Contoh : tomat “Flavr Savr”.
bioteknologi rekayasa genetika pada tumbuhan

Rekayasa Genetika pada tumbuhan yang menggunakan vektor Agrobaterium tumefaciens
Sumber gambar: Biology, Raven dan Johnson

  1. Teknik Kultur Jaringan

Teknik Kultur Jaringan memanfaatkan tumbuhan yang memiliki sifat totipotensi. Totipotensi merupakan kemampuan untuk membentuk tubuh secara lengkap dengan akar, batang, dan daun.

1. Padi Transgenik Vektor Agrobakterium dapat digunakan pada tanaman padi sehingga menghasilkan padi yang unggul dan mampu mengekspresikan laktoferin yang berfungsi memberikan daya tahan terhadap serangan mikroorganisme patogen dan cuaca yang dingin.
2. Tembakau Resisten terhadap Virus Tumbuhan tembakau yang tahan terhadap virus TMV (Tobacco Mozaic Virus).
3. Pengendalian Hama dan Penyakit Tanaman Peran pertisida yang tidak ramah lingkungan dapat digantikan dengan mikroorganisme sebagai biokontrol seperti Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, dan Trichoderma harzianum.
4. Ikan Salmon Raksasa Ikan salmon yang disisipi gen tambahan akan menghasilkan hormon pertumbuhan yang aktif pada masa embrio. Ikan salmon transgenik ini dapat memiliki berat 11 kali lipat lebih besar dibandingkan dengan ikan salmon biasa.
5. Hormon Bovin Somatotropin (BST) Gen somatrotopin sapi di transplantasikan pada plasmid Eschericia coli sehingga menghasilkan BST. BST yang ditambahkan pada makanan ternak dapat meningkatkan produksi daging dan susu ternak.
6. Buah Tahan Kebusukan Buah akan tetap segar  dalam waktu yang lama melalui rekayasa genetika, sehingga  aktivitas gen penghasil etilen dapat dihambat. Etilen berfungsi sendiri untuk merangsang pematangan buah. Contoh : tomat “Flavr Savr”.

Totipotensi dikembangkan secara in vitro atau kultur jaringan, yaitu dengan mengembangbiakkan tumbuhan secara vegetatif menggunakan sebagian jaringan tumbuhan pada media tertentu. Media tersebut harus mengandung semua kebutuhan yang diperlukan untuk pertumbuhan jaringan baik unsur makro maupun mikro. Teknik kultur jaringan digunakan untuk pemuliaan tanaman dan juga pelestarian plasma nutfah tumbuhan.

C. Penerapan Bioteknologi dalam Bidang Kedokteran

  1. Pembuatan Insulin

Insulin dibutuhkan oleh pasien diabetes mellitus dalam jumlah yang besar. Umumnya Insulin dapat dibuat melalui pengambilan insulin dari hewan biasanya sapi/babi. Namun pada beberapa pasien masih banyak menunjukkan adanya gejala alergi. Melalui rekayasa genetika, insulin mampu diproduksi dalam jumlah banyak tanpa mengorbakan banyak hewan ternak. Insulin dapat diperoleh dengan melakukan DNA rekombinan, yaitu melakukan transplantasi gen yang mengkode insulin ke dalam plasmid bakteri. Bakteri dengan gen gabungan ini dikembang biakkan. Bakteri yang telah dibiakkan dapat memproduksi insulin yang dibutuhkan.

penerapan bioteknologi pada pembuatan insulin

Langkah-langkah DNA rekombinan pada produksi insulin
Sumber gambar: Bader, S.S. (1998)

  1. Produksi Vaksin

Teknologi DNA rekombinan juga dapat digunakan untuk membuat vaksin. Pada aplikasi ini, mikroorganisme digunakan untuk menghambat kemampuan mikroorganisme patogen penyebab penyakit. Mikroorganisme yang digunakan untuk membuat vaksin telah dilemahkan terlebih dahulu sehingga tidak berbahaya. Pembuatan vaksin diawali dengan mengektrasksi DNA pada mikroorganisme patogen contohnya pada virus herpes. Setelah DNA diekstraksi, kemudian fragmen DNA yang mengkode penyakit (antigen) diisolasi. Bagian tersebut selanjutnya disisipkan pada plasmid virus herpes baru yang telah dilemahkan sebelumnya. Kemudian akan terbentuk virus herpes varietas baru yang memiliki fragmen DNA virus herpes namun tidak berbahaya. Varietas virus ini kemudian diperbanyak sehingga menghasilkan vaksin. Didalam vaksin terdapat antigen murni suatu penyakit dan apabila vaksin disuntikkan pada manusia, sistem kekebalan manusia akan membuat senyawa khas yang disebut antibodi untuk melawan antigen murni tersebut.

  1. Antibodi Monoklonal

Teknologi ini menggunakan prinsip fusi protoplasma. Kelinci atau tikus terlebih dahulu diinjeksi dengan antigen kemudian limfanya (tempat pembuatan sel darah putih) diambil. Sel-sel limfa ini kemudian difusikan dengan sel mieloma (sel kanker) melalui elektrofusi. Elektrofusi merupakan fusi secara elektris dengan frekuensi tinggi yang menyebabkan sel-sel tertarik satu sama lain dan akhirnya bergabung (fusi). Sel-sel yang melakukan fusi kemudian diseleksi untuk mengidentifikasi sel gabungan tersebut. Fusi ini menghasilkan sel-sel yang dapat menghasilkan antibodi sekaligus dapat memperbanyak diri secara terus-menerus seperti pada sel kanker. Sel-sel ini menghasilkan antibodi monoklonal yang dapat digunakan untuk mendeteksi kandungan hormon korionik gonadotropin dalam urin wanita hamil (mendeteksi adanya kehamilan).

  1. Pembuatan Antibiotik oleh Mikroorganisme

Berikut beberapa contoh zat antibiotik beserta mikrooganisme yang menghasilkannya :

  • Streptomisin, oleh Streptomyces griseus.
  • Tetrasiklin, oleh Strepto-myces aureofaciens.
  • Sefalosporin, oleh Cephalosporin (sejenis fungi).
  • Kloromisetin atau kloromfenikol, oleh Streptomyces venezuelae.
  • Penisilin, oleh Penicillium notatum, P. chrysogenum.
  1. Teknik Bayi Tabung

Teknik bayi tabung dilakukan menggunakan teknik laparoskopi, yaitu teknik yang memungkinkan sel sperma suami dan sel telur istri difertilisasikan dalam cawan petri atau dalam tabung sehingga pembuahan terjadi di luar (in vitro). Hasil pembuahan tersebut, kemudian ditanamkan kembali ke dalam rahim istri, sehingga istri dapat mengandung dan melahirkan bayi sebagaimana mestinya.

Dampak Bioteknologi bagi Kehidupan Manusia

Dampak Postif Bioteknologi

  1. Penemuan tumbuhan yang tahan terhadap serangan hama serangga. Dengan begitu penggunaan pestisida yang merusak lingkungan dapat dihindari.
  2. Penggunaan mikroorganisme untuk memurnikan bahan-bahan tambang dan limbah industri.
  3. Kalangan industri saling berpacu dan bersaing untuk menemukan varietas-varietas tanaman maupun hewan baru dengan adanya aplikasi rekayasa genetika yang terus berkembang.
  4. Produk-produk bioteknologi dalam bidang kesehatan dapat menanggulangi berbagai macam penyakit yang belum bisa ditangani sebelumnya.
  5. Penemuan produk, obat-obatan, maupun hormon yang semula sulit didapat dan sangat mahal dapat terjangkau oleh masyarakat.

Dampak Negatif Bioteknologi

  1. Dengan ditemukannya organisme yang unggul, akan menimbulkan suatu kecenderungan untuk membudidayakan organisme yang seragam sehingga dapat mengganggu keseimbangan biodiversitas makhluk hidup di alam.
  2. Semakin banyak produk-produk hasil rekayasa genetika, akan mengurangi penghasilan petani maupun peternak kecil sehingga mengakibatkan kecemburuan serta kesenjangan sosial ekonomi dalam masyarakat.
  3. Banyak produk rekayasa genetika yang tidak mementingkan etika dan moral, seperti kloning manusia.

Kontributor: Dinda Muthi Selina, S.Si.
Alumni Biologi FMIPA UI

Lihat juga materi Biologi lainnya di StudioBelajar.com: