MATERI KULIAH ILMU BIOTEKNOLOGI (Biotechnology)

A.    Pengertian

Bioteknologi berasal dari istilah latin yaitu bio (hidup), (teknologi = penerapan), dan logos (ilmu), yang secara harfiah berarti ilmu yang menerapkan prinsip-prinsip biologi. 

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.

B.    Perkembangan ilmu bioteknologi

Perkembangan bioteknologi secara sederhana telah dikenal manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Contohnya, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, atau keju. Saat ini, bioteknologi berkembang pesat terutama di negara-negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai teknologi, misalnya rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinasi DNA dan kloning. Berikut ini daftar yang memperlihatkan perkembangan bioteknologi.

Garis waktu tahun Perkembangan Bioteknologi dari tahun 6000 SM - 2003.
8000 SM - Pengumpulan benih untuk ditanam kembali. Bukti bahwa bangsa Babilonia, Mesir, dan Romawi telah melakukan praktik pengembangbiakan selektif (seleksi artifisal) untuk meningkatkan kualitas ternak.
6000 SM - Pembuatan bir, fermentasi anggur, membuatan roti dengan bantuan ragi
4000 SM -Bangsa Tionghoa membuat yoghurt dan keju dengan bakteri asam laktat
1500 - Pengumpulan tumbuhan di seluruh dunia
1665 - Penemuan sel oleh Robert Hooke (Inggris) melalui mikroskop
1800 - Nikolai I. Vavilov menciptakan penelitian komprehensif tentang pengembangbiakan hewan
1880 - Mikroorganisme ditemukan
1856 - Gregor Mendel mengawali genetika tumbuhan rekombinan
1865 - Gregor Mendel menemukan hukum-hukum dalam penyampaian sifat induk ke turunannya
1919 - Karl Ereky, insinyur Hongaria, yang pertama kali menggunakan kata bioteknologi
1953 - James D. atson, Maurice ilkins, Rosalind Franklin, dan Francis Crick mengungkap struktur DNA
1970 - Peneliti di AS berhasil menemukan enzim restriksi yang digunakan untuk memotong gen-gen
1975 - Metode produksi antibodi monoklonal dikembangkan oleh Kohler dan Milstein.
1978 - Para peneliti AS berhasil membuat insulin menggunakan bakteri yang terdapat pada usus besar.
1980 - Bioteknologi modern dicirikan oleh teknologi DNA rekombinan. Misalnya, coli digunakan untuk memproduksi insulin dan obat lain, setelah disisipi gen manusia. Sekitar 5% pengidap diabetes alergi terhadap insulin hewan yang sebelumnya tersedia
1992 - FDA menyetujui makanan hasil organisme modifikasi pertama dari Calgene, yaitu tomat flavr savr .
1997 - Ilmuwan Inggris dari Roslin Institute melaporkan domba Dolly hasil kloning dari dua sel domba dewasa.
2000 - Perampungan Human enome Pro ect secara kasar
2002 - Para ilmuwan berhasil memetakan gen-gen dari tanaman padi
2003 - Lima puluh tahun setelah penjelasan struktur DNA, Human enome Pro ect selesai (14 April 2003).

       Ilmu-ilmu yang berhubungan dengan ilmu alam saling berkembang dan saling terkait, sehingga batas-batas disiplin ilmunya hampir hilang. Mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi molekuler merupakan cabang ilmu biologi yang mendasari ilmu bioteknologi modern saat ini, akan tetapi masih banyak cabang-cabang ilmu lainnya yang sangat erat hubungannya dengan bioteknologi seperti ilmu-ilmu kedokteran, pertanian, peternakan, kehutanan, perikanan, dan lain sebagainya. Ilmu-ilmu tersebut mempelajari dan memahami segala aspek alam dan makhluk hidup yang ada di bumi ini. Dengan adanya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka segala aspek dapat dipahami dengan baik dan mendalam.

Cabang-cabang ilmu yang berkaitan dengan Bioteknologi

Beberapa disiplin ilmu dan teknologi yang mendukung bioteknologi menghasilkan cabang-cabang bioteknologi baru, di antaranya, bioteknologi pertanian, bioteknologi lingkungan, bioteknologi kesehatan, dan bioteknologi industri. Pada saat ini, bioteknologi tidak hanya terbatas pada eksperimen di laboratorium, melainkan sudah berkembang menjadi industri besar.

C.   Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional yang dilakukan manusia saat itu umumnya menggunakan proses sederhana dan telah dilakukan secara turun temurun. Berikut adalah beberapa manfaat Bioteknologi dalam Bidang kehidupan.

• Pengolahan Bahan Pangan

Ini merupakan kelompok makhluk hidup mikroskopis yang dapat di jumpai hampir disemua tempat, biasanya ini berasal dari kelompok bakteri ataupun jamur. Makhluk hidup ini memiliki daerah penyebaran yang begitu luas. Salah satu kemampuan mikroorganisme tersebut dapat menghasilkan enzim yang dikeluarkan dari tubuhnya. Enzim ini dapat berfungsi untuk menguraikan substrat atau bahan makanan di sekelilingnya, inilah yang dinyatakan fermentasi.

Fermentasi ini memiliki banyak manfaat bagi manusia. Salah satunya yaitu, mengubah berbagai bahan mentah menjadi bahan yang sangat berguna untuk manusia. Manusia sudah lama menggunakan ragi dan khamir (Saccharomyces cereviceae) dalam pembuatan beralkohol sebagai pengembang roti. Pada kondisi anaerob ragi memfermentasikan gula menjadi alkohol dan CO2. Selain ragi, banyak agen biologi lain berperan dalam pengolahan bahan pangan.

Nata de coco juga termasuk contoh bioteknologi konvensional berupa camilan sehat dengan tekstur kenyal. Makanan ini terbuat dari ari kelapa yang ditambahi dengan bakteri Acetobacter xylinum. Bakteri ini menrubah gula dalam air kelapa menjadi selulosa yang lebih kenyal dan padat. Selain dibuat dari air kelapa, nata de coco juga dapat diproduksi dari sari nanas (nata de pineaplee), sari kedelai (nata de soya), sari biji kakao (nata de cacao), dan lain sebagainya.

• Pertanian

Budidaya pertanian dan peternakan tidak lepas dari pengaruh bioteknologi konvensional. Sudah lama manusia berupaya untuk mendapatkan berbagai tanaman bibit unggul dalam bidang pertanian. Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas hasis panen tersebut, mereka harus mendapatkan bibit unggul dari bidang pertanian yang hasil panennya bagus. Mulai dari situ, manusia melakukan berbagai penyilangan varietas tanaman pertanian. Manusia melakukan berbagai cara, mulai dari penyilangan untuk mendapatkan hasil varietas baru, perbanyakan vegetatif serta radiasi untuk mendapatkan sifat baru untuk dikembangkan.

Jika dilakukan teknologi pemupukan, maka hal ini juga akan mengalami perubahan. Pemukan yang dilakukan secara alami dan buatan yaitu dari bahan sintesis telah di kembangkan untuk meningkatkan produk pertanian. Jika dilakukan perbanyakan vegetatif, maka ini harus di kembangkan untuk meningkatkan produksi pertanian, antara lain setek, cangkok dan kultur jaringan. Setek dengan cangkok dilakukan di lingkungan terbuka, sedangkan kultur jaringan dilakukan di laboratorium.

Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi dan menumbuhkan bagian tanaman atau jaringan tersebut dalam medium buatan secara aseptik. Selain menciptakan bibit unggul, juga dapat diterapkan pada proses penanaman. Ada dua cara penanaman tumbuhan yang merupakan hasil dari pengembangan bioteknologi, yaitu penanaman secara hidroponik dan aeroponik. Kamu sering mendengar tentang tanaman hidroponik, apa yang kamu ketahui tentang tanaman hidroponik? Tanaman hidroponik adalah tanaman yang ditanam dengan menggunakan media selain tanah, misalnya pasir, arang sekam, batu apung, batu kali, dan air.

• Peternakan

Penerapan bioteknologi konversional sangat penting dalam peningkatan produksi di bidang peternakan. Untuk memperoleh bibit yang unggul, manusia harus melakukan proses pengawinan dengan hewan-hewan ternak pilihan. Bagi para peternak, bibit unggul sangat penting untuk meningkatkan produksi daging, telur dan susu yang berkualitas. Seperti:

• Inseminasi Buatan

Ini merupakan teknik yang dikembangkan dengan inseminasi buatan. Insenminasi buatan merupakan cara untuk memasukkan mani (sperma) dari ternak jantan ke alat kelamin ternak betina. Namun, sebelum melakukannya, sperma yang di ambil dari ternak jantan terlebih dahulu di cairkan atau di proses. Setelah itu, barulah mereka memasukkan sperma ke dalam alat kelamin ternak betina dengan menggunakan metode dan alat khusus yang disebut dengan insemination gun.

Ini dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan angka kelahiran ternak pada musim kawin serta mengatur jadwal kelahirannya. Dengan adanya inseminasi buatan akan memperbaiki kualitas ternak untuk mengomtimalkan penggunaan bibit unggul dan mencegah penularan atau penyebaran penyakit ternak.

• Fertilisasi In vitro

Kebutuhan manusia akan produk ternak semakin meningkat. Contohnya, kebutuhan masyarakat terhadap daging dan susu sapi. Hal tersebut ditandai oleh pemerintah yang masih mengimpor daging dan susu sapi. Teknik perbanyakan ternak yang unggul mulai dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Selain dengan teknik inseminasi buatan, perbanyakan ternak unggul dapat dilakukan dengan fertilisasi in vitro.

• Lingkungan

Berbagai teknik pengolahan limbah telah dicoba dan dikembangkan. Teknik pengolahan limbah, dalam hal ini limbah cair dibagi menjadi tiga metode pengolahan, yaitu:

• Pengolahan secara fisika;
• Pengolahan secara kimia;
• Pengolahan secara biologi.

Pangolahan air limbah dengan metode biologi lebih efektif dibandingkan dengan metode lainnya. Metode biologi merupakan metode yang bermanfaat dalam sajad hidup. Ini berfungsi sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung dalam air limbah sebagai tempat berkembang biak. Salah satu proses pengolahan air limbah yang menggunakan jasad hidup (mikroorganisme) adalah pengolahan dengan cara lumpur aktif.

Keuntungan dan Kerugian Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi Konvensional memang telah banyak membantu manusia dalam menyediakan kebutuhan hidupnya. Namun bukan berarti tidak memiliki kekurangan. Dibawah ini merupakan kelebihan dan kekurangan dari Bioteknologi konvensional, yaitu sebagai berikut :

Kelebihan

Meningkatkan nilai gizi dari produk-produk makanan dan minuman, seperti air susu menjadi yoghurt, mentega, keju.

• Teknologinya relatif sederhana,
• Menciptakan sumber makanan baru, misalnya dari air kelapa dapat dibuat Nata de coco
• Secara tidak langsung dapat meningkatkan perekonomian rakyat karena bioteknologi konvensional tidak banyak membutuhkan biaya karena biaya yang digunakan relatif murah
• Pengaruh jangka panjang umumnya sudah diketahui karena sistemnya sudah mapan

Kekurangan

• Tidak dapat mengatasi masalah ketidaksesuaian (inkompatibilitas) genetic
• Perbaikan sifat genetik tidak terarah
• Hasil tidak dapat diperkirakan sebelumnya
• Memerlukan waktu yang relatif lama untuk menghasilkan galur baru
• Tidak dapat mengatasi kendala alam dalam sistem budidaya tanaman, misalnya hama

Contoh Bioteknologi Konvensional

Beriku ini adalah contoh Bioteknologi Konvensional.

• Yoghurt

Yoghurt dikenal sebagai suatu minuman hasil dari proses fermentasi minuman susu dengan memakai bakteri seperti Lactobacillus substilis dan Lactobacillus bulgaricus. Bakteri-bakteri ini sangat bermanfaat dalam proses mendegradasi protein yang terkandung dalam susu sehingga bisa menjadi asam laktat. Proses tersebut biasanya disebut juga dengan proses fermentasi asam laktat dan dari proses tersebut akan menghasilkan minuman yang dinamakan yoghurt. Yoghurt kini bisa dinikmati oleh berbagai kalangan di masyarakat karena sudah beredar luas di toko-toko, minimarket dan tentunya juga supermarket. Harganya pun tidak mahal dan cukup terjangkau untuk bisa menikmatinya bersama keluarga di rumah.

• Tempe dan Oncom

Selain harganya terjangkau juga kandungan gizi yang banyak terkandung dalam tempe. Tempe ini terbuat dari bahan dasar kedelai dengan bantuan ragi tempe yang berupa jamur Rhizopus sp. Jamur yang digunakan untuk membuat tempe atau jamur Rhizopus sp. berfungsi untuk mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana (asam amino) yang mudah dicerna oleh manusia. Adapun oncom ada dua jenis, yaitu oncom merah dan hitam. Oncom merah terbuat dari bahan dasar ampas tahu yang ditambah dengan jamur Neurospora Crassa. Sementara itu, oncom hitam terbuat dari bungkil kacang tanah yang menggunakan jamur Rhizopus Oligosporus.

• Keju

Dalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaitu Lactobacillus dan Streptococcus. Bakteri itu berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat. Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu dengan suhu 90oC atau dipasteurisasi, lalu didinginkan sampai 30oC. Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat dari kegiatan bakteri itu pH menurun dan susu terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat, lalu ditambahkan enzim renin dari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim renin dewasa ini telah digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin. Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada temperatur 32oC – 42oC dan ditambah garam, lalu ditekan untuk membuang air dan disimpan agar matang.

• Virgin Coconut Oil (VCO)

Apakah Anda pernah mendengar tentang VCO? Virgin Coconut Oil (VCO) atau minyak kelapa murni terbuat dari kelapa (Cocos nucifera). Mengkonsumsi VCO diyakini dapat menyembuhkan penyakit, karena VCO memiliki properti, seperti mampu menurunkan kadar gula darah, mengurangi risiko kanker, memfasilitasi penyerapan mineral (Mg dan Ca), dan mampu membunuh virus . Namun, tidak diketahui secara pasti, masih diperlukan untuk penelitian tentang manfaat kesehatan dari VCO.

Bagaimana cara membuat VCO? Bahan dasar VCO kelapa tua parut segar dan diperas menggunakan mesin pemeras susu kelapa atau dengan tangan. Perasan santan dimasak dengan suhu di bawah 60 ° C untuk membentuk lapisan endapan protein kelapa di bagian bawah, air, dan lapisan minyak murni berwarna bening pada lapisan paling atas.

• Minuman berakohol

Anggur, wine, rum, sake adalah beberapa contoh produk bioteknologi konvensional yang menggunakan lebih dari satu mikroorganisme dalam proses pembuatannya. Misalnya dalam produksi alkohol, pati dari ketan atau bahan berkarbohidrat lainnya diubah menjadi glukosa menggunakan bantuan jamur Aspergilus. Glukosa tersebut kemudian diubah menjadi etanol mengunakan bantuan jamur Saccharomyces.

• Acar

Ini terbuat dari berbagai sayuran yang di fermentasikan. Cara mengubah sayuran menjadi acar ini dapat digunakan berbagai jenis bakteri seperti Streptococcus sp, Lactobacillus sp, dan Pediococcus sp. Mikrobia yang telah saya sebutkan diatas memiliki kegunaan untuk mengubah gula dalam sayuran menjadi asam asetat. Asam asetat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikrobia laian dan memberikan rasa yang khas pada sayuran fermentasi.

D.    Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar Mikrobiologi dan Biokimia. Penerapan bioteknologi modern juga mencangkup berbagai aspek kehidupan, misalnya ternak unggul hasil manipulasi genetik (peternakan), buah tomat hasil manipulasi genetik  yang tahan lama (pangan), tanaman jagung dan kapas yang resisten terhadap serangan penyakit tertentu (pertanian), hormone insulin yang dihasilkan oleh E. coli (kedokteran dan farmasi).

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli telah mulai lagi mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip-prinsip ilmiah melalui penelitian. Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektif dan efisien. Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.Aplikasi bioteknologi modern juga mencakup berbagai aspek kehidupan manusia, misalnya pada aspek pangan, pertanian, peternakan, hingga kesehatan dan pengobatan (Anonymous, 2011).

Ciri-ciri penggunaan mikroorganisme, yaitu sebagai penggunaan mikrooranisme sebagai agen, pemanfaatan rekayasa genetika, produksi hormon, enzin, antibiotik, gas metahana, MSG, dan lain-lain serta didukung oleh bidang ilmu lain seperti biokimia, teknik kimia (Prowel, 2010).

Contoh penggunaan mikroorganisme dalam bioteknologi modern antara lain:

- Methanogenic, menghasilkam metana,

- Aspergilius niger, menghasilkan amilase dan lipase,

- Thiobasilus feroksidan, mengekstrak logam dari bijinya, dan

- Bachilus thuringensis, menghasilkan biosentisida

(Prowes, 2010).

Bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalam industri makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi, dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin besar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang.

Macam-macam bioteknologi modern

Berikut beberapa penerapan bioteknologi yang akan di bahas:

1). Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan mahluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencakokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat mahluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap mahluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkomendasikan. Selanjutnya  DNA tersebut akan mengatur sifat mahluk hidup secara turun temurun. Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan dengan beberapa cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid dan rekomendasi DNA. Berikut penjelasannya :

a. Transplantasi Inti

Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke sel yang lain agar didapatkan individu baru dengan sifat yang sesuai dengan inti yang di terimanya. Sebagai contoh, tansplantasi inti pernah di lakukan pada sel katak. Inti sel yang dipindahkan adalah inti dari sel usus katak yang bersifat diploid, inti sel tersebut di masukan ke dalam ovum tanpa inti sehingga terbentuk terbentuk ovum dengan inti diploid. Setelah diberi inti baru, ovum membelah secara mitosis berkali – kali sehingga terbentuklah morula yang berkembang menjadi blastula. Blastula tersebut selanjutnya dipotong-potong menjadi banyak sel dan d iambi intinya. Kemudian inti-inti tersebut dimasukan ke dalam ovum tanpa inti. Pada akhirnya terbentuk ovum berinti diploid dalam jumlah yang banyak. Dan masing-masing ovum akan berkembang menjadi individu baru dengan sifat dan jenis kelamin yang sama.

b. Fusi Sel

Fusi sel adalah peleburan 2 sel baik dari spesies yang sama maupun berbeda agar terbentuk sel bastar atau hibridoma. Fusi sel di awali oleh pelebaran membrane dua sel lalu diikuti oleh peleburan sitoplasma (plasmogami) dan peleburn inti sel (kariogami). Manfaat fusi sel antara lain untuk pemetaan kromosom, lalu membuat antibody monoclonal dan membentuk spesies baru. Dan di dalam fusi sel diperlukan adanya:

1. Sel sumber gen (sumber sifat ideal).

2. Sel wadah (sel yang mampu membelah cepat).

3. Fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).

c. Teknologi Plasmid

Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat dalam sel bakteri atau ragi di luar

kromosomnya. Sifat-sifat plasmid antara lain :

1. Merupakan molekul DNA yang mengandung DNA tertentu.

2. Dapat beraplikasi diri.

3. Dapat berpindah ke sel bakteri lain.

4. Sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan pasmid induk.

Karena sifat-sifat tersebut plasmid digunakan sebagai vector atau pemindah gen ke

dalam sel target.

2. Rekombinasi DNA

Rekombinasi DNA adalah proses penggabungan DNA –DNA dari sumber yang berbeda. Tujuannya adalah untuk menyambungkan gen yang ada di dalamnya. Oleh karena itu, rekombinasi DNA disebut juga rekombinasi gen.

Rekombinasi DNA dapat dilakukan karena mempunyai alasan sebagai berikut:

1. Struktur DNA setiap mahluk hidup sama.

2. DNA dapat di sambungkan.B . Bioteknologi Bidang KedokteranBioteknologi mempunyai peranan penting  dalam bidang kedokteran, misalnya pembuatan antibodi monoklonal, vaksin, antibiotika dan hormon. Dan berikut penjelasannya:1. Antibodi MonoklonalAntibodi monoklonal adalah antibodi yang diperoleh dari suatu sumber tunggal.

Manfaat antibody monoclonal antara lain :

1. Untuk mendeteksi kandungan hormon kronik gonadotropin dalam urine wanita hamil.

2. Mengikat racun dan menonaktifkannya.

3. Mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan lain.

E. REKAYASA GENETIKA

Sejarah rekayasa genetika dimulai sejak Mendel menemukan faktor yang diturunkan. Ketika

Oswald Avery (1944) menemukan fakta bahwa DNA membawa materi genetik, makin banyak penelitian yang dilakukan terhadap DNA. Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan). Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini.

Struktur DNA

Para ahli berusaha melawan gen-gen perusak dalam inti sel dengan berbagai cara rekayasa

genetika. Upaya yang dirintis tersebut dikenal dengan istilah terapi genetik. Terapi genetik adalah perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki gen. Hal inilah yang melatar belakangi diciptakannya rekayasa genetic dengan berbagai tujuan dengan melewati proses-proses tertentu.

APA ITU REKEYASA GENETIK?

Rekayasa genetika dapat diartikan sebagai kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan cara membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen. DNA rekombinan adalah DNA yang urutannya telah direkombinasikan agar memiliki sifat-sifat atau fungsi yang kita inginkan sehingga organisme penerimanya mengekspresikan sifat atau melakukan fungsi yang kita inginkan.

Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing.

Salah satu penelitian yang memberikan kontribusi terbesar bagi rekayasa genetika adalah

penelitian terhadap transfer (pemindahan) DNA bakteri dari suatu sel ke sel yang lain melalui lingkaran DNA kecil yang disebut Plasmid. Plasmid adalah gen yang melingkar yang terdapat dalam sel bakteri, tak terikat pada kromosom. Melalui teknik plasmid dalam rekayasa genetika tersebut, para ahli di bidang bioteknologi dapat mengembangkan tanaman transgenik yang resisten terhadap hama dan penyakit

Contoh teknik Plasmid

Penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi. Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.

Dalam rekayasa genetika, ada kode etik yang melarang keras percobaan ini pada manusia. Akan tetapi, para ahli tidak selamanya bersikap kaku sebab berbagai penyakit fatal memang sulitdisembuhkan kecuali dengan terapi genetik. Maka muncul pendapat tentang perlu adanya dispensasi.

Dispensasi itu dikeluarkan oleh Komite Rekayasa Genetika dari Nasional Institute of Health (NIH) Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1990.

TAHAP-TAHAP REKAYASA GENETIK

1.      Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan.

2.      Membuat DNA/AND salinan dari ARN Duta.

3.      Pemasangan cDNA pada cincin plasmid

4.      Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri.

5.      Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan

6.      Pemanenan produk

MANFAAT REKAYASA GENETIK

a.           Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia

seperti insulin dan hormon pertumbuhan.

b.      Tersedianya bahan makanan yang lebih melimpah.

c.       Tersedianya sumber energy yang terbaharui.

d.      Proses industri yang lebih murah.

e.      Berkurangnyapolusi

f.    Adanya pestisida alami hasil dari tanaman rekayasa genetik

Contoh  Rekayasa Genetik

Sekitar 20 produk pertanian hasil modifikasi genetik telah beredar di pasaran Amerika, Kanada, bahkan Asia Tenggara. Dalam enam tahun ke depan, berbagai perusahaan telah menyiapkan 26 produk lainnya, mulai dari kedelai, jagung, kapas, padi hingga stroberi. Dari yang tahan hama, herbisida, jamur hingga pematangan yang dapat ditunda.

Pada dasarnya prinsip pemuliaan tanaman, baik yang modern melalui penyinaran untuk menghasilkan mutasi maupun pemuliaan tradisional sejak zaman Mendel, adalah sama, yakni pertukaran materi genetik. Baik seleksi tanaman secara konvensional maupun rekayasa genetika, keduanya memanipulasi struktur genetika tanaman untuk mendapatkan kombinasi sifat keturunan (unggul) yang diinginkan.

Tahun 1989 untuk pertama kalinya uji lapangan dilakukan pada kapas transgenik yang tahan terhadap serangga (Bt cotton) dan pada tahun yang sama dimulai proses pemetaan gen pada tanaman (Plant Genome Project). Pada tahun 1992 sebuah perusahaan penyedia benih memasukkan gen dari kacang Brasil ke kacang kedelai dengan tujuan agar kacang kedelai tersebut lebih sehat dengan mengoreksi defisiensi alami kacang kedelai untuk bahan kimia metionin.

Pada tahun 1952, Robert Brigs dan Thomas J. King (AS) mencoba teknik kloning pada katak. Sepuluh tahun kemudian (1962), John B. Gurdon juga mencoba teknik kloning pada katak, namun percobaanya menghasilkan banyak katak yang abnormal. Pada tahun 1986, Steen Willadsen (inggris) menkloning sapi dengan tujuan komersial dengan metode transfer inti. Tahun 1996, Ian Willmut mengkloning domba. Ia menggunakan sel kelenjar susu domba finn dorset sebagai donor inti dan sel telur domba blackface sebagai resipien. Sel telur domba blackface dihilangkan intinya dengan cara mengisap nukleusnya keluar dari sel menggunakan pipet mikro. Kemudian, sel kelenjar susu domba finn dorsetg difusikan dengan sel telur blackface yang tanpa nukleus. Hasil fusi ini kemudian berkembang menjadi embrio dalam tabung percobaan dan kemudian dipindahkan ke rahim domba blackface. Kemudian embrio berkembang dan lahir dengan ciri-ciri sama dengan domba finn dorset,

dan domba hasil kloning ini diberinama Dolly. Dari 227 percobaan yang dilakukan oleh Wilmut, hanya 29 yang berhasil menjadi embrio domba yang dapat ditransplantasikan ke rahim domba, dan hanya satu yang berhasil dilahirkan menjadi domba normal.

Rekayasa genetika pada tanaman tumbuh lebih cepat dibandingkan dunia kedokteran. Alasan pertama karena tumbuhan mempunyai sifat totipotensi (setiap potongan organ tumbuhan dapat menjadi tumbuhan yang sempurna). Hal ini tidak dapat terjadi pada hewan, kita tidak dapat menumbuhkan seekor tikus dari potongan kepala atau ekornya. Alasan kedua karena petani merupakan potensi besar bagi varietas-varietas baru yang lebih unggul, sehingga mengundang para pebisnis untuk masuk ke area ini.

Domba Dolly dan Penciptanya

Rekayasa genetika pada tanaman tumbuh lebih cepat dibandingkan dunia kedokteran. Alasan pertama karena tumbuhan mempunyai sifat totipotensi (setiap potongan organ tumbuhan dapat menjadi tumbuhan yang sempurna). Hal ini tidak dapat terjadi pada hewan, kita tidak dapat menumbuhkan seekor tikus dari potongan kepala atau ekornya. Alasan kedua karena petani merupakan potensi besar bagi varietas-varietas baru yang lebih unggul, sehingga mengundang para pebisnis untuk masuk ke area ini.

Perkembangan

Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan). Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini. Tentu saja, penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi.

Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi

terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.

Gambar di atas adalah rekayasa genetika pada bakteria guna menghasilkan hormon insulin yang penting untung pengendalian gula darah pada penderita diabetes. Tahap-tahapnya adalah sebagai berikut:

1. Tahap pertama dalam membuat bakteria yang bisa menghasilkan insulin adalah dengan

mengisolasi plasmid pada bakteri tersebut yang akan direkayasa. Plasmid adalah materi genetik berupa DNA  yang terdapat pada bakteria namun tidak tergantung pada kromosom  karena tidak berada di dalam kromosom.

2. Kemudian plasmid tersebut dipotong dengan menggunakan enzim di tempat tertentu sebagaicalon tempat gen baru nantinya yang dapat membuat insulin.

3. Gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) insulin diambil dari kromosom yang berasal dari sel manusia.

4. Gen yang telah dipotong dari kromosom sel manusia itu kemudian ‘direkatkan’ di plasmid tadi tepatnya di tempat bolong yang tersedia setelah dipotong tadi.

5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia itu kemudian dimasukkan kembali ke dalam bakteria.

6. Bakteria yang telah mengandung gen manusia itu selanjutnya berkembang biak dan

menghasilkan insulin yang dibutuhkan. Dengan begitu diharapkan insulin dapat diproduksi

dalam jumlah yang tidak terbatas di pabrik-pabrik.

Begitulah contoh rekayasa genetika yang diterapkan di dalam industri farmasi. Rekayasa genetika (genetic engineering)  yang diperkirakan akan menjadi  prima donna dari segala engineering melebihi electronic engineering di abad ke-21 ini memang ditujukan bagi perbaikan kualitas hidup umat manusia di bumi ini. Penerapannya sangat luas, mulai dari di bidang pertanian hingga di bidang kesehatan guna memerangi penyakit2 berat yang selama ini sulit disembuhkan.  Rekayasa genetika ini juga dapat menolong untuk mereproduksi spesies2 yang hampir punah di muka bumi ini. Di masa mendatang, mungkin gen-gen dari sejenis ubur2 yang bisa menyala yang hidup di dasar laut dapat dimasukkan ke

dalam manusia, hingga mungkin di masa depan manusia bisa menyala di malam hari, atau berpendar dengan memasukkan gen kunang-kunang ke dalam manusia. Atau mungkin jikalau anda ingin tampan seperti Antonio Banderas atau ingin cantik seperti Omas Uma Thurman, anda tidak perlu operasi plastik lagi, anda cukup mengkopikan gen-gen mereka kepada kromosom anda dan hasilnya jauh lebih baik dari operasi plastik, mungkin anda hanya perlu mempunyai lisensi atau membayar royalti kepada orang yang gennya dikopikan kepada kromosom anda tersebut.

Namun untuk aplikasi ke sana tentu masih harus menempuh penelitian yang sangat panjang dan berliku. Tidak tertutup kemungkinan sebuah gen mengatur lebih dari satu sifat. Mungkin perubahan sebuah gen di satu sisi memungkinkan kita mendapatkan sifat yang kita inginkan namun juga secara tak sadar dan tak diketahui  kita juga mendapatkan sifat lain yang merugikan!   Ya…. semua itu

membutuhkan penelitian yang panjang dan berliku…….

langkah-langkah yang dilakukan dalam rekayasa genetika genetika secara sederhan urutannya

sebagai berikut :

1. Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan.

2. Membuat DNA/AND salinan dari ARN Duta.

3. Pemasangan cDNA pada cincin plasmid

4. Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri.

5. Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan

6. Pemanenan produk.

Contoh Rekayasa Genetika

Buat teman-teman yang pengen mencari contoh-contoh rekayasa genetik terhadap bakteri, hewan tingkat rendah dan contoh rekayasa genetika pada tumbuhan. Berikut ada contoh nya:

produksi hormon insulin

Metode produksi insulin dengan menggunakan plasmid bakteri

Hormon insulin berguna untuk obat diabetes melitus. metodenya sebagai berikut:

1. Diperlukan adanya bakteri Escherichia coli yang akan dipakai plasmidnya (bagian DNA yang mampu memperbanyak diri)

2. Diperlukan adanya gen manusia penghasil insulin. Gen ini akan dipotong oleh enzim restriksi (pemotong)

3. Potongan gen penghasil insulin akan disambungkan ke plasmid DNA Escherichia coli, dengan bantuan enzim ligase (penyambung)

4. Hasil penyambungan ini akan ditanamkan ke dalam sel bakteri Escherichia coli

Bakteri dibiakkan dalam medium khusus. Karena bakteri telah memiliki gen penghasil insulin,

maka akan meproduksiTumbuhan transgenik

Tumbuhan yang dalam selnya disisipkan gen yang membuat tumbuhan ini resisten terhadap

penyakit tertentu. Misalnya tembakau yang kebal terhadap penyakit TMV (Tobacco Mosaic Virus)

Terapi Gen

Gen dari tubuh yang sehat disisipkan ke dalam sel tubuh makhluk yang sakit. Misalnya pada

pengobatan enfisema.

Antibodi Monoklonal

Antibodi Monoklonal adalah antibodi sel gabungan yang diproduksi sel gabungan tipe tunggal yang mampu melawan penyakit kanker. Pada teknologi antibodi monoklonal, sel tumor dapat digabungkan dengan sel mamalia yang memproduksi antibodi. Hasil penggabungan sel ini adalah hibridoma, yang akan terus memproduksi antibodi. Antibodi monoklonal menyerang sel tumor.

Bakteri yang menangani limbah

Contoh bakteri yang menangani limbah adalah:

1. Bakteri metanogen adalah bakteri yang mencerna senyawa organik limbah (mengandung

hidrokarbon), misalnya bakteri Pseudomonas untuk limbah minyak.

2. Bakteri kemolitotrof adalah bakteri yang mencerna senyawa logam berat.