Bioteknologi

Bioteknologi adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol,antibiotik, asam organik) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa yang dapat digunakan oleh manusia. Dimasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

Kristal insulin.

Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan. Di bidang medis, penerapan bioteknologi pada masa lalu dibuktikan antara lain dengan penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin walaupun masih dalam jumlah yang terbatas akibat proses fermentasi yang tidak sempurna. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal.

Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS. Penelitian di bidang pengembangan sel induk juga memungkinkan para penderita stroke ataupun penyakit lain yang mengakibatkan kehilangan atau kerusakan pada jaringan tubuh dapat sembuh seperti sediakala. Di bidang pangan, dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika, kultur jaringan dan DNA rekombinan, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan. Penerapan bioteknologi pada masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi. Sebagai contoh, pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.

Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari berbagai kontroversi yang melingkupi perkembangan teknologinya. Sebagai contoh, teknologi kloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman pangan mendapat kecaman dari bermacam-macam golongan.

Bioteknologi secara umum berarti meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut.

Perubahan sifat Biologis melalui rekayasa genetika tersebut menyebabkan "lahirnya organisme baru" produk bioteknologi dengan sifat - sifat yang menguntungkan bagi manusia. Produk bioteknologi, antara lain:

• Jagung tahan hama serangga
• Kapas resisten hama serangga
• Pepaya resisten virus
• Enzim pemacu produksi susu pada sapi
• Padi mengandung vitamin A
• Pisang mengandung vaksin hepatitis

Lini masa bioteknologi

Peragian merupakan model aplikasi awal dari bioteknologi

• 8000 SM Pengumpulan benih untuk ditanam kembali. Bukti bahwa bangsa Babilonia, Mesir, dan Romawi melakukan praktik pengembangbiakan selektif (seleksi artifisal) untuk meningkatkan kualitas ternak.
• 6000 SM Pembuatan bir, fermentasi anggur, membuat roti, membuat tempe dengan bantuan ragi.
• 4000 SM Bangsa Tionghoa membuat yogurt 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 Hungaria, pertama menggunakan kata bioteknologi.
• 1970 Peneliti di AS berhasil menemukan enzim pembatas yang digunakan untuk memotong gen gen.
• 1975 Metode produksi antibodi monoklonal dikembangkan oleh Kohler dan Milstein.
• 1978 Para peneliti di AS berhasil membuat insulin dengan menggunakan bakteri yang terdapat pada usus besar.
• 1980 Bioteknologi modern dicirikan oleh Kloning molekuler. Model prokariot-nya, E. coli, digunakan untuk memproduksi insulin dan obat lain, dalam bentuk manusia. Sekitar 5% pengidap diabetes alergi terhadap insulin hewan yang sebelumnya tersedia).
• 1992 FDA menyetujui makanan GM pertama dari Calgene: tomat "flavor saver" (Flavr Savr).
• 2003 Perampungan Human Genome Project

Jenis

Bioteknologi memiliki beberapa jenis atau cabang ilmu yang beberapa diantaranya diasosikan dengan warna, yaitu:

Bir, salah satu produk bioteknologi putih konvensional.

• Bioteknologi merah (red biotechnology) adalah cabang ilmu bioteknologi yang mempelajari aplikasi bioteknologi di bidang medis. Cakupannya meliputi seluruh spektrum pengobatan manusia, mulai dari tahap preventif, diagnosis, dan pengobatan. Contoh penerapannya adalah pemanfaatan organisme untuk menghasilkan obat dan vaksin, penggunaan sel punca untuk pengobatan regeneratif, serta terapi gen untuk mengobati penyakit genetik dengan cara menyisipkan atau menggantikan gen abnomal dengan gen yang normal.
• Bioteknologi putih/abu-abu (white/grey biotechnology) adalah bioteknologi yang diaplikasikan dalam industri seperti pengembangan dan produksi senyawa baru serta pembuatan sumber energi terbarukan. Dengan memanipulasi mikroorganisme seperti bakteri dan khamir atau ragi, enzim-enzim dan organisme-organisme yang lebih baik telah tercipta untuk memudahkan proses produksi dan pengolahan limbah industri. Pelindian (bleaching) minyak dan mineral dari tanah untuk meningkakan efisiensi pertambangan, dan pembuatan bir dengan khamir.
• Bioteknologi hijau (green biotechnology) mempelajari aplikasi bioteknologi di bidang pertanian dan peternakan. Di bidang pertanian, bioteknologi telah berperan dalam menghasilkan tanaman tahan hama, bahan pangan dengan kandungan gizi lebih tinggi dan tanaman yang menghasilkan obat atau senyawa yang bermanfaat. Sementara itu, di bidang peternakan, binatang-binatang telah digunakan sebagai "bioreaktor" untuk menghasilkan produk penting contohnya kambing, sapi, domba, dan ayam telah digunakan sebagai penghasil antibodi-protein protektif yang membantu sel tubuh mengenali dan melawan senyawa asing (antigen).
• Bioteknologi biru (blue biotechnology) disebut juga bioteknologi akuatik atau perairan yang mengendalikan proses-proses yang terjadi di lingkungan akuatik. Salah satu contoh yang paling tua adalah akuakultura, menumbuhkan ikan bersirip atau kerang-kerangan dalam kondisi terkontrol sebagai sumber makanan, (diperkirakan 30% ikan yang dikonsumsi di seluruh dunia dihasilkan oleh akuakultura). Perkembangan bioteknologi akuatik termasuk rekayasa genetika untuk menghasilkan tiram tahan penyakit dan vaksin untuk melawan virus yang menyerang salmon dan ikan yang lain. Contoh lainnya adalah salmon transgenik yang memiliki hormon pertumbuhan secara berlebihan sehingga menghasilkan tingkat pertumbuhan sangat tinggi dalam waktu singkat.

Rekayasa genetika

Rekayasa genetika adalah prosedur dasar dalam menghasilkan suatu produk bioteknologi. Secara umum, rekayasa genetika melakukan modifikasi pada mahluk hidup melalui transfer gen dari suatu organisme ke organisme lain. Prosedur rekayasa genetika secara umum meliputi:

1. Isolasi gen
2. Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik
3. Mentrasfer gen tersebut ke organisme baru
4. Membentuk produk organisme transgenik

Prosedur pembentukan organisme transgenic ada dua, yaitu:

1. Melalui proses introduksi gen
2. Melalui proses mutagenesis

Proses introduksi gen

Beberapa langkah dasar proses introduksi gen adalah :

1. Membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai dengan penanda yang spesifik.
2. Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke jaringan.
3. Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang ditransformasikan
4. Uji coba kultur tersebut di lapangan.

Mutagenesis

Memodifikasi gen pada organisme tersebut dengan mengganti sekuen basa nitrogen pada DNA yang ada untuk diganti dengan basa nitrogen lain sehingga terjadi perubahan sifat pada organisme tersebut, contoh: semula sifatnya tidak tahan hama menjadi tahan hama. Agen mutagenesis ini biasanya dikenal dengan istilah mutagen. Beberapa contoh mutagen yang umum dipakai adalah sinar gamma (mutagen fisika) dan etil metana sulfonat (mutagen kimia).

Human Genome Project

Human Genome Project adalah usaha internasional yang dimulai pada tahun 1990 untuk mengidentifikasi semua gen (genom) yang terdapat pada DNA dalam sel manusia dan memetakan lokasinya pada tiap kromosom manusia yang berjumlah 24. Proyek ini memiliki potensi tak terbatas untuk perkembangan di bidang pendekatan diagnostik untuk mendeteksi penyakit dan pendekatan molekuler untuk menyembuhkan penyakit genetik manusia.

Aplikasi atau penerapan bioteknologi

Bidang medis

Aplikasi dari bioteknologi medis sudah berlangsung lama, sebagai contoh 100 tahun lalu lintah umum digunakan untuk merawat penyakit dengan cara membiarkan lintah menyedot darah pasien (bloodletting). Hal ini dipercaya dapat menghilangkan darah yang sudah terjangkit penyakit. Pada zaman sekarang, lintah ditemukan memiliki enzim pada kelenjar salivanya yang dapat menghancurkan gumpalan darah yang bila tidak dihancurkan dapat menyebabkan stroke dan serangan jantung. Selain contoh tersebut, terdapat banyak aplikasi bioteknologi di bidang medis sebagai berikut.

Sel punca

Sel punca adalah jenis sel khusus dengan kemampuan membentuk ulang dirinya dan dalam saat yang bersamaan membentuk sel yang terspesialisasi. Meskipun kebanyakan sel dalam tubuh seperti jantung maupun hati telah terbentuk khusus untuk memenuhi fungsi tertentu, sel punca selalu berada dalam keadaan tidak terdiferensiasi sampai ada sinyal tertentu yang mengarahkannya berdiferensiasi menjadi sel jenis tertentu. Kemampuannya untuk berproliferasi bersamaan dengan kemampuannya berdiferensiasi menjadi jenis sel tertentu inilah yang membuatnya unik. Karakteristik biologis dan diferensiasi sel punca fokus pada sel punca mesenkimal.

Aplikasi dari sel punca diantaranya adalah pengobatan infark jantung yaitu menggunakan sel punca yang berasal dari sumsum tulang untuk mengganti sel-sel pembuluh yang rusak (neovaskularisasi). Aplikasi terapeutik sel punca embrionik pada berbagai penyakit degeneratif. Selain itu, sel punca diduga dapat digunakan untuk pengobatan diabetes tipe I dengan cara mengganti sel pankreas yang sudah rusak dengan sel pankreas hasil diferensiasi sel punca. Hal ini dilakukan untuk menghindari reaksi penolakan yang dapat terjadi seperti pada transplantasi pankreas dari binatang. Sejauh ini percobaan telah berhasil dilakukan pada mencit.

Bidang Pertanian

Bioteknologi memiliki banyak aplikasi atau penerapan dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang pertanian dan ilmu pangan. Penerapan tersebut termasuk pengembangn tanaman transgenik. Tanaman transgenik merupakan tanaman yang telah disisipi atau memiliki gen asing dari spesies tanaman yang berbeda atau makhluk hidup lainnya.

Berikut adalah beberapa manfaat penerapan bioteknologi dalam bidang pertanian :

• Peningkatan dalam hasil panen.
• Mengurangi kerentanan tanaman terhadap kondisi lingkungan.
• Meningkatnya kualitas nutrisi atau gizi pada tanaman pangan.
• Peningkatan rasa, tekstur, atau tampilan makanan.
• Mengurangi ketergantungan pada pupuk, pestisida, dan bahan kimia pertanian lainnya.
• Produksi vaksin pada tanaman pangan.

Berikut adalah beberapa contoh dari bioteknologi pertanian :

• Vaksin yang digunakan dalam pencegahan penyakit, misalnya vaksin anti-limfoma yang diperoleh dari tembakau.
• Antibiotik untuk manusia dan hewan.
• Tanaman tahan pestisida.
• Tanaman tahan hama, contohnya yaitu jagung Bt.
• Bio-Fuels atau bahan bakar hayati.

Dalam bidang industri

Bioteknologi industri merupakan penerapan bioteknologi untuk keperluan industri seperti pencegahan polusi atau dampak terhadap lingkungan, konservasi sumber daya, atau pemrosesan dan produksi berkelanjutan produk dan bahan kimia.

Bioteknologi Lingkungan

Bioteknologi lingkungan adalah teknologi yang digunakan dalam pengolahan limbah dan pencegahan polusi yang dapat secara lebih efisien membersihkan banyak limbah dibandingkan dengan metode konvensional dan secara signifikan mengurangi ketergantungan pada metode pembuangan berbasis lahan. Contoh dari bioteknologi lingkungan yaitu bioremediasi. Bioremdiasi adalah merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan.

Lihat pula

• Portal Teknologi

• Bioremediasi
• Genetika molekular
• Sel punca

Referensi

1. Merck. Biotechnology Institute. 2005. What is biotechnology??. http://www.biotechinstitute.org/what_is/ 2010-04-12 di Wayback Machine.. Diakses pada 25 April 2010.
2. Smith JE. 2004. Biotechnology; Studies in Biology. Ed ke-4. Cambridge: Inggris.
3. Peters P. 1993. Biotechnology: A Guide To Genetic Engineering. Wm C Brown: AS.
4. Clark DP, Pazdernik NJ. 2009. Biotechnology; Applying the Genetic Revolution. Elsevier: China.
5. Chirikjian JG. 1995. Plant Biotechnology, Animal Cel Culture, Immunobiotechnology. Vol 1. Jones and Bartlett Publishers: London.
6. Scott Michon. 2010. Timeline. http://www.strangescience.net/timeline.htm. Diakses pada 12 Mei 2010.
7. Gregor Madel: Plants. 2008. http://www.lycos.com/info/gregor-mendel--plants.html^{[pranala nonaktif permanen]}. Diakses pada 12 Mei 2010.
8. Encyclopedia, Timeline of Scientific Discoveries. http://www.statemaster.com/encyclopedia/Timeline-of-scientific-discoveries#BC^{[pranala nonaktif permanen]}. Diakses pada 12 Mei 2010.
9. Koivisto VA, Soman V, Conrad P, Hendler R, Nadel E. Insulin binding to monocytes in trained athletes. J Clin Invest 65:1011-15.
10. DaSilva EJ. 2004. The colours of biotechnology: Science, Development and Humankind. Electron. J Biotechnol 7:3 .
11. Madhavan G, Oakley B, Kun L. 2008. Career Development in Bioengineering and Biotechnology. New York: Springer+Business media, LLC.
12. Thieman WJ, Palladino MA. 2004. Introduction to Biotechnology San Francisco: Pearson Education Inc.
13. "Stem Cells". medlineplus.gov. Diakses tanggal 2020-11-30. 
14. "Frequently asked questions on genetically modified foods". www.who.int (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2020-11-30. 
15. "Welcome to CK-12 Foundation | CK-12 Foundation". www.ck12.org. Diakses tanggal 2020-11-30. 
16. Direct, Mixer. "10 PRODUCTS OF AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGY". Mixer Direct. Diakses tanggal 2020-11-30. 
17. "What is Industrial Biotechnology?". BIO (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2020-11-30. 

Bacaan lebih lanjut

• Aryulina, Diah (2007). Biologi 3 SMA dan MA Untuk Kelas XII. Jakarta: Esis/Erlangga. ISBN 974-734-551-3.  Parameter |coauthors= yang tidak diketahui mengabaikan (|author= yang disarankan) (bantuan) (Indonesia)

Pranala luar

• "Dr. Jekyll & Mr Hyde" Bioteknologi^{[pranala nonaktif permanen]} - artikel ilmiah populer mengenai bioteknologi di harian Pikiran Rakyat.