BIOTEKNOLOGI

APA ITU BIOTEKNOLOGI ?

Bioteknologi adalah penggunaan makhluk hidup dan proses di dalamnya untuk menghasilkan produk tertentu.

Apa fungsi dari bioteknologi?

1. Sebagai agen biologi, yaitu enzim, mikroorganisme, sel tumbuhan, dan sel hewan.

2. Penggunaan secara teknologi dan industrial.

3. Produk dan jasa yang diperoleh dari hasil bioteknologi.

Terdapat dua macam bioteknologi menurut cara pengolahannya, yaitu:

1. Bioteknologi konvensional

2. Bioteknologi modern

BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL

Bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme secara langsung untuk memproduksi makanan.

Contoh hasil bioteknologi konvensional:

1. Tempe Kedelai - Rhizopus oligospora , Rhizopus oryzae

2. Kecap Kedelai - Aspergillus wentii

3. Keju susu - Penicillium requeforti , Penicillium cememberti , Lactobacillus sp.

4. Yoghurt - Lactobacillus bulgaricus , Streptococcus thermophillus

5. Roti Gandum - Saccharomyces cereviceae

6. Nata de coco - Acetobacter xylinum

7. Tape, beras ketan (Brem), singkong - Saccharomyces cereviceae

8. Oncom , Kacang Tanah - Neurospora crassa

9. Minuman Anggur , Buah Anggur - Saccharomyces ellipsoideus

BIOTEKNOLOGI MODERN

Penggunaan mikroorganisme tidak langsung seperti bioteknologi konvensional, tetapi menggunakan mikroorganisme yang direkayasa, sehingga menjadi lebih efektif dan efisien. Bioteknologi modern memanfaatkan organisme dalam tingkat seluler atau molekuler, misalnya dalam teknologi reproduksi dan rekayasa genetika.

Contoh Bioteknologi Modern:

1. HIBRIDOMA

1.     Teknik hibridoma adalah teknik pembuatan sel yang dihasilkan dari fusi (penggabungan) antara sel B  limfosit  dengan sel kanker (jenis mieloma NS-1).

2.     Sifat dari sel hibridoma ini adalah immortal (sel abadi karena mampu bertahan hidup, membelah dan memperbanyak diri dalam jumlah tak terbatas dalam media kultur).

TAHAP HIBRIDOMA

Proses pembuatan dari sel hibridoma : 

1. proses imunisasi dengan menggunakan antigen  tertentu yang disuntikan ke dalam tubuh  mencit (Mus musculus) 
2. sel B-limfosit mencit akan merespon antigen sehingga terbentuk antibodi 
3. pemisahan  sel B-limfosit yang sudah mengandung antibodi dari organ limpa mencit
4. sel B-limfosit kemudian  difusikan dengan sel kanker immortal menghasilkan sel hibridoma
5. fusi sel hibridoma ini dilakukan dengan membuat membran sel menjadi lebih permeabel sehingga kedua sel bisa menyatu
6. sel hibridoma kemudian diklon pada kultur sel sehingga dihasilkan banyak sel yang memiliki anti bodi tertentu sehingga dikenal dengan antibodi monoklonal yang bisa disimpan lama dalam keadaan dibekukan

2. KULTUR JARINGAN/ KLONING TUMBUHAN

1.     Metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman seperti protoplasma, sel, jaringan atau organ yang serba steril, ditumbuhkan pada media buatan yang steril, dalam botol kultur yang steril dann dala kondisi yang aseptik, sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman yang lengkap.

2.     Tiga kemampuan dasar sel yang dimiliki oleh tumbuhan adalah:

a.     Totipotensi: kemampuan sebuah sel untuk tumbuh berkembang menjadi tanaman utuh jika distimulasi dengan benar dan tepat. Hasil keberhasilan dari kemapuan ini dipengaruhi oleh perkembangan dari sel meristematik, sehingga walaupun semua tumbuhan memiliki kemampuan ini, tidak semuanya dapat tumbuh dengan baik, karena itu tergantung dari pertumbuhan sel meristematiknya pula.

b.     Rediferensiasi: kemampuan sel-sel masak (mature) kembali menjadi ke kondisi meristematik dan dan berkembang dari satu titik pertumbuhan baru yang diikuti oleh rediferensiasi yang mampu melakukan reorganisasi manjadi organ baru

c.     Kompetensi: Kompetensi menggambarkan potensi endogen dari sel atau jaringan untuk tumbuh dan berkembang dalam satu jalur tertentu. Cantohnya embrioagenikali kompeten cel adalah kemampuan untuk berkembang menjadi embrio funsional penuh. Sebaliknya adalah non-kompeten atau morfogenetikali tidak mempunyai kemampuan.

Tipe-tipe kultur jaringan:

1.     Kultur biji (seed culture), kultur yang bahan tanamnya menggunakan biji atau seedling.

2.     Kultur organ (organ culture), merupakan budidaya yang bahan tanamnya menggunakan organ, seperti: ujung akar, pucuk aksilar, tangkai daun, helaian daun, bunga, buah muda, inflorescentia, buku batang, akar, dan lain-lain.

3.     Kultur kalus (callus culture), merupakan kultur yang menggunakan jaringan (sekumpulan sel) biasanya berupa jaringan parenkim sebagai bahan eksplannya.

4.     Kultur suspensi sel (suspension culture) adalah kultur yang menggunakan media cair dengan pengocokan yang terus menerus menggunakan shaker dan menggunakan sel atau agregat sel sebagai bahan eksplannya, biasanya eksplan yang digunakan berupa kalus atau jaringan meristem.

5.     Kultur protoplasma. eksplan yang digunakan adalah sel yang telah dilepas bagian dinding selnya menggunakan bantuan enzim. Protoplas diletakkan pada media padat dibiarkan agar membelah diri dan membentuk dinding selnya kembali. Kultur protoplas biasanya untuk keperluan hibridisasi somatik atau fusi sel soma (fusi 2 protoplas baik intraspesifik maupun interspesifik).

6.     Kultur haploid adalah kultur yang berasal dari bagian reproduktif tanaman, yakni: kepalasari/ anther (kultur anther/kultur mikrospora), tepungsari/ pollen (kutur pollen), ovule (kultur ovule), sehingga dapat dihasilkan tanaman haploid.

Tahapan kultur jaringan:

MEDIA

Media merupakan faktor penentu dalam perbanyakan dengan kultur jaringan.  Komposisi media yang digunakan tergantung dengan jenis tanaman yang akan diperbanyak. Media yang digunakan biasanya terdiri dari garam mineral, vitamin, dan hormon.  Selain itu, diperlukan juga bahan tambahan seperti agar, gula, dan lain-lain.  Zat pengatur tumbuh (hormon) yang ditambahkan juga bervariasi, baik jenisnya maupun jumlahnya, tergantung dengan tujuan dari kultur jaringan yang dilakukan.  Media yang sudah jadi ditempatkan pada tabung reaksi atau botol-botol kaca.  Media yang digunakan juga harus disterilkan dengan cara memanaskannya dengan autoklaf.

INISIASI

Inisiasi adalah pengambilan eksplan dari bagian tanaman yang akan dikulturkan. Bagian tanaman yang sering digunakan untuk kegiatan kultur jaringan adalah tunas.

STERILISASI

Sterilisasi adalah bahwa segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu di laminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga steril. Sterilisasi juga dilakukan terhadap peralatan, yaitu menggunakan etanol yang disemprotkan secara merata pada peralatan yang digunakan.  Teknisi yang melakukan kultur jaringan juga harus steril.  

MULTIPLIKASI

Multiplikasi adalah kegiatan memperbanyak calon tanaman dengan menanam eksplan pada media. Kegiatan ini dilakukan di laminar flow untuk menghindari adanya kontaminasi yang menyebabkan gagalnya pertumbuhan eksplan.  Tabung reaksi yang telah ditanami ekplan diletakkan pada rak-rak dan ditempatkan di tempat yang steril dengan suhu kamar.

PENGAKARAN

Pengakaran adalah fase dimana eksplan akan menunjukkan adanya pertumbuhan akar yang menandai bahwa proses kultur jaringan yang dilakukan mulai berjalan dengan baik.  Pengamatan dilakukan setiap hari untuk melihat pertumbuhan dan perkembangan akar serta untuk melihat adanya kontaminasi oleh bakteri ataupun jamur. Eksplan yang terkontaminasi akan menunjukkan gejala seperti berwarna putih atau biru (disebabkan jamur) atau busuk (disebabkan bakteri). 

AKLIMATISASI

Aklimatisasi adalah kegiatan memindahkan eksplan keluar dari ruangan aseptic ke bedeng. Pemindahan dilakukan secara hati-hati dan bertahap, yaitu dengan memberikan sungkup. Sungkup digunakan untuk melindungi bibit dari udara luar dan serangan hama penyakit karena bibit hasil kultur jaringan sangat rentan terhadap serangan hama penyakit dan udara luar. Setelah bibit mampu beradaptasi dengan lingkungan barunya maka secara

bertahap sungkup dilepaskan dan pemeliharaan bibit

dilakukan dengan cara yang sama dengan pemeliharaan

bibit generatif. 

Manfaat kultur jaringan:

1. Bibit (hasil) yang didapat berjumlah banyak dan dalam waktu yang singkat
2. Sifat identik dengan induk
3. Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki
4. Metabolisme sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa

3. KLONING: tindakan menggandakan atau mendapatkan keturunan jasad hidup tanpa fertilisasi, berasal dari induk yang sama, mempunyai susunan (jumlah dan gen) yang sama dan kemungkinan besar mempunyai fenotip yang sama.

Tahap cloning

1.     Suatu fragmen DNA yang mengandung gen yang akan dikloning pertama-tama diinsersikan dulu pada molekul DNA sirkular yang disebut sector untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan atau chimoera.

2.     Vektor kemudian bertindak sebagai pembawa DNA rekombinan tersebut untuk masuk ke dalam tuan rumah biasanya berupa bakteri, maupun sel-sel jenis lainnya yang bisa digunakan. Kemudian vector mengadakan replikasi dalam sel tuan rumah yang  menghasilkan banyak turunan-turunan identik, baik vektornya sendiri, maupun gen yang dia bawa.

3.     Ketika sel tuan rumah membelah, kopi molekul DNA rekombinan diwariskan pada progeny dan terjadi replikasi vektro selanjutnya. Setelah terjadi sejumlah besar pembelahan sel, maka dihasilkan koloni atau sel kloningan yang identik. Tiap-tiap sel dalam klon mengandung satu atau lebih kopian molekul DNA rekombinasi. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa, gen yang dibawa oleh molekul rekombinasi telah diklon.

4. TRANSPLANTASI GEN: penyisipan gen organisme satu ke genom organisme lain, dengan tujuan untuk produksi suatu senyawa dalam skala besar dan cepat, untuk terapi medis, atau untuk mengatasi masalah lingkungan.

5. BIOREMEDIASI

Salah satu fungsi bioteknologi yang digunakan untuk mengurangi polusi

Keuntungan dari bioremediasi adalah:

1.     Biaya relative murah

2.     Menghasilkan produk baru yang berguna

3.     Mengurangi limbah dan polusi

Menurut cara memberikan perlakuan, bioremediasi dibagi menjadi:

1.     Biostimulasi

2.     Bioaugmentasi

3.     Bioremediasi intrik

Biostimulasi

BIOSTIMULASI

Nutrien dan oksigen, dalam bentuk cair atau gas, ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar untuk memperkuat pertumbuhan dan aktivitas bakteri remediasi yang telah ada di dalam air atau tanah tersebut.

BIOAUGMENTASI

Mikroorganisme yang dapat membantu membersihkan kontaminan tertentu ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar. Namun ada beberapa hambatan yang ditemui ketika cara ini digunakan. Sangat sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroorganisme dapat berkembang dengan optimal. Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk beradaptasi.

BIOREMEDIASI INTRINSIK

Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar.

6. FUSI PROTOPLASMA

Penggabungan dua sel dari jaringan yang sama atau dua sel dari organisme yang berbeda dalam suatu medan listrik

Tahap – tahap Fusi protoplasma :

1. Menyiapkan protoplasma
2. Mengisolasi protoplasma sel yang telah dipersiapkan, protoplasma diisolasi dengan cara menghilangkan dinding selnya
3. Protplasma di uji viabilitasnya

Hasil  à diseleksi à dibiakkan

7. REKAYASA GENETIKA

•       Proses memanipulasi gen dengan cara membuat DNA yang sudah disusun supaya mendapatkan sifat – sifat DNA yang kita inginkan melalui penyisipan gen

Prosedur rekayasa genetika secara umum :

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

antibiotik

8. ANTIBIOTIK

Senyawa yang mempunyai efek menekan atau menghentikan atau menghambat suatu proses biokimia di dalam organisme

JENIS ANTIBIOTIK

1. Bakterisidal à destruktif terhadap bakteri
2. Bakteriostatik à bekerja menghambat pertumbuhan atau multiplikasi bakteri

MEKANISME KERJA ANTIBIOTIK

1. Menghambat dinding sel bakteri . Beta-laktam, Penicillin, Polypeptida, Cephalosporin, Ampicillin , Oxasilin
2. Menghambat Transkripsi dan Replikasi . Quinolone, Rifampicin, Actinomycin D, Nalidixic acid, Lincosamides, Metronidazole
3. Menghambat sintesis protein . Macrolide, Aminoglycoside, Tetracycline,  Chloramphenicol, Kanamycin, Oxytetracycline
4. Menghambat fungsi membran sel . Ionimycin dan Valinomycin
5. Yang menghambat bersifat antimetabolit . Sulfa atau Sulfonamide, Trimetophrim, Azaserine

9. HAMA TANAMAN

Gangguan / kerugian –kerugian pada tanaman yang disebabkan oleh binatang seperti serangga , cacing, binatang menyusui, binatang mengerat.

PEMBASMIAN HAMA

1. Insektisida ( Serangga )
2. Nematosida ( Cacing )
3. Rodentisida ( Binatang Pengerat )

10. TANAMAN TRANSGENIK

Tanaman yang telah disisipi atau memiliki gen asing dari spesies tanaman yang berbeda,

Tujuan : mendapatkan tanaman dengan sifat yang diinginkan.

CARA MEMBUAT TANAMAN TRANSGENIK

1. Mengidentifikasi gen yang memiliki sifat yang kita inginkan
2. Setelah didapat, perbanyaklah gen tersebut ( kloning gen )
3. Saat kloning gen , DNA asing dimasukkan ke dalam vektor kloning
4. Vektor kloning akan dimasukkan kedalam bakteri sehingga DNA dapat di perbanyak bersamaan dengan perkembangbiakkan bakteri tersebut
5. DNA akan ditransfer gen asing kedalam sel tumbuhan yang berasal dari salah satu bagian

11. METODE TRANSFER GEN

•       Metode Senjata Gen

•       Metode Transformasi DNA

•       Metode Elektroporasi

MANFAAT BIOTEKNOLOGI:

1.     Bidang Kedokteran

Antibody monoklonal : antibody yang diperoleh dari suatu sumber tunggal. Manfaat antibody monoklonal antara lain : mendetaksi kandungan hormone korionik gonadotropin dalam urine wanita hamil, mengikat racun dan menonaktifkannya, mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan lain.

Pembuatan vaksin : vaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadap tubuh yang berasal dari mikroorganisme. Vaksin berasal dari virus dan bakteri yang telah dilemahkan atau racunnya diambil.

Contoh   vaksin :

•       Vaksin BCG: untuk mencegah penyakit TBC

•       Vaksin kotipa: mencegah penyakit kolera, tifus, paratifus

•       Vaksin varisela: mencegah penyakit cacar air

•       Vaksin MMR: mencegah penyakit campak, gondong, rubella

•       DPT/DT: mencegah penyakit difteri, pertusis, tetanus

2.     Bidang Pertanian

Dihasilkan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen : tanaman selain Leguminoceae dapat mengikat nitrogen karena diinjeksi dengan bakteri rhizobium yang hidup pada akar tanaman Leguminoceae

Dihasilkan tumbuhan tahan hama : misalnya tembakau tahan penyakit mozaik daun

Penghasil PST ( Protein Sel Tunggal)

NO	MIKROORGANISME	KEGUNAAN
1	Methylophillus methylotrophus	Makanan ternak agar menghasilkan daging dan susu yang berkualitas
2	Spirulina	Sumber pangan kaya protein bagi manusia
3	Chlorella	Sumber pangan kaya protein bagi manusia
4	Fusarium	Makanan tambahan ternak
5	Saccharomyces cereviceae	Suplemen makanan ternak
6	Candida utilis	Suplemen makanan ternak

3.     Bidang Pangan

Bioteknologi memainkan peranan penting dalam bidang pangan yaitu dengan memproduksi makanan dengan bantuan mikroba (tempe, roti, keju, yoghurt, kecap, dll)

4.     Bidang Peternakan

Hewan yang diberi perlakuan rekayasa genetika disebut hewan transgenik. Pada hewan-hewan tersebut disisipkan gen-gen tertentu yang dibutuhakan manusia. Sebagi contohnya adalah domba transgenik. DNA domba tersebut telah disisipi dengan gen manusia. Dengan adanya penyisipan tersebut domba mneghasilkan susu yang mengandung faktor VIII yang dapat dimurnikan untuk menolong penderita hemofilia. Rekayasa genitika pada hewan juga dapat membantu melestarikan spsies langka.

5.     Bidang Hukum/Forensik

Dengan teknologi DNA, menawarkan aplikasi bagi kepentingan forensik. Pada kriminalitas dengan kekerasan, darah atau jaringan lain dalam jumlah kecil dapat tertinggal di tempat kejadian perkara. Melalui pengujian sidik jari DNA (DNA finngerprint), dapat diidentifikasi pelaku dengan derajat kepastian yang tinggi.

DAMPAK NEGATIF DARI BIOTEKNOLOGI

Hampir tidak ditemukan dampak negative yang diakibatkan oleh bioteknologi karena bioteknologi adalah proses yang bertujuan untuk memperbaiki lingkungan dan menghasilkan suatu produk baru yang berguna bagi masyarakat. Tetapi, perbandingan penghasilan limbah dari hasil bioteknologi (contoh: tempe, tahu, kecap, dll) lebih besar daripada hasil ubahannya (bioremediasi)

Contoh soal :

1.     1. Apakah kalian mengetahui perbedaan bioteknologi modern dan bioteknologi konvensional ?

Jawab : Perbedaan bioteknologi modern dan konvensional terletak pada mikroorganisme yang digunakan atau pemanfaatannya. Bioteknologi konvensional memanfaatkan mikroorganisme nya secara langsung untuk memproduksi suatu makanan sedangkan Bioteknologi modern tidak lah langsung. Bioteknologi modern menggunakan mikroorganisme yang direkayasa, sehinggan menjadi lebih efektif dan efisien.

2.     2. Setelah kalian mengetahui tentang tidak ada dampak negatif dari bioteknologi , apakah kalian mengetahui dampak positif dari bioteknologi ?

Jawab : Bioteknologi memiliki dampak positif dalam kehidupan antara lain dapat meningkatkan gizi masyarakat, meningkatkan produksi ternak, sumber makanan baru, hingga alternatif bahan bakar baru