BAB DELAPAN, bioteknologi (o_0)

PENGERTIAN BIOTEK

Bioteknologi berasal dari bahasa latin yaitu bio (hidup), teknos (teknologi = penerapan), dan logos (ilmu), yang artinya ilmu yang menerapkan priinsip-prinsip biologi. Pengertian bioteknologi lebih lengkapnya adalah pemanfaatan prinsip-prinsip dan kerekayasaan terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk mengahasilkan atau menigkatkan potensi organisme maupun menghasilkan produk dan jasa untuk kehidupan manusia.

Ilmu – ilmu dalam bioteknologi:

• Mikrobiologi. Mempelajari tentang sifat – sifat dan struktur mikroba dan jasad renik untuk pengembangan biotek. Seperti jenis bakteri yang tumbuh pada suhu tertentu: psikrofil (0 – 30 derajat), mesofil (25 – 40 derajat) dan termofil (> 50 derajat). Bakteri ini sangat berguna dalam proses fermentasi yoghurt. 

• Biologi sel. Mempelajari sifat – sifat dan struktur sel. Biasanya menambah dambak positif di bidang pertanian : pemuliaan tanaman dan totipotensi (kemampuan sel muda untuk berdiferensiasi menjadi organ tanaman baru) pada kultur jaringan.

• Genetika. Pemahamanbentuk dan karakteristik materi pewaris sifat (DNA)

• Biokimia. Mempelajari makhluk hidup dari aspek kimia.

Perkembangan Bioteknologi

Bapak biologi kita, Louis Pasteur membuktikan bahwa semua proses fermentasi melibatkan mikroorganisme dan akhirnya memicu perkembangan sampai sekarang ini.diantaranya, ditemukan:

Manipulasi DNA rekombinan

Kultur in vitro

Fusi protoplasma

Pembuatan antibodi monoklamal

Modifikasi struktur protein

Imobilisasi enzim dan sel katalis

Penginderaan dengan bantuan biologi molekul

Menghubungkan komputer dengan reaktor

Rancang bangun reaktor biokatalis baru

Bioteknologi Konvensional

Memanfaatkan mikroba,proses biokimia, dan genetik alami terjadi dengan sendirinya sepertipada halnya fermentasi.

Fungsi biotek konvensional (pangan)

Tempe = jamur Rhizopus oryzae

Oncom  = jamur Neurosphora sitophilia

Tape =  khamir Saccharomyces Cereviciae

Kecap = jamur Aspergillus

Fungsi biotek konvensional (pertanian)

• Tanaman hidroponik (tanpa media tanah)

• Tanaman aeroponik

 

Fungsi biotek konvensional (peternakan)

• Domba pendek dan kaki bengkok (ankon)

• Sapi jerseey (sapi dengan kandungan krim lebih byk)

 
Fungsi biotek konvensional (kesehatan)

• Antibiotik

• Vaksin

  
Biotek modern

Mulai berkembang setelah penemuan struktur DNA. Didasarkan pada memanipulasi dan atau rekayasa genetika selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.

Fungsi biotek modern (pangan)

Buah tomat yang tidak cepat busuk dan tahan lama.

Kadar pati kentang yang meningkat 20 %

Fungsi biotek modern (pertanian)

Kedelai umur pendek dan produktivitas tinggi

Jagung dan kapas tahan penyakit

Fungsi biotek modern (peternakan)

Pembelahan embrio sehingga kembar identik

Kenaikan mutu ternak pada daging dan susunya

Fungsi biotek modern (kesehatan)

Hormon pertumbuhan oleh Escherichia coli

Bioteknologi dengan mikroorganisme

Karena:

• Pertumbuhan cepat
• Sel mengandung protein tinggi
• Produk sisa dijadikan substrat
• Produk dihasilkan tidak toksik
• Reaksi biokimia dikontrol oleh enzim itu sendiri sehingga tidak perlu tambahan reaktan luar

Mikroorganisme sebagai pengubah dan penghasil makanan atau minuman

Fermentasi: perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organik menjadi produk organik lebih sederhana (kompleks -> sederhana).  Sehingga terbentuk alkohol dan berbagai ester beraroma sedap. Mikroorganisme dapat secara langsung dikonsumsi karena:

• Massa organisme 2 kali lebih cepat tubuh.
• Mikroba mengandung minimal 40 % protein dan memiliki kandungan vitamin dan mineral yang tinggi.
• Produk makanan yang dihasilkan dari mikroorganisme disebut sebagai Protein Sel Tunggal (PST). Pada mulanya PST ini dikembangbiakan melalui media minyak namunsetelah harga minyak melonjak naik, maka digunakan media lain yaitu sirup glukosan dan ampas buah – buahan.

Contoh : jamur Fussarium graminearum (45%protein dan 13% lemak)

                 Chorella (30% - 60% protein)

Mikroorganisme sebagai penghasil obat

Antibiotik (senyawa yang dihasilkan oleh suatu organisme untuk menghambat pertumbuhan organisme lain)

Penisilin	Komponen utama: penicilin G Dapat terdegradasi oleh asam lambung maka diberikan melalui suntikan.
Sefaloporin	Dihasilkan: jamur Cephalosporium Efektif untuk bakteri yang kebal terhadap penisilin.
Tetrasiklin	Dihasilkan: bakteri Streptomycin aureofaciens Mengikat kalsium dan diakumulasi tulang dan gigi yang sedang berkembang.
Eritromisin	Untuk melawan bakteri yang kebal terhadap penicilin dan pasien yang alergi terhadap penicilin.

Antibiotik tidak berbahaya bagi manusia karena antibiotik memiliki toksisitas selektif (membunuh bakteri jahat dan tidak berbahaya bagi induk inang).

Vaksin

Mikroorganisme atau bagiannya yang telah dilemahkan yang disuntikan kedalam tubuh manusia agar sitem kekebalan tubuh manusia aktif melawan mikroorganisme tsb.

Sumber – sumber:

Mikroorganisme sudah mati.cth: batuk rejan

Mikroorganisme dilemahkan (vaksin atenuasi). Cth: tbc dan polio.

Substansi mikroorganisme tdk penyebab penyakit. Cth: difteri dan tetanus.

Mikroorganisme pembasmi hama tanaman

• Bacillus thuringiensis = bakteri patogen pelawan hama tanaman. Bakteri ini menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga atau larva ulat yang memakan daun2an semporotan bt.
• Cara kerja bt: daun yang terkena bt dikonsumsi ulat  à toksin mengikat reseptor spesifik di membran usus serangga à usus degradasi à spora tubuh dan bakteri usus masuk ke rongga tubuh dan ulat mati karena keracunan darah dan bakteri usus yang berkembangbiak dalam darahnya.
• Jenis – jenis bt dan hama yang dimusnahkan:
• Varietas tenebriominis : kumbang kentang colorado dan larva kumbang daun
• Varietas  kurstaki                             : semua ulat pertanian
• Varietas israelensis                         : nyamuk dan lalat hitam
• Varietas aizawai                                : ulat dan ngengat diamondback

Mikroorganisme pengolah limbah

Secara garis besar, reaksi penguraian:

Materi yg dari karbon diuraikan menjadi CO2

Hidrogen sulfida diuraikan menjadi sulfat

Amonium diuraikan menjadi nitrat

Pengolahan limbah secara aerob:

Lumpur aktif	Saringan tetes
Membiakan bakteri aerobik (heterotof) dalam suatu tangki limbah yang diberi aerasi untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon dan nitrogen dalam limbah.	Menggunakan biofilm (lapisan mikroorganisme yang menutupi saringan atau filter di dasar bak limbah).  Biasa mengandung protiste vorticella yang fagosit atau memakan mikroorganisme lain.

Pengolahan limbah secara anaerob:

Penguraian bahan padat dari proses aerob sebelumnya (penguraian lumpur). Lumpur dibiarkan 2 minggu di dalam tangki tanpa oksigen dengan suhu 34 – 40 derajat  lalu bakteri Methanobacterium akan mengubah materi organik menjadi metana., co2, hidrogen.

Mikroorganisme pemisah logam

Penting karena:

• Butuh pengembangan teknik – teknik ekstrasi logam bijih bermutu rendah yang lebih sempurna.
• Pengolahan biji secara peleburan penyebab polusi udara.

Mikroorganisme yang digunakan adalah bakteri aerobik autotrofik (Thiobacillus oxidans dan T ferooxidans). Proses ini dinamakan pencucian mikrobial.  

KULTUR JARINGAN TUMBUHAN

Kultur jaringan adalah bentuk perbanykan )(propagasi) tumbuhan secara vegetative dengan memanipulasi jaringan somatik (jaringan tubuh) tumbuhan di dalam kultur aseptik (bebas kuman) dengan lingkungan terkontrol. Kultur jaringan tumbuhan juga merupakan salah satu teknik klona (cloning) tumbuhan. Teknik kultur jaringan memanfaatkan prinsip perbanyakan tumbuhan secara vegetatif. Berbeda dari teknik perbanyakan tumbuhan secara konvensional, teknik kultur jaringan dilakukan dalam kondisi aseptik di dalam botol kultur dengan medium dan kondisi tertentu. Karena itu teknik ini sering kali disebut kultur in vitro. Dikatakan in vitro (bahasa Latin), berarti "di dalam kaca" karena jaringan tersebut dibiakkan di dalam botol kultur dengan medium dan kondisi tertentu. Potongan batang, akar, atau daun yang disebut eksplan dapat membentuk tumbuhan yang utuh (planlet) karena adanya sifat totipotensi (kemampuan sel tumbuhan untuk berkembang menjadi tumbuhan yang utuh). Eksplan tersebut dibiarkan tumbuh pada medium kultur jaringan menjadi massa sel yang belum terdifernsiasi atau disebut kalus. Dengan begitu, maka dapat dihasilkan sebuah individu baru yang sama dengan induknya.

Penanggulangan Dampak Negatif Bioteknologi

Bioteknologi telah menghasilkan prroduk-produk yang bermanfaat untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Tetapi, produk-produk tersebut dapat memberikan dampak negatif, yaitu:

• Alergi. Cara penanggulangan: Untuk mencegah hal terebut terjadi, maka diperlukannya jangka waktu yang cukup lama untuk memastikan bahwa produk tersebut telah bersih dari sel-sel yang menyebabkan alergi pada manusia.

• Hilangnya plasma nutfah . Cara penanggulangan: Melakukan pemeliharaan jenis hewan atau tumbuhan pada situs konservasi tertentu

• Rusaknya ekosistem. Cara penangulangan: Mencegah produk-produk yang bersifat menggangu ekosistem suatu tempat. Seperti tanaman kapas Bt yang dapat menyebabkan matinya hama ulat, serta larva kupu-kupu lain.

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN REKAYASA GENETIKA

Rekayasa genetika atau DNA rekombinan atau pencangkokan gen adalah suatu kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolasi, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya.

Bahan-bahan kimia yang dapat digunkan dalam rekayasa genetika antara lain:

• Enzim retriksi endonuklease: Mampu  berfusngsi sebagai, “gunting molekuler”, yaitu dapat mengenal dan kemudian memotong secara kimiawi tempat-tempat khusus di sepanjang molekul DNA. Lebih dari 200 enzim retriksi endonuklease telah ditemukan, sehingga  tersedialah beraneka ragam gunting molekuler untuk menggunting gen yang berbeda-beda serta dapat mencangkokan di tempat yang diinginkan.

• Enzim ligase: Berfungsi untuk menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan. Cara ini disebut DNA rekombinan. Sebuah gen harus diangkut oleh suatu materi khusus yang disebut vektor. Salah satu jenis vektor yang bermanfaat adalah plasmid.

Vektor, berupa plasmid bakteri atau viral ADN virus.

Gbr. Pembuatan plasmid dan mekanisme penyisipan gen

Bakteri, berperan dalam perbanyakan plasmid melalui perbanyakan bakteri.

 

Gbr. Pemisahan DNA oleh enzim restriksi

Enzim, terdiri dari enzim RESTRIKSI (pemotong plasmid/ADN) dan enzim LIGASE (penyambung ptongan-potongan ADN) 

Gbr. Proses produksi insulin manusia dengan rekayasa genetika

  anfaat rekayasa genetika:

1.      Bidang kedokteran dan farmasi: Pembuatan insulin manusia oleh bakteri Terapi gen manusia Antibodi monoklomal

2.      Bidang pertenakan dan pertanian:

• Organisme transgenetik. Merupakan organisme yang menerima gen-gen dari spesies lain yang berbeda. Ada banyak cara untuk menciptakan organisme transgenik, yaitu: 
• Transfer gen pada hewan = Mengtransfer gen dari individu yang berbeda, contoh, domba Tracey 
• Klona embrio = Biasanya teknik ini digunakan untuk produksi hewan ternak. 
• Klona dengan transfer inti = Klon-klon yang dihasilkan dari satu individu, contoh domba Dolly

• Transgenik 
• Menunda pematangan buah 
• Resistansi terhadap pestisida dan herbisida. 
• Resistansi terhadap kondisi lingkungan

GAMBAR:

Gambar kultur jaringan tumbuhan

Gambar terapi gen manusia

Gambar rekayasa genetik pada tanaman dengan menggunkan agrobacterium

Tanaman kapas Bt