Pilih Laman

Prinsip Dasar dan Jenis-Jenis Bioteknologi

1. Prinsip Dasar Bioteknologi

Bioteknologi berasal dari dua kata, yaitu ‘bio’ yang berarti makhuk hidup dan ‘teknologi’ yang berarti cara untuk memproduksi barang. Secara klasik atau konvesional , bioteknologi dapat didefinisikan sebagai teknologi yang memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya untuk mendapatkan barang dan jasa dddalllam skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sementara itu, bioteknologi didefinsikan sebagai suatu usaha terpadu dari berbagain disiplin ilmu untuk mengolah bahan baku dengan memanfaatkan mikroorganisme dan komponen-komponen lainnyauntuk menghasilkan barang dan jasa.

Dalam batasan pengertian bioteknologi tersebut, ada beberapa ciri suatu proses bioteknologi. Ciri-ciri tersebut sebagai berikut:

  1. Adanya agen biologi yang dipergunakan. Agen biologi yang dipergunakan ini tidak hanya dalam bentuk fisik yang dipanen, namun juga termasuk di dalamnya adalah hasil metabolit sekunder atau enzim yang dihasilkan.
  2. Penggunaan agen biologi dilakukan dengan suatu cara atau metode tertentu.

Adanya produk turunan atau jasa yang dipakai dari proses pengguaan agen biologi tersebut.

2. Jenis – Jenis Bioteknologi

Bioteknologi dibedakan menjadi dua berdasarkan tingkat kerumitan dalam pelaksanaan prosesnya yaitu bioteknologi konvesional dan bioteknologi modern.

a. Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional adalah semua produk bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme untuk menghasilkan produk dan jasa, misalnya mikroorganisme yang digunakan adalah jamur maupun bakteri yang berperan dalam menghasilkan enzim – enzim tertentu untuk melakukan proses metabolisme agar didapatkan produk yang diinginkan dan bermanfaat bagi umat manusia. Bioteknologi konvensional tidak menggunakan teknik rekayasa genetika sama sekali. Manipulasi yang dilakukan bioteknologi konvesional hanya pada kondisi lingkungan dan medi tumbuh (substrat). Jika pun ada, rekayasa yang dilkukan bersifta sederhana dan perubahan bahan genetic yang dihasilkan tepat sasaran.

Kelebihan bioteknologi konvesional sebagai berikut:

  1. Relatif mudah
  2. Teknologi relatif sederhana
  3. Pengaruh jangka panjang umumnya sudah diketahui karena sistemnya sudah mapan.

Kekurarangan bioteknologi konvesional sebagai berikut:

  1. Perbaikan sifat genetis tidak terarah
  2. Tidak dapat mengatasi masalah ketidaksesuaian (inkompatibilitas) genetik
  3. Hasil tidak dapat diperkirakan sebelumnya
  4. Memerlukan waktu relatif lama untuk menghasilkan alur baru
  5. Seringkali tidak dapat mengatasi kendala alam dalam sistem budidaya tanaman, misalnya masalah hama.
  6. Prosesnya relatif belum steril sehingga kualitas hasilnya belum terjamin.
  7. Hanya diproduksi dalam skala kecil

b. Bioteknologi modern

Bioteknologi modern adalah bagian dari penerapan ilmu bioteknologi yang telah menggunakan alat – alat canggih dan modern, alat ini digunakan karena sudah tidak memungkinkan menggunakan teknologi sederhana (konvensional) sebab yang akan di manipulasi merupakan bagian terkecil dari makhluk hidup, pengaplikasian bioteknologi modern harus dengan keterampilan khusus dan pengetahuan yang mendalam terhadap makhluk hidup yang akan di uji coba. Banyak sekali makhluk hidup yang sudah menjadi percobaan bioteknologi modern seperti bakteri e,coli, bayi tabung, hormon tumbuhan dan manusia. Oleh karena itu, bioteknologi modern sangat erat dengan rekayasa genetic. Rekaya genetik bertujuan menghasilkan organisme trangenik yakni organisme yang susunan gen dala kromosom telah diubah sehingga mempunyasi sifat menguntungkan sesuai dengan yang dikehendaki. Dengan demikian, hasil rekaya genetic bersifat lebih terarah. Bioteknologi modern menghasilkan produk dalam skala industri dengan menggunakan organisme, sistem, atau proses bioteknologi.

Kelebihan bioteknologi modern adalah sebagai berikut:

  1. Perbaikan sifat genetis dilakukan secara terarah.
  2. Dapat mengatasi kendala ketidaksesuaian genetik
  3. Hasil dapat diperhitungkan
  4. Dapat menghasilkan jasad baru dengan sifat baru yang tidak ada pada jasad alami
  5. Dapat memperpendek jangka waktu pengembangan galur jasad tanaman baru
  6. Dapat meningkatkan kualitas dan mengatasi kendala alam dalam sistem budidaya tanaman.

Kekurangan bioteknologi modern adalah sebagai berikut:

  1. Relatif mahal
  2. Memerlukan kecanggihan teknologi
  3. Pengaruh jangka panjang belum diketahui

Teknik yang digunakan dalam bioteknologi modern meliputi kultur jaringan, kloning, teknik bayi tabung, DNA rekombinan, dan fusi sitoplasma.

1) Kultur Jaringan

Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman secara vegetative buatan yang didasarkan pada sifat totipotensi tumbuhan. Prinsip kultur jaringan adalah menumbuhkan jaringan maupun sel tumbuhan dalam suatu media buatan secara aseptic. Dalam teori tersebut dikatakan bahwa setiap sel tumbuhan mempunyai kemampuan untuk tumbuh menjadi individu baru apbila ditempatkan pada lingkungan yang sesuai. Sifat individu baru yang dihasilkan sama persis dengan sifat induknya.

Bagian tumbuhan yang ditumbuhkan dalam media kultur disebut eksplan. Eksplan yangs erring digunakn adalah bagian tumbuhan yang memiliki sel-sel yang katif emmbelah seperti ujung kaar dan ujung batang. Potingan tumbuhan yang ditanam pada media kultur akan membentuk menjadi kalus. Kalus merupakan masa sel yang belum terderensiasi. Kalus tersebut akan berkembang menjadi tanamn lengkap yang disebut platlet.

MMedia kultur jaringan yang digunakn biasanya berupa agar-agar yang ditambah dengan unsur hara dan vitamin yang dibuthkan oleh tumbuhan. Media tersebut juga dapat ditambah dengan hormone pertumbuhan, misalnya auksin dan sitoklinin. Auksin akan memicu pertumbuhan akar, sedagkan sitokinin akan memicu pertumbuhan tunas. Komposisi media kultur tergantung pada spesies tumbuhan yang akan diperbanyak.

Rangkaian tahap kultur jaringan sebagai berikut:

  1. Media merupakan faktor penentu dalam perbanyakan dengan kultur jaringan. Komposisi media yang digunakan tergantung dengan jenis tanaman yang akan diperbanyak. Media yang di gunakan biasanya terdiri dari garam mineral, vitamin, dan hormon.
  2. Intisiasi adalah pengambilan eksplan dari bagian tanaman yang akan dikulturkan. Bagian tanaman yang sering digunakan untuk kegiatan kultur jaringan adalah tunas.
  3. Sterilisasi adalah bahwa segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu dilaminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga steril.
  4. 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.
  5. Pengakaran adalah fase dimana eksplan akan menunjukan adanya pertumbuhan akar yang menandai bahwa proses kultur jaringan yang dilakukan mulai berjalan dengan baik.
  6. Aklimatisasi adalah kegiatan memindahkan eksplan keluar dari ruangan aseptic ke bedeng. Pemindahan dilakukan secara hati-hati dan bertahap, yaitu dengan memberikan sungkup

Keunggulan-keunggulan teknik kulutr jaringan sebagai berikut:

  • Tidak memrlukan lahan yang luas untuk memproduksi bibit tanaman.
  • Menghasilkan bibit tanaman yang sifatnya identic dengan sifat indukya.
  • Menghasilkan bibit tanaman dalam jumlah banyak dan dalam waktu yang singkat.

Tujuan dari teknik kultur jaringan ini diantaranya memperbanyak tanaman dalam jumlah yang banyak dalam waktu singkat, menghasilkan varietas-varietas baru, memodifikasi genotipe tanaman pada kegiatan pemuliaan tanaman, mengeliminasi penyakit tanaman agar diperoleh bibit yang bebas penyakit, dan memproduksi senyawa metabolit sekunder yang diperlukan untuk keperluan industri atau biofarmasi.

2) Kloning

Kloning atau transplantasi atau pencangkokan nukleus digunakan untuk menghasilkan individu secara genetik identik dengan induknya. Teknik kloning melibatkan dua pihak, yaitu donor sel somatis (sel tubuh) dan donor ovum (sel gamet). Meskipun pada proses ini kehadiran induk betina adalah hal yang mutlak dan tidak mungkin dihindari, tetapi pada proses tersebut tidak ada fertilisasi dan rekombinasi (perpaduan) gen dari induk jantan dan induk betina. Ini mengakibatkan anak yang dihasilkan memiliki sifat yang sama persis dengan induk donor sel somatis.

Langkah kloning dimulai dengan pengambilan sel puting susu seekor domba. Sel ini disebut sel somatis (sel tubuh). Dari domba betina lain diambil sebuah ovum (sel telur) yang kemudian dihilangkan inti selnya. Proses berikutnya adalah fusi (penyatuan) dua sel tersebut dengan memberikan kejutan listrik yang mengakibatkan ‘terbukanya’ membran sel telur sehingga kedua sel bisa menyatu. Dari langkah ini telah diperoleh sebuah sel telur yang berisi inti sel somatis. Ternyata hasil fusi sel tersebut memperlihatkan sifat yang mirip dengan zigot, dan akan mulai melakukan proses pembelahan. Sebagai langkah terakhir, ‘zigot’ tersebut akan ditanamkan pada rahim induk domba betina, sehingga sang domba tersebut hamil. Anak domba yang lahir itulah yang dinamakan Dolly, dan memiliki sifat yang sangat sangat mirip dengan domba induknya.

3) Teknik Bayi Tabung

Teknik bayi tabung bertujuan untuk membantu pasangan suami istri yang sulit memperoleh keturunan. Pembuahan yang di lakukan pada teknik bayitung (fertilisasi in vitro)berada di luar tubuh induk betina. Sel telur yang sudah dibuahi akan membentuk embrio. Embrio kemudian ditanam (diimplitasi) pada Rahim seorang wanita pendonor. Embrio tesrebut selanjutnya tumbuh menjadi anak yang siap dilahirkan.

4) DNA Rekombinan

Teknik DNA rekombinan adalah rekayasa genetika untuk menghasilkan sifat baru dengan cara merekombinasikan gen tertentu dengan DNA genom. Teknik DNA rekombinan merupakan kumpulan bertujuan untuk merekombinasi gen dalam tabung reaksi dan menghasilkan organisme transgenik. Porses DNA rekombinan meliputi isolasi DNA, teknik memotong DNA, transpaltasi gen atau DNA dan teknik untuk memasukan DNA ke dalam sel hidup.

a) Isolasi DNA

Isolasi DNA dilakukan untuk menyeleksi DNA yang dikehendaki. Isolasi dilakukan dengan mengekstrak kromoso dari suatu organisme. DNA yang dipilih kemudian dipotong dengan enzim endonuclease restriksi yang berperan sebagi “gunting biologi”.

Segmen DNA yang dikehendaki kemudian dimasukkan ke dalam suatu vektor (pembawa). Vektor pada proses ini dapat berupa plasmid atau DNA virus. Vektor yang dipilih ini harus berikatan dengan gen, mampum memperbanyak, dan mengekpresikan gen tersebut. Sebelum digunakan sebagai vektor, plasmid maupun DNA virus harus dipotong endonuclease retsiksi.

b) Transplantasi Gen atau DNA

Transplatasi gen dilakukan dengan cara menyambung gen yang telah diisolasi ke dalam DNA plasmid vektor dengan menggunakan enzim ligase. Enzim ligase mampu menyambung ujung-ujung nukleotida dan berperan sebagai “lem biologi”. Hasil penyambungan ini disebut DNA rekombinan yang mengandung DNA asli vektor dan DNA asing yang diinginkan

c. Memasukan DNA Rekombinan ke Dalam Sel Hidup

DNA rekombbina kemudian dimasukkan ke dalm vektor sel abkteri atau virus melalui pemanasan daam larutan NaCl atau molekul elektroporasi. Sel bakteri atau virus tersebut kemudian melakukan replikasi dengan cara membelah diri sehingga diperoleh DNA ekombinan dalam jumlah banyak.

5) Fusi Protoplasma

Fusi protoplasma atau teknologi hibridoma adalah proses penggabungan dua sel dari jaringan yang sama atau dari dua sel dari organisme yang berbeda dalam suatu medan listrik. Teknik ini juga dapat digunakan untuk menghasilkan organisme transgenik. Prinsip dasar fusi protoplasma yaitu menghilangkan dinding dari kedua sel kemudian menggabungkan kedua isi sel tersebut dalam suatu medan listrik. Teknik fusi ini dapat dilakukan ada sel tumbuhan maupun hewan.

  1. Menyiapkan protoplasma dari tumbuhan.
  2. Menghilangkan dinding sel-sel tumbuhan rendah mengisolasi protoplasmanya.
  3. Menguji viabilitas (aktivitas hidup) protoplasm ayang diperoleh.
  4. Melakukan fusi protoplasma dalam suatu medan listrik.
  5. Menyeleksi hasil fusi protoplasma.
  6. Membiakan hasil fusi protoplasma yang terseleksi.

Fusi protoplasma pada sel hewan dan manusia sangat berguna terutama untuk menghasilkan hibridoma. Hibridoma merupakan hasil fusi yang terjadi antara sel pembentuk antibodi dan sel mieloma. Sel pembentuk antibodi ini adalah sel limfosit B, sedangkan sel mieloma sendiri merupakan sel kanker. Sel hibridoma yang dihasilkan dapat membelah secara tidak terbatas seperti sel kanker, tetapi juga menghasilkan antibodi seperti selsel limfosit B. Hibridoma yang dihasilkan diseleksi karena setiap sel menghasilkan antibodi yang sifatnya khas. Satu antibodi yang dihasilkan spesifik untuk satu antigen. Setiap hibrid ini kemudian diperbanyak (dikloning). Oleh karena antibodi ini berasal dari satu klon maka antibodi ini disebut antibodi monoklonal.