bioteknologi dan aplikasinya

Upload: andi-rahmat-saleh

Post on 11-Jul-2015

583 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Perkembangan BioteknologiMakalah Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Bioteknologi Yang dibina oleh Dr. Umie Lestari, M.Si.

Disusun oleh: Andi Rahmat Saleh 100 341 507 517 Kelas A

PROGRAM PASCASARJANA PENDIDIKAN BIOLOGI UNIVERSITAS NEGERI MALANG September 2011

PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI

A. Sejarah Perkembangan Bioteknologi Bioteknologi adalah teknik penggunaan makhluk hidup, atau bahan yang didapat dari makhluk hidup, untuk membuat suatu produk dan jasa yang bermanfaat bagi manusia. 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 di 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. Ketika kloning DNA dan manipulasi genetik pada organisme adalah salah satu pemanfaatan bioteknelogi pada saat sekarang ini yang sudah sangat terkenal, hal ini bukanlah hal yang baru. Manusia telah memanfaatkan berbagai organisme untuk keuntungannya pada berbagai proses ribuan tahun yang lalu. Tercatat bahwa suku di China, Yunani, Romawi, Babylonia dan Mesir telah menemukan bioteknologi sejak 2000 tahun sebelum masehi. Perkembangan ilmu selanjutnya membawa manusia mengenal kromosom. Pada awal tahun 1880-an Wilhelm Roux memperkirakan bahwa kromosom adalah pembawa bahan hereditas. Ahli lain, Mendel mempelajari perilaku kromosom sebagai pembawa bahan hereditas ini. Menurut Mendel, orgaisme membawa dua unit hereditas bagi setiap sifat keturunan. Selanjutnya teori Mendel sesuai juga dengan kenyataan, bahwa induk menurunkan hanya separoh kromosom melalui sel kelamin. Pada tahun 1860-an Fredrich Miescher berhasil mengisolasi bahan dari inti sel ini, setelah diidentifikasi diketahui mengandung protein dan asam nukleat.

Selanjutnya diketahui bahwa asam nukleat tersusun atas unit pembangun yang dikenal dengan nukleotida. Satu nukleotida terdiri dari gula (ribose), gugus fosfat dan empat macam basa nitrogen. Untuk kromosom, gulanya adalah deoksiribosa, sehingga disebut DNA (deoxyibose nucleic acid): dan keempat macam basanya adalah adenin (A), timin (T), sitosin (C) dan guanin (G). Untaian DNA ini selanjutnya dikenal dengan gen. Salah satu penyebaran dan pemanfaatan bioteknologi yang sangat terkenal adalah dalam hal penggunaan antibiotic. Pada tahun 1928, Alexander Fleming menemukan bahwa Penicillium menghambat pertumbuhan bakteri penyebab penyakit pada kulit manusia yang dinamakan Staphylococcus aureus. Kelanjutan dari hasil Fleming ini adalah penemuan dan pemurnian antibiotic penisilin. Antibiotic adalah substansi yang dihasilkan oleh mikroorganisme yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Pada tahun 1940an, penisilin sudah tersebar luas dan dapat dimanfaatkan untuk bidang kedokteran untuk mencegah infeksi bakteri pada manusia. Pada tahun 1950an dan 1960an, pendalaman dalam biokimia dn biologi sel membuat manusia dapat memurnikan sejumlah besar antibiotic dari berbagai macam strain bakteri. Pada tahun 1960an, perkembangan dalam pemahaman manusia dalam hal genetika dan biologi molecular telah membuat berbagai inovasi dan aplikasi dalam bioteknologi. Setelah manusia dapat mengungkap tentang struktur dan fungsi DNA, teknologi baru telah menghasilkan cloning gen yaitu kemampuan untuk mengidentifikasi dan mereproduksi sebuah gen yang diinginkan. Selain itu juga telah berkembang teknik genetika yaitu berupa manipulasi DNA dalam tubuh organisme. Melalui teknik genetika tersebut, para ilmuwan dapat mengkombinasikan DNA dari berbagai sumber. Teknik inilah yang dikenal sebagai Teknologi DNA Rekombinan. Teknologi DNA rekombinan dimanfaatkan dalam menghasilkan berbagai macam protein dan bahan medis yang penting termasuk insulin dan hormon pertumbuhan manusia. Dari penemuan tersebut, teknologi DNA rekombinan telah mendominasi berbagai wilayah yang penting dalam bioteknologi itu sendiri. Termasuk diantaranya adalah dalam penemuan tanaman yang tahan hama dan tanaman yang dapat menghasilkan buah dan sayur

yang lebih banyak, yang lebih mengandung banyak nutrisi dan penghasilan berupa bakteri yang dapat mendegradasi polutan pada lingkungan.. Teknologi DNA rekombinan telah memberikan dampak yang nyata pada manusia yaitu dalam hal kesehatan manusia melalui identifikasi dari ribuan gen yang terlibat dalam penyakit genetik manusia. Hasil itu berupa Human Genome Project yang dimulai pada tahun 1990. Tujuan utama dari Human Genome Project adalah mengidentifikasi semua gen pada DNA manusia dan memetakan lokasinya pada setiap kromosom dari 24 kromosom yang dimiliki oleh manusia. Human Genome Project memiliki potensi yang tak terbatas dalam pengembangan pendekatan dignosa baru dalam mendeteksi penyakit dan bagaimana menanagani penyakit tersebut secara genetik. Pada pertengahan tahun 1970, ahli Bioteknologi menemukan teknologi baru yang dikenal dengan antibodi klon tunggal. Prinsip antibodi klon tunggal berbeda dengan antibody klon ganda. Kisah antibody klon tunggal dimulai pada tahun 1974, ketika George Kohler dan Cecar Milstein dari Medical Research Councils Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, Inggris, mengamati sesuatu yang kemudian menjadi masalah menonjol yang belum terpecahkan dalam imunologi. Antibody adalah bagian dari pertahanan tubuh terhadap benda asing yang ingin masuk ke dalam tubuh, termasuk organisme penyebab penyakit. Produksi antibody dikendalikan oleh gen, Kohler dan Milstein mempunyai ide untuk menyatukan sel penghasil antibodi normal dengan sel dari tumor yang mengkanker, yang disebut mieloma. Teknologi ini menghasilkan sel hybrid yang selanjutnya dapat dikulturkan dan menghasilkan klon. Semua hybrid klon yang sama menghasilkan molekul antibodi yang sama pula, oleh karena itu disebut antibodi klon tunggal (monoclonal antibody). Secara ringkas, berbagai penemuan dan perkembangan dalam bioteknologi disajikan sebagai berikut:

B. Aplikasi Bioteknologi Bioteknologi meliputi disiplin molecular, mikrobiologi, genetika, biokimia, dan yang terpenting rekayasa untuk menghasilkan produk-produk spesifik yang menghasilkan uang dan bermanfaat untuk masyarakat. Bioteknologi dapat dikelompokkan ke dalam low level biotechnology. Makhluk hidup yang digunakan untuk mengembangkan bioteknologi dapat hewan, tanaman, atau mikroorganisme. Berikut ini adalah gambaran aplikasi bioteknologi di berbagai bidang. 1. Di bidang Industri Industri awalnya banyak yang memanfaatkan tanaman atau jaringan hewan untuk produksi suatu bahan. Mikroorganisme banyak digunakan untuk kepentingan industri dengan beberapa alasan, diantaranya : 1) cepat berkembang baik, 2) memerlukan media yang relative murah untuk pertumbuhannya, 3) tidak memerlukan area/tempat yang luas untuk produksinya.

a.

Produksi Protein Sel Tunggal Protein sel tunggal adalah sel mikroba kering seperti daging, bakteri,

ragi, kapang, dan jamur tinggi yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini dipakai untuk konsumsi manusia atau hewan. Produk itu juga berisi bahan nutrisi lain, sperti karbohidrat, lemak, vitamin dan mineral. Teknologi modern untuk membuat protein sel tunggal berasal dari tahun 1879 di Inggris dengan diperkenalkannya adonan yang diinginkan untuk membuat ragi ropti (saccoramyces cerevisiase). Sekitar tahun 1900, di America Serikat diperkenalkan oleh pemusing untuk memisahkan sel ragi rotidari adonan pembiakan. Produksi protein sel tunggal dapat melalui proses fotosintesis (untuk mikroorganisme yang berklorofil), dapat pula melalui fermentasi (mikroorganisme yang tidak berklorofil) Pengubahan senyawa organik menjadi protein sel tunggal oleh mikroba yang tidak berklorofil dapat dibuat skemanya dengan persamaan reaksi berikut : Karbon organik + nitrogen + mineral bahan nutrisi + O2 Protein sel tunggal + CO2 + H2O + Panas. b. Produksi Protein Asing Beberapa protein yang diekstrak dari sel-sel tubuh manusia dapat dipergunakan sebagai antikanker dan antivirus, salah satu diantaranya adalah interferon. Dengan ditemukannya cara untuk mengklongen, maka orang dapat memproduksi banyak interferon murni dalam sel bakteri. Contoh protein lain adalah hormone, pertumbuhan manusia. Sementara itu, memproduksi protein manusia dalam sel mikroba, dapat menimbulkan pertanyaan yang merangsang, yakni dalam hal efek bahan yang diproduksi seperti hormon pertumbuhan manusia, interferon, atau interleukin, apakah tidak mungkin akan dapat mempengaruhi fisiologi mikroba yang menghasilkannya.

c. Produksi Antibiotika Antibiotika merupakan molekul paling kecil yang dihasilkan microba. Sejak Alexander Fleming menemukan penicillin pada tahun 1928, maka penghambatan pertumbuhan mikroba telah menimbulkan revolusi di bidang kedokteran. Banyak antibiotika saat ini telah diproduksi dari mikroba, diantaranya : kanamisin, rifamisin, tetrasiklin dll. Perkembangan bioteknologi saat ini, manusia dapat mengklonkan gen yang mengontrol pembentukan antibiotika ke dalam mikroorganisme lain, misalnya e.coli. d. Produksi Hormon Pemakaian hasil rekombinan protein alami manusia untuk obat sudah mulai memenuhi harapan bioteknologi di bidang kesehatan. Protein pertama adalah insulin rekombinan manusia dan hormon pertumbuhan manusia. Kedua bahan farmasi ini sebenarnya belum dapat memenuhi kebutuhan lain yang baru ditemukan, tetapi tlah dapat menggantikan protein alami. Hormon pertumbuhan manusia hanya dapat diperoleh dari kelenjar otak manusia yang telah meninggal. Pemakaian insulin rekombinan untuk manusia, menjamin cukupnya suplai hormon ini, tanpa tergantung pada suplai pancreas ternak. Suplai hormon pertumbuhan rekombinan untuk manusia yang tidak terbatas jumlahnya, yang dibuat oleh Gnentech, memungkinkan dapatnya anakanak yang kecil atau bertumbuh pendek, karena ketakmampuan kelenjar hipofisa menghasilkan hormon pertumbuhan itu untuk memperoleh pengobatan secara optimal. Manusia secara normal memiliki hormone pertumbuhan yang dihasilkan oleh hipofisa. Proses pengeluaran hormone ini membutuhkan faktor pelepasan (relasing faktor), suatu senyawa yang diperlukan untuk merangsang kelenjar hipofisa mengetahkannya. Sebenarnya, kebanyakan kasus kerdil karena gangguan fungsi hipofisa adalah cacat biokimia karena tidak adanya GRF.

e. Produksi Asam Amino dan Protein (enzim) Mikroba memiliki ukuran renik serta perilaku dan kemampuannya yang beraneka macam, oleh karena itu sejak lama digunakan untuk memproduksi bahan kimia, misalnya asam amino, protein enzim, vitamin, asam lemak, pigmen maupun pilosakarida. Tabel berikut ini menyatakan contoh asam amino yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan contoh lain masih banyak yang tidak disebutkan disini. Tabel : Produksi Asam Amino oleh Mikroorganisme Asam Amino Alanin Arginin Sitrulin Asam Glutamate Histidin Isoleusin f. Produksi Surfaktan Mikroorganisme Brevibacterium Flavum Brevibacterium Flavum Bacillus subtilis Brevibacterium Flavum Corynebacterium Glutamicum Brevibacterium Flavum

Surfaktan adalah suatu bahan yang bekerja mengemulsikan makanan atau bahan lain yang tidak larut dalam air. Tabel berikut ini menyatakan contoh surfaktan yang dihasilkan oleh Mikroorganisme. Tabel : Produksi surfaktan oleh mikroorganisme Senyawa Polimiksin B Surfaktin Trehalosa lipida Ramnolipida Emulsan Mikroorganisme Bacsillus polymyxa Bacsillus Subtilis Rhodococcus Erythropolis Pseudomonas aureus Acinebacter calcoaceticus

g. Produksi Pengharum dan Penyedap Industri telah banyak memanfaatkan makhluk hidup yang renik untuk memproduksi senyawa yang beraroma (bau harum) dan rasa sedap. Tabel berikut ini memberikan contoh produksi haruman dan sedapan oleh mikroorganisme. Tabel : Produksi haruman dan sedapan oleh mikroorganisme. Senyawa Benzil alcohol Sironelol Geranial Haruman/sedapan Rasa Buah Bau Mawar Bau Mawar Mikroorganisme Phellinus tremulus Trametes odorata Ceratocystis variospora

6-Pentilalphapiron Tetrametilpirazin Metilfenilasetat 2. Bidang Kesehatan

Rasa Kelapa Rasa Kemiri Rasa Madu

Trichoderma Viridae Corybacterium glutamicum Tramates odorata

Sampai saat ini perkembangan bioteknologi sangat mengejutkan dan hasilnya telah dapat dirasakan masyarakat banyak. Salah satu terobosan adalah kemampuan mengklon gen, tidak hanya Amerika Serikat saja yang memiliki kemampuan ini bahkan di Indonesia peneliti-peneliti yang berkompeten di bidang ini banyak. Mengklon gen membuka bidang baru dalam kesehatan. DNA rekombinan dan teknologi antibodi klon tunggal (monoclonat antibody), telah mempercepat dicapainya prestasi di dalam memahami aspek biokimia dari fisiologi manusia. Dulu, cara yang paling tepat untuk mendiagnosa gonorrhoea pada wanita ialah dengan lebih dulu mengkultur bakteri penyebabnya, suatu prosedur yang memakan waktu 2 sampai 3 hari. Diagnosa infeksi chlamydia khusus, bahkan lebih menyulitkan lagi, karena C, trachomatis hanya dapat tumbuh dalam sel hidup, dan tes baru dapat dilakukan dengan memakan waktu 3 sampai 4 hari. Tes terbaru, dengan menggunakan antibody klon tunggal, telah sangat menyingkat waktu untuk mendiagnosa kedua penyakit kelamin itu. Antibodi klon tunggal juga dapat digunakan untuk mendeteksi kelainan genetic pada janin, ini digunakan untuk diagnosa prenatal. Salah satu cara untuk mengendalikan penyakit genetis ialah dengan mencegah kelahiran anak yang terkena penyakit itu. Anggota suatu populasi yang memiliki resiko besar untuk mendapat suatu penyakit genetic dapat diajari segala hal mengenai sifat dan penyebaran kelainan tertentu, dan secara teratur dites adanya individu pembawa di kalangan mereka dengan informasi ini, pasangan yang memiliki resiko mendapat anak yang mengidap penyakit itu dapat diidentifikasi, lalu diberi nasehat sehingga mereka dapat menetapkan pilihan dalam mengendalikan kelahiran anak yang kena penyakit keturunan demikian. Mereka dapat memilih, apakah mencegah kehamilan sama sekali,atau jika masih

ingin mendapatkan anak, perlu dilakukan diagnosa prenatal (sebelum lahir), dan harus digugurkan jika terbukti janinnya mendapat penyakit itu. Dalam 10 tahun belakangan, sudah dapat dibuat cara tes yang aman dan tepat untuk diagnosa prenatal terhadap sikle anemia dan thalassemia. 3. Di Bidang Lingkungan Beberapa puluh tahun yang lalu, penggunaan bahan kimia organik sintetis sebagai insektisida mampu menyelamatkan jutaan kehidupan. Jika tidak ada bahan itu, maka banyak kehidupan musnah, karena banyak penyakit yang ditularkan oleh serangga. Sebagai contoh malaria. Bahan kimia juga telah berperan dalam meningkatkan hasil pertanian sampai berlipat ganda. Penggunaan bahan kimia sintesis secara terus menerus dapat menimbulkan jenis hama yang tahan terhadapnya. Sehingga bahan kimia tersebut tidak mampu lagi membasminya jadi dapat memunculkan hama yang resisten atau kebal terhadap inteksida. Sebagai contoh, nyamuk yang menularkan malaria kini kebal terhadap DDT (dikhorodifenilkhoroethane), yang telah bertahun-tahun merupakan bahan pilihan untuk mengontrol hama ini. Harapan besar yang sedang dilakukan para ilmuwan di bidang bioteknologi adalah pengontrolan hama secara biologis atau menggunakan bahan alami. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah melepaskan serangga jantan yang steril, dan penggunaan feromon untuk mengganggu perilaku makan makan atau berbiak serangga. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa kekebalan terhadap serangga pathogen kemungkinannya lebih kecil dari pada jika menggunakan bahan kimia sintesis, contoh microba yang digunakan untuk keperluan ini dalah Bacsillus thuringiensis, untuk mengontrol nyamuk. 4. Di Bidang Pertanian Salah satu contoh aplikasi bioteknologi di bidang pertanian adalah mengembangkan tanaman transgenic yang memiliki sifat (1) tolerans terhadap zat kimia tertentu (tahan herbisida), (2) tahan terhadap hama dan penyakit tertentu, (3) mempunyai sifat-sifat khusus (misalnya : tomat yang matangnya lama, padi

yang memproduksi beta-caroten dan vitamin A, kedelai dengan lemak tak jenuh rendah, strawberry yang rasanya manis, kentang dan pisang yang berkhasiat obat), (4) dapat mengambil nitrogen sendiri dari udara (gen dari bakteri pemfiksasi nitrogen disisipkan ke tanaman sehingga tanaman dapat memfiksasi nitrogen udara sendiri), dan (5) dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan buruk (kekeringan, cuaca dingin, dan tanah bergaram tinggi). Berikut ini adalah organisme hasil rekayasa genetik di Indonesia yang telah dikonsultasikan dengan FDA : Gen, produk gen & asal gen Enzim EPSPS, Bakteri Agrobacteriu 2. Jagung (Aventis) m Enzim PAT, bakteri Bacillus amvloliquefac 3. iens Padi (Aventis) Enzim PAT, bakteri Tahan herbisida - Tepung beras - Bihun Tahan herbisida glufosinat

No. 1.

GMO & Produsen Jagung (Monsanto)

Sifat baru turunan I Tahan herbisida glifosat

Produk Turunan II - Maizena - Modified corn starch - Minyak jagung - S.d.a

Produk - Biskuit - Tepung kue - Minyak Jagung - S.d.a

Streptomyces glufosinat 4. Kedelai (Monsanto) hygroscopicus Enzim PAT, Tahan bakteri genes 5. Kentang (Monsanto) Gen CryIIIA, Tahan PLRV replikase, Kumbang (Colorado) herbisida Viridochroma glufosinat - Isolate Soy - Lesitin - Tepung kedelai - Potato starch - Modified -Susu kedelai, laktosa, susu bubuk, biskuit Biskut, mie

Protein (ISP) susu rendah

Bakteri B. 6. Tomat (Calgene) 7. Gandum (Canada) Thuringiensis Enzim Penundaan antisense PG, pelunakan Tomat Modified Gandum kultifar GGrandi buah tomat Tahan imidazolinon

starch - Snack food - Pasta tomat -Pasta tomat

- Tepung gandum

- Roti, biscuit

AHAS genes, herbisida

5.

Di Bidang Pertambangan Mikroorganisme atau mikroba terus membentuk dan menguraikan mineral

dalam kerak bumi sejak zaman purba. Sejak tahun 1000 sebelum masehi, para penambang logam di lembah laut tengah mengambil tembaga dengan memanfaatkan kemampuan atau aktivitas bakteri untuk melepas tembaga tersebut dari jebakan bahan lain yang tidak larut. Peran sesungguhnya bakteri dalam melepas logam dari jebakan mineral bebatuan baru diketahui pada tahun 1947, yaitu ketika Arthur Colmer dan ME Hinkle dari Universitas Virginia dapat mengidentifikasi jenis bakteri tersebut. Bakteri ini disebut Thiobacillus ferrooxidans dan melepas logam dari sulfida jebakan. Sekarang banyak negara di seluruh dunia mengembangkan bioteknologi ini. Logam-logam yang berhasil dilepas adalah : uranium, kobalt, emas, nikel, seng, timah hitam. 10% tembaga yang ada di Amerika Serikat diperoleh dengan cara ini.

DAFTAR PUSTAKA Sunarlim, N. dan Sutrisno. 2003. Perkembangan Penelitian Bioteknologi di Indonesia. Buletin AgroBio 6(1): 2007. Balai Penelitian Tanaman Kelapa dan Palma Lain. 2007. Identifikasi, Perbaikan, Pengembangan dan Perlindungan Varietas Kelapa Kopyor Genjah Patio. Manado.,(http:// perkebunan. litbang. deptan. go.id/). Muchtar, M. 2001. Bioprospeksi. IndonesianNature Concervation Newsletter. 11 pp. Thieman, W.J dan Palladine, M.A. 2004. Introduction to Biotechnology. San Francisco: Bejamin Cummings.