pengantar bioteknologi

BIOTEKNOLOGI

Pengantar

Dalam kurun waktu 20 tahun terakhir ini, bioteknologi telah mengalami perkembangan sangat pesat. Di beberapa negara maju, bioteknologi mendapatkan perhatian serius dan dikembangkan secara intensif dengan harapan dapat memberi solusi untuk mengatasi berbagai permasalahan yang dihadapi manusia pada saat ini maupun yang akan datang yang menyangkut; kebutuhan pangan, obat-obatan, penelitian, yang pada gilirannya semuanya bertujuan untuk meningkatkan kesejahteraan hidup umat manusia.

Kemajuan dan perkembangan bioteknologi tidak dapat terlepas dari kemajuan dan dukungan ilmu-ilmu dasar seperti: mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, dan genetika. Kompetensi menguasai bioteknologi tersebut dapat tercapai manakala pembinaan sumber daya manusia diorientasikan pada kompetensi meneliti dan menerapkan metode-metode mutakhir bioteknologi. Kemampuan menguasai dan mengaplikasikan metode-metode mutakhir bioteknologi (current methods of biotecnology) seperti: kultur jaringan, rekayasa genetik, hibridoma, kloning, dan polymerase chains reaction (PCR) secara prospektif telah mampu menghasilkan produk-produk penemuan baru. Sebagai ilustrasi; penemuan-penemuan baru dibidang immunologi (ilmu yang mempelajari sistem kekebalan tubuh) telah berhasil diproduksi antibodi-monoklonal (MAb) secara massal. Penemuan MAb dengan metode klonasi (clone), memiliki kelebihan antara lain: peka (sensitivitas), khas (spesifitas), dan akurat. Selain itu, MAb dapat pula digunakan untuk memberikan jasa pelayanan dalam berbagai hal seperti: diagnosis suatu penyakit dengan akurat, pencegahan dan pengobatan penyakit. Kontribusi MAb telah dapat dirasakan manfaatnya khususnya dalam dunia riset (research) seperti: enzymeimmunoassay (EIA), radioimmunoassay (RIA), dan immunositokimia (immunocytochemistry).

Definisi dan Pengertian Bioteknologi

Istilah bioteknologi untuk pertama kalinya dikemukakan oleh Karl Ereky, seorang insinyur Hongaria pada tahun 1917 untuk mendeskripsikan produksi babi dalam skala besar dengan menggunakan bit gula sebagai sumber pakannya (Suwanto, 1998). Beragam batasan dan pengertian dikemukakan oleh berbagai lembaga untuk menjelaskan tentang Bioteknologi. Beberapa diantaranya akan diulas singkat sebagai berikut:

1. Menurut Bull et al. (1982), bioteknologi merupakan penerapan asas-asas sains (ilmu pengetahuan alam) dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu bahan dengan melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa.
2. Menurut Primrose (1987), secara lebih sederhana bioteknologi merupakan eksploitasi komersial organisme hidup atau komponennya seperti; enzim.
3. Bioteknologi merupakan penerapan prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis untuk menghasilkan bahan dan jasa (OECD,1982).
4. Bioteknologi adalah teknik pendayagunaan organisme hidup atau bagian organisme untuk membuat atau memodifikasi suatu produk dan meningkatkan/memperbaiki sifat tanaman atau hewan atau mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus (OTA-US, 1982).
5. Bioteknologi berasal dari dua kata, yaitu ‘bio’ yang berarti makhuk hidup dan ‘teknologi’ yang berarti cara untuk memproduksi barang atau jasa. Dari paduan dua kata tersebut European Federation of Biotechnology mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan alam dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup, dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa. Atau secara tegas dinyatakan, Bioteknologi merupakan penggunaan terpadu biokimia, mikrobiologi, dan ilmu-ilmu keteknikan dengann bantuan mikroba, bagian-bagian mikroba atau sel dan jaringan organisme yang lebih tinggi dalam penerapannya secara teknologis dan industri (EFB, 1983)

Apapun batasan yang diberikan oleh para ahli yang pasti dalam proses bioteknologi  terkandung tiga hal pokok :

1. Agen biologis (mikroba, enzim, sel tanaman, sel hewan)
2. Pendayagunaan secara teknologis dan industrial
3. Produk dan jasa yang diperoleh.

Dahulu bioteknologi dianalogikan dengan industri mikrobiologi (industri yang berbasis pada peran agen-agen mikrobia). Tetapi perkembangan selanjutnya, tanaman dan hewan juga dieksploitasi secara komersial seperti; hortikultura dan agrikultura. Dengan demikian, “payung” bioteknologi sangatlah luas mencakup semua teknik untuk menghasilkan barang dan jasa dengan memanfaatkan sistem biologi.

Berdasarkan terminologinya, maka bioteknologi dapat diartikan sebagai berikut:

1. “Bio” memiliki pengertian agen hayati (living things) yang meliputi; organisme (bakteri, jamur (ragi), kapang), jaringan/sel (kultur sel tumbuhan atau hewan), dan/atau komponen sub-selulernya (enzim).
2. “Tekno” memiliki pengertian teknik atau rekayasa (engineering) yaitu segala sesuatu yang berkaitan dengan rancang-bangun, misalnya untuk rancang bangun suatu bioreaktor. Cakupan teknik disini sangat luas antara lain; teknik industri dan kimia.
3. “Logi” memiliki pengertian ilmu pengetahuan alam (sains) yang mencakup; biologi, kimia, fisika, matematika dsb. Ditinjau dari sudut pandang biologi (biosain), maka bioteknologi merupakan penerapan (applied); biologi molekuler, mikrobiologi, biokimia, dan genetika. Dengan demikian, bioteknologi merupakan penerapan berbagai bidang (disiplin) ilmu (interdisipliner). Oleh karena itu, tidak ada seorangpun yang dapat menguasai seluruh aspek bioteknologi.

Berdasarkan definisi dan pengertian di atas, maka bioteknologi tidak lain adalah suatu proses yang unsur-unsurnya sebagai berikut:

1. Input yaitu bahan kasar (raw material) yang akan diolah seperti; beras, anggur, susu dsb.
2. Proses yaitu mekanisme pengolahan yang meliputi; proses penguraian atau penyusunan oleh agen hayati.
3. Output yaitu produk baik berupa barang dan/atau jasa, seperti; alkohol, enzim, antibiotika, hormon, pengolahan limbah.

Gambar 1: Skema Proses Bioteknologi

Sejarah Bioteknologi

Bioteknologi dalam artian pemanfaatan mikroorganisme untuk mengolah makanan dan minuman, telah dikenal sejak jaman dahulu sebelum masehi. Orang mesir kuno telah mengenal pemanfaatan mikroorgansime untuk membuat bir, anggur, vinegar, keju, tuak, yoghurt dsb. Bioteknologi telah mengalami perkembangan sesuai jamannya untuk memproduksi; alkohol, penisilin, dan akhirnya antibodi monoklonal.

Prospek ke depan, terdapat indikasi bahwa perkembangan penerapan bioteknologi dalam segala bidang kehidupan akan semakin meningkat dengan didukung oleh penemuan-penemuan baru dan penerapan metode-metode baru. Kemajuan yang sangat menggembirakan dalam bioteknologi adalah penerapan rekayasa genetika dengan menyisipkan gen-gen tertentu yang dikehendaki kedalam sel yang telah dikultur dengan tujuan untuk memproduksi insulin dan/atau beberapa hormon pertumbuhan dalam skala besar. Demikian pula penggunaan antibodi monoklonal sangat meluas baik untuk penelitian maupun uji klinis termasuk diagnosis dan bahkan upaya mencapai target spesifik untuk pengobatan.

Perencanaan strategis dalam Bioteknologi: kompetensi menguasai bioteknologi dapat tercapai manakala pembinaan sumber daya manusia diorientasikan pada kompetensi meneliti dan menerapkan metode-metode mutakhir bioteknologi. Kemampuan menguasai dan mengaplikasikan metode-metode mutakhir bioteknologi seperti: kultur jaringan, rekayasa genetik, hibridoma, kloning, dan polymerase chains reaction (PCR) secara prospektif akan mampu menghasilkan produk-produk penemuan baru.

Perkembangan Bioteknologi

1. Bioteknologi konvensional

Ciri-ciri bioteknologi konvensional; kurang steril, jumlah sedikit (terbatas), kualitas belum terjamin. Contoh: industri tempe, tape, anggur, yoghurt, dsb.

2.  Bioteknologi modern

Ciri-ciri bioteknologi modern; steril, produksi dalam jumlah banyak (massal), kualitas standar dan terjamin. Selain itu, bioteknologi modern tidak terlepas dengan aplikasi metode-metode mutakhir bioteknologi (current methods of biotecnology) seperti:

1)      Kultur jaringan merupakan suatu metode untuk memperbanyak jaringan/sel yang berasal atau yang didapat dari jaringan orisinal tumbuhan atau hewan setelah terlebih dahulu mengalami pemisahan (disagregasi) secara mekanis, atau kimiawi (enzimatis) secara in vitro (dalam tabung kaca).

2)      Teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology) adalah suatu metode untuk merekayasa genetik dengan cara menyisipkan (insert) gena yang dikehendaki ke dalam suatu organisme. Transgenik adalah suatu metode untuk. Rekayasa protein (protein engineering).

3)      Hibridoma adalah suatu metode untuk menggabungkan dua macam sel eukariot dengan tujuan mendapatkan sel hibrid yang memiliki kemampuan kedua sel induknya.

4)      Kloning adalah suatu metode untuk menghasilkan keturunan yang dikehendaki sama persis dengan induknya.

5)      Polymerase chains reaction (PCR) merupakan metode yang sangat sensitif untuk mendeteksi dan menganalisis sekuen asam nukleat. RT-PCR untuk memperbanyak (amplifikasi) rantai RNA menjadi DNA; tissue/cells ® extracted ® RNA/mRNA ® rT-PCR ® copy DNA (cDNA).

6)      Hibridisasi DNA adalah metode untuk menyeleksi sekuen DNA dengan menggunakan probes DNA untuk hibridisasi (pencangkokan) rantai DNA. Pita ganda (double stranded, ds) DNA secara artifisial dapat dipisahkan dengan pemanasan atau agen kimia untuk mendapatkan pita tunggal (single stranded, ss), disebut proses denaturasi. Dengan pendinginan dan terkontrol, pita yang terpisah dapat disatukan lagi (reanneal) tetapi hanya dalam sekuen komplementer.

7)      Northern blot analysis adalah metode untuk analisis sekuen asam amino messenger RNA (mRNA).

8)      Western blot analysis adalah metode untuk analisis sekuen asam amino DNA.

Biasanya tahapan meliputi; seleksi dan penyaringan ® pemeliharaan kultur ® propagasi.

Produk-Produk yang Dihasilkan dari Pemanfaatan Aplikasi Bioteknologi

1.  Aplikasi pada bidang pertanian:

Aplikasi bioteknologi untuk pertanian menawarkan berbagai keuntungan. Perbaikan sifat tanaman dapat dilakukan dengan teknik modifikasi genetik dengan bioteknologi melalui rekayasa genetika. Keuntungan potensial bioteknologi pertanian antara lain:

1. potensi hasil panen yang lebih tinggi,
2. mengurangi penggunaan pupuk dan pestisida,
3. toleran terhadap cekaman lingkungan,
4. pemanfaatan lahan marjinal,
5. identifikasi dan eliminasi penyakit di dalam makanan ternak,
6. kualitas makanan dan gizi yang lebih baik, dan perbaikan defisiensi mikronutrien.

Sehingga akan :

• Meningkatkan produksi pangan misalnya dengan menciptakan kultivar unggul seperti tanaman padi dan tanaman semusim sehingga dapat memenuhi kebutuhan pangan masyarakat.
• Meningkatkan produksi dan kualitas melalui transgenic antara lain kapas, jagung, dll.
• Mempercepat swasembada jagung dengan jagung yang dihasilkan mempunyai kualitas yang lebih baik dan kebal terhadap hama

1. Untuk peningkatan produksi pangan;

1)      Tanaman tahan hama;

2)      Ternak yang dapat memproduksi asam amino tertentu.

3)      Pengolahan makanan; tempe, tape, oncom, kecap.

4)      Pengolahan minuman; anggur, bir, yoghurt, tuak, brem, dsb.

2.  Aplikasi pada bidang peternakan:

Aplikasi bioteknologi dalam bidang peternakan menawarkan berbagai keuntungan antara lain:

1. Meningkatkan produksi peternakan
2. Meningkatkan efisiensi dan kualitas pakan seperti manipulasi mikroba rumen
3. Menghasilkan embrio yang banyak dalam satu kali siklus reproduksi
4. Menciptakan jenis ternak unggul

3.  Aplikasi pada bidang perikanan:

Aplikasi bioteknologi dalam bidang periakanan    menawarkan berbagai keuntungan antara lain:

1. Menyediakan benih dan induk ikan
2. Meningkatkan system kekbalan ikan dengan menggunkana vaksin, imunostimulan, probiotik dan bioremediasi.

Aplikasi probiotik pada pakan atau dalam lingkungan perairan budidaya sebagai penyeimbang mikroba dalam pencernaan dan lingkungan perairan. 

4.  Aplikasi pada bidang kesehatan dan pengobatan:

Aplikasi bioteknologi dalam bidang kesehatan dan pengobatan telah mandatangkan manfaat antara lain:

1)      Memproduksi obat-obatan terhadap penyakit infeksi (antibiotik) seperti; penisilin, streptomysin.

2)      Memproduksi vaksin untuk pencegahan jenis penyakit tertentu sesuai dengan jenis vaksinnya seperti; polio, cacar, hepatitis-B, TBC dsb. Selain pada manusia, vaksin juga digunakan untuk melindungi ternak (ayam, sapi dsb) dari serangan berbagai penyakit menular.

3)      Memproduksi zat kebal antibody untuk diagnosis penyakit, penelitian dan terapi. Antibodi monoclonal.

4)      Untuk terapi gen misalnya untuk terapi penyakit genetis (bawaan).

5)      Untuk memproduksi hormon; Insulin untuk terapi penderita kencing manis.

6)      Untuk terapi gen; Sel somatis (somatic gene therapy); sel darah atau otot, terapi penyakit genetis (bawaan). Sel embrional (Germ line gene therapy);

Aplikasi pada bidang lingkungan

Aplikasi bioteknologi dalam bidang lingkungan antara lain:

1. Untuk pengolahan limbah
2. Pelestarian plasma nutfah

DAFTAR PUSTAKA

Anonim (-). Manual of Progesterone Enzyme Immunoassay Kit. USA: Cayman Chemical Company.

——– (1995). Instruction Manual OmniTags: Universal Streptavidin/Biotin Affinity Immnunostaining Systems. USA: Lipshaw.

Artama, W.T. (1990). Teknik Hibridoma untuk Porduksi Antibodi Monoklonal. Makalah Kursus Immuno-bioteknologi. Yogyakarta: PAU UGM.

Boenisch, T. (1989). Staining Methods. Dalam: Nais S.J., (ed.): Immunochemical Staining Methods. USA: Dako Corps.

Heru Nurcahyo (1997). Strategi Pengembangan Sumber Daya Manusia Berorientasi pada Penguasaan Bioteknologi Cakrawala Pendidikan. Edisi Khusus Dies Mei , 1997.

——-, & Soejono, S.K. (2001). Pengaruh Curcumin dan Pentagamavunon-0 (PGV0) terhadap Steroidogenesis yang Dihasilkan oleh Kultur Sel Granulosa Berbagai Ukuran Folikel. Mediagama. Vol. III, No. 3. Hal.: 1-11.

Primrose, S.B. (1987). Modern Biotechnology. Oxford: Blackwell Scientific Publications.

Pringgo Soedigdo (1992). Menyiapkan Para Ahli Biologi Guna Dapat Ikut dalam Pembangunan Bioteknologi di Indonesia. Makalah Seminar Biologi Molekuler 1995. Bandung: Kerjasama ITB dan Dirjen Dikti.

Roitt, I.M. (1990). Pokok-pokok Ilmu Kekebalan. P.T. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Shupnik, M.A. (1999). Introduction to Molecular Biology. In: Fauser, B.C.J.M., Rutherford, A.J., Strauss, III., J.F., and Van Steirteghem, A. (eds.) Molecular Biology in Reproductive Medicine. The Parthenon Publishing Group.

Takayama, K., Fukaya, T., Sasano, H., Funayama, Y., Suzuki, T., Takaya, R., Wada, Y., and Yajima, A. (1996). Immunohistochemical Study of Steroidogenesis and Cell Proliferation in Polycystic Ovarian Syndrome. Hum. Reprod. Vol. 11, No.7. pp.: 1387-92.

Yalow, R.S. (1998). Radioimmunoassay of Hormones. In: Wilson, J.D., & Foster, D.W. (eds.) Williams Textbook of Endocrinology. 8^th.ed. W.B. Saunders Company.