A. Arti dan Prinsip Dasar Bioteknologi
Sesuai dengan asal kata dari bioteknologi itu sendiri, maka prinsip dasar dari bioteknologi adalah memanipulasi atau merekayasa bahan hayati dengan unsur teknologi untuk menghasilkan suatu produk/jasa yang dapat dipergunakan bagi kebutuhan manusia.
Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu murni dan ilmu terapan lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.
Bioteknologi secara sederhana sudah diterapkan 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.
B. Jenis-jenis Bioteknologi :
1. Bioteknologi konvensional
Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan alat-alat sederhana untuk menghasilkan produk barang dan jasa sesuai dengan kebutuhan sehari-hari manusia. Pemuliaan dengan melakukan proses perkembang-biakan/reproduksi buatan pada tumbuhan maupun hewan dengan peralatan sederhana, industri rumah tangga dalam membuat makanan/minuman dengan memanfaatkan mikroba, dan pengambilan insulin pada kuda dan sapi untuk mengobati penderita diabetes merupakan contoh-contoh bioteknologi sederhana.
Berdasarkan keperluan dan bidangnya, dapat dikemukakan kelompok bidang dan beberapa contoh proses maupun produk bioteknologi sederhana, yaitu:
a. Bidang Pertanian
Bioteknologi sederhana yang diterapkan dalam bidang pertanian antara lain menyangkok, menyambung tanaman, dan lain lain.
b. Bidang Peternakan dan perikanan
Penerapan bioteknologi sederhana pada zaman dahulu antara lain melakukan inseminasi buatan dengan alat sederhana pada hewan ternak, sedangkan dalam bidang perikanan antara lain fertilisasi telur dengan sperma ikan dalam wadah sederhana.
c. Bidang medis
Teknologi sederhana dalam bidang medis yang sangat bermanfaat dalam pengobatan penyakit adalah proses penghasilan ekstrak insulin untuk pengobatan penyakit diabetes dari sapi dan kuda.
d. Industri rumah tangga
Teknologi sederhana dalam bidang industri rumah tangga dilakukan melalui proses fermentasi. Penggunaan mikroba masih secara tradisional dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan. Contohnya seperti pembuatan tempe, tape, cuka, teh kombuca, tuak, brem, dadih, dan lain-lain.
2. Bioteknologi modern
Bioteknologi modern berfungsi mengoptimalkan pemanfaatan biologi sel, mikrobiologi, genetika, biologi molekuler, dan lain-lain untuk membuat suatu produk yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Banyak kajian Bioteknologi modern menggunakan pemanfaatan bentuk rekayasa genetika untuk mengubah suatu sifat organisme sehingga memiliki kemampuan yang diinginkan..
Berdasarkan keperluan dan bidangnya, dapat dikemukakan kelompok bidang dan beberapa contoh proses maupun produk bioteknologi modern, yaitu:
a. Bidang Pertanian
Bioteknologi modern yang diterapkan dalam bidang pertanian antara lain pemuliaan tanaman, merekayasa genetis tanaman sehingga diperoleh tanaman yang berkualitas bagus, antara lain dihasilkannya buah besar tanpa biji, seperti semangka tanpa biji, diciptakannya tanaman penghasil buah dan umbi, misalnya Pomato.
b. Bidang Peternakan dan perikanan
Penerapan bioteknologi modern pada zaman sekarang antara lain melakukan inseminasi buatan dengan alat modern pada hewan ternak sehingga diperoleh hewan yang diharapkan,seperti sapi semental. Menerapkan proses perbanyakan janin ternak melalui langkah bayi tabung, sehingga hewan dapat bunting dengan jumlah janin melebihi biasanya.Dalam bidang perikanan antara lain dengan proses memacu pemijahan menggunakan enzim dari kelenjer hipofise yang disuntikkan ke hewan betina induk. Dengan penyuntikan enzim tersebut, ikan betina induk akan cepat mengalami proses pematangan ovum (telur), sehingga perkawinan antara ikan jatan dengan betina lebih cepat terjadi. Fertilisasi antara sel telur dengan sperma ikan dalam airpun lebih cepat berlangsung.
c. Bidang medis
Bioteknologi modern dalam bidang medis bermanfaat dalam pengobatan berbagai macam gangguan dan penyakit pada manusia. Contoh hasil bioteknologi modern antara lain dengan proses rekayasa genetika, fusi sel, dan kloning dihasilkan anti biotik maupun anti bodi, interferon,dan enzim-enzim. Dengan kecanggihan alat juga telah diterapkan bayi tabung dan pencangkokan organ-organ tubuh.pada manusia.
d. Industri
Bioteknologi modern dalam bidang industri dilakukan melalui proses fermentasi. Penggunaan mikroba masih tetap berlaku, namun telah menggunakan alat canggih dan sterilitas alatpun dapat dijamin. Contohnya seperti pembuatan yoghurt maupun yakult, alkohol dengan kemurnian tinggi, ekstrak tanaman yang tingkat kemurniannya cukup tinggi, dan lain-lain.
A. Peran Bioteknologi Pada Sains, Lingkungan
Teknologi, dan Masyarakat (Salingtemas) Perkembangan bioteknologi tidak dapat dipisahkan dari perkembangan mikroorganisme. Salah satu contohnya, yaitu pada proses fermentasi yang dibantu keberadaan mikroorganisme. Mikroorganisme yang paling banyak berperan dalam proses fermentasi maupun pembusukan bahan makanan adalah bakteri dan jamur, yang terdiri atas kapang, khamir, dan virus.
Dalam beberapa hal pertumbuhan mikroorganisme pada bahan pangan yang menguntungkan sangat diharapkan, hal ini demi perbaikan mutu gizi, dan mutu daya cerna. Berikut ini, beberapa contoh peranan mikroorganisme dalam berbagai bidang kehidupan manusia yang bermanfaat sekaligus merupakan implikasi bioteknologi dalam bidang sains, lingkungan, teknologi, dan masyarakat (salingtemas).
- Bidang Bahan Makanan
Dalam perkembangan tentang bahan makanan saat sekarang ini banyak dipengaruhi oleh bantuan mikroorganisme yang menguntungkan. Berdasarkan hasil percobaan, berikut ini ditampilkan tabel pemanfaatan mikroorganisme baik fermentasi substrat padat, hasil, dan mikrobanya.
- Bidang Kesehatan
Dalam bidang kesehatan, mikroorganisme banyak menghasilkan berbagai jenis antibiotika dan vaksin. Baik mikroorganisme yang termasuk kelompok bakteri, fungi, atau jamur. Berbagai kemajuan bioteknologi dalam bidang kesehatan telah mampu membantu kehidupan manusia, seperti contoh berikut ini.
a. Di Jerman telah mampu memengaruhi proses pertumbuhan suatu mikroorganisme yang dapat menghasilkan senyawa kimia cobaltaminea, yaitu sejenis vitamin B1 yang berperan dalam pembentukan darah.
b. Di Jepang, kegiatan bioteknologi mampu menghasilkan enzim pencernaan yang diper lukan oleh penderita kencing manis (diabetes melitus).
c. Penemuan vaksin cacar dar serum darah oleh Edward Jenner.
d. Penemuan antibiotika pertama oleh Louis Pasteur dari jamur Penicillium sp. Antibiotika adalah bahan-bahan ber- sumber hayati yang pada kadar rendah mampu menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Antibiotika tersebut sangat manjur untuk mengobati penyakit, khususnya penyakit yang disebabkan perkembangan mikroorganisme. Berikut ini beberapa contoh zat anti-biotika yang dihasilkan dari mikroorganisme.
1) Penisilin, dihasilkan oleh Penicillium notatum, P.chrysogenum.
2) Sefalosporin, diekskresikan oleh Cephalosporin (sejenis fungi).
3) Streptomisin, dihasilkan oleh Streptomyces griseus.
4) Kloromisetin atau kloromfenikol, dihasilkan oleh Streptomyces venezuelae.
5) Tetrasiklin, dihasilkan oleh Strepto-myces aureofaciens.
3. Bidang pertanian
Dalam bidang pertanian, peranan mikroorganisme sangat penting. Hal ini mengingat telah terjadi hubungan antara tumbuhan dan hewan. Beberapa jenis bakteri yang tergolong parasit misalnya Bdellovibrio bacteriovorus, Rickettsia, Chlamydia merupakan obligat parasit. Mikroorganisme yang sering menyerang tanaman, antara lain Ervinia, Corynebacterium, Pseudomonas, Ustilago, dan Puccinia.
- Bidang Lingkungan
Dampak perkembangan teknologi dan industri pada akhir abad 20-an indust banyak kerugian, khususnya kerugian dalam lingkungan. Kerusakan lingkungan oleh pengolahan industri yang tidak bertanggung jawab menjadi akar permasalahan dalam kehidupan manusia. Banyak zat- zat berbahaya yang dibuang industr tanpa bertanggung jawab, seperti etanol, asam asetat, asam industr, butanol, dan aseton. Oleh karena itu, perlu pengolahan air limbah dan pembuatan kompos. Peran mikroorganisme dalam dekom- posisi dan detoksifikasi air selokan, akan membantu mengu- rangi pencemaran pada pembuangan limbah industri kimia. Untuk itu, upaya mengembangbiakkan mikroorganisme yang dapat mencerna limbah-limbah atau bahan pencemar lainnya selalu dilakukan.
B. Dampak Penerapan Bioteknologi
- Dampak positif
Solusi untuk memecahkan masalah kebutuhan pangan Mendukung perkembangan dan inovasi baru dalam setiap aspek kehidupan Dalam bidang pertanian, dapat mengurangi penggunaan pestisida dengan tanaman yang tahan hama Kesejahteraan umat manusia menjadi semakin terjamin, dengan semakin banyak bibit unggul dan bahan pangan berkualitas yang dapat dihasilkan. Pemanfaatan bioteknologi dalam hal reproduksi dapat mencegah terjadi kepunahan suatu jenis organisme Dimungkinkan pula untuk memperoleh organisme yang semakin bervariasi.
- Dampak negatif
Dampak negatif bioteknologi antara lain terjadinya pencemaran biologis akibat pelepasan organisme transgenik. Potensi akan terjadi gangguan keseimbangan ekosistem karena keanekaragaman makhluk hidup dibuat berdasarkan rekayasa genetik dan tidak berdasarkan pada hukum alam semata. Produk insulin hasil rekayasa genetika telah menyebabkan 31 orang meninggal dunia di Inggris. Susu sapi yang dipacu pertumbuhannya dengan hormon BGH (Bovine Growth Hormone) mengindikasikan adanya kandungan bahan kimia baru yang dapat membahayakan kesehatan manusia. Jomatflavr savr diketahui mengandung sejenis gen yang tahan terhadap pengaruh zat antibiotik sehingga jika dikonsumsi dikhawatirkan akan dapat menurunkan daya tahan tubuh terhadap penyakit. Dipandang dari segi etika atau moral, penciptaan makhluk transgenik dianggap sebagai pelanggaran hukum alam dan sulit diterima masyarakat luas. Adanya hak paten hasil rekayasa genetika, dan konsentrasi bioteknologi pada kelompok tertentu. Tersingkirnya berbagai jenis tanaman asli.Potensi terjadi.
C. Implikasi Bioteknologi
1. Pengembangan Bioteknologi
Dalam perkembangan bioteknologi, makhluk hidup memiliki potensi untuk digunakan sebagai donor gen ataupun penerima gen dalam rekayasa genetik, tergantung pada produk yang akan dibuat. Salah satu contohnya, di bidang peternakan dikembangkan teknik-teknik yang secara komersial menguntungkan, misalnya teknik embrio transfer pada sapi, domba, kambing, dan babi. Teknik ini dikembangkan secara menyeluruh dari cara seleksi donor, perangsangan superovulasi, koleksi embrio, evaluasi embrio, seleksi resipien, dan teknik mentransfer embrio.
In vitro fertilization (IVF) dan oocyte maturation juga dikembangkan dan berhasil dengan baik pada hewan atau manusia. Pada hewan ternak kombinasi antara IVF dan embrio transfer merupakan teknik yang menarik. Kedua teknik ini memungkinkan hewan dapat memberikan keuntungan sebagai donor terus-menerus, menyuplai banyak oo- cyte untuk meningkatkan mutu, dan pelipatgandaan hewan produksi. Seperti contoh hewan yang berhasil dikembangkan dengan jalan kloning, yaitu domba dolly, ikan karper, kera NETI (Nuclear Embryo Transfer Infant) dan ditto, kucing, sapi, dan sebagainya
.
- Bioteknologi dan Hak atas Kekayaan Intelektual (Haki)
Perkembangan bioteknologi yang makin pesat, berdampak pada pengadaan proyek dalam skala besar. Terkait dengan hal tersebut maka ada alasan ekonomi untuk melakukan berbagai upaya pengadaan suatu produk bioteknologi. Untuk itu, kepemilikan adanya HAKI (Hak Atas Kepemilikan Intelektual) mutlak harus dipunyai seorang ilmuwan atau penemu suatu keilmuan, khususnya dalam bidang bioteknologi. Penemuan-penemuan baru yang dimiliki tersebut dilindungi. Secara hukum ada kesepakatan internasional yang mengaturnya yaitu Convention on Biological Diversity dan World Trade Organization. Saat sekarang, gen atau bagian gen, bahkan gen ma- nusia telah dipatenkan. Pada tahun 1997, kurang lebih 1.100 gen telah dipatenkan. Perlindungan paten ini telah menjadi bagian dari kesepakatan internasional.
- Bioteknologi dan Keamanan Hayati (Biosafety)
Untuk menjaga dampak negatif dari pengembangan bioteknologi, di tingkat internasional telah diakui dan ditandatangani sebuah konvensi yang mengikat secara hukum, yaitu Konvensi Keanekaragaman Hayati (Convention on Bio- logical Diversity, 1992) yang tidak ikut ditandatangani oleh Amerika Serikat. Indonesia telah meratifikasinya sebagai Undang-Undang No. 5 Tahun 1994. Sebagai tindak lanjut konvensi tersebut, telah disepakati pula Cartagena Proto- col on Biosafety (Protokol Cartagena tentang Pengamanan Hayati).
Dampak negatif terhadap keanekaragaman hayati dikarenakan adanya potensi transfer gen (horizontal and verti- cal gene flow) ke tanaman sekerabat dekat. Selain itu, pengklonan akan menyebabkan keanekaragaman genetik yang merugikan populasi terhadap kesehatanmanusia, ada ke- mungkinan produk gen asing seperti gen cry dari Bacillus thuringensis maupun Bacillus sphaericus untuk menim- bulkan reaksi alergi pada tubuh manusia. Perlu dicermati pula, insersi atau penyisipan gen asing ke gen inang dapat menimbulkan interaksi antara gen asing dan gen-gen inang sehingga menghasilkan perubahan sifat yang tidak diinginkan.
D. Contoh-contoh pemanfaat hasil produk Bioteknologi dalam berbagai bidang kehidupan, antara lain:
Bioteknologi memainkan peranan penting dalam bidang pangan yaitu dengan memproduksi makanan dengan bantuan mikroba (tempe,roti,keju,yoghurt,kecap,dll) , vitamin, dan enzim. Untuk penejelasan selanjutnya dapat dipelajari pada materi aplikasi bioteknologi bidang pangan.
Bioteknologi juga dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya dalam pembuatan antibodi monoklonal, pembuatan vaksin, terapi gen dan pembuatan antibiotik. Proses penambahann DNA asing pada bakteri merupaka prospek untuk memproduksi hormon atau obat-obatan di dunia kedokteran. Contohnya pada produksi hormon insulin, hormon pertumbuhan dan zat antivirus yang disebut interferon. Orang yang menderita diabetes melitus membutuhkan suplai insulin dari luar tubuh. Dengan menggunakan teknik DNA rekombinan, insulin dapat dipanen dari bakteri. Selenkapnya dapat dipelajari pada materi aplikasi bioteknologi bidang kesehatan
Dalam bidang pertanian telah dapat dibentuk tanaman dengan memanfaatkan mikroorganisme dalam fiksasi nitogen yang dapat membuat pupuknya sendiri sehingga dapat menguntungkan pada petani. Demikian pula terciptanya tanaman yang tahan terhadap tanah gersang. Mikroba yang di rekayasa secara genetik dapat meningkatkan hasil panen pertanian, demikian juga dalam cara lain, seperti meningkatkan kapasitas mengikat nitrogen dari bacteri Rhizobium. Keturunan bacteri yang telah disempurnakan atau diperbaiki dapat meningkatkan hasil panen kacang kedelai sampai 50%. Rekayasa genetik lain sedang mencoba mengembangkan turunan dari bacteri Azotobacter yang melekat pada akar tumbuh bukan tumbuhan kacang-kacangan (seperti jagung) dan mengembangbiakan, membebaskan tumbuhan jagung dari ketergantungan pada kebutuhan pupuk amonia (pupuk buatan). Dengan berkembangnya bioteknologi, sekarang dapat diperoleh cara yang lebih efektif lagi untuk membasmi hama. Pada saat ini sudah dikembangkan tanaman transgenik yang resisten terhadap hama. Tanaman transgenik diperoleh dengan cara rekayasa genetika.
Peningkatan produksi ternak ,meningkatkan efisiensi dan kualitas pakan seperti manipulasi mikroba rumen, menghasilkan embrio yang banyak dalam satu kali siklus reproduksi, menciptakan jenis ternak unggul, dan dapat memproduksi asam amino tetentu. Hewan ternak diberi perlakuan dengan produk-produk yang dihasilkan dari metode DNA rekombinan. Produk ini mencakup vaksin-vaksin baru atau yang didesain ulang, antibodi dan hormon-hormon pertumbuhan. Misalnya, beberapa sapi perah disuntik dengan hormon pertumbuhan sapi (BGH, bovine growth hormone) yang dibuat oleh E.coli untuk menaikkan produksi susu (vaksin ini dapat meningkatkan hingga 10%). BGH juga meningkatkan perolehan bobot dalam daging ternak. Sejauh ini telah lulus dari semua uji keamanan dan BGH sekarang digunakan secara meluas dalam kelompok pabrik susu. Adapun hewan transgenik, organisme yang mengandung gen dari spesies lain,termasuk ternak penghasil daging dan susu, serta beberapa spesies ikan yang yang dipelihara secara komersial, dihasilkan dengan menyuntikkan DNA asing ke dalam nukleus sel telur atau embrio muda.
