1. SEJARAH BIOTEKNOLOGI
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.
Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat
pesat, terutama di negara negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan
ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur
jaringan, rekombinan DNA, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain.
Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit
genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun
AIDS. Penelitian di bidang pengembangan sel induk juga memungkinkan para
penderita stroke ataupun penyakit lain yang mengakibatkan kehilangan atau
kerusakan pada jaringan tubuh dapat sembuh seperti sediakala. Di bidang pangan,
dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika, kultur jaringan dan rekombinan
DNA, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung
zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan
terhadap hama maupun tekanan lingkungan. Penerapan bioteknologi di masa ini
juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi. Sebagai
contoh, pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan
penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan
menggunakan bakteri jenis baru.
Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari
berbagai kontroversi yang melingkupi perkembangan teknologinya. Sebagai contoh,
teknologi kloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman pangan mendapat
kecaman dari bermacam-macam golongan.
2. PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Perkembangan bioteknologi dapat dibagi dalam
beberapa era yang meliputi:
1. Era bioteknologi generasi pertama /
bioteknologi sederhana.
Penggunaan mikroba masih secara tradisional,
dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan.
Contoh:
pembuatan tempe, tape, cuka, dan lain-lain.
2. Era bioteknologi generasi kedua.
Proses berlangsung dalam keadaan tidak steril.
Contoh:
a. produksi bahan kimia: aseton, asam sitrat
b. pengolahan air limbah
c. pembuatan kompos
3. Era bioteknologi generasi ketiga.
Proses dalam kondisi steril.
Contoh :
produksi antibiotik dan hormon
4. Era bioteknologi generasi baru
Contoh:
produksi insulin, interferon, antibodi
monoclonal
Abad ke XXI sering disebut abad bioteknologi dan biomolekuler, yang
diharapkan dapat memecahkan berbagai masalah berkaitan dengan kesejahteraan
manusia.
Bioteknologi adalah teknik penggunaan makhluk hidup, atau bahan
yang didapat dari makhluk hidup, untuk membuat suatu produk dan jasa yang
bermanfaat bagi manusia.
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. 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 Council’s 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).
Perkembangan bioteknologi telah membawa manusia untuk dapat
mengobati penyakit keturunan atau penyakit yang disebabkan adanya kelainan
genetis, yaitu dengan memasukkan gen yang baik ke dalam sumsum tulang belakang,
dikenal dengan metode transfer gen.
Metode transfer gen yang sedang dikembangkan untuk mengobati
penyakit genetic manusia tersebut diatas adalah untuk memasukkan gen baru ke
dalam sel somatic saja. Gen tersebut tidak dapat diturunkan pada anak jika
tidak berada pada sel benih yang menghasilkan sperma dan sel telur.
1. Periode Perkembangan bioteknologi
Pemanfaatan mikrob untuk kepentingan manusia telah ada sejak zaman
sebelum masehi. Hingga sekarang manusia telah mengalami tiga periode
perkembangan bioteknologi, yaitu sebagai Berikut :
a. Periode bioteknologi tradisional ( sebelum abad ke-15 M ) Dalam
periode ini
telah ada teknologi pembuatan minuman bir dan anggur menggunakan
ragi (6000 SM), mengembangkan roti dengan ragi (4000 SM), dan pemanfaatan
ganggang sebagai sumber makanan yang dilakukan oleh bangsa aztek (1500 SM ).
b. Periode bioteknologi ilmiah ( abad ke-15 sampai ke-20 M),
Periode ini
ditandai dengan adanya beberapa peristiwa berikut ini :
1. Tahun 1670 : usaha
penambangan biji tembaga dengan bantuan mikrob di Rio Tinto, Spanyol.
2. Tahun 1686 : Penemuan
mikrosop oleh Antony van Leeuwenhoek yang juga menjadi manusia pertama yang
dapat melihat mikrob.
3. Tahun 1870 : Louis
pasteur menemukan adanya mikrob dalam makanan dan minuman.
4. Tahun 1890 : alkohol
dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar motor.
5. Tahun 1897 : penemuan
enzim dari ekstrak ragi yang dapat mengubah gula menjadi alkohol oleh Eduard
Buchner.
6. Tahun 1912 :
pengelolahan limbah dengan menggunakan mikrob
7. Tahun 1915 : produksi aseton,
butanol, dan gliserol dengan menggunakan bakteri.
8. Tahun 1928 : penemuan
zat antibiotik penisilin oleh Alexander Fleming
9. Tahun 1994 : Produksi
besar-besaran penisilin
10. Tahun.1953 : penemuan
struktur asam deoksiribo nukleat ( ADN ) oleh Crick dan Watson .
c. Periode bioteknologi modern ( abad ke-20 M sampai sekarang)
Periode ini diawali dengan penemuan teknik rekayasa genetik pada
tahun 1970-an. Era rekayasa genetik dimulai dengan penemuan enzim endonuklease
restiksi oleh Dussoix dan Boyer. Dengan adanya enzim tersebut memungkinkan kita
dapat memotong ADN pada posisi tertentu, mengisolasi gen dari kromosom suatu
organisme, dan menyisipkan potongan ADN lain ( dikenal dengan teknik ADN
rekombinan).
Setelah penemuan enzim endonuklease restriksi, dilanjutkan dengan
program bahan bakar alkohol dari brazil, teknologi hibridoma yang menghasilkan
antibodi monoklonal (1976), diberikannya izin untuk memasarkan produk jamur
yang dapat dikonsumsi manusia kepada Rank Hovis Mc. Dougall (1980). Peran
teknologi rekayasa genetik pada era ini semakin terasa dengan diizinkannya
penggunaan insulin hasil percobaan rekayasa genetik untuk pengobatan penyakit
diabetes di Amerika Serikat pada tahun 1982. insulin buatan tersebut diproduksi
oleh perusahaan Eli Lilly dan Company. Hingga saat ini, penelitian dan penemuan
yang berhubungan dengan rekayasa genetik terus dilakukan. Misalnya dihasilkan
organisme transgenik penelitian genom makhluk hidup.
B. Peranan dan Produk Bioteknologi
1. Peranan Bioteknologi
a. Teknik enzimatis
Enzim merupakan katalis dalam reaksi kimia sehingga reaksi
tersebut dapat berlangsung lebih cepat Dalam bioteknologi, Enzim digunakan
dalam bahan makanan, industri kimia, dan farmasi ( sintesis asam amino dan
antibiotik) . Pada produk makanan minuman, Enzim telah lam digunakan untuk
membuat keju, bir, pemanis, dan anggur. Di Amerika Serikat, sirup berkadar gula
tinggi dari jagung merupakan produk terbesar yang dibuat menggunakan teknologi
enzimatis. Enzim renin yang dihasilkan dari lambung anak sapi bermanfaat untuk
menghasilkan dalah susu yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan keju. Pada
industri minuman, enzim digunakan untuk membuat minuman sari buah, anggur dan
bir agar tahan terhadap dingin. Selain itu, bahan ini dapat dipakai untuk
membuat permen dengan rasa manis sedang.
b. Teknik fermentasi
Fermentasi (peragian) adalah proses penguraian motabolik senyawa
Organik oleh makrob pada kondisi anaerob yang menghasilkan energi
dan gas. Teknik dapat digunakan dalam pengelolahan bahan baku untuk
menghasilkan produk berupa makanan, minuman, dan obat-obatan. Proses teknik
fermentasi dapat digambarkan dengan diagram sebagai berikut.
2.2 Proses Teknik Fermantasi
1. Tahap Pengelolahan bahan baku
Bahan baku yang akam difermentasi lebih dahulu diolah menjadi
subtrat dengancara menghauluskan (pada bahan baku padat) atau dengna mengantur
pH, penambangan air, dan pengaturan komposisi senyawa makro / mikro.
2. Tahap sterlisasi
Bahan subtrat disetrilkan agar tidak terkontaminasi oleh mikrob
lain yang dapat mengangu proses.
3. Tahap fermentasi
Proses fermentasi biasanya dilakukan dalam bioeraktor, yaitu suatu
tabung tertutup yang dapat diataur mengadukan, pengudaraan (aeransi), suhu
optimumnya. Di dalam bioreaktor telah terdapat ragi atau yang dibutuhkan.
4. Tahap pemisahan hasil
Pemisahan antara produk dan residu ( hasil sampingan ) dapat
dilakukan dengna cara filtrasi (penyaringan ).
5. Tahap pengelolahan hasil
Produk yang sudah dihasilkan diolah lebih lanjut dengan
menambahkan zat adiktif untuk menambah aroma atau warna yang lebih menarik.
6. Tahap produk akhir
Produk akhir merupakan produk yang telah siap di pasarkan.
Bioremediasi adalah proses pengguanan mikrob untuk menyingkirkan
atau melenyapkan polutan dari lingkungan. Bioremendiasi dibedakan menjadi
bioremendiasi intristik, yaitu biodegradsi yang terjadi pada kondisi alami dan
bioremendiasi yang direkayasa.
Keberhasilan bioremediasi sangat di tentukan oleh beberapa faktor,
yaitu kontak antara mikrob dan subtrat, keadaan fisik lingkungan yang tepat,
nutrien oksigen, dan keberadaan senyawa toksik bioremediasi meliputi dua tipe,
yaitu fitoremediasi dan biofiltrasi, fitoremidiasi adalah pemanfaatan atau
fungsi untuk menyisihkan polutan komplek dari buangan limbah industri.
Bahan-bahan sisa dari minyak bumi dan minyak kelapa tersebut masih
mengandung berbagai macam asam lemaka berantai panjang dan pendek yang dapat
dimanfaatkan sebagai subtrat penghasil asam laurat. Asam lemak tersebut dapat
dikomersialisasikan sebagai kompenen utama sabun dan deterjen. Produksi asam
laurat dari limbah- limbah tersebut dapat ditingkatkan dengan menggunakan
mikrob yang telah dimodifikasi. Salah satu mikrob tertsebut adalah Candida sp.
2. Produk Bioteknologi
Pada zaman kita telah dapat menjumpai berbagi produk bioteknologi,
misalnya, bayi tabung, makanan dan minuman hasil fermentasi, obat antibiotik,
dan organisme transgenitik. Bayi tabung ( test tube baby ) adalah bayi yang
berasal dari pembuahan sel telur ibu sperma yang diambil dari suami atau donor
dalam piring kaca laboratorium. Zigot hasil pembuahan akan tumbuh memjadi
berpuluh puluh sel. Zigot tersebut lalu dimaksukan kedalam rahim ibu semula dan
mengalami pertumbuhan sampi kelahiran. Teknik tersebut diperlukan bagi istri
yang ovumnya tidak bisa turun kedalam oviduk atau dilakukan kepada pasangan
yang suaminya mempunyai sperma sangat sedikit ( oligozoosermia ekstrem).
a.Bakteri transgenic
Teknologi ADN rekombinan digunakan untuk menghasilka bakteri yang
di biakan dalam bioreaktor. Beberapa produk yang di hasilkan bkteri anatara
lain insuli, hormon pertumbuhan manusia, dan vaksin hepatitis B.
Bakteri transgenitik dapat diunakan untuk meningkatkan kekebalan
tanaman. Misalnya, bakteri yang biasa hidup di akar tanaman jagung di beri gen
yang mengandung racun serangga dari bakteri lain sehingga dapat melindungi dari
serangga serangga.
Beberapa bakteri dapat digunakan untuk meningkatkan mendegradasi
substansi tertentu dan kemapuan tersebut dapat ditingkatkan dengan rekayasa
genetik, misalnya, bakteri pemakan minyak dapat digunakan untuk membersihkan
pantai dari tumpahan minyak industri bakteri biofilter yang akan menyaring
polutan kimia sebelum di lepas ke udara. Bakteri transgenik juga dapat
memindahkan sulfur dari batu bara sebelum di bakar dan membantu membersihkan
area perbuangan limbah toksik. Bakteri transgenik pendegradasi tersebut dapat
pula diberi gen ” sehingga akan mati setelah selesai bertugas.
c. Dampak Bioteknologi
2. Dampak Positif Bioteknologi
Keanekaragaman hayati merupakan modal utama sumber gen untuk
keperluan rekayasa genetik dalam perkembangan dan perkembangan industri
bioteknologi. Baik donor maupun penerima (resipien) gen dapat terdiri atas
virus, bakteri, jamur, lumut, tumbuhan, hewan, juga manusia. Pemilihan donor /
resipien gen bergantung pada jenis produk yang dikehendaki dan nilai ekonomis
suatu produk yang dapat dikembangkan menjadi komoditis bisnis. Oleh karena itu,
kegiatan bioteknologi dengan menggunakan rekayasa genetik menjadi tidak
terbatas dan membutuhkan suatu kajian sains baru yang mendasar dan sistematik
yang berhubungan dengan kepentingan dan kebutuhan manusi ; Kegiatan tersebut
disebut sebagai bioprespecting. Perdebatan tentang positif untuk mengatasi
dampak negatif yang dapat ditimbulkan bioteknologi, antara lain pada tahun 1992
telah disepakati konvensi keanekaragaman Hayati, ( Convetion on Biological
Diversity )yang mengikat secara hukum bagi negara-negara yang ikut
mendatanginnya . Sebagai tindak lanjut penadatanganan kovensi tersebut,
Indonesia telah meratifikasi Undang-Undang No. 5 Tahun 1994. perlu anda ketahui,
Negara Amerika Serikat tidak ikut menadatangani konvensi tersebut. Di sepakati
Pula Cartegena Protocol on Biosafety ( Protokol Cartegena tentang pengamanan
hayati ). Protokol tersebut menyinggung tentang prosedur transpor produk
bioteknologi antara negara untuk mencegah bahaya yang timbul akibat dampak
negatif terhadap keanekaragaman hayati. Ekosistem, dan kesehatan manusia.
Pengertian klon bioteknologi modern adalah pengadaan sel jasad renik, sel
(jaringan), molekul bibit tanaman melalui setek yang banyak dilakukan pada
tanaman perenial, antara lain kopi, teh, karet, dan mangga. Perbanyakan bibit
dengan teknik kultur jaringan, kultur organ, dan embiogenesis somatik dapat
pula diterapkan pada jaringan hewan dan manusia. Tidak seperti pada tumbuhan,
kultur pada hewan dan manusia tidak dapat dikembangkan menjadi individu baru.
Secara ringkas, berikut ini beberapa implikasi bioteknologi bagi
perkembangan sains dan teknologi serta perubahan lingkungan masyarakat.
a. Bioteknologi dikembangkan melalui pendekatan multidisipliner
dalam wacana molekuler. Ilmu-ilmu dasar merupakan tonggak utama pengembangan
bioteknologi maupun industri bioteknologi b. Bioteknologi dengan pemanfaatan
teknologi rekayasa genetik memberikan dimensi baru untuk menghasilkan produk
yang tidak terbatas. c. Bioteknologi pengelolahan limbah menghasilkan produk
biogas, kompos, dan lumpur aktif. d. Bioteknologi di bidang kedokteran dapat
menghasilkan obat-obatan, antar lain vaksin
, antibiotik, antibodi monoklat, dan interferon e. Bioteknologi
dapat meningkatkan variasi dan hasil pertanian melalui kultur jaringan, fiksasi
nitrogen pengendalian hama tanaman, dan pemberian hormon tumbuhan. f.
Bioteknologi dapat menghasilkan bahan bakar dengan pengelolahan biommasa
menjadi etanol (cair) dan metana (gas) g. Bioteknologi di bidang industri dapat
menghasilkan makanan dan minuman, antara lain pembuatan roti, nata decoco,
brem, mentega, yoghurt, tempe, kecap, bir dan anggur.