Bioteknologi

1.1. Pengertian Bioteknologi      

Sejak tahun 6000 SM orang-orang telah mengenal fermentasi pada bahan makanan misalnya untuk membuat bir. Namun bukti bahwa suatu fermentasi dilakukan oleh mikroorganisme baru diketahui setelah seorang melakukan penelitian yaitu Louis Pasteur pada tahun 1857-1876.

Revolusi bioteknologi yang maju diawali dengan penemuan struktur DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953. Namun hal ini telah diramalkan oleh Alvin T. Pada tahum 1900. Alvin menyatakan bahwa di abad 20 sampai pada abad 21 ada empat teknologi yang sangat berperan dalam kehidupan manusia, yaitu : mikroeloktronika, teknologi energi alternatif, aeronautika, dan bioteknologi.

Bioteknologi bersal dari kata Bio = hidup dan Teknologi. Bioteknologi merupakan suatu teknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk menghasilkan suatu produk dan jasa guna kepentingan manusia.Ilmu-ilmu pendukung dalam bioteknologi meliputi mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi sel, teknik kimia, dan enzimologi. Dalam bioteknologi biasanya digunakan mikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilai tambah suatu bahan. Adapun sasaran dari bioteknologi ini diantaranya adalah pangan, pertanian, kedokteran, pertambangan, lingkungan dll.

1.2. Ciri – ciri Bioteknologi

• Adanya agen bioteknologi berupa mikroorganisme, tumbuhan atau hewan.
• Adanya pendayagunaan secara teknologi dan industri.
• Produk yang dihasilkan berupa hasil ekstrasi dan pemurnian.

1.3. Jenis-jenis Bioteknologi

Bioteknologi dibedakan menjadi dua macam yaitu bioteknologi klasik atau konvensional dan bioteknologi modern. Adapun definisinya sebagai berikut:

a.      Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional adalah praktik bioteknologi yang dilakukan dengan cara dan peralatan sederhana tanpa rekayasa genetika. Adapun contoh dari bioteknologi konvensional ini yaitu pada proses pembuatan bir, tempe, roti dll.

b.      Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern merupakan praktik bioteknologi yang diperkaya dengan teknik rekayasa genetika ( suatu teknik manipulasi materi genetikal ). Adapun contoh dari bioteknologi modern ini yaitu pada proses pembuatan tumbuhan yang kuat atau tahan terhadap hama dan penyakit serta buahnya sifatnya tahan lama.

1.4       Macam – macam Bioteknologi

Perkembangan bioteknologi molekuler memberikan dampak yang besar terhadap kemajuan berbagai cabang ilmu termasuk pemuliaan tanaman (plant breeding). Tidak dipungkiri lagi bahwa dengan adanya bioteknologi telah memberikan kontribusi yang sangat besar dalam penyediaan pangan dunia. Banyak bioteknologi yang telah dikembangkan pada saat ini. Adapun bioteknologi yang telah dikembangan pada tanaman diantaranya yaitu :

A.      Kultur Jaringan

Kultur jaringan tumbuhan merupakan teknik perbanyakan tanaman secara vegetatif buatan yang didasarkan pada sifat totipotensi tumbuhan. Totipotensi merupakan kemampuan sel atau jaringan organisme untuk tumbuh menjadi individu baru. Totipotensi tumbuhan dalam proses kultur jaringan dapat berkembang menjadi tumbuhan lengkap jika dalam kondisi yang memungkinkan. Dengan kultur jaringan dalam waktu yang bersamaan dapat menghasilkan atau memperoleh bibit tanaman dalam jumlah yang banyak.

1.    Macam-macam kultur jaringan

                Berbagai bagian tanaman dapat digunakan sebagai eksplan dalam kultur jaringan.

a.       Kultur meristem, menggunakan jaringan pada akar, batang, serta daun yang muda atau meristematik

b.      Kultur anter, menggunakan kepala sari sebagai eksplan.

c.       Kultur embrio, menggunakan embrio. Misalnya pada embrio kepala kopyor yang sulit dikembangkan secara alamiah.

d.      Kultur protoplas, meggunakan sel jaringan hidup sebagai eksplan tanpa dinding.

e.       Kultur kloroplas, menggunakan kroloplas. Kultur ini biasanya untuk memperbaiki atau membuat varietas yang baru.

f.       Kultur polen, menggunakan serbuk sari sebagai eksplannya.

2.     Prosedur Kultur Jaringan

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam prosedur kultur jaringan diataranya,

a.  Persiapan

Media yang digunakan merupakan media yang cair dan padat. Kedua media ini dimasukkan dalam erlenmeyer yang ditutup dengan kain kasa steril dan alumunium foil. Setelah di sterilkan media kultur disimpan dalam tempat steril.

b. Pengambilan dan Perawatan Eksplan

Eksplan dapat diambil dari tunas pucuk, ketiak daun, ujung akar, atau daun muda. Eksplan harus di sterilkan juga agar tidak ada bakteri yang terdapat pada eksplan. Bahan eksplan disterilkan dengan larutan kalsium hiploklorid 5% selama 5 menit lalu bilas eksplan beberapa kali dengan menggunakan akuades.

c.Pengocokan

Botol yang sudah di tanami eksplan diletakkan di atas meja pengocok yang sudah dinyalakan dengan frkuensi 60-70 kali per menit. Adapun tujuan  dari pengocokan tersebut sebagai berikut:

·         Menggiatkan kontrak antara permukaan eksplan dengan larutan media

·         Memudahkan peserapan larutan nutrisi ke dalam jaringan eksplan

·         Melancarkan sirkulasi udara, sehingga udara dapat masuk kedalam media

·         Merangsang terpisahnya PLB yang terbentuk.

d.Media

Media tanam terdiri dari dua jenis yaitu media cair dan media padat. Media cair berfungsi untuk menumbuhkan eksplan sampai terbentuk PLB sedangkan media padat digunakan untuk menumbuhkan PLB sampai plantlet.

Ada banyak media kultur jaringan yang penamanya diambil dari nama penemunya, seperti :

1.      Murashige dan Skoog (1962), dapat digunakan hampir semua jenis kultur, terutama pada tanaman herba

2.      White (1934), baik digunakan dalam kultur tanaman tomat

3.      Vacin dan Went, dapat digunakan untuk kultur pada anggrek

4.      Nistch and Nistch, biasanya digunakan dalam kultur serbuk sari dan kultur sel.

5.      Scenk and Haberlandt (1972), cocok untuk kultu jaringan monokitil.

B.      Hidroponik

Hidroponik berasal dari kata bahasa Yunani hydro yang berarti air dan ponos yang berarti bekerja. Jadi, hidroponik artinya pengerjaan air atau bekerja dengan air. Dalam praktiknya hidroponik dilakukan dengan berbagai metode, tergantung media yang digunakan. Adapun metode yang digunakan dalam hidroponik, antaralain metode kultur air (menggunakan media air), metode kultur pasir(menggunakan media pasir), dan metode porus (menggunakan media kerikil, pecahan batu bata, dan lain-lain). Pada umumnya orang bertanam dengan menggunakan tanah. Namun, dalam hidroponik tidak lagi digunakan tanah, hanya dibutuhkan air yang ditambah nutrien sebagai sumber makanan bagi tanaman. Apakah cukup dengan air dan nutrien? Bahan dasar yang dibutuhkan tanaman adalah air, mineral, cahaya, dan CO₂.

Cahaya telah terpenuhi oleh cahaya matahari. Demikian pula CO₂ sudahcukup melimpah di udara. Sementara itu kebutuhan air dan mineral dapat diberikan dengan sistem hidroponik, artinya keberadaan tanah sebenarnya bukanlah hal yang utama.

Beberapa keuntungan bercocok tanam dengan hidroponik,antara lain:

·         Tanaman dapat dibudidayakan di segala tempat

·         Risiko kerusakan tanaman karena kurang air dan erosi tidak ada

·         Tidak perlu lahan yang terlalu luas

·         Pertumbuhan tanaman lebih cepat

·         Bebas dari hama

·          Hasilnya berkualitas dan berkuantitas tinggi.

        Adapun jenis tanaman yang telah banyak dihidroponikkan dari golongan tanaman hias antara lain.

·         Philodendron

·          Dracaena

·          Aglonema

·         Spatyphilum.

Adapun golongan dari sayuran yang dapat dihidroponikkan, antara lain :

·         Tomat

·         Paprika

·          Mentimun

·          Selada

·          Sawi

·          Kangkung

·          Bayam.

Adapun jenis tanaman buah yang dapat dihidroponikkan, antara lain

·         Jambu air

·         Melon

·         Kedondong bangkok

·         Belimbing.

C.      Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika merupakan kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk yang baru dengan cara membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen. DNA rekombinan adalah DNA yang urutannya telah di rekombinasikan agar memiliki sifat-sifat atau fungsi yang kita inginkan.

Ada dua komponen yang terlibat dalam rekayasa genetika, yaitu plasmid dan enzim.

  

1.         Plasmid

Plasmid merupakan molekul DNA rangkap berbentuk cincin yang khusus terdapat pada bakteri. Dalam rekayasa genetika plasmid berfungsi sebagai vektor (kendaraan) yang digunakan untuk mentransfer dan memperbanyak gen-gen asing.

2.        Enzim

     Enzim berperan sangat penting terhadap rekasa genetika, di dalam proses rekayasa genetika terdapat dua macam enzim yang terlibat langsung, yaitu

·         Enzim Restriksi Endonuklease

     Enzim Restriksi Endonuklease, berfungsi untuk memotong rantai DNA sehingga dikenal sebagai gunting biologi. Enzim ini mempunyai kemampuan untuk mengenal dan memotong urutan nukleotida tertentu pada DNA.

·         Enzim Ligase

     Enzim Ligase, berfungsi untuk merekatkan fragmen-fragmen DNA.

                        Didalam rekayasa genetika terdapat empat macam teknik, diantaranya yaitu:

a.      Teknik Plasmid

            Plasmid merupakan gen yang melingkar yang terdapat dalam sel bakteri, tak terkait pada kromosom. Melalui teknik  ini para ahli dalam bioteknologi dapat mengembangkan tanaman transgenik yang resisten terhadap hama penyakit, terhadap tanah yang kering dan kurang subur.

b.      Teknik Hibridoma

            Teknik hibridoma yaitu penggabungan dua sel dari organisme yang sama atau pun dari sel organisme yang berbeda, sehingga menghasilkan sel yang tunggal, yang memiliki kombinasi dari kedua sel tersebut.

c.      Terapi Gen

            Terapi gen yaitu perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki gen. Terapi gen ini biasanya digunakan untuk penyakit fatal misalnya, kanker.

d.     Teknik Kloning.

            Kloning berasal dari kata Yunani kuno, clone yang berarti ranting atau cangkokan. Istilah kloning ini digunakan untuk menyebut sekelompok makhluk hidup yang dilahirkan tanpa proses seksual.

       Oleh karena itu seiring dengan berkembangnya bioteknologi yang lebih maju kini telah dihasilkan berbagai tanaman transgenik, contohnya seperti tanaman yang kebal terhadap hama dan tanaman yang dapat memfiksasi nitrogen sendiri.

1.    Tanaman yang Kebal terhadap Hama dan Penyakit

2.    Tanaman yang dapat Memfiksasi Nitrogen

D.      Aeroponik

Aeroponik berasal dari kata aero yang berarti udara dan

ponos yang berarti daya. Jadi, aeroponik adalah pemberdayaan udara. Sebenarnya aeroponik merupakan modifikasi dari hidroponik (mem-berdayakan air), karena air yang berisi larutan unsur hara disemburkan dalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman. Akar tanaman yang ditanam menggantung akan menyerap larutan hara tersebut. Prinsip dari aeroponik adalah sebagai berikut. Helaian styrofoam diberi lubang-lubang tanam dengan jarak 15 cm. Dengan menggunakan ganjal busa atau rockwool, anak semai sayuranditancapkan pada lubang tanam. Akar tanaman akan menjuntai bebas ke bawah. Di bawah helaian styrofom terdapat sprinkler (pengabut) yang memancarkan kabut larutan hara ke atas hingga mengenai akar.

1.5               Aplikasi Bioteknologi pada Tumbuhan

§   Vaksin pada Tanaman

            Hasil panen lahan pertanian biasanya sangat rentan terserang penyakit, terutama penyakit yang disebabkan oleh virus. Dengan adanya infeksi oleh berbagai macam virus, suatu tanaman akan terganggu pertumbuhannya, kualitasnya menurun, dan secara otomatis pasti akan menurunkan penghasilan para petani.

            Namun, sekarang para petani telah berhasil membuat alternatif dengan membuat pemberantas virus alami. Salah satu cara yang diterapkan yaitu dengan menyuntikan semacam vaksin ke dalam tubuh tanaman. Seperti halnya vaksin folio, vaksin ini mengandung strain virus yang telah dilemahkan. Vaksin ini kemudian membuat suatu tanaman kebal terhadap virus tertentu.Namun, selain menggunakan metode suntikan, sekarang telah ditemukan cara untuk menghasilkan kekebalan dalam tubuh tanaman, yaitu dengan cara menyisipkan sebuah gen dari virus TMV (Tobacco Mosaik Virus) ke dalam tubuh tanaman tembakau. Kemudian gen ini menghasilkan protein seperti yang di temukan di permukaan tubuh virus TMV, dan kemudian dia bekerja sebagai imun TMV dalam tubuh tanaman tersebut. Hal ini disebabkan TMV mempunyai susunan tubuh yang terdiri atas protein sub unit sebagai mantel, dan untaian molekul RNA.

            Langkah pertama untuk melakukan proses penyisipan gen yaitu dengan cara mengkonversikan RNA dari mantel virus ke dalam cDNA sebuah bakteri yang bisa disisipi. Kemudian gen dari bakteri tersebut ditransfer ke agrobakter yang bertindak sebagai vector. Agrobakter mampu disisipi DNA tersebut karena dia mempunyai plasmid TI. Kemudian DNA agrobakter tersebut disisipkan ke dalam satu sel tanaman, dan sel tanaman tersebut ditumbuhkan dalam kultur yang sesuai.

            Setelah tumbuh besar tanaman tersebut diuji coba dengan virus (TMV) setelah melakukan percobaan tersebut ternyata tanaman yang telah disisipi gen agrobakter yang mengandung DNA virus akan kebal terhadap serangan TMV. Jadi tidak hanya bagian tubuh tertentu dari tanaman yang kebal terhadap virus, namun juga keseluruhan tubuh tanaman.

§   Pestisida secara genetika

Selama 35 tahun, beberapa petani telah menggunakan suatu bakteri sebagai pestisida, bakteri tersebut adalah Bacillus thruringiensis (Bt), yang telah diresmikan menjadi pestisida tanaman. Bakteri tersebut menghasilakn sebuah kristal protein yang membunuh serangga dan larvanya yang membahayakan tanaman. Cara yang dilakukan untuk menyebarkan bakteri tersebut pada lahan pertanian adalah dengan menyebarkan spora bakteri pada lahan pertanian, dengan demikian petani akan dapat menjaga tanamannya walaupun tidak menggunakan bahan-bahan kimia pembunuh serangga.

Dengan adanya bioteknologi, petani tidak hanya dapat menyebarkan bakteri pada lahan pertanian mereka, namun mereka juga dapat menyebarkan gen Bt ke lahan mereka. Tanaman yang mengandung gen racun Bt dapat membantu membunuh serangga . Dengan adanya bioteknologi tanaman, telah banyak tanaman yang mempunyai insektisida dari gen, seperti tanaman tomat, tembakau, jagung, dan kapas.

Kenyataannya, sebagian besar biji kapas yang diproduksi sekarang mengandung gen racun Bt, yang sangat efektif melindungi tanaman kapas dari serangan serangga. Carakerja dari gen racun tersebut adalah ketika serangga memakan daun kapas, dimana ketika mereka memakan daun kapas tersebut mereka akan mati terbunuh.

§   Kerentanan Herbisida

            Pemberantasan hama secara tradisional mempunyai beberapa kekurangan, diantaranya adalah pemberantasan tersebut akan memberantas tanaman yang terinfeksi sampai ke rumput-rumput liar yang ada di sekitarnya. Namun dengan adanya bioteknologi, saat ini para petani dapat menggunakan herbisida dengan mudah tanpa mengkhawatirkan dampak negatifnya terhadap lingkungan.

          Hasil panen dapat menjadi rentan terhadapherbisida tertentu, sebagai contoh yaitu glyphosate. Herbisida ini menghalangi enzim yang dibutuhkan untuk fotosintesis. Melalui rekayasa biologi ilmuwan mampu membuat hasil panen transgenik yang menghasilkan enzim alternatif yang tidak terpengaruh glyphosate. Pendekatan ini berhasil pada kacang-kacangan. Saat ini kebanyakan kacang-kacangan yang dibudidayakan untuk digunakan sebagai makanan hewan, mengandung gen yang kebal terhadap herbisida.

Petani yang menanam hasil panen yang kebal terhadap herbisida, bisaanya selalu mengontrol rumput-rumput liar dengan bahan kimia yang lebih aman terhadap lingkungan dibanding herbisida. Perkembangan ini sangat penting karena sebelum adanya hasil panen yang rentan, petani kapas Amerika Serikat menghabiskan 300 juta dolar tiap tahun untuk memperoleh bahan-bahan kimia yang akan disemprotkan ke lahan mereka.

§   Serat yang Kuat

Seperti yang disebutkan di awal, cara lama untuk menghasilkan serat hanya dapat meningkatkan rata-rata kekuatan serat kapas sampai 1,5% per tahun. Namun, setelah adanya bioteknologi melalui penyisipan gen, kekuatan serat mengalami peningkatan samapai 60%. Serat yang dihasilkan menjadi lebih halus, menjadi lebih nyaman dipakai saat dijadikan bahan bju dan yang pasti menambah penghasilan petani.

Semua keuntungan dalam bidang bioteknologi sangat berguna untuk semua umat manusia. Keuntungan yang sangat lebih berarti adalah mampu menyelamatkan manusia dari kelaparan. Salah satu alternatif yang dihasilkan dari bioteknologi adalah dengan Golden Rice, yang secara genetik dapat menghasilkan beta karoten, sebuah provitamin yang dapat memenuhi kebutuhan vitamin A dalam tubuh. Hal tersebut akan sangat lebih efisien, karena menurut pengalaman dengan adanya kebutaan terhadap anak-anak maka petugas kesehatan sangat sibuk dan kesulitan untuk menyampaikan obat-obatan kepada mereka. Dan sekarang dengan adanya vitamin yang terkandung dalam bahan makanan maka akan sangat membantu mengatasi hal-hal tersebut. Namun, setiap kelebihan akan suatu penemuan pasti ada kekurangan yang mengukuti. Demikan pula dengan adanya Golden Rice ini, untuk anak-anak yang kekurangan lemak dalam tubuhnya, maka mereka tidak dapat mengkonsumsi beras ini dengan baik, karena sebelum dapat dikonsumsi dengan baik oleh tubuh, maka harus diuraikan terlebih dahulu oleh lemak. Maka dari itu penemuan tidak hanya sampai disana saja, para ilmuan mencari alternatif lain yang lebih mudah, dan efisien, sebagai contoh mereka mulai mengambangkan beras kaya dengan zat besi dan protein.

§   Obat – obatan

       Antibiotik

     Zat kimia yang di hasilkan oleh mikroorganisme (jamur/bakteri)

     Untuk menghambat pertumbuhan atau mematikan bakteri atau organisme lain.

Contohnya : Penicillium Notatum

§   Bahan Bakar

      Dihasilkan melalui proses fermentasi karbohidrat

      Organisme yang terlibat : Khamir Saccaromyces cereviceae

      Alkohol yang terbentuk digunakan sebagai bahan bakar

Reaksi :       C₆ H ₁₂ O₆  →  C₂ H ₅ OH     +     CO₂

1.6     Manfaat dan Bahaya

Implementasi bioteknologi pada berbagai aspek kehidupan tidak hanya mendapatkan keuntungan semata namun juga berpotensi mendatangkan bahaya. Adapun keuntungan dan bahaya dari bioteknologi sebagai berikut :

1. Keuntungan

• Dapat memperoleh tanaman yang di inginkan
• Dapat memperoleh tanaman secara banyak dalam waktu yang singkat
• Bertambahnya keragaman pada tanaman

2. Kerugian

• Adanya potensi menimbulkan penyakit pada manusia
• Berkurangnya tingkat keragaman makhluk hidup
• Terganggunya keseimbangan alam
• Berpotensi menimbulkan wabah seluruh dunia 
• Berpotensi menimbulkan isu etis