BIOTEKNOLOGI KLASIK DAN BIOTEKNOLOGI MODERN

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli teknlogi mulai mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip ilmiah melalui penelitian dan berupaya menghasilkan produk secara efektif dan efisien. Bioteknologi tidak hanya di manfaatkan dalam industri makanan, tetapi telah mencakup berbagai bidang seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi dan lainnya. Dengan adanya penelitian serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin besar manfaatnya untuk masa yang akan datang.Istilah bioteknologi pertama kali dikemukakan oleh Karl Ereky, seorang insinyur dari Hongaria. Pada tahun 1917 istilah bioteknologi digunakan untuk mendiskripsikan produksi babi dalam skala besar dengan menggunakan bit gula sebagai sumber pakannya. Sampai tahun 1970 bioteknologi selalu berasosiasi dengan rekayasa biokimia (biochemikal enginering) dan pada umumnya perkuliahan yang berhubungan dengan bioteknologi juga diberikan oleh Jurusan Rekayasa Kimia atau Rekayasa Biokimia.Bioteknologi merupakan teknologi yang menggunakan organisme hidup atau bagian-bagiannya untuk memenuhi berbagai kebutuhan manusia. Dengan kata lain, bioteknologi merupakan penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk

1.2.Rumusan Masalah

1.      Bagaimana sejarah perkembangan dari bioteknologi? 

2.      Bagaimana  perbedaan dari bioteknologi klasik dan bioteknologi modern?

3.      Bagaimana teknologi yang mendasari bioteknologi?

1.3.Tujuan

1.      Untuk mengetahui sejarah perkembangan dari bioteknologi.

2.      Untuk mengetahui perbedaan antara bioteknologi klasik dan bioteknologi modern.

3.      Untuk mengetahui teknologi yang mendasari bioteknologi.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1.Sejarah Perkembangan Bioteknologi

Bioteknologi sudah ada sejak 10.000 tahun yang lalu. Mikroorganisme sudah digunakan orang dalam pembuatan bir, cuka, yoghurt, dan keju. Pada zaman romawi, anggur sudah dikenal orang. Pembuatan bahan kimia pertama dengan menggunakan mikroorganisme dilakukan pada abad ke-14, yaitu pada pembuatan etanol. Industri fermentasi modern dikenal sejak perang dunia I, yaitu produksi dalam skala besar berbagai bahan kimia, seperti gliserol dengan menggunakanm ragi, aseton-butanol dengan menggunakan bakteri Clostridium acetobutilicum dan asam sitrat dengan menggunakan jamur Aspergillus niger. Fermentasi semi kontinu mulai dikenal selama perang dunia II. Perang dunia II memicu orang untuk meningkatkan produksi anti bioik penisilin. Produksi penisillin berhasil ditingkatkan dengan memperbaiki galur jamur yang digunakan dan mengembangkan teknologi fermentasi dalam skala besar. Pencarian antibiotik lain dari berbagai mikroorganisme lain juga terus dilakukan. Sesudah tahu 1960-an, kultur sel hewan dalam skala besar mulai digunakan dalam pembuatan vaksin dan pembuatan obat seperti ionterferon.

Berbeda dengan kultur mikroorganisme, kultur sel tidak dapat tumbuh sebagai suspensi tetapi memerlukan suatu permukaan tempat melekatnya sel hewan. Pada tahun 1970-an berhasil dibuat hibridoma, yaitu hasil fusi sel tumor denagn sel limfosit penghasil antibodi. Masing-masing sel hibridoma menghasilkan antibodi monoklonal, yaitu antibodi terhadap bagian spesifik dari suatu protein. Antibodi monoklonal banyak digunakan dalam diagnostik, terapi terhadap suatu penyakit dan proses pemurnian protein. Kultur sel tumbuhan dapat diregenerasi menjadi tanaman baru. Dari suatu kultur sel tumbuhan dapat dihasilkan ratusan tanaman baru. Sel yang bebas dari virus dapat diisolasi dan dikulturkan sehingga dapat dihasilkan tanaman yang bebas virus dan ini dapat meningkatkan produksi.

Pada tahun 1980-an, bioteknologi berkembang secara pesat akibat munculnya teknologi DNA rekombinan yang memberi kemampuan bagi manusia untuk memotong dan menyambung kembali molekul DNA secara in-vitro. Dengan demikian gen yang berasal dari suatu spesies dapat dipindahkan ke spesies lain. Dengan teknologi DNA rekombinan, bakteri Escherichia coli dapat digunakan untuk memproduksi hormon manusia dalam skala besar. Hewan dan tumbuhan dapat dimodifikasi dengan menambahkan gen yang berasal dari spesies lain sehingga diperoleh hewan atau tumbuhan transgenik.  Aplikasi komersial pertama dari teknologi DNA rekombinan adalah produksi protein skala besar oleh bakteri, seperti protein yang berupa hormon dan enzim. Kemudian produksi molekul kecil dapat dilakukan dengan mengklon gen-gen yang terlibat dalam biosintesis molekul tersebut dalam satu fragmen DNA. Penggunaan DNA dengan teknik Polymerase Chain Reaction (PCR) yang dikembangkan sejak akhir tahun 1980-an, memungkinkan orang untuk mengisolasi fragmen DNA tertentu dari satu sel kemudian dilipatgandakan misalnya sel yang terdapat ujung rambut, bercak darah kering atau fosil yang berumur ribuan tahun. Teknik ini dapat dimanfaatkan untuk mendiagnosis penyakit dan mencari bukti kejahatan pada ilmu forensik.

2.2.Perbedaan Bioteknologi Klasik dengan Bioteknologi Modern

Selama beribu-ribu tahun kita telah menggunakan mikroba seperti khamir dan bakteri untuk membuat produk-produk yang berguna seperti roti, anggur, keju, toghurt, tempe dan nata de coco. Produk-produk makanan dan minuman tersebut termasuk hasil dari bioteknologi klasik.

Bioteknologi sebenarnya bukan suatu hal yang baru, tapi  jauh sebelumnya sudah ada. Ada 4 fase perkembangan yang pada akhirnya sampai kepada sistim bioteknologi modern.

1.Produksi Bioteknologi Makanan dan Minuman

-Pembuatan Bir : Dilakukan sejak 6000 tahun sebelum masehi oleh orang-orang somaria dan babilonia kuno sudah memanfaatkan Bir sebagai minuman yang merupakan hasil fermentasi. Namun pada saat itu keterlibatan organisme belum dijabarkan   hingga pada abad ke –17. Studi permulaan yang dilakukan oleh Pasteur (1857 dan 1876) yang membuktikan bahwa mikroorganisme berperan dalam proses fermentasi tersebut  dari temuan tersebut beliau dianggap sebagai Bapak Bioteknologi

-Proses lain yang didasari oleh aktivitas mikroorganisme adalah produk susu fermentasi seperti keju dan yoghurt dan di Asia  contohnya kecap dan tempe.  

2. Proses Bioteknologi Semula Dikembangkan pada Kondisi Tidak Steril

Pada akhir abad ke 19 banyak senyawa seperti etanol, asam asetat, berbagai asam organic, butanol dan aseton dihasilkan dengan menggunakan metode fermentasi terbuka terhadap lingkungan. Contoh lainnya adalah pengolahan air buangan dan pengomposan padatan dari kota.

3.Pengenalan Sterilisasi dalam Proses Bioteknologi

Sterilisasi terhadap media dan bioreaktor dilakukan agar terhidar dari mikroorganisme kontaminan sehingga mikroba (biokatalis) saja yang berperan didalam reactor. Contoh:  antibiotika, asam amino, asam organic, enzim steroid, polisakarida dan vaksin.

4.Demensi Baru dan Kemungkinannya Untuk Industri Bioteknologi

Perkembangan biologi molekuler tidak saja menimbulkan demensi baru tetapi juga meningkatkan efiensi yang berpengaruh terhadap peran bioteknologi dimasa depan terhadap perekonomian dunia.

Inovasi baru menyangkut diantaranya :

1. Rekayasa Genetika

Adanya materi dasar kehidupan yang disebut gen yang secara structural disusun oleh DNA dan RNA  yang berfungsi mengatur semua aktivitas kehidupan yang merupakan pijakan awal dalam mendapatkan suatu individu yang diharapkan melalui teknik rekombinasi DNA

  Teknik baru rekombinan DNA melibatkan pemecahan sel, ekstraksi DNA, pemurnian dan fragmentasi (pemotongan) selektif DNA dengan menggunakan enzim sangat  spesifik , pemisahan, analisis, pemilihan dan pemurnian fragmen yang mengandung gen yang diinginkan, pemasukkan hybrid DNA ke dalam suatu sel  terpilih buntuk memproduksi dan sintesis selluler.

   Dengan teknologi rekayasa genetika terbuka peluang misalnya:

- Penggantian obat semprot kimia sintesis dengan mikroba hasil rekayasa genetika.

- Bidang fermentasi sederhana dapat diganti dengan fermentasi yang menggunakan mikroba yang telah direkayasa, sehingga dapat diproduksi dalam jumlah yang banyak dan lebih cepat dengan menggunakan bahan mentah yang lebih irit dan biaya produksi jauh lebih murah.

- Dalam bidang peternakan dan pertanian  orang pada jaman dahulu ingin memilih sifat baik suatu ternak atau tanaman dengan melakukan seleksi atau pemuliaan yang banyak mendapat kendala seperti memakan waktu yang lama. Tapi dengan  teknologi DNA rekombinan orang dapat memproduksi coklat, vanili, bumbu penyedap- pengharum, bahan kosmetik, obat tanpa harus menanam tumbuhan yang menghasilkan  bahan-bahan itu pada suatu lahan pertanian.

- Dalam Bidang kesehatan, berbagai penyakit dengan mudah, lebih cepat, dan lebih murah untuk mendiagnosa, mengobati dan melakukan pencegahan.

2. Teknologi Enzim

   Peran enzim adalah :

a)      Sebagai Katalis (memperlancar setiap reaksi kimia)

b)      Aktivitas molekuler dalam tubuh agar berlangsung cepat irit energi, tidak menimbulkan panas, tidak mengubah keseimbangan elektrolit cairan tubuh dan mencegah penimbunan bahan yang menghalangi aktivitas.

c)      Enzim diekstrak dari tubuh organisme kemudian digunakan untuk menghasilkan berbagai produk industri seperti : membuat anggur, bir, wiski, pemanis, sirup dan sebagainya.

Bioteknologi modern dimulai dengan produksi bahan kimia dalam skala besar dengan menggunakan mikroorganisme. Bioteknologi modern telah berkembang secara pesat sejak munculnya teknik-teknik biologi molekul (teknologi DNA rekombinan), sehingga manusia dapat mengotak-atik susunan genetik dari mahluk hidup.

Dengan munculnya teknik-teknik biologi molekul inilah, bioteknologi dikatakan merupakan suatu terobosan teknologi yang revolusioner. Selama periode tahun 1960-an sampai tahun 1970-an, pengetahuan kita tentang biologi sel dan molekuler sampai pada suatu titik yang memungkinkan kita untuk memanipulasi suatu organisme ditaraf seluler atau molekuler. Memanipulasi suatu organisme untuk kepentingan umat manusia bukanlah suatu hal yang baru, yang baru adalah bagaimana melakukan manipulasi tersebut.

Gambar. Penemuan struktur DNA tahun 1953 sebagai pembuka perkembangan bioteknologi molekuler oleh James Watson dan Francis Crick.

Sebelumnya, kita menggunakan suatu organisme utuh tetapi sekarang menggunakan sel-sel dan molekul organisme tersebut. Sebelumnya kita melakukan manipulasi tanpa mengetahui mekanisme yang mendasari manipulasi tersebut. Cara manipulasi kita sulit diprediksi hasilnya. Tetapi kita sekarang mengerti manipulasi yang kita lakukan pada taraf yang paling mendasar aitu pada taraf molekuler atau gen. Oleh karena itu, kita dapat memprediksi pengaruh manipulasi yang dilakukan dan mengarahkan perubahan yang diinginkan dengan tingkat ketepatan yang tinggi.

3.3.Teknologi yang mendasari Bioteknologi

Beberapa teknologi yang mendasari Bioteknologi:

1. Teknologi Antibodi Monoklonal (TAM)

Teknologi antibodi monoklonal menggunakan sel-sel sistem imunitas yang membuat protein yang disebut antibodi. Sistem kekebalan kita tersusun dari sejumlah tipe sel yang bekerja sama untuk melokalisir dan menghancurkan substansi yang dapat memasuki tubuh kita. Tipa tipe sel mempunyai tugas khusus. Beberapa dari sel tersebut dapat membedakan dari sel tubuh sendiri (self) dan sel-sel asing (non self). Salah satu dari sel tersebut adalah sel limfosit B yang mampu menanggapi masuknya substansi asing denngan spesivitas yang luar biasa.

Dengan mengetahui cara kerja anti bodi, kita dapat memanfaatkannya untuk keperluan deteksi, kuantitasi dan lokalisasi. Pengukuran dengan pendeteksian dengan menggunakan TAM relatif cepat, lebih akurat, dan lebih peka karena spesifitasnya tinggi.

TAM saat ini digunakan untuk deteksi kehamilan, alat diagnosis berbgai penyakit infeksi dan deteksi sel-sel kanker. Karena spesifitasnya yang tinggi maka TAM dapat digunakan untuk membunuh sel kanker tanpa mempengaruhi sel-sel yang sehat. Selain kegunaannya untuk mendiagnosis penyakit pada manusia, TAM juga banyak dipakai untuk mendeteksi penyakit-penyakit pada tanaman dan hewan, kontaminasi pangan dan polutan lingkungan.

2. Teknologi Bioproses

Teknologi bioproses menggunakan sel-sel hidup atau komponen mekanisme biokimia untuk mensintesis, menguraikan atau membebaskan energi. Kebanyakan yang dipakai adalah sel organisme bersel tunggal seperti bakteri, archae bakteri dan khamir. Sedangkan komponen seluler yang sering dipakai adalah sekelompokmprotein yang disebut enzim.

a). Fermentasi. Teknologi bioproses yang paling kuno dan paling dikenal adalah fermentasi melalui mikroba. Pada mulanya produk fermentasi asal mikroba diperoleh dari serangkaian reaksi yang dikatalis enzim untuk menguraikan glikosa. Dalam proses penguraian glukosa untuk mendapatkan energi, mikroba melakukan reaksi sintesis senyawa sampingan yang dapat digunakan untuk keperluan manusia, seperti: karbondioksida untuk mengembangkan roti, etenol untuk produksi anggur dan bir, asam laktat untuk produksi yoghurt dan susu fermentasi lainnya, serta asam asetat untuk berbagai jenis cuka dan acar. Sekarang kita telah mengembangkan pemakaian mesin biokimia ini sampi diluar lintasan metabolisme penguraian glukosa. Kita telah memanfaatkan fermentasi asal mikroba untuk mensintesis berbagai macam produk lain termasuk anti biotik, asam amino, hormon, vitamin, pelarut-pelarut organik, pestisida, bahan-bahan pembantu proses pengolahan pangan, pigmen, enzim, inhibitor enzim dan berbagai bahan biofarmasi.

b). Biodegradasi. Mikroba dan enzim yang digunakan untuk menguraikan molekul-molekul organik dapat membantu kita untuk membersihkan atau memecahkan sejumlah masalah lingkungan tertentu seperti: tumpahan minyak, tempat-tempat pembuangan bahan toksik, dan residu pestisida. Pemanfaatan populasi mikroba untuk membersihkan polusi lingkungan disebut bioremediasi. Salah satu contoh adalah bioremediasi dalam pemakaian bakteri pemakan minyak untuk membersihkan tumpahan minyak Exxon Valdez di Prince William Sound, Alaska pada tahun 1989 dan tumpahan minyak di Irak setelah perang teluk 1991. Di masa mendatang kita dapat menggunakan limbah rumah tangga dan pertanian untuk memproduksi energi melalui bantuan mikroba. Berbagain jenis mikroba juga berperan untuk mencegah terjadinya ledakan penyakit, baik dalam bidang pertanian, perikanan, maupun peternakan. Pemakaian bakteri tertentu untuk biokondisioner sudah sangat dikenal di sektor pertambakan udang dan pertanian tanaman tertentu.

3. Teknologi Sel dan Kultur Jaringan

Teknologi sel dan kultur jaringan adalah teknologi yang memungkinkan kita menumbuhkan sel jaringan dalam nutrien sesuai di laboratorium.

4. Kultur sel tanaman. Kulturr sel dan jaringan tanaman merupakan aspek yang sangat penting dalam bioteknologi tanaman. Teknologi ini berlandaskan pada kemampuan unik sel-sel atau jaringan tanam untuk menghasilkan tanaman multiseluler dari satu sel tunggal yang dapat berdiferensiasi (totipotensi). Rekayasa genetika tanaman biasanya dilakukan pada taraf satu sel tunggal. Jika satu sel daun direkayasa agar membawa sifat yang menguntungkan misalnya membawa sifat yang resisten terhadap serangga, maka sel tersebut harus dapat berkembang menjadi tanaman utuh sehingga dapat bermanfaat bagi petani.

5. Kultur sel hewan. Sel dan jaringan tumbuahn bukan satu-satunya yang dipakai dalam bidang pertanian. Dengan menggunakan kultur sel insekta (serangga) untuk menumbuhkan virus-virus yang dapat menginfeksi serangga memungkinkan kita untuk memperluas pemakaian virus dan baculovirus sebagai agen biokontrol. Masyarakat medis menggunakan kultur sel untuk mempelajari aspek keamanan da efektivitas senyawa biofarmasi, mekanisme molekuler infeksi virus dan replikasinya, sifat toksisitas suatu senyawa serat dasar-dasar biokimia sel. Kombinasi antara kultur sel mamalia dan teknologi bioproses akan memberikan harapan untuk memproduksi senyawa seluler tertentu dalam jumlah besar. Studi lanjut dalam kultur sel mamalia saat ini memungkinkan para pakar untuk menumbuhkan berbagai jenis sel manusia yang pada akhirnya dapat digunakan untuk memproduksi suatu jaringan tertentu untuk mengganti suatu jaringan yang rusak atau hilang, misalnya karena penyakit atau kecelakaan.

6. Teknologi Biosensor

Teknologi biosensor merupakan gabungan antara biologi molekuler dan mikroelektronika. Suatu biosensor adalah suatu alat pendeteksi yang terdiri dari suatu substansi biologi ayng digandengkan dengan suatu transduser elektronika. Substansi bioogis dapat berupa mikroba, sel tunggal dari hewan multi seluler atau komponen seluler seperti enzim atau anti bodi. Biosensor memungkinkan kita untuk mengukur konsentrasi suatu senyawa yang hanya terdapat dalam konsentrasi yang sangat rendah.

Biosensor bekerja apabila senyawa kimia yang diukur konsentrasinya bertumbukan dengan detektor biologis, sehingga trasduser akan menghasilkan suatu arus listrik kecil. Besar kecilnya sinyal listrik ini sebanding dengan konsentrasi senyawa kimia yang terdapat di lingkungan tersebut.

Teknologi biosensor dapat digunakan dalam berbagai bidang, seperti pengukuran derajad kesegaran suatu bahan pangan, memonitor suatu proses industri, atau mendeteksi suatu senyawa yang terdapat dalam jumlah kecil di dalam darah.

BAB III

KESIMPULAN

Kesimpulan

Perkembangan bioteknologi berlangsung sangat pesat dengan adanya perkembangan biologi molekuler yang menggunakan teknik-teknik canggih untuk menciptakan terobosan baru dalam rangka peningkatan efisiensi dan ekonomi industri bioteknologi. Teknik-teknik yang digunakan dalam bioteknologi antara lain: kultur jaringan melalui protoplasma, rekayasa genetika yang meliputimanipulasi DNA rekombinan, teknik penginderaan secara molekulerdan kelengkapan rancang bangun suatu alat untuk menumbuhkan mikroba yang memungkinkan berlangsungnya suatu reaksi biologi.