Perkembangan Bioteknologi dan Aplikasinya

Futuris Amerika, Alvin Toffler dalam bukunya The Third Wave, memprediksi empat teknologi yang akan sangat berperan dalam kehidupan manusia di abad 21. Keempat teknologi tersebut adalah mikroelektronika, teknologi energi alternatif, aeronautika, dan bioteknologi.

Revolusi bioteknologi yang diawali dengan penemuan strukturheliks molekul DNA ( asam deoksi ribonukleat ) oleh Watson dan Crick (1953 ) melejit pesat di pertengahan tahun 1970-an dengan berkembangnya rekayasa genetika. Perkembangan ini menjadikan bioteknologi sebagai bidang antardisiplin yang memberi harapan untuk memecahkan problem yang dihadapi umat manusia.

Di awal abad 21 ini, bioteknologi telah menjadi salah satu penopangkegiatan industri terutama di negaramaju. Sebaliknya penerapan dan pengembangannya di negara berkembang masih banyak menghadapi masalah dan dilema. Hal ini karena bioteknologi memerlukan padat modal dan padat teknologi untuk penelitian dan penerapannya.

Empat gelombang perkembangan bioteknologi

Gelombang pertama. Tahap ini dikenal juga sebagai era pra-pasteur, yang dicirikan oleh pemanfaatan mikroba ( bakteri, kapang, khamir ) untuk pengawetan dan atau pembuatan makanan/ minuman. Minuman khas Jepang ( sake ), bir, anggur, keju, yoghurt, dan pangan tradisional dari Indonesia ( tempe, oncom, kecap ) merupakan contoh hasil proses bioteknologis tradisional. Sampai tahun 1920-an, penggunaan mikroba juga dikembangkan untuk produksi bahan kimia ( aseton, butanol, asam sitrat ) dan biomassa.

Gelombangkedua. Bioteknologigenerasi kedua ini dimulai ketika ditemukan penisilin oleh Fleming ( 1929 ) dan permulaan pengusahaannya dalam bentuk industri pada tahun 1944. Pada era ini ( dan sampai sekarang ) kegiatan bioteknologi diwarnai oleh proses produksi industri antibiotika, vitamin, dan asam-asam organik dengan fermentasi. Generasi kedua ini juga dikenal sebagai era antibiotika.

Gelombang ketiga. Bioteknologi generasi ketiga melejit secara pesat pada paruh tahun 1970-an dengan diterapkannya rekayasa genetika untuk memanipulasi dan memperbaiki sifat organisme sebagai “agen” yang berperan penting dalam bioindustri. Berbagai produk farmasi dan kedokteran yang bernilai tinggi seperti interferon, hormon, dan vaksin diproduksi berkat rekayasa genetik ini. Teknologi hibridoma yang ditemukan Kohler dan Milstein(1975) membuka era ini untuk produksi antibodimonoklonal. Kekhasan ini menyebabkan tahapan ini juga dinamai bioteknologi baru.

Gelombang keempat. Gelombang ini dicirikan dengan perekayasaan struktur enzim ( tiga dimensi ) yang dikaji dalam bidang protein engineering. Perkembangan proses bioteknologis tidak lepas dari peran enzim sebagai biokatalis. Pengkajian sifat dan kinetika reaksi enzimatik dan perkembangan peralatan analisis, seperti kristalografi sinar X dan spektrofotometer massa yang ditopang oleh rekayasa genetik telah memunginkan ahli biokimia merekayasa enzim sesuai sifat yang diinginkan. Generasi kempat ini juga dikenal sebagai era rekayasa enzim / protein.

Ruang lingkup bioteknologi

Definisi bioteknologi  adalah  penggunaan terpadu dari disiplin biokimia, mikrobiologi, dan ilmu keteknikan dengan bantuan mikroba, bagian-bagian mikroba, atau sel dan jaringan organisme  dalam penerapannya secara teknologis dan industri ( European Federation Of Biotech. 1983 ).  Sesuai  definisi tersebut, dalam  proses bioteknologis terkandung  tiga hal pokok, yaitu agen biologis seperti mikroba, enzim, sel tanaman/hewan; pendayagunaan secara teknologis dan industrial, serta adanya produk atau jasa yang dihasilkan.

Dalam kaitan ini, maka bioindustri dapat diartikan sebagai penerapan bioteknologi pada kegiatan industri atau industri yang menerapkan prinsip-prinsip bioteknologi. Penerapan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa tersebut menjadi pilar utama bioteknologi, sedang teknologi fermentasi merupakan proses produksi suatu bahan dengan bantuan mikroba dengan cara konversi biologis. Rekayasa genetik mencakup teknik-teknik yang memungkinkan materi genetik suatu organisme hidup dimodifikasi. Dengan teknik tersebut sifat-sifat baru dapat dibentuk. Tiga teknik terakhir yang merupakan lompatan besar bioteknologi adalah teknologi rekombinasi DNA, fusi sel, dan amplifikasi gen.

Aplikasi bioteknologi

Berdasar pengertian bioteknologi di atas, maka kegiatan atau sektor industri / jasa yang dapat dimasuki oleh bioteknologi menjadi sangat banyak jenis dan ragamnya, seperti kedokteran, farmasi, pertanian, industri pangan, kimia, energi, dan lingkungan. Aplikasi bioteknologi secara jelas dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1. Sektor aktivitas bioteknologi dan produk utamanya

Sektor

Produk utama

Kedokteran-Farmasi

Antibiotika, vaksin, vitamin, steroid, hormon, antibodi, interferon, pereaksi untuk diagnostik, inhibitor enzim

Industri Pangan

Minuman beralkohol, produk susu, bahan penguat rasa, protein sel tunggal, asam amino, asam organik, enzim, nukleotida, zat pemanis, zat pewarna, aroma, antioksidan

Pertanian

Biopestisida, pakan ternak, silase, pupuk, bakteri penambat N, tanaman unggul, produksi embrio

Kimia

Etanol, asetaldehida, aseton, butanol, butadien, asam organik, biopolimer, gliserol, furfural, surfaktan, parfum

Energi

Etanol, aseton, butanol, metana, hidrogen, biomassa

Lingkungan

Penanganan air, penanganan limbah, pendayagunaan limbah dan residu organik, akumulasi dan pengambilan metal, defosfatisasi dan denitrifikasi, detoksifikasi

Berdasar dari tingkatan teknologi & nilai ekonominyadapat dibedakan sesuai dengan sektor industri dan jenisproduk yang dihasilkan, seperti dalam tabel 2.

Tabel 2. Sektor aktivitas bioindustri, nilai produk yang dihasilkan, dan tingkat teknologi.

Sektor

Produk

Tingkat Teknologi

Nilai ekonomi

Kedokteran &

Farmasi

Interveron, hormon, antibiotika, vaksin

Tinggi ( canggih )

Tinggi

Kimia &

Industri Pangan

Asam amino, enzim, biomassa, asam organik, polimer, food additive

Sedang

Sedang

Lingkungan &

Energi

Metana, aseton, etanol, penanganan limbah, pakan hewan

Rendah ( sederhana )

Rendah

Walaupun manfaat dari perkembangan bioteknologi sudah sangat jelas, banyak orang mengkhawatirkannya. Kemungkinan digunakannya pengetahuan ini untuk bioterorisme atau untuk mengklon manusia yang dianggap melanggar norma kehidupan manusia.

Bioteknologimemberikan harapan bagi kesejahteraan umat manusia, mulai dari proses–proses bio yang paling sederhana sampai kepada tingkat yang paling canggih. Karenanya, manusia yang menggelutinya ditantang untuk memanfaatkan peluang–peluang itu demi kesejahteraannya. Tetapi, bagaimanapun canggihnya teknologi sudah barang tentu dapat memunculkan dampak dalam penerapannya. Maka denganmengacu pada pengalaman–pengalaman penerapan teknologi pendahulunya, dapatlah digunakan bioteknologi ini secara proporsional dengan memasukkan norma–norma etik secara moral. Etika diperlukan untuk menentukan arah perkembangan bioteknologi, serta penerapannya secara teknis, sehingga tujuan yang menyimpang dan destruktif bagi kemanusiaan dapat dihindarkan.

Indonesia sebagai negara yang kaya akan sumberdaya alam, dengan hasil pertanian yang melimpah, tentunya mempunyai potensi besar sebagai pusat aplikasi dari bioteknologi dalam skala industri. Perkembangan industri bioteknologi di Indonesia masih belum diaplikasikan sebagai salah satu industri yang dapat menghasilkan produk penghasil devisa yang cukup besar. Dengan tantangan perubahan iklim global dan makin menipisnya sumber minyak bumi, hendaknya pemerintah dan lembaga penelitian mampu mengambil peluang ini dengan memanfaatkan bioteknologi dalam penyediaan pangan dan penghasil energi.

Tentunya jangan hanya diatas kertas saja, kita harus segera memulai !!!.

*) Amiruddin; Alumnus UGM, Peminat Bio Industri

*) Referensi : dari berbagai sumber.