Bioteknologi dan Rekayasa Genetika

Definisi Bioteknologi

Definisi bioteknologi banyak dikembangkan oleh para ilmuwan, diantaranya Bioteknologi merupakan cabang ilmu yang mempelajari teknologi pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi (kapang dan khamir), virus, dan lain-lain) maupun turunan produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol, PST (protein Sel Tunggal), bio surfaktan, biopigmen, biokatalis, bioenergi) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Definisi lain menerangkan bahwa Bioteknologi adalah metode atau proses yang melibatkan makhluk hidup atau organisme hidup untuk menghasilkan produk baru sehingga dapat bermanfaat bagi kesejahteraan manusia. Atau dapat dikatakan juga, bioteknologi merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari cara memanfaatkan organisme hidup dalam melakukan proses produksi untuk menghasilkan barang maupun jasa yang bermanfaat bagi manusia. Bioteknologi berasal dari dua kata yaitu Bio dan Teknologi. Kata Bio berarti kehidupan sedangkan kata Teknologi memiliki makna sebagai suatu metode ilmiah yang digunakan untuk mencapai tujuan secara praktis. Pada zaman kini, Bioteknologi tidak hanya didukung oleh keilmuan biologi saja, tetapi juga dari berbagai macam ilmu terapan, seperti biokimia, biologi molekuler, genetika, mikrobiologi, komputer dan lain-lain. Sehingga bioteknologi Dapat di definisikan sebagai ilmu terapan yang menggabungkan berbagai macam cabang ilmu dalam memproses barang atau jasa yang bisa bermanfaat bagi manusia dengan menggunakan bantuan makhluk hidup. 

Ciri Utama Bioteknologi

Ciri utama bioteknologi yakni adanya dua unsur sebagai berikut:

• Jasad biologi/renik seperti mikroorganisme, tumbuhan maupun hewan
• Teknologi yang dapat diaplikasikan secara industri, baik dengan menggunakan proses ekstraksi maupun pemurnian

Produk Bioteknologi

Beberapa produk bioteknologi yang telah dihasilkan sebagai berikut:

Sumber: Biotechnologieand Ernaehrungsbereich 3598/1999 

Prinsip Dasar Bioteknologi

Bioteknologi merupakan ilmu multidisiplin yang melibatkan berbagai disiplin ilmu seperti biologi, kimia, biokimia, molekular, genetika, imunologi, dan mikrobiologi. Ruang lingkup bioteknologi sangat luas sehingga untuk mempermudah pembagian bioteknologi, para ilmuwan membagi bioteknologi menjadi bioteknologi merah, hijau, putih, dan biru. 

Bioteknologi merah merupakan cabang ilmu bioteknologi yang mempelajari aplikasi bioteknologi pada bidang medis mencapun tindakan pencegahan, diagnosis, dan pengobatan suatu penyakit. Bioteknologi hijau berkaitan dengan aplikasi bioteknologi pada hidang pertanian dan peternakan. Bioteknologi putih merupakan cabang bioteknologi yang diaplikasikan pada bidang industri dengan pemanfaatan mikroorganisme atau enzim untuk memproduksi produk baru baik produk pangan maupun tidak, biomaterial, biopolimer, dan senyawa baru dalam skala industri. Bioteknologi biru merupakan bioteknologi yang diaplikasikan dalam bidang akuatik mencakup perairan dan kelautan seperti pemanfaatan berbagai tumbuhan laut sebagai sumber energi dan biofuel. 

Prinsip dasar bioteknologi adalah adanya agen biologis (mikroba, enzim, sel), pendayagunaan teknologi untuk memanipulasi DNA, produk dan jasa yang diperoleh serta penggunaan berbagai disiplin ilmu yang berkaitan dengan produk. Para ilmuwan memberikan batasan terkait bioteknologi yaitu berkaitan dengan katalis biologi (enzim) untuk fungsi atau proses tertentu, penciptaan dengan memanfaatkan katalis, dan pemisaan atau pemurnian produk esensial atas produk yang dihasilkan. 

Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern tidak dapat terlepas dari aplikasi metode mutakhir yang telah ditemukan pada tahap bioteknologi kuno, klasik, dan modern seperti: 

• Kultur Jaringan -> Konsep dasar dari kultur jaringan adalah totipotensi sel. Keuntungan teknik ini adalah sifat tanaman yang identik dengan induknya dan perbanyakan lebih cepat. 
• Analisis genetik -> Analisis genetik mempelajari sifat dan karakter gen yang diwariskan dari generasi ke generasi serta interaksi antara gen dengan lingkungannya untuk menghasilkan suatu fenotip. 
• Manipulasi organisme -> Manipulasi mikroba, tanaman, atau hewan dan pemilihan individu yang diinginkan untuk perbaikan generasi yang baru.
• Analisis DNA -> Analisis DNA merupakan proses pengambilan DNA atau RNA dari organisme melalui tahapan isolasi DNA, polymerase chain reaction, elektroforesis, dan analisis hasil yang dibantu oleh software bioinformatika. 
• Teknologi DNA rekombinan -> Teknologi DNA rekombinan merupakan metode untuk merekayasa genetik suatu organisme dengan mengintroduksikan gen yang interes ke dalam suatu organisme. 
• Polymerase Chain Reaction -> PCR merupakan teknik amplifikais atau penggandaan gen target dengan menggunakan primer spesifik untuk inisiasi. PCR bekerja berdasarkan prinsip replikasi DNA. 
• Hibridoma -> Hibridoma merupakan metode untuk menggabungkan dua jenis sel dengan tujuan mendapatkan hibrid yang memiliki kemampuan dari kedua sel sebelumnya.
• Kloning -> Kloning merupakan metode menghasilkan keturunan yang dikehendaki identik dengan sel induknya. 
• Hibridisasi DNA -> Hibridisasi DNA merupakan metode untuk menyeleksi sekuen DNA dengan menggunakan probe DNA rantai tunggal untuk proses hibridisasi rantai ganda DNA. 
• Sekuensing DNA -> proses pembacaan urutan basa nukleotida gen interes.  

Rekayasa Genetika

Rekayasa genetik atau rekombinan DNA merupakan kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolasi, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen dari materi genetika (DNA) dalam bentuk murninya. Rekayasa genetika merupakan dasar dari bioteknologi yang di dalamnya meliputi manipulasi gen, kloning gen, DNA rekombinan, teknologi modifikasi genetik, dan genetika modern dengan menggunakan prosedur identifikasi, replikasi, modifikasi dan transfer materi genetik dari sel, jaringan, maupun organ. 

Sebagian besar teknik yang dilakukan adalah memanipulasi langsung DNA dengan orientasi pada ekspresi gen tertentu. Dalam skala yang lebih luas, rekayasa genetik melibatkan penanda atau marker yang sering disebut sebagai Marker-Assisted Selection (MAS) yang bertujuan meningkatkan efisiensi suatu organisme berdasarkan informasi fenotipnya .Salah satu aplikasi dari rekayasa genetik adalah berupa manipulasi genom hewan. Beberapa metode yang sering digunakan dalam teknik rekayasa genetika meliputi pengunaan vektor, kloning, PCR (Polymerase Chain Reaction), dan seleksi, screening, serta analisis rekombinan.  Adapun langkah-langkah dari rekombinasi genetik meliputi:

• Identifikasi gen yang diharapkan
• Pengenalan kode DNA terhadap gen yang diharapkan
• Pengaturan ekpresi gen yang sudah direkayasa
• Pemantauan transmisi gen terhadap keturunannya.

Keunggulan rekayasa genetik adalah mampu memindahkan materi genetik dari sumber yang sangat beragam dengan ketepatan tinggi dan terkontrol dalam waktu yang lebih singkat. Melalui proses rekayasa genetika ini, telah berhasil dikembangkan berbagai organisme maupun produk yang menguntungkan bagi kehidupan manusia. Teknologi khusus yang digunakan dalam rekayasa genetik meliputi teknologi DNA Rekombinan yaitu pembentukan kombinasi materi genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkannya untuk terintegrasi dan mengalami perbanyakan di dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang. 

Manfaat Rekayasa Genetika

• Mengurangi biaya dan meningkatkan penyediaan sejumlah besar bahan yang sekarang digunakan di dalam pengobatan, pertanian dan industri. 
• Mengembangkan tanaman -- tanaman pertanian yang bersifat unggul.
• Menukar gen dari satu organisme kepada organisme lainnya sesuai dengan keinginan manusia, menginduksi sel untuk membuat bahan-bahan yang sebelumnya tidak pernah dibuat dll

Contoh Keberhasilan Rekayasa Genetika

Penguasaan teknik rekombinan DNA telah memungkinkan berkembangnya teknik rekayasa materi genetik yang memungkinkan dibentuknya hewan transgenik. Hewan transgenik adalah hewan yang telah mengalami rekayasa susunan materi genetiknya sehingga dihasilkan hewan atau tumbuhan yang memiliki sifat-sifat yang diinginkan manusia.

• Contoh dari hewan yang mengalami teknologi ini adalah domba transgenik. DNA domba ini disisipi dengan gen manusia yang disebut factor VIII ( merupakan protein pembeku darah) dengan harapan gen tersebut diekspresikan. Domba transgenik yang mengekspresikan gen yang disisipkan tersebut akan menghasilkan susu yang mengandung factor VIII yang dapat dimurnikan untuk menolong penderita hemofilia.
• Contoh lain pemanfaatan rekayasa genetik pada hewan misalnya pemanfaatan Hormon bST (bovine somatotrophine hormone). Hormon ini dapat memicu pertumbuhan dan meningkatkan produksi susu. bST mengontrol laktasi (pengeluaran susu) pada sapi dengan meningkatkan jumlah sel-sel kelenjar susu. Jika hormon yang dibuat dengan rekayasa genetika ini disuntuikkan pada hewan, maka produksi susu akan meningkat hingga 20%.  

Referensi:

Amar, A, et al. Definisi, Prinsip Dasar, dan Perkembangan Bioteknologi Pangan. Tersedia dalam https://pustaka.ut.ac.id/lib/wp-content/uploads/pdfmk/PANG4410-M1S.pdf

Prasetya, E. Modul Belajar Mandiri: Pembelajaran 11 Bioteknologi. Modul PPG (Pendidikan Profesi Guru). Tersedia dalam https://cdn-gbelajar.simpkb.id/s3/p3k/Biologi/Perpembelajaran/BIOLOGI-PB11.pdf

Sutarno. (2016). Rekayasa Genetik  dan Perkembangan Bioteknologi di Bidang Peternakan. Proceeding Biology Education Conference. 13 (1). 23 - 27.