BIOTECHNOLOGY

BIOTECHNOLOGY
By:
NUR HIDAYATI S.Pd
SMPN 1 PROBOLINGGO
Pengertian Bioteknologi :
Pemanfaatan dan/atau perekayasaan proses biologi
dari suatu agen biologi untuk menghasilkan produk
dan jasa yang bermanfaat bagi manusisa.
Bioteknologi memanfaatkan bakteri, ragi, kapang,
alga, sel tumbuhan, atau jaringan hewan.
Penerapan bioteknologi memadukan berbagai disiplin
ilmu, seperti mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi
molekuler, kimia, rekayasa proses, dan teknik kimia.
Penerapan bioteknologi, contohnya teknik
rekombinasi gen, kultur jaringan, hidroponik, radiasi,
dan inseminasi buatan.
Perbedaan bioteknologi konvensional
dan modern
Bioteknologi
konvensional
1. Teknik yang di
gunakan fermentasi
2. Tidak mengubah
sifat (proses) pada
agen biologi
(organisme) yang
digunakan
3. Contoh: tape, tempe,
alkohol, asam cuka,
yoghurt
Bioteknologi modern
1. Teknik yang
digunakan DNA
rekombinan
2. Mengubah sifat
(proses) pada agen
biologi yang
dihasilkan
3. Contoh: insulin dari
bakteri, Tomat tahan
lama
Conventional Biotechnology
TEPUNG
Yeast: Aspergillus
GLUCOSE
Yeast: Saccharomyces
ALCOHOL
Bacteria: Acetobacter
ASAM CUKA
Bacteria: Methanobacterium
METHANE (BIOGAS)
Produk-produk Makanan Hasil
Bioteknologi dan Organisme yang
Digunakan
NO.
Produk
Bahan makanan
Mikroorganisme
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Tempe
Kecap
Keju
Yoghurt
Roti
Oncom
Tape
Nata de coco
Bir
Brem
Mentega
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
Produk-produk modern bioteknologi
untuk pengobatan
No.
Nama produk
Kegunaan
1.
Interferon
2.
Insulin
3.
4.
Vaksin
Penicillin
5.
Hormon
pertumbuhan
Melawan infeksi,
meningkatkan
sistem kekebalan
Mengontrol kadar gula darah
(diabetes mellitus).
Meningkatkan kekebalan
tubuh
Antibiotika, melawan infeksi
oleh
bakteri atau jamur
Melawan kekedilan, untuk
penyembuhan
Produk-produk modern bioteknologi
untuk pengobatan
No.
Nama produk
Kegunaan
6.
7.
Beta endorfin
Activator
plasminogen
Inferleukun 2
Antibodi
monoklonal
Mengurangi rasa sakit
Melarutkan darah
beku,mencegah stroke
Mengaktifkan sistem
kekebalan
Menyerang dan membunuh
sel
tumor atau kanker
Meningkatkan reaksi
/biokatalisator baik untuk
keperluan manusia maupun
industri
8.
9.
10.
Enzim
Yoghurt
susu dipasteurisasi terlebih dahulu, selanjutnya
sebagian besar lemak dibuang. Mikroorganisme
yang berperan dalam pembuatan yoghurt, yaitu
Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus
thermophillus. Kedua bakteri tersebut
ditambahkan pada susu dengan jumlah yang
seimbang, selanjutnya disimpan selama ± 5 jam
pada temperatur 45oC. Selama penyimpanan
tersebut pH akan turun menjadi 4,0 sebagai akibat
dari kegiatan bakteri asam laktat. Selanjutnya
susu didinginkan dan dapat diberi cita rasa.
Keju
Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan
susu dengan suhu 90oC atau dipasteurisasi,
kemudian didinginkan sampai 30oC. Selanjutnya
bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat dari
kegiatan bakteri tersebut pH menurun dan susu
terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat,
kemudian ditambahkan enzim renin dari lambung
sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim
renin dewasa ini telah digantikan dengan enzim
buatan, yaitu klimosin.
Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada
temperatur 32oC – 420oC dan ditambah garam,
kemudian ditekan untuk membuang air dan
disimpan agar matang.
Mentega
Menggunakan mikroorganismeStreptococcus
lactis dan Lectonostoceremoris.
Bakteri-bakteri tersebut membentuk proses
pengasaman. Selanjutnya, susu diberi cita
rasa tertentu dan lemak mentega
dipisahkan. Kemudian lemak mentega
diaduk untuk menghasilkan mentega yang
siap dimakan
Kecap
Dalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus
oryzae dibiakkan pada kulit gandum
terlebih dahulu. Jamur Aspergillus oryzae
bersama-sama dengan bakteri asam laktat
yang tumbuh pada kedelai yang telah
dimasak menghancurkan campuran
gandum.
Setelah proses fermentasi karbohidrat
berlangsung cukup lama akhirnya akan
dihasilkan produk kecap.
Tempe
Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan
dasar kedelai juga diperlukan ragi. Ragi
merupakan kumpulan spora mikroorganisme,
dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan
tempe paling sedikit diperlukan empat jenis
kapang dari genus Rhizopus, yaitu Rhyzopus
oligosporus, Rhyzopus stolonifer, Rhyzopus
arrhizus, dan Rhyzopus oryzae. Miselium dari
kapang tersebut akan
mengikat keping-keping biji kedelai dan
memfermentasikannya menjadi produk tempe.
Tape
Tape dibuat dari bahan dasar ketela
pohon dengan menggunakan sel-sel
ragi. Ragi menghasilkan enzim yang
dapat mengubah zat tepung menjadi
produk yang berupa gula dan
alkohol. Jamur yang digunakan
adalah Aspergillus oryzae,
Produksi insulin
Caranya adalah dengan menyambungkan
gen pengontrol pembuatan insulin manusia
ke dalam DNA bakteri. Kemudian dari hasil
penyambungan tersebut akan terbentuk
bakteri baru yang mampu menghasilkan
hormon insulin manusia. Bakteri ini dipelihara
di laboratorium untuk menghasilkan insulin.
Insulin yang dihasilkan bisa untuk
mengobati penyakit kencing manis.
Kultur jaringan
Pelaksanaan teknik kultur jaringan bertujuan
untuk memperbanyak jumlah tanaman.
Tanaman yang dikulturbiasanya adalah bibit
unggul. Dengan teknik ini, kita bisa
mendapatkan keturunan bibit unggul dalam
jumlah yang banyak dan memiliki sifat yang
sama dengan induknya.
Kultur jaringan sebenarnya memanfaatkan sifat
totipotensi yang dimiliki oleh sel tumbuhan.
Totipotensi yaitu kemampuan setiap sel
tumbuhanuntuk menjadi individu yang
sempurna
Rekayasa genetika
suatu cara memanipulasikan gen untuk
menghasilkan makhluk hidup baru dengan
sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika
disebut juga pencangkokan gen atau
Rekombinasi gen
Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan
melalui banyak cara, misalnya melalui
transplantasi inti, fusi sel, teknologi
plasmid, dan rekombinasi DNA.
Transplantasi inti
pemindahan inti dari suatu sel ke sel yang lain agar didapatkan
individu baru dengan sifat sesuai dengan inti yang
diterimanya. Transplantasi inti pernah dilakukan terhadap sel
katak. Inti sel yang dipindahkan adalah inti dari sel-sel usus
katak yang bersifat diploid. Inti sel tersebut dimasukkan ke
dalam ovum tanpa inti, sehingga terbentuk ovum dengan inti
diploid. Setelah diberi inti baru, ovum membelah secara
mitosis berkali-kali sehingga terbentuklah morula yang
berkembang menjadi blastula. Blastula tersebut selanjutnya
dipotong-potong menjadi banyak sel dan diambil intinya.
Kemudian inti-inti tersebut dimasukkan ke dalam ovum tanpa
inti yang lain. Pada akhirnya terbentuk ovum berinti diploid
dalam jumlah banyak. Masing-masing ovum akan
berkembang menjadi individu baru dengan sifat dan jenis
kelamin yang sama.
Fusi sel
Fusi sel adalah peleburan dua sel baik dari spesies
yang sama maupun berbeda supaya terbentuk sel
bastar atau hibridoma. Fusisel diawali oleh
pelebaran membran dua sel serta diikuti
olehpeleburan sitoplasma (plasmogami) dan
peleburan inti sel (kariogami).
Manfaat fusi sel, antara lain untuk pemetaan
kromosom, membuat antibodi monoklonal, dan
membentuk spesies baru. Didalam fusi sel
diperlukan adanya:
a) sel sumber gen (sumber sifat ideal);
b) sel wadah (sel yang mampu membelah cepat);
c) fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).
Teknologi plasmid
Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di
dalam sel bakteri atau ragi di luar kromosomnya.
Sifat-sifat plasmid, antaralain:
a) merupakan molekul DNA yang mengandung gen
tertentu;
b) dapat beraplikasi diri;
c) dapat berpindah ke sel bakteri lain;
d) sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan
plasmid induk.
Karena sifat-sifat tersebut di atas plasmid digunakan
sebagai vektor atau pemindah gen ke dalam sel
target.
Rekombinasi DNA
Rekombinasi DNA adalah proses
penggabungan DNA-DNA dari sumber
yang berbeda. Tujuannya adalah untuk
menyambungkan gen yang ada di
dalamnya. Oleh karena itu, rekombinasi
DNA disebut juga rekombinasi gen.
Rekombinasi DNA dapat dilakukan karena
alasan-alasan sebagai berikut.
1) Struktur DNA setiap spesies makhluk
hidup sama.
2) DNA dapat disambungkan
Kloning
Kloning adalah penggunaan sel somatik
makhluk hidup multiseluler untuk membuat
satu atau lebih individu dengan materi
genetik yang sama atau identik.
Kloning akan berhasil apabila nukleus
ditransplantasikan ke dalam sel yang akan
menghasilkan embrio (sel telur) termasuk
sel germa. Sel germa adalah sel yang
menumbuhkan telur dari sperma.
Cara kloning domba Dolly yang dilakukan
oleh Dr. Ian Willmut adalah sebagai berikut
a. Mengambil sel telur yang ada dalam ovarium domba
betina,dan mengambil kelenjar mamae dari domba betina
lain.
b. Mengeluarkan nukleus sel telur yang haploid.
c. Memasukkan sel kelenjar mamae ke dalam sel telur yang
tidak memiliki nukleus lagi.
d. Sel telur dikembalikan ke uterus domba induknya semula
(domba donor sel telur).
e. Sel telur yang mengandung sel kelenjar mamae dimasukkan
ke dalam uterus domba, kemudian domba tersebut akan
hamil dan melahirkan anak hasil dari kloning.
Hibridisasi
Hibridisasi adalah persilangan antara
varietas dalam spesies yang sama yang
memiliki sifat unggul.
Hasil dari hibridisasi adalah hibrid yang
memiliki sifat perpaduan dari kedua
induknya. Teknik ini dapat dilakukan pada
tumbuhan danhewan.
Contoh hibrid tumbuhan yang telah
dibudidayakan adalah jagung, kelapa, padi,
tebu, dan anggrek.
Inseminasi buatan
Inseminasi buatan adalah pembuahan
atau fertilisasi yang terjadi pada sel
telur dengan sperma yang disuntikkan
pada kelamin betina. Jadi, fertilisasi
ini tidak membutuhkan jantan, tetapi
hanya membutuhkan spermanya
saja.
Bayi tabung
a. Sel telur yang mengalami ovulasi pada induk atau
wanita diambil dengan suatu alat dan disimpan di
dalam tabung yang berisi medium seperti kondisi yang
ada pada rahim wanita hamil.
b. Sel telur dipertemukan dengan sperma di bawah
mikroskop dan diamati sehingga terjadi fertilisasi.
c. Sel telur yang sudah dibuahi tersebut dikembalikan ke
dalam tabung.
d. Jika sel telur yang sudah dibuahi disebut zigot. Zigot
berkembang dengan baik dan menjadi embrio, maka
embrio tersebut akan disuntikkan kembali ke dalam
rahim induknya semula.
Penanaman secara hidroponik
Metode yang digunakan dalam
hidroponik, antara lain metode kultur
air (menggunakan media air), metode
kultur pasir (menggunakan media
pasir), dan metode porus
(menggunakan media kerikil, pecahan
batu bata, dan lain-lain). Metode yang
tergolong berhasil dan mudah
diterapkan adalah metode pasir
Penanaman secara aeroponik
Aeroponik merupakan tipe hidroponik
(memberdayakan 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.
Pembuatan antibodi monoklonal
Antibodi monoklonal adalah antibodi yang
diperoleh dari suatu sumber tunggal.
Manfaat antibodi monoklonal, antara lain:
a) untuk mendeteksi kandungan hormon
korionik gonadotropin dalam urine wanita
hamil;
b) mengikat racun dan menonaktifkannya;
c) mencegah penolakan tubuh terhadap hasil
transplantasi jaringan lain.
Pembuatan vaksin
Vaksin digunakan untuk mencegah
serangan penyakit terhadap tubuh
yang berasal dari mikroorganisme.
Vaksin didapat dari virus dan bakteri
yang telah dilemahkan atau racun
yang diambil dari mikroorganisme
tersebut.
Pembuatan antibiotika
Antibiotika adalah suatu zat yang
dihasilkan oleh organismtertentu dan
berfungsi untuk menghambat
pertumbuhan organisme lain yang
ada di sekitarnya. Antibiotika dapat
diperoleh dari jamur atau bakteri yang
diproses dengan cara tertentu.
Pembuatan hormon
Dengan rekayasa DNA, dewasa ini
telah digunakan mikroorganisme
untuk memproduksi hormon. Hormonhormon yang telah diproduksi,
misalnya insulin, hormon
pertumbuhan, kortison,dan
testosteron.
Pembuatan tumbuhan yang mampu
mengikat nitrogen
Nitrogen (N2) merupakan unsur esensial dari
protein DNA dan RNA. Pada tumbuhan polongpolongan sering ditemukan nodul pada akarnya.
Di dalam nodul tersebut terdapat bakteri
Rhizobium yang dapat mengikat nitrogen bebas
dari udara, sehingga tumbuhan polong-polongan
dapat mencukupi kebutuhan nitrogennya sendiri.
Dengan bioteknologi, para peneliti mencoba
mengembangkan agar bakteri Rhizobium dapat
hidup di dalam akar selain tumbuhan polongpolongan. Di samping, itu juga berupaya
meningkatkan kemampuan bakteri dalam
mengikat nitrogen dengan teknik rekombinasi gen.
Pembuatan tumbuhan tahan hama
Tanaman yang tahan hama dapat dibuat melalui
rekayasa
genetika dengan rekombinasi gen dan kultur sel.
Contohnya, untuk mendapatkan tanaman kentang
yang kebal penyakit maka diperluka gen yang
menentukan sifat kebal penyakit. Gen tersebut,
kemudian disisipkan pada sel tanaman kentang.
Sel tanaman kentang tersebut, kemudian
ditumbuhkan menjadi tanaman kentang yang
tahan penyakit. Selanjutnya tanaman kentang
tersebut dapat diperbanyak dan disebarluaskan.
Bioteknologi bidang peternakan
Dengan bioteknologi dapat dikembangkan
produk-produk peternakan. Produk
tersebut, misalnya berupa hormon
pertumbuhan yang dapat merangsang
pertumbuhan hewan ternak. Dengan
rekayasa genetika dapat diciptakan
hormon pertumbuhan hewan buatan atau
BST (Bovin Somatotropin Hormon).
Hormon tersebut direkayasa dari bakteri
yang, jika diinfeksikan pada hewan dapat
mendorong pertumbuhan dan menaikkan
produksi susu sampai 20%.
Bioteknologi bahan bakar masa
depan
Alternatif bahan bakar masa depan untuk
menggantikan minyak, antara lain adalah
biogas dan gasohol.
Biogas dibuat dalam fase anaerob dalam
fermentasi limbah kotoran makhluk hidup.
Pada fase anaerob akan dihasilkan gas
metana yang dibakar dan digunakan untuk
bahan bakar.
Gasohol dihasilkan dari fermentasi kapang
terhadap gula tebu yangmelimpah.
Gasohol bersifat murah, dapat diperbarui
dan tidak menimbulkan polusi.
Bioteknologi pengolahan limbah
Proses pirolisis yaitu proses dekomposisi bahan-bahan sampah
dengan suhu tinggi pada kondisi tanpa oksigen. Dengan
cara ini sampah dapat diubah menjadi arang, gas (misal:
metana) dan bahan anorganik.
Bahan-bahan tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebagai
bahan bakar. Kelebihan bahan bakar hasil proses ini adalah
rendahnya kandungan sulfur, sehingga cukup mengurangi
tingkat pencemaran. Bahan hasil perombakan zat-zat
makroorganik (dari hewan, tumbuhan, manusia ataupun
gabungannya) secara biologiskimiawi dengan bantuan
mikroorganisme (misalnya bakteri, jamur) serta oleh hewanhewan kecil disebut kompos
Bioteknologi pengolahan limbah
Bioteknologi dapat diterapkan dalam pengolahan
limbah, misalnya menguraikan minyak, air limbah,
dan plastik. Cara lain dalam mengatasi polusi
minyak, yaitu dengan menggunakan pengemulsi
yang menyebabkan minyak bercampur dengan air
sehingga dapat dipecah oleh mikroba. Salah satu
zat pengemulsi, yaitu polisakarida yang disebut
emulsan, diproduksi oleh bakteri Acinetobacter
calcoaceticus. Dengan bioteknologi, pengolahan
limbah menjadi terkontrol dan efektif. Pengolahan
limbah secara bioteknologi melibatkan kerja
bakteri-bakteri aerob dan anaerob.
Dampak positif rekayasa reproduksi
☯ Menciptakan bibit unggul.
☯ Meningkatkan gizi masyarakat.
☯ Melestarikan plasma nutfah.
☯ Meningkatkan kualitas dan kuantitas
produksi sesuai dengan keinginan
manusia.
☯ Membantu pasangan yang kesulitan
mendapatkan anak dengan jalan
pintas yaitu bayi tabung.
Dampak negatif rekayasa reproduksi :
☯ Pada perbanyakan keturunan dengan kultur
jaringan yang memiliki materi genetis yang sama
akan mudah terkena penyakit.
☯ Merugikan petani dan peternak lokal yang
mengandalkan reproduksi secara alami.
☯ Dikhawatirkan adanya penyalahgunaan teknologi
reproduksi untuk kepentingan pribadi yang
merugikan orang lain. Misalnya misi sebuah
negara yang hendak menguasai dunia dengan
menciptakan prajurit tangguh dengan teknik
pengkloningan.
☯ Mengganggu proses seleksi alam.