Bioteknologi Pertanian Peternakan Kesehatan Lingkungan Forensik dan Pertambangan

Bioteknologi Pertanian Peternakan Kesehatan Lingkungan Forensik dan Pertambangan

1. Bioteknologi Pertanian

Peningkatan jumlah penduduk berpengaruh terhadap peningkatan kebutuhan pangan. Saat ini, produksi pangan dengan cara tradisional tidak lagi memadai untuk memenuhi kebutuhan pangan yang terus meningkat. Keterbatasan ini menuntut para ilmuwan untuk mencari solusi dalam memproduksi bahan pangan dengan cara yang lebih baik.

Penerapan bioteknologi modern dalam pertanian menjadi solusi terbaik saat ini untuk mengatasi masalah tersebut. Penerapan bioteknologi modern dalam pertanian berpotensi meningkatkan produksi tanaman budi daya dan mengurangi pemakaian bahan kimia berbahaya seperti pestisida.

Bioteknologi modern dalam pertanian dilakukan dengan menerapkan teknik rekayasa genetika, yaitu  dengan melakukan manipulasi susunan gen suatu organisme sehingga dapat dihasilkan organisme yang memiliki sifat baru. Manipulasi susunan gen dapat dilakukan dengan cara menambah gen suatu organisme yang diambil dari organisme lain atau dengan menghilangkan gen tertentu dalam organisme tersebut. Tanaman yang susunan gennya telah dimanipulasi disebut dengan tanaman transgenik. Saat ini, telah banyak tanaman transgenik yang sudah dikembangkan, misalnya jagung, padi, kedelai, tomat, dan pepaya.

Melalui rekayasa genetika, suatu tanaman dapat direkayasa agar dapat tahan terhadap serangan hama atau bahkan membunuh hama yang menyerang tanaman tersebut, sehingga dapat meningkatkan hasil produksi. Tanaman juga dapat dirancang untuk tahan terhadap herbisida dan insektisida melalui rekayasa genetika. Cara membuat tanaman transgenik dapat dilihat pada Gambar 7.13!

 

Teknik rekayasa genetika dilakukan melalui beberapa tahapan berikut.

1. Menyiapkan potongan DNA yang mengandung gen tertentu, misalnya gen “tahan serangan hama” dari makhluk hidup lain. Pemotongan DNA dibantu oleh enzim restriksi (enzim pemotong).

2. Menyiapkan vektor (perantara) misalnya menggunakan plasmid Ti yang diambil dari bakteri Agrobacterium tumefaciens atau menggunakan virus tertentu. Plasmid adalah suatu DNA dalam bakteri yang berbentuk sirkuler dan mampu melakukan duplikasi secara mandiri.  Secara alami plasmid dapat ditransfer ke dalam sel lain dengan membawa gen tertentu.

3. Menggabung (merekombinasi) potongan DNA yang mengandung gen tertentu dengan plasmid Ti menggunakan enzim ligase, sehingga dihasilkan plasmid Ti yang telah mengandung gen “tahan serangan hama”.

4. Memasukkan plasmid Ti yang telah mengandung gen “tahan  serangan hama” pada sel-sel tanaman.

5. Tanaman akan  mendapatkan DNA yang mengandung gen “tahan serangan hama” dan tumbuh menjadi tanaman yang memiliki sifat tahan terhadap serangan hama. Melalui rekayasa genetika, dapat dikembangkan pula kacang tanah dan kacang kedelai yang tidak menimbulkan reaksi alergi bagi yang mengonsumsi. Tanaman transgenik lain yang telah dikembangkan adalah beras yang mengandung zat besi dan vitamin A. Beras yang mengandung vitamin A dikenal dengan nama Golden rice. Perhatikan Gambar 7.14b!

 

Golden rice dikembangkan dengan cara  mengambil gen pengode pembentukan provitamin A atau beta karoten pada tanaman wortel atau pada tanaman lain, kemudian menyisipkannya  ke dalam gen tanaman padi. Ketika kita mengonsumsi golden rice, provitamin A yang terkandung dalam beras tersebut akan diubah oleh tubuh menjadi vitamin A. Golden rice memiliki potensi yang sangat besar untuk mengatasi masalah kekurangan konsumsi vitamin A.

Ketika sebuah tanaman terluka, suatu kumpulan sel yang disebut kalus tumbuh lebih cepat pada tempat yang terluka. Sel kalus memiliki kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi batang, tunas, akar, dan keseluruhan organ tanaman. Kemampuan itu membuat sel tersebut menjadi objek yang ideal dalam rekayasa genetika. Perhatikan Gambar 7.15!

Sel kalus diselimuti oleh selulosa yang tebal pada dinding selnya, sehingga dapat menjadi pembatas atau penghambat DNA baru yang akan masuk ke dalamnya. Dinding sel tersebut dapat dihancurkan dengan bantuan enzim selulase, sehingga dihasilkan satu sel tanpa dinding yang disebut protoplas. Protoplas dapat digabungkan dengan protoplas dari tanaman lain, sehingga dihasilkan suatu sel yang memiliki sifat gabungan kedua jenis tanaman. Metode ini, disebut dengan fusi protoplas. Metode ini telah digunakan pada broccoflower, yang merupakan suatu tanaman hasil fusi brokoli (broccoli)  dengan bunga kol (cauliflower). Perhatikan Gambar 7.16!

 

 2. Bioteknologi Peternakan

Selain di bidang pertanian, bioteknologi juga banyak diterapkan dalam bidang peternakan, yaitu dengan dikembangkannya hewan transgenik melalui teknik rekayasa genetika. Pada awalnya, hewan transgenik merupakan bahan penelitian para ilmuwan untuk menemukan jenis penyakit yang menyerang hewan tertentu dan cara penanggulangannya. Namun, saat ini ilmuwan telah menggunakan teknik rekayasa genetika untuk berbagai keperluan dalam bidang peternakan, misalnya meningkatkan produksi susu. 

Peningkatan produksi susu dilakukan dengan cara memproduksi hormon bovine somatotropin (bST) yang kemudian disuntikkan pada sapi perah atau dengan cara membuat sapi perah transgenik yang mampu memproduksi hormon bST lebih banyak. Dengan cara seperti ini, produksi susu dapat meningkat sekitar 8.3–21.8%. Selain meningkatkan produksi, susu yang dihasilkan juga dapat direkayasa, sehingga lebih kaya protein, dan rendah lemak.

Selain untuk meningkatkan produksi susu, rekayasa genetika juga dapat dilakukan  pada hewan ternak agar tahan terhadap penyakit. Misalnya pengembangan sapi transgenik yang tahan terhadap penyakit mastitis, yaitu penyakit pembengkakan pada kelenjar susu yang disebabkan oleh infeksi bakteri Staphylococcus aureus. Pengembangan sapi transgenik dilakukan dengan cara memasukkan gen pengode enzim lysostaphin yang diambil dari bakteri Staphylococcus simulans. Melalui rekayasa genetika dapat dikembangkan pula sapi yang mampu menghasilkan daging yang berkualitas dan mampu tumbuh dengan cepat. Perhatikan Gambar 7.17! 

Salah satu teknik yang banyak digunakan pada bioteknologi dalam bidang peternakan yaitu teknik kloning. Kloning merupakan proses pembentukan suatu individu yang identik secara genetik, melalui proses pemisahan embrio atau penggantian inti sel. Kloning bertujuan untuk menghasilkan individu baru yang seragam. Kloning juga dimanfaatkan manusia untuk memperoleh jenis-jenis hewan unggul.

Tahapan kloning domba adalah sebagai berikut: Pada tahap pertama diambil beberapa sel tubuh dari domba A. Kemudian diambil sel telur dari domba B. Sel tubuh domba A diambil inti selnya saja dan sel telur domba B dikeluarkan inti selnya sehingga tersisa badan sel telurnya. Inti sel domba A disuntikkan ke dalam sel telur domba B. Selanjutnya, sel tersebut akan berkembang menjadi embrio dan diimplantasikan atau ditanam di rahim domba lain (domba C). Pada akhirnya, akan lahir domba yang mirip dan identik dengan domba A, karena domba A sebagai pendonor inti sel. Perhatikan Gambar 7.18!

3. Bioteknologi Kesehatan

Bioteknologi banyak diaplikasikan dalam bidang kesehatan atau bidang medis, misalnya pembuatan antibiotik, insulin sintetis, dan  vaksin.

a. Antibiotik

Perkembangan bioteknologi dalam bidang kesehatan dimulai dengan penemuan  antibiotik penisilin oleh Alexander Fleming tahun 1928.  Antibiotik merupakan senyawa yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain, khususnya bakteri. Antibiotik penisilin dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum (Gambar 7.19).

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, saat ini ilmuwan telah berhasil menemukan berbagai jenis antibiotik yang diperoleh dari berbagai jenis mikroorganisme. Perhatikan Tabel 7.4!

b. Insulin Sintetis (Humulin)

Pernahkah kamu mendengar penyakit kencing manis atau diabetes melitus? Ada dua tipe penyakit diabetes melitus, tipe I dan tipe II. Penyakit diabetes melitus tipe II disebabkan kerusakan reseptor hormon insulin dalam hati, sedangkan penyakit diabetes melitus tipe I disebabkan seseorang tidak dapat menghasilkan hormon insulin, yang disebabkan rusaknya sel-sel pankreas. Orang yang menderita penyakit diabetes melitus memiliki kadar gula dalam darah yang tinggi.

Gejala awal penderita diabetes melitus, yaitu sering buang airkecil, mudah haus, dan mudah lapar. Jika tidak segera ditangani, akan mengakibatkan komplikasi, seperti penyakit jantung, stroke, gagal ginjal, dan kerusakan pada mata. Untuk mengatasi penyakit diabetes melitus tipe I, penderita perlu mendapatkan tambahan hormon insulin sintetis. Melalui bioteknologi, ilmuwan telah dapat memproduksi hormon insulin sintetis seperti hormon insulin yang dihasilkan oleh pankreas manusia. Tahukah kamu bagaimana hormon insulin sintetis dihasilkan? Perhatikan Gambar 7.20!

Untuk menghasilkan hormon insulin, DNA yang mengode hormon insulin dalam sel pankreas diambil. Selanjutnya DNA tersebut direkombinasikan ke dalam vektor (perantara), misalnya plasmid.

Menggabung (merekombinasi) potongan DNA yang mengode gen tertentu dengan vektor. Plasmid yang telah mengandung DNA pengode hormon insulin dimasukkan ke dalam sel bakteri  E. coli, sehingga bakteri E. coli mengandung DNA pengode hormon insulin. Dengan memiliki DNA tersebut, bakteri mampu menghasilkan hormon insulin. Selanjutnya, hormon insulin yang dihasilkan  dimurnikan dan  dikemas untuk diberikan pada pasien.

c. Vaksin

Pernahkah kamu mendapatkan imunisasi? Imunisasi atau disebut juga vaksinasi (Gambar 7.21) merupakan langkah yang sangat efektif untuk melindungi tubuh kita dari patogen .

Yang menyebabkanpenyakit, misalnya hepatitis, polio, tetanus, campak, dan lain sebagainya. Vaksinasi adalah suatu proses peningkatan sistem kekebalan tubuh dengan cara memasukkan vaksin ke dalam tubuh seseorang, sehingga memiliki kekebalan terhadap penyakit tertentu yang disebabkan oleh virus atau bakteri. 

Vaksin dapat berupa bakteri dan virus yang telah dilemahkan atau merupakan bagian kecil dari tubuh bakteri atau virus. Bakteri dan virus memiliki protein khusus pada permukaan tubuh luarnya. Jika protein ini dimasukkan ke dalam tubuh manusia, maka sel darah putih (limfosit B) akan mengenali protein tersebut dan membelah menjadi sel plasma dan sel memori. Sel plasma akan menghasilkan antibodi dan melepaskannya ke dalam cairan tubuh. Sel memori akan tetap mengikat antibodi untuk digunakan ketika ada bakteri atau virus yang sebenarnya masuk ke dalam tubuh, sehingga tubuh dapat dengan segera menangkal bakteri atau virus  tersebut. Perhatikan Gambar 7.22!

Saat ini ilmuwan telah menghasilkan vaksin yang lebih aman menggunakan teknik-teknik dalam bioteknologi. Ilmuwan telah berhasil mengisolasi gen yang mengode protein yang terdapat dalam permukaan bakteri dan virus tertentu. Gen tersebut selanjutnya dimasukkan ke dalam sel Saccharomyces. Sel Saccharomyces yang  berkembang biak akan menghasilkan protein yang sama dengan protein yang terdapat pada permukaan luar bakteri atau virus, namun tidak berbahaya bagi tubuh. Jika protein tersebut disuntikkan ke dalam tubuh, maka tubuh akan memproduksi antibodi yang akan menangkal serangan bakteri atau virus yang sesungguhnya.

d. Antibodi Monoklonal

Pernahkah kamu mendengar antibodi monoklonal? Pada bagian sebelumnya kamu telah mempelajari tentang vaksin bukan? Vaksin merupakan suatu antigen (benda asing). Ketika vaksin masuk dalam tubuh, akan memicu sel limfosit B untuk menghasilkan antibodi tertentu untuk menghancurkan antigen. Antibodi monoklonal adalah antibodi yang spesifik untuk satu jenis antigen, yang dihasilkan dari satu jenis sel limfosit B yang merupakan hasil kloning dari sel induk. Antibodimonoklonal umumnya dihasilkan dari kultur sel yang melibatkan penggabungan (fusi) sel myeloma (sel tumor) dan sel limfosit B dari tikus atau dari kelinci. Perhatikan Gambar 7.23!

 

 

Untuk menghasilkan antibodi monoklonal, tikus atau kelinci diimunisasi terlebih dahulu dengan antigen tertentu. Akibatnya, sel limfosit B kelinci akan mengenali antigen tersebut dan akan membentuk antibodi. Sel limfosit selanjutnya difusikan dengan sel tumor membentuk sel hibridoma. Penggabungan sel tumor ini dimaksudkan agar sel limfosit dapat terus membelah menghasilkan ntibodi. Sel hibridoma kemudian diseleksi untuk selanjutnya dikultur sehingga dapat lebih banyak dihasilkan antibodi. Antibodi yang dihasilkan selanjutnya dimurnikan kemudian dikemas untuk digunakan terapi, misalnya untuk terapi artritis, penolakan saat transplantasi organ,kanker sel darah putih, kanker payudara, dan jenis kanker yang lainnya.

4. Bioteknologi Lingkungan

Pernahkah kamu mendengar informasi tentang pencemaran air laut oleh tumpahan minyak? Tahukah kamu apa yang menjadi penyebab terjadinya pencemaran tersebut? Perhatikan Gambar 7.24!

Sampai saat ini sudah beberapa kali terjadi kasus pencemaran air laut oleh tumpahan minyak di perairan Indonesia, contohnya di Kepulauan Seribu, pantai Balikpapan, dan pantai Laut Timor.  Pencemaran minyak di lautan dapat berasal dari ladang minyak bawah tanah, operasi kapal tanker, perbaikan atau perawatan kapal, tangki bahan bakar kapal,kecelakaan kapal tanker, dan lim bah industri. Pencemaran air laut oleh minyak dapat menyebabkan ikan, kepiting, udang, dan terumbu karang menjadi mati.

Sebagaimana yang telah  kamu  ketahui bahwa massa jenis (ρ) air laut dan minyak berbeda. Inilah yang mengakibatkan minyak tidak dapat bercampur dengan air dan membentuk lapisan tersendiri pada bagian permukaan air. Lapisan minyak tersebut akan menempel pada permukaan rumput laut serta tumbuhan laut lainnya, sehingga mengganggu proses respirasi dan fotosintesis.

Dampak lain dari pencemaran tersebut adalah rusaknya ekosistem bakau. Lapisan minyak yang terbentuk di permukaan laut akan dapat menutupi akar bakau yang mengakibatkan pertukaran antara   dan CO₂ pada akar bakau berkurang. Dalam jangka waktu yang lama, kondisi ini akan dapat mengakibatkan akar bakau busuk dan kemudian menyebabkan kematian pada tumbuhan bakau. 

Sebagai upaya menanggulangi masalah tersebut, ilmuwan memanfaatkan bakteri dari genus Pseudomonas untuk membersihkan tumpahan minyak. Bakteri Pseudomonas mampu memanfaatkan minyak sebagai sumber energinya dengan cara memecah molekul minyak menjadi karbon dioksida (CO₂). Namun, yang dilakukan bakteri tersebut membutuhkan waktu yang sangat lama. Untuk mempercepat proses tersebut, ilmuwan menambahkan formula yang mengandungsenyawa kalium fosfat dan urea sebagai nutrisi tambahan bagi bakteri.

Perhatikan Gambar 7.25!.

 

Pemanfaatan bakteri untuk mendegradasi atau menguraikan polutan yang mencemari lingkungan disebut bioremediasi. Selain untuk mengatasi pencemaran di laut, bioremediasi juga banyak digunakan untuk mengatasi pencemaran di perairan,  seperti di kolam atau danau. Perhatikan Gambar 7.26! Selain menggunakan bakteri, penanggulangan pencemaran lingkungan dapat menggunakan tanaman tertentu, misalnya eceng gondok dan bunga matahari. Teknik tersebut disebut fitoremediasi.

5. Bioteknologi Forensik

Forensik merupakan aplikasi teknikteknik[dan metode ilmiah yang digunakan untuk menginvestigasi suatu kejahatan atau tindak kriminal. Pada awalnya, untuk mencari atau menginvestigasi pelaku suatu tindak kejahatan hanya menggunakan tes sidik jari saja. 

Namun, seiring dengan perkembangan bioteknologi, telah ditemukan teknik investigasi yang lebih akurat yaitu melalui teknik DNA fingerprinting atau sidik DNA. DNA fingerprinting adalah teknik yang dilakukan untuk mengidentifikasi   seseorang berdasarkan pada profil pita DNA (Gambar 7.27).

Ada dua aspek yang digunakan dalam DNA fingerprinting, yaitu adanya keseragaman dan variasi profil DNA pada satu individu.     

Prosedur DNA fingerprinting memiliki kesamaan dengan teknik investigasi menggunakan tes sidik jari. Dalam tes sidik jari dilakukan pencocokan  profil sidik  jari seseorang. Sementara  itu, pada DNA fingerprinting dilakukan pencocokan profil DNA individu. DNA dapat digunakan sebagai acuan dalam investigasi karena profil DNA unik pada setiap individu dan memiliki keterkaitan dengan profil DNA dalam suatu keluarga.

6. Bioteknologi Pertambangan

Bioteknologi juga diaplikasikan dalam industri pertambangan. Misalnya untuk memisahkan biji besi dari campuran bahanbahan lain dapat digunakan bakteri jenis Thiobaccillus ferooxidan.