Masa Lalu dari Bioteknologi

Masa Lalu dari Bioteknologi

oleh : lintang aulia

Abstrak

Rekayasa genetika, juga disebut modifikasi genetika, adalah manipulasi langsung gen suatu organisme menggunakan bioteknologi. Hal ini merupakan satu set teknologi yang digunakan untuk mengubah susunan genetic dari sel, termasuk transfer gen-gen yang berada dan melintasi batas batas spesies untuk menghasilkan organisme yang meningkat dengan menghapus atau memasukkan DNA. DNA rekombinan pertama dibuat oleh Pau Berg pada tahun 1972 dengan menggabungkan virus monyet SV40 dengan virus lambda^. Rekayasa enetika berpotensi memperbaiki kelainan genetic pada manusia dengan mengganti gen yang rusak dengan gen yang baik.

Suatu Organisme yang dihasilkan melalui rekayasa genetika dianggap dimodifikasi secara genetic dan entitas yang dihasilkan disebut Genetically Modified Organism (GMO). Rekayasa Genetika telah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang, termasuk penelitian , obat-obatan, bioteknolohi industry dan pertanian. DNA dimasukkan secara mlangsung ke organisme inang atau ke dalam sel yang kemudian menyatu atau dihibridasi dengan tuan rumah.

Munculnya tanaman rekayasa genetika yang dikomersialisasi telah memberikan manfaat ekonomi kepada para petani di berbagai Negara, tetapi juga menjadi sumber kontroversi. Beberapa potensi resiko yang muncul dari rekayasa genetik pagan antara lain perubahan kualitas gizi makanan, potensi toksisitas, kemungkinan resistensi antibiotik dari tanaman GM, potensi alergenitas dan carcinogenicity karena mengkonsumsi makanan GM, pencemaran lingkunagn, tidak sengaja transfer gen pada tanaman liar, adanya kemungkinan penciptaan racun dan virus baru, ancaman terhadap keragaman genetik tanaman, kontroversi agama, budaya, dan etika. Manfaat yang diberikan rekayasa genetika pangan adalah perbaikan masa simpan dan organoleptik sayuran dan buah, peningkatan kualitas gizi dan manfaat kesehatan dalam makanan, meningkatkan protein dan karbohidrat makanan, meningkatkan kualitas lemak, meningkatkan kualitas dan kuantitas daging, susu, dan ternak, meningkatkan hasil panen yang tahan terhadap serangga, hama, penyakit, dan cuaca.

Pendahuluan

Bioteknologi adalah semua aplikasi teknologi yang menggunakan sistem biologi, organisme hidup untuk membuat atau memodifikasi produk atau proses untuk kegunaan khusus (FAO, 2000). Dewasa ini perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, computer, biologi molecular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

Bioteknologi tanaman pangan melibatkan penggunaan mikroba atau bahan biologi untuk melakukan proses spesifik pada tanaman untuk kepentingan manusia. Tujuan dari bioteknologi pangan adalah untuk meningkatkan sifat, kualitas, keamanan, dan kemudahan dalam pemrosesan dan produksi makanan. Hal ini termasuk proses produksi makanan tradisional seperti roti, asinan/ acar, dan keju yang memanfaatkan teknologi fermentasi (Uzogara, 2000). Aplikasi bioteknologi untuk makanan yang lebih modern adalah Genetic Modification (GM) yang diketahui sebagai teknik rekayasa genetik, manipulasi genetik dan teknologi gen atau teknologi rekombinan DNA.  

Rekayasa genetik digambarkan sebagai ilmu dimana karakteristik suatu organisme yang sengaja dimodifikasi dengan manipulasi materi genetik, terutama DNA dan transformasi gen tertentu untuk menciptakan variasi yang baru. Dengan memanipulasi DNA dan memindahkannya dari satu organisme ke organisme lain (disebut teknik rekombinan DNA), memungkinkan untuk memasukkan sifat dari hampir semua organisme pada tanaman, bakteri, virus atau hewan. Organisme transgenik saat ini diproduksi secara massal, seperti enzim, antibodi monoklonal, nutrien, hormon dan produk farmasi yaitu obat dan vaksin (Brown, 1996; Campbell, 1996).

Pada masa ini, bioteknologi berkembang dengan pesat, terutama di Negara-negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa genetika, kultur jaringa, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, cloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit genetic maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS.

Kemajuan dibidang bioteknologi tak lepas dari berbagai kontroversi yang melingkupi perkembangan teknologinya. Contoh, teknologi cloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman pangan mendapat kecamam dari berbagai macam golongan.

Sejarah Bioteknologi

Bioteknologi secara sederhana dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, dibidang teknologi pangan, dimulai dengan produksi makanan fermentasi seperti wine, roti atau keju. Baik pemanasan makanan dan aplikasi fermentasi menghasilkan peningkatan signifikan pada keamanan dan kualitas pangan (de Vos, 1999).

Prinsip dasar upaya pembuatan makanan tersebut pada umumnya sama, yaitu sejumlah bahan dasar didedahkan (exposure) ke jasad renik tertentu yang akan mentransformasikan bahan dasar (anggur, barley, susu atau gandum) menjadi produk yang diinginkan.

Tabel 1. Kronologi Bioteknologi Pangan (Hulse, 2004) :

Tahun	Peristiwa
Milenium ke-4	Orang Mesir mengembangkan penggilingan gabah, baking, membuat bir.
Milenium ke-3	Orang Mesir dan Sumeria pengawetkan susu, sayur dengan fermentasi asam.
Milenium pertama	Freeze-drying udara terbuka kentang oleh Andean Amerindians.
Abad ke-4	Aristotle mengklasifikasikan tenaman dan hewan. Theophrastus menulis “History of Plant” Linnaeus (Swedia) membuat formula taksonomi klasifikasi tanaman dan hewan.
Abad ke-18	Spallanzani (Italia) mensterilisasi makanan dan bahan organik dengan memanaskan dalam tangki kedap udara. Spallanzani mendemonstrasikan fertilisasi telur dengan spermatozoa. 1820. Bracconot (Prancis) menghidrolisa gelatin untuk memproduksi glycine, daging, dan wool-leucine. 1840-50s. J. von Liebig mengenali protein, lemak, karbohidrat, dan berbagai mineralpenting untuk nutrisi manusia dan hewan. 1854. Lawes & Gilbert (UK) mendemonstrasikan perbedaan nilai nutrisi antara tanaman berprotein yang diumpakan ke babi. 1825. F. B. Raspall menggunakan iodine sebagai pewarna untuk menampilkan distribusi pati dalam sel tanaman, dikenal sebagai bapak histo-chemistry.
Abad ke-19	1827. K. E. von Baer (Estonian) mendeskripsikan telur mamalia. 1830. Robert Brown (Scotland) mendeskripsikan nukleus sel tanaman. 1860s. Louis Pasteur (French) membuktikan bahwa mikroba adalah penyebab bukan hasil dari fermentasi dari barang yang telah busuk. 1866. Gregor Mendel mengidentifikasikan sifat yang diwariskan dari varietas kacang polong yang berbeda. Hasil penemuan Mendel ditolak sampai ditemukan lagi oleh penelitiAmerika pada 1900. 1883. Johann Kjeldahl (Netherland), menemukan metode analisa nitrogen dalam protein. Pengakuan teori Mendel tentang penurunan sifat pada semua tanaman dan hewan.
Abad ke -20	1980/90s. Rockafella Foundation dan International Rice Research Institute menemukancara transgenik untuk mentransfer sifat anti hama antara Oryza spp. liar dan hasil panen,dikembangkan pangan transgenik lain.

Perkembangan kemajuan atau kronologi dari bioteknologi pangan menurut Hulse (2004) dimulai dari milenium ke-4 (Tabel 1).

      

Bioteknologi juga diterapkan pada proses pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian dan pemuliaan dan reproduksi hewan. Di bidang medis, penerapan bioteknologi di masa lalu dibuktikan antara lain dengan penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin walaupun masih dalam jumlah yang terbatas akibat proses fermentasi yang tidak sempurna. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal (Defri, 2008).

Periode Perkembangan Bioteknologi

Perkembangan bioteknologi dapat dibagi menjadi 3 periode, yaitu:

1.      Periode bioteknologi tradisional (bioteknologi konvensional)

Pada periode ini, merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim. Proses pembuatan makanan dengan teknik konvensional ini masih sangat sederhana dan hanya dilakukan dalam skala kecil. Manusia belum melakukan penelitian secara ilmiah bahwa pada peristiwa fermentasi yang mengubah bahan dasar menjadi bahan makanan yang lebih tahan lama, merupakan hasil dari proses metabolisme mikroorganisme. Pada periode ini, belum ada penelitian mengenai fenomena yang terjadi, karena semua berawal dari ketidaksengajaan.

Periode ini ditandai dengan adanya peristiwa sebagai berikut:

Ø  Pada masa 8000 SM, bangsa Babilonia, Mesir dan Romawi telah mengenal cara bercocok tanam yang baik dengan cara pengumpulan dan pemilihan benih untuk ditanam. Selain itu, di bidang peternakan, mereka telah mengembangbiakkan hewan ternak secara selektif  untuk peningkatan kualitas ternak.

Ø  Pada masa 6000 SM, manusia mengetahui cara membuat minuman bir dan anggur menggunakan teknik fermentasi. Selain itu, juga membuat roti dengan bantuan ragi.

Ø  Pada masa 4000 SM, bangsa Tionghoa telah membuat yogurt dan keju dari susu dengan bakteri asam laktat.

Ø  Pada masa 1500 SM, bangsa Aztec memanfaatkan gangga sebagai sumber makanan (Anonim, 2010).

2.      Periode bioteknologi ilmiah

Pada perkembangan bioteknologi selanjutnya, manusia mulai menyadari bahwa fenomena yang terjadi pada proses fermentasi tidak terjadi dengan sendirinya. Oleh karena itu, rasa ingin tahu mendorong mereka untuk melakukan penelitian yang menggunakan prinsip-prinsip ilmiah. 

Periode bioteknologi ilmiah ditandai dengan munculnya banyak penelitian ilmiah dalam berbagai bidang, antara lain yaitu:

Ø  Pada tahun 1665, penemuan sel oleh Robert Hooke pada sayatan gabus yang diamati dengan mikroskop sederhana.

Ø  Pada tahun 1670, pemanfaatan mikroba dalam usaha penambangan tembaga di Rio Tinto, Spanyol

Ø  Pada tahun 1686, ditemukan lensa mikroskop yang lebih maju oleh Antony Van Leeuwenhoek yang dapat digunakan untuk melihat mikroba. Karena penemuannya tersebut, Antony menjadi manusia pertama yang melihat mikroba. Setelah penemuan lensa mikroskop tersebut, penelitian tentang mikroorganisme semakin berkembang pesat.

Ø  Tahun 1800, Nikolai I. Vavilov menciptakan penelitian yang komprehensif tentang perkembangbiakan hewan.

Ø  Tahun 1856 - 1865, Gregor Mendel mengawali penelitian genetika tumbuhan dengan menggunakan tanaman kacang ercis. Pada akhirnya dari penelitian tersebut Mendel menemukan hukum pewarisan sifat induk pada turunannya.

Ø  Tahun 1870, ditemukannya mikroba dalam makanan dan minuman oleh Louis Pasteour, yang merupakan awal berkembangnya bidang mikrobiologi

Ø  Tahun 1890, ditemukannya alkohol yang bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar motor

Ø  Tahun 1897, ditemukannya enzim dari ekstrak ragi yang dapat mengubah gula menjadi alkohol oleh Eduard Buchner

Ø  Tahun 1912 -- 1915, pada tahun inilah ditemukan teknik pengelolahan limbah dengan menggunakan mikroba. Selain itu, mulai ditemukan pula produksi aseton, butanol, dan gliserol dengan menggunakan bakteri

Ø  Tahun 1919, mulailah digunakan kata “bioteknologi” oleh seorang insinyur berkebangsaan Hongaria bernama Karl Ereky

Ø  Tahun 1928, merupakan tahun ditemukannya zat antibiotik “penisillin” oleh Alexander Fleeming

Ø  Tahun 1953, ditemukannya struktur asam deoksiribo nukleat ( ADN ) oleh Crick dan Watson

Ø  Pada tahun 1994, mulailah diproduksi penisillin dalam jumlah besar

3.      Periode bioteknologi modern

Perkembangan bioteknologi modern berdasarkan atas hasil penelitian ilmiah diketahui orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektif dan efisien.

Periode bioteknologi modern diawali dengan perkembangan pesat dalam bidang genetika, yaitu:

Ø  Teknik rekayasa genetik pada tahun 1970-an. Era rekayasa genetik dimulai dengan penemuan enzim endonuklease restriksi oleh Dussoix dan Boyer. Adanya enzim tersebut memungkinkan kita dapat memotong DNA pada posisi tertentu, mengisolasi gen dari kromosom suatu organisme, dan menyisipkan potongan DNA lain yang dikenal dengan teknik DNA rekombinan.

Ø  Setelah penemuan enzim endonuklease restriksi, pada tahun 1976 dimulai  program bahan bakar alkohol dari Brazil dan teknologi hibridoma yang menghasilkan antibodi monoklonal.

Ø  Pada tahun 1980, Rank Hovis Mc. Dougall diberikan izin untuk memasarkan produk jamur yang dapat dikonsumsi oleh manusia.

Ø  Peran teknologi rekayasa genetik pada era ini semakin terasa dengan diizinkannya penggunaan insulin hasil percobaan rekayasa genetik untuk pengobatan penyakit diabetes di Amerika Serikat pada tahun 1982. Insulin buatan tersebut diproduksi oleh perusahaan Eli Lilly Company.

Ø  Pada tahun 2000-2005, proyek genom manusia dimulai dan berhasil dilakukan, sehingga peta genom manusia dapat dibuat secara utuh. Hingga saat ini, penelitian dan penemuan yang berhubungan dengan rekayasa genetik terus dilakukan. Misalnya dihasilkan organisme transgenik penelitian genom makhluk hidup (Anonim, 2008).

Rekayasa genetika

Rekayasa genetika adalah prosedur dasar dalam menghasilkan suatu produk bioteknologi. Secara umum, rekayasa genetika melakukan modifikasi pada mahluk hidup melalui transfer gen dari suatu organisme ke organisme lain. Prosedur rekayasa genetika secara umum meliputi:

1.      Isolasi gen

2.      Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik

3.      Mentrasfer gen tersebut ke organisme baru

4.      Membentuk produk organisme transgenik

Prosedur pembentukan organisme transgenic ada dua, yaitu:

1.      Melalui proses introduksi gen

2.      Melalui proses mutagenesis

Proses introduksi gen

Beberapa langkah dasar proses introduksi gen adalah:

1.      Membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai dengan penanda yang spesifik

2.      Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke jaringan

3.      Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang ditransformasikan

4.      Uji coba kultur tersebut di lapangan

Mutagenesis

Memodifikasi gen pada organisme tersebut dengan mengganti sekuen basa nitrogen pada DNA yang ada untuk diganti dengan basa nitrogen lain sehingga terjadi perubahan sifat pada organisme tersebut, contoh: semula sifatnya tidak tahan hama menjadi tahan hama. Agen mutagenesis ini biasanya dikenal dengan istilah mutagen. Beberapa contoh mutagen yang umum dipakai adalah sinar gamma (mutagen fisika) dan etil metana sulfonat (mutagen kimia).

Human Genome Project

Human Genome Project adalah usaha internasional yang dimulai pada tahun 1990 untuk mengidentifikasi semua gen (genom) yang terdapat pada DNA dalam sel manusia dan memetakan lokasinya pada tiap kromosom manusia yang berjumlah 24. Proyek ini memiliki potensi tak terbatas untuk perkembangan di bidang pendekatan diagnostik untuk mendeteksi penyakit dan pendekatan molekuler untuk menyembuhkan penyakit genetik manusia.

Aplikasi di Bidang Medis

Aplikasi dari bioteknologi medis sudah berlangsung lama, sebagai contoh 100 tahun lalu lintah umum digunakan untuk merawat penyakit dengan cara membiarkan lintah menyedot darah pasien (bloodletting). Hal ini dipercaya dapat menghilangkan darah yang sudah terjangkit penyakit. Pada zaman sekarang, lintah ditemukan memiliki enzim pada kelenjar salivanya yang dapat menghancurkan gumpalan darah yang bila tidak dihancurkan dapat menyebabkan strok dan serangan jantung. Selain contoh tersebut, terdapat banyak aplikasi bioteknologi di bidang medis sebagai berikut.

Sel Punca

 

Sel punca adalah jenis sel khusus dengan kemampuan membentuk ulang dirinya dan dalam saat yang bersamaan membentuk sel yang terspesialisasi. Aplikasi Terapeutik Sel Stem Embrionik pada Berbagai Penyakit Degeneratif. Dalam Cermin Dunia Kedokteran, meskipun kebanyakan sel dalam tubuh seperti jantung maupun hati telah terbentuk khusus untuk memenuhi fungsi tertentu, stem cell selalu berada dalam keadaan tidak terdiferensiasi sampai ada sinyal tertentu yang mengarahkannya berdiferensiasi menjadi sel jenis tertentu. Kemampuannya untuk berproliferasi bersamaan dengan kemampuannya berdiferensiasi menjadi jenis sel tertentu inilah yang membuatnya unik . Karakteristik biologis dan diferensiasi stem cell fokus pada mesenchymal stem cell. Cermin Dunia Kedokteran

Aplikasi dari sel punca diantaranya adalah pengobatan infark jantung yaitu menggunakan sel punca yang berasal dari sumsum tulang untuk mengganti sel-sel pembuluh yang rusak (neovaskularisasi). Aplikasi terapeutik sel stem embrionik pada berbagai penyakit degeneratif. Selain itu, sel punca diduga dapat digunakan untuk pengobatan diabetes tipe I dengan cara mengganti sel pankreas yang sudah rusak dengan sel pankreas hasil diferensiasi sel punca. Hal ini dilakukan untuk menghindari reaksi penolakan yang dapat terjadi seperti pada transplantasi pankreas dari binatang. Sejauh ini percobaan telah berhasil dilakukan pada mencit.

Daftar Pustaka

1.      “How does GM differ from conventional plant breeding?” royalsociety.org (dalam bahasa British). Diakses tanggal 2017-11-14.

2.      Erwin, Edward; Gendin, Sidney; Kleiman, Lowell (2015-12-22). Ethical Issues in Scientific Research: An Anthology (dalam bahasa inggris). Routledge hlm. 338.

3.      Clinton SK. 1998. Lycopene: chemistry, biology, and implications for human health and disease. Nutr. Rev. 56:35-51

4.      Qaim, Matin; Kouser, Shazad (2013-06-05). “Genetically Modified Crops and Food Security”

5.      Merck. Biotechnology Institute. 2005. What is Biotechnology??. http://www.biotechinstitute.org/what_is. Diakses pada 25 April 2010.

6.      Alliance for Better Foods. Improving Agriculture through Biotechnology: Health and Nutritional Benefits of Food Biotechnology. 1999 Website: www.betterfoods.org/.

7.      Bevan MW, Flavell RB, Chilton MD. 1983. A chimaeric antibiotic resistant gene as a selectable marker for plant cell transformation. Nature. 304:184–7.

8.      Peters P. 1993. Biotechnology: A Guide To Genetic Engineering. Wm C Brown: AS.

9.      Clark DP,Pazdernik NJ. 2009. Biotechnology; Applying the Genetic Revolution. Elsevier: China.

10.  Burgess C, O‘connell-Motherway M, Sybesma W, Hugenholtz J, van Sinderen D. 2004. Riboflavin production in Lactococcus lactis: potential for insitu production of vitamin-enriche foods. Appl. Environ. Microbiol. 70:5769-5777.

11.  Thieman WJ, Palladino MA. 2004. Introduction to Biotechnology San Francisco: Pearson Education Inc.

12.  Koivisto VA, Soman V, Conrad P, Hendler R, Nadel E. Insulin binding to monocytes in trained athletes. J Clin Invest 65:1011-15.