THE BASIC NATURAL SCIENCETHE BIOTECHNOLOGY AND APPLICATIONS
By:
Tasya Reyna Shalsabilla
18020084003
Aulia PutriYulistia
18020084010
Yuli Qoumim Mahmudah
18020084025
Paula Eka Ramdhani
18020084027
Mutiara Maharsi Mumpuni
18020084029
ABSTRACT
What do you know about biotechnology? Is biotechnology a
common term for you? Do you know what is biotechnology for? Biotechnology is the use of living things especially cells and bacteria for
production of various products for benefiting human beings. It is a combination
of various technologies, applied together to living cells, including not only
biology, but also subjects like mathematics, physics, chemistry and
engineering. Its application ranges from agriculture (Animal Husbandry,
Cropping system, Soil science and Soil Conservation, Plant Physiology, Seed
Technology and Crop Management) to industry (food, pharmaceutical, chemical,
byproducts, textiles etc.), medicine, nutrition, environmental conservation,
Cell Biology, making it one of the fastest growing fields. Biotechnology is to
modify genetic structure in animals and plants to improve them in desired way
for getting beneficial products.
A. History
of Biotechnology Development
The XXI century is often called the
century of biotechnology and molecular biology, which is expected to solve
various problems related to human welfare. Biotechnology is a branch of science
that studies the use of living things (bacteria, fungi, viruses, etc.) and
products of living things (enzymes, alcohol) in the production process to
produce goods and services. Ancient people have known and made a selection or
breeding to get the good nature of a livestock or plant. For this purpose
people intermarry. The disadvantage of this method is that the results obtained
are very limited. For interbreeding requires a long time, large animals and
plants take years and even decades.
In the early 1880s Wilhelm Roux
estimated that chromosomes were carriers of heredity. According to Mendel,
organisms carry two units of heredity for each inherited trait. Furthermore,
Mendel's theory is also in accordance with the fact, that the parent descends
only half the chromosomes through the sex cells.
In the 1860s Friedrich Miescher
managed to isolate material from the nucleus of this cell, after it was
identified to contain proteins and nucleic acids. Subsequent developments in
molecular biologists knew that the low molecular weight of nucleic acids was
low when the initial sample was analyzed because the material was chopped up
when isolated. Furthermore it is known that nucleic acids are composed of
development units known as nucleotides. For chromosomes, sugar is deoxyribose,
so it is called DNA (deoxyribose nucleic acid), and the four types of base are
adenine (A), thymine (T), cytosine (S) and guanine (G). The DNA molecule in a
whole cell is very large, its molecular weight reaches to millions, even
billions.
With the discovery of the structure
of DNA, biotechnology is developing very rapidly in developed countries.
Especially since the mastery of recombinant DNA technology by scientists,
namely the ability to engineer basic life materials called genes.
In the mid 1970s, biotechnology
experts discovered a new technology known as single clone antibodies. The story
of a single clone antibody began in 1974, when George Kohler and Cecar Milstein
of the Medical Research Council's Laboratory of Molecular Biology in Cambridge,
England. Antibodies are a kind of protein that can recognize and relate to
foreign objects (antigens). The production of antibodies is controlled by
genes. Kohler and Milstein had the idea of combining normal
antibody-producing cells with cells from cancerous tumors, called myelomas.
This technology produces hybrid cells which can then be cultured and produce
clones.
The development of biotechnology
has brought humans to be able to treat hereditary diseases or diseases caused
by genetic disorders, namely by inserting good genes into the spinal cord,
known as the gene transfer method. By using a kind of bone marrow syringe the patient
is aspirated through the hip bone. Next the cells that have been manipulated
are injected back into the patient's bone marrow.(Tasya Reyna, Mutiara Maharsi M., Samik)
B. Genetically Manipulation
B. Genetically Manipulation
Genetic
engineering is a technique used to combine genes that already exist in a living
creature so that the composition of genes is changed. The genes that are
engineered for their composition can cause a living thing to produce a
particular desired compound or product.
Through genetic
engineering, humans create new plants, animals, and microorganisms. Scientists
have succeeded in unveiling the genetic code that determines the special
characteristics of all living things and have now been able to combine genes
that were naturally never combined. They know how to cut out a single gene from
the cell of a species and insert it into another completely different cell.
The best-known
technique for genetically changing living things is Recombinant DNA (rDNA).
Recombinant DNA or rDNA is a form of artificial DNA that is made by combining
or combining two or more strands of DNA strands that are normally unpaired or
occur together. (Wikipedia)
In 1978,
experts such as Werner Arber, Hamilton Smith, and Daniel won the Nobel Prize
for their discovery of Endonuclease Restriction, an enzyme that can help DNA.
With these enzymes, humans can chop up and extract genes from their place on
the chromosomes, and transfer them to other individual cells or other types of
living things, and can work normally in the recipient's body or those
undergoing engineering.
This
recombinant DNA technique can make things easier for humans, such as producing
chocolate, vanilla, fragrances, cosmetics, and even drugs without having to
plant plants that produce these ingredients. In addition, this technology can
also help humans to find out their diseases more easily.
The equipment
needed for genetic engineering is as follows.
1.
Gene-cutting
enzymes (Endonucleases restriction)
2.
The
desired gene connecting enzyme (Ligase)
3.
A
vector that carries genes to be inserted or entrusted in the form of bacterial
plasmid (genes outside bacteria) or viruses
4.
Host.
The stages of
genetic engineering, namely:
1.
Get
the desired gene that is cut with the restriction endonuclease enzyme
2.
The
desired piece gene is inserted in the vector and joined by the ligase enzyme
3.
A
vector which has brought the deposited gene is inserted into the host
4.
The vector in the host cell is grown
5.
Isolate
the product from the host
6.
Product
improvement.
Genetic
Engineering Techniques
a.
Genetic
Engineering Plasmids
Through plasmid technology in genetic engineering, experts in the
field of biotechnology can develop GMO crops that are resistant to pests and
diseases, adaptive to drought and infertile soil conditions, transgenic animals
and others
b.
Hybrid
technique
The hybridoma technique is the merging of two cells from the same
organism or from different organism cells to produce a single cell in the form
of a hybrid cell (hybridoma) which has a combination of the properties of the
two cells.
An example of a hybridoma technique is the production of monoclonal
antibodies. Monoclonal antibodies are antibodies obtained from a single source
or clone cells that recognize only one type of antigen.
The formation of monoclonal antibodies is done using rabbits or
mice. The first step is to inject antigens into the body of a rabbit or mice,
then the spleen is separated. Furthermore, the fusion of splenic cells is
carried out with myeloma cells (cancer cells). About 1% of splenic cells are
plasma cells that produce antibodies. Whereas 10% of the final hybridoma cells
consist of cells that produce antibodies. Each hybridoma cell produces only 1
antibody.
Here the selection technique is developed to identify hybridoma
cells, then the next development or cloning is carried out. The clones obtained
from hybridoma are monoclonal antibodies. Monoclonal antibodies can be stored
frozen, then can be injected into the animal's body or bred in a culture to
produce large amounts of antibodies.
The use of monoclonal antibodies:
•
Scientists
hope to use monoclonal antibodies in cancer treatment.
•
To
detect the content of chonadotropin chorionic hormone (HCG) in the urine of
pregnant women.
•
To
bind poisons and deactivate them, for example, tetanus poison and excess drug
digoxin can be deactivated by this antibody.
•
Prevents
tissue rejection of other tissue transplanted cells.
c.
Genetic
Therapy Techniques
Gene therapy is defined as an effort to repair or replace genes
that cause disease. This therapy is carried out by replacing genes that cannot
work with normal copies of genes into cells. In the mid-1990s, genetic therapy
for treating hereditary diseases and malignant skin cancer.
The experts tried to fight the destructive genes in the cell
nucleus in various ways, the pioneered effort is known as gene therapy.
Unfortunately the discovery was not immediately applicable. In genetic
engineering there is a code of ethics that strictly prohibits this experiment
in humans. This engineering is feared to be misused to change genes carrying
human traits, for example to make supermen.
But experts are not always rigid because fatal diseases are hard to
cure except with genetic therapy. Then there was an opinion about the need for
dispensation. The dispensation was issued by the National Institute of Genetic
Engineering Committee of the Health (NIH) in the United States which permits
the application of gene therapy for two types of diseases namely very rare
hereditary diseases such as Adenosine Deaminase Deficiency (ADD) and a type of
malignant skin cancer.
ADD is a disorder that causes sufferers to have no endurance at
all. Contact with any germ will cause death. Impaired immunity in ADD occurs
due to blood cells being unable to produce the enzyme Adenosine Deaminase (AD)
needed to build endurance.
d.
Cloning
Technique
Cloning comes from the ancient Greek word, a clone which means twig
or graft. In English, clones are used to refer to a group of living things that
are born without sexual processes. The term clone (clone) was first proposed by
Herbert Webber in 1903. Cloning can be carried out by gene transfer, embryo
transfer, and nuclear transfer. Cloned organisms will have the exact same
genetic copy as other living things.
1.
Gene
Transfer
This cloning is done by inserting the desired gene fragment from
another species so that species to other species so that the species in the
clone will have additional properties in accordance with the genes that have
been inserted into his body cells.
2.
Embryo
transfer
This embryo transfer is carried out by taking the ovum and
fertilizing it with sperm after a zygote occurs which will develop into an
embryo, these embryos are transferred or implanted in the womb of a female
individual until birth into an adult individual.
3.
Core Transfer
The principle of nuclear transfer is by inserting a cell nucleus
(nucleus) from one species into the cell of another species whose cell nucleus
was previously removed or emptied.
In 1952, Robert
Brigs and Thomas J. King (USA) tried the frog cloning technique. Ten years
later (1962), John B. Gurdon also tried cloning techniques on frogs, but his
experiments resulted in many abnormal or deformed frogs. Gurdon then perfected
his experiment so as to produce many frogs that grew normally and developed
into adults.
In 1986, Steen
Wikkadsen (UK) cloned cows for commercial purposes with the core transfer
method. He collaborated with the Grenada Genetics Institute.
In 1996, Ian
Wilmut claimed a sheep. It uses Finn Dorset sheep mammary cells as nucleus
donors and blackface sheep egg cells as recipients. Blackface sheep egg cells
are removed essentially by sucking the nucleus out of the cell using a
micropipette. Then, the Dorset Finn mammary gland cells are fused with the
blackface egg cells without the nucleus. The results of this fusion then
develop into embryos in the test tube and then transferred to the uterus of the
blackface sheep. Then the embryo develops and is born with the same
characteristics as the Finn Dorset. The cloned sheep is named Dolly. Dolly was
injected to death on 14 February 2003 due to a disease that was difficult to
cure.
It should be
noted that Wilmut conducted 277 cloning experiments and of the many
experiments, only 29 succeeded in being sheep embryos that could be
transplanted into sheep's wombs, and only one became normal sheep. Thus, the
success rate of sheep cloning is still very low (Purves et al. 2004).
(Aulia
Putri Y., Paula Eka R., Samik)
C. Biotechnology
Application
Surfactant is a material that works by
emulsifying food or other ingredients that are not soluble in water.
Single cell proteins are dry microbial
cells such as algae, bacteria, yeast, molds and high fungi that grow in
large-scale culture. Modern technology for making single cell proteins
originated in 1879 in the United Kingdom, with the introduction of doughs that
were aerated to make bread yeast (saccaromyces
cerevisiae).Single cell protein production can be through photosynthesis
(for chlorophyll microorganisms, such as green algae), and through fermentation
(for non-chlorophyll microorganisms, such as bacteria, molds, yeast, and
fungi).The applications of single cell protein production are found in several
food ingredients such as bread dough, cheese, yogurt, tempeh, oncom, and
others.
Biotechnology covers the
disciplines of molecular biology, microbiology, genetics, biochemistry, and
creates some specific products which is beneficial for the community and have
economic value. Biotechnology can be classified in three categories, they are
low level biotechnology such as, middle level biotechnology, and high level
biotechnology. These are the examples of biotechnology:
1.
Industrial
Biotechnology
At
the earlier of industry era, humans used plants and animals to make some
products, but nowadays humans use more spesific part of creatures, that is
microorganism. The reasons of using
microorganism are 1.) Microorganisms are easy to breed, 2.) Using media that is
cheap enough for its growth, 3.) It doesn’t require a large area for its
production. The application of industrial biotechnology can be used in some
cases, such as in food and non-food ingredients.
The current era of industrial biotechnology not only
relies on micro-evolutionary forces to improve the organisms, but, also employs
traditional plant breeding techniques and genome enhancing technologies such as
recombinant DNA technology (genetic engineering). Genetic engineering has
produced commercially viable industrial biotechnology enzymes such as cellulase
used in the detergent and textiles industry; maltogenic amylase for the starch
and baking industries; phytase for the animal feed industry; decarboxylase for
the brewing industry and pectinesterase for fruit processing (Waites et al.,
2001; Okafor, 2010). In addition, health products such as insulin for diabetes;
human growth hormone (somatotrophin) for dwarfism; tumour necrosis factor as an
anti-tumour agent, human DNAse 1 for treating cystic fibrosis; lysozyme as an
anti-inflammatory agent and erythropoietin for treatment of anaemia and cancers
are produced using genetic engineering enhanced industrial biotechnology
organisms (Waites et al., 2001; Okafor, 2010). The current era introduced human
manipulation of the genome of the industrial biotechnology organisms. This,
enabled the human species to alter the DNA sequence ‘paragraphs’ of an
organism’s ‘book’ to introduce new ‘sentences’ that instruct for example
Escherichia coli to now produce insulin. Since the adage ‘time is money’
reflects on the importance of managing time to result in profits – it implies
the technologies that enable the reduction in time in developing an industrial
biotechnology organism that addresses the needs of the market will potentially
translate to increased market share and higher profits. To this regard,
traditional plant breeding techniques which were an improvement from reliance
on micro-evolutionary processes, have become superseded by use of modern and
rapid genetic engineering technologies in the development of industrial
biotechnology organisms that address the human species challenges. Genetically
enhanced industrial biotechnology organisms have been used to produce less
harmful products of a better quality, that also result in lower greenhouse
emissions such as bread production, detergents, biodegradable plastic films,
beverage packaging, cosmetics, vitamin B2 and synthetic rubber (Bang et al.,
2009; Tang and Zhao, 2009; OECD, 2011; Erickson et al., 2012).
a.
Single
Cell Protein Production
Single cell proteins are dry microbial
cells such as algae, bacteria, yeast, molds and high fungi that grow in
large-scale culture. Modern technology for making single cell proteins
originated in 1879 in the United Kingdom, with the introduction of doughs that
were aerated to make bread yeast (saccaromyces
cerevisiae).Single cell protein production can be through photosynthesis
(for chlorophyll microorganisms, such as green algae), and through fermentation
(for non-chlorophyll microorganisms, such as bacteria, molds, yeast, and
fungi).The applications of single cell protein production are found in several
food ingredients such as bread dough, cheese, yogurt, tempe, oncom, and
others.
One an example of foreign protein
production is a case when some foreign proteins are extracted from cells of the
human body can be used as anticancer and antivirus, which one is interferon. The
disadvantage is that only a few products are obtained, therefore it is not
possible to apply to many patients. By discovering how to clone genes, people
can produce a lot of pure interferon in bacterial cells. Another example of
this protein is human growth hormone.
C.
Antibiotic
Production
Current
enzyme biotechnology has been developing so fast. Enzyme requirements are also
very large, and relatively not fully satisfied. enzymes can be used in a
variety of food and non-food industries, including: the leather industry to
refine texture and tendon, making bread, be used with soap to wash clothes, for
a mixture of toothpaste, cosmetics, olive oil extracts, meat tenders and so
forth.
Antibiotics are the smallest molecules
produced by microbes. Since Alexander
Fleming discovered penicillin in 1928, the inhibition of microbial growth has
led to a revolution in medicine. Countless human lives
can be saved. Diseases that are difficult to cure become curable. Adreamisin antibiotics can be used to treat cancer. Many antibiotics currently
produced from microbes, including: kanamycin, rifamisin, streptomycin,
tetraiklin, and others.
d.
Hormone
Production
The use of recombinant human natural
protein for drugs has begun to meet the expectations of biotechnology in the
health sector. The first protein is human recombinant insulin and human growth
hormone. Both have received FDA approval for use in humans. Both of these
pharmaceutical ingredients actually haven't been able to meet other newly
discovered needs, but have been able to replace natural proteins. This hormone
release process requires a "release factor", a compound needed to
stimulate the pituitary gland to shake it up. With the help of a new method to
purify, sequence the amino acids, and synthesize the protein, the Salk
Institute scientists in La Jolla, California, 1983 were able to isolate the
growth hormone release factor (GRF), which is produced in a very small amount
of the brain by hypothalamus.
e. Production
Of Amino Acids And Proteins (Enzymes)
Current
enzyme biotechnology has been developing so fast. Enzyme requirements are also
very large, and relatively not fully satisfied. enzymes can be used in a
variety of food and non-food industries, including: the leather industry to
refine texture and tendon, making bread, be used with soap to wash clothes, for
a mixture of toothpaste, cosmetics, olive oil extracts, meat tenders and so
forth.
f. Surfactant
Production
Surfactant
is a material that works by emulsifying food or other ingredients that are not
soluble in water.
The industry has made use of
microorganisms to produce compounds that smell and smell good, such as air
freshener, perfume, and so on.
(Yuli
Qoumim M., Aulia Putri Y., Samik)
2. Health Biotechnology
Biotechnology
is also used for various purposes, for example in making monoclonal antibody, making
vaccines, gene therapy and making antibiotics. The process of adding DNA to
bacteria is a process for producing hormones or medicine in the medical world.
For example in the production of the hormone insulin, growth hormone and
antiviral agent called interferon. People who have diabetes mellitus need
insulin supply from outside body. By using recombinant DNA, it can be used to
find the cause of human disease. Some hereditary diseases or genetic disorders
can be cured by inserting missing genes in sufferers, this method is known as
gene therapy.
3. Environmental Biotechnology
Environmental pollution is one of the global issues
that is widely discussed nowadays. The high levels of pollution will have a
serious impact of human life. In environmental biotechnology, biotechnology
plays a role in producing environmentally friendly energy, for an example
controlling pests biologically or using natural ingredients. It is able to
destroy certain insects without affecting the surrounding environment. So, the
environment will stay healthy and avoid chemicals.
4.
Agricultural Biotechnology
The development of Molecular Biology has had a big
influence on the progress of plant breeding. One thing that cannot be denied is
genetic improvement that through plant breeding has made a big contribution in
world food supply.
In Agricultural Biotechnology have been made the plants by taking
advantage of microorganisms that can make their own fertilizer, so it can
benefit the farmers. Genetically engineered microbes can increase agricultural
product, so also in other ways such as increasing capacity to bind nitrogen of
the Rhizobium bacteria. Perfected bacterial offspring can increase soybean
yields by up to 50%.
5. Mining Biotechnology
In
Mining Biotechnology is involving biological agents in the form of microorganisms
and developed by the Bioleaching/Blomining technique. The purpose Bioleaching
is a process that used to get metals from rocks with the role of
microorganisms. In this Biotechnology, the development of biotechnology to
separating the metal from the seeds is by utilizing the bacterium
Thiobacillusferrooxidans. This bacterium is a lithotrophic bacteria, it means
being able to use stones which contains sulphur to get energy and produce
sulfuric acid as its waste.
(Paula Eka R., Yuli Qoumim M.,
Samik)
D. The Impacts
of Biotechnology and Bioethics
Bioethics is a kind of science that
offers solutions to moral conflicts that arise in the actions, practices of
medicine and life sciences (SahinAksoy, 2002 dalamMuchtadi, 2007). Bioethics in
Indonesia is to provide general ethical guidelines for managers and users of
biological resources in order to maintain their diversity and sustainable use.
Decision making in researching, developing, and utilizing biological resources must
be obliged to avoid moral conflicts and to the greatest extent possible be used
for the benefit of humans, certain communities and the wider community, and the
environment, carried out by individuals, professional groups, and public or
private institutions. The use of biological resources must not have a negative
impact on human dignity, protection and respect for human rights and the
environment. Research, development, and utilization of biological resources
must provide maximum benefits for the interests of humans and other living
things, and minimize possible losses (Muchtadi, 2007).
Based
on pasal 19 of KepMenRistek No.112 Tahun2009, an Ethics Committee for Research,
Development and Utilization of Biological Resources must be formed that is
independent, multidisciplinary and has a pluralistic view. Membership of the
Ethics Committee for Research, Development and Utilization of Biological
Resources must consist of experts from various relevant departments and
institutions. Follow-up and implementation of the principles of bioethics
research, development, and utilization of biological resources is carried out
by the National Bioethics Committee formed by the government (BKKH, tanpatahun).
The impact that can be caused by
biotechnology is international competition in the trade and marketing of
biotechnology products. Such competition can lead to injustice for developing
countries because they do not yet have advanced technology. The vast
technological gap is due to modern biotechnology being so expensive that it is
difficult for developing countries to develop. Injustice, for example, is very
pronounced in GMO agricultural products which are very detrimental to
developing agriculture. Patents owned by GMO producers also add to the
dominance of developed countries.
The danger of biotechnology, for
example, is used for biological weapons and raises evil strain organisms.
Dangerous bacteria and viruses can be propagated in certain media which are
then used for biological weapons. While the emergence of evil strain organisms
comes from the phenotype of an organism that is converted into a dangerous
organism by inserting bad genes through genetic engineering. In addition,
biotechnology also disrupts environmental balance. This is because many
organisms are genetically manipulated so that it affects the lives of other
organisms.
The risk of releasing GMO plants into the
environment is a lively issue discussed between the pros and cons. According to
Myhr and Traavik (1999), some ecological risks of GMO crops are feared in the
form of:
1. Potential transfer of genes to
relatives
2. The potential for gene transfer
to other organisms rather than relatives
3. Effects of GMO plants on
non-target organisms
4. Reduction of biodiversity and
ecosystems
5. Development of insect resistance
to GMO plants.
Indications of the risk of GMO crops cannot be
underestimated on the grounds that there is insufficient supporting data
available. The risk of using novel pesticides which is feared by the
government, farmers and also the pesticide industry is the emergence of target
pest resistance to novel technology products is the emergence of pest
resistance especially against GMO resistant plants and resistant to new types
of pesticides. If farmers in using new technology products are still the same
as before, such as improper, continuous, excessive treatment in a large
planting area, the target pests will soon be able to develop into a resistant
population. One of the propagandas also mentioned that if farmers plant
disease-resistant crops (GMO seeds), they can reduce pesticides. However,
research shows that in America as a center for the development of genetic
engineering, the use of pesticides increased 55% since 1996-2004.
The application of biotechnology
such as gene manipulation in cultivated plants has provided unlimited benefits.
Plants naturally change slowly according to the success of adaptation as a
result of the interaction between environmental stresses and genetic
variability. Human interference through genetic engineering has resulted in a
"revolution" in the order of genes. This drastic change has raised
concerns about the impact of GMO products on the environment, health and
biodiversity safety.
In many cases the dangers of GMO
products that are thought to emerge are exaggerated. There is no technology
that is without risk, neither can genetic engineering products. The risk of GMO
products will not be greater than natural crossing products. Some of the risks
of GMO food that might occur include the risk of allergies, poisoning and
antibiotic resistance (Fagan 1997). GMO foods have the potential to cause
allergies in consumers who have high allergic sensitivity. The situation was
influenced by the source of the transformed genes. This case has occurred in
transgenic soybeans with high methionine content, so the product is not
circulated after research shows the presence of allergic elements. Poisoning
concerns are based on the toxic nature of the Bt gene against insects. The
anxiety is unreasonable because the Bt gene is only actively working and is
poisonous when it encounters a receiving signal in the gut of an insect
according to its virulence class. The gene is unstable and no longer active at
a pH below 5 and a temperature of 65 °C, meaning humans will not be poisoned by
the Bt gene, especially for ingredients that must be cooked first. Another
possibility is the resistance of microorganisms in the body to become more
"stronger". This event is unlikely because the genes that are
transferred through genetic engineering will be incorporated into the plant
genome.
Fears of danger to the safety of
biological resources are thought to occur through a number of ways such as the
release of transgenic organisms into the wild and the transfer of foreign genes
from GMO products to other plants so that weeds are formed which can damage
existing ecosystems and thus threaten the existence of biological resources.
Changes in the order of genes can result in changes in the balance of
biological ecosystems with changes that cannot be predicted (Hartiko 1995). The
basic principles of molecular biology show 2 main sources of risk that may
arise. First, changes in gene function through genetic engineering. Insertion
of genes is random so it is difficult to control and predict whether the gene will
be damaged or change in function. Both transgenes can interact with cellular
components. The complexity of living organisms results in a range of
interactions that cannot be predicted or controlled (Fagan 1997).
The use of biotechnology has been
recognized as a technology that benefits primarily agricultural activities
(Hartiko 1995; Suwanto 2000a). Nevertheless the application must be accompanied
by steps that need to be taken to ensure that the product does not endanger
human life. Cartagena's biological safety protocol is one of the global efforts
that can be used by the world community to comply with regulations relating to
GMO products. The existence of these regulations is expected not to impede the
growth and development of biotechnology (Zohrah 2001).
In
the last year, the issue of bioterrorism has become a new phenomenon that
arises due to the many terrorist acts that occur when genetic engineering is
developing very rapidly. The brilliant achievements of genetic engineering that
have been achieved are overshadowed by misuse by terrorists. It is feared that
freedom of accessing genetic data on genbanks will be used by terrorists as a
means of creating weapons that are dangerous for human safety. The President of
the United States in the middle of last year signed a bioterrorism law which
covers America's ability to control dangerous biological substances and
poisons, the safety and security of food, medicine and drinking water supplies.
This concern about the misuse of genetic data is doubtful because there are no
qualified experts to turn this information into a dangerous weapon. Existing
databases cannot be used as a means of creating killer bacteria or viruses.
Attempts to hide genetic data will only lead to dangerous science. As a
precautionary measure, the data will be classified specifically data from a
number of organisms that are known to be dangerous. Opening public access to
the data is considered to be more beneficial because it will stimulate various
studies to achieve progress rather than the disadvantages, as stated by Baber
in Suriasoemantri (1988) that a scientist should not hide any findings in any
form from the wider community and whatever the consequences.
(Mutiara Maharsi M., Tasya Reyna,
Samik)
Conclusion
Biotechnology is common word that we often hear in our lives nowadays. The word ‘biotechnology’ has received enormous importance and significance during last two decades, which is just unprecedented. The probability and possibilities behind this kind of attention towards biotechnology may be due to its unlimited potential to serve and to benefit humanity. So far, biotechnology has touched our lives in all aspects, such as, food, health, and animal life. We have also noticed the importance and potential of biotechnology for the improvement of our environment and for better living, for example capability of biotechnology to meet the demand of depleting energy reserves of fossil fuels by replacing it with Bio-fuels, because availability of fossil-fuels are becoming limited to meet the demand of ever increasing population. In simpler terms, our life starts with biotechnologically developed toothpaste, to drive car with biotechnologically developed fuels, and we also retire for the day with bedside medicines either to keep us healthy or to control chronic diseases, like diabetes, which makes our life better.
Sources
Anonymous. 2014.
“Rekayasa Genetika”. Jurnal Sains, (Online), (http://edu-bio.blogspot.com/2012/01/rekayasa-genetika.html) diakses 12 September 2019
Kajariyah, Siti Nur. Tanpa Tahun. “Pengaturan Etika Dalam
Bioteknologi”. Jurnal Sains, (Online), (https://www.academia.edu/8856433/pengaturan_etika_dalam_bioteknologi) diakses 10
September 2019
Kasangura, Chenjerayi. 2018. “Industrial Biotechnology
Then, Now, And The Future”. JurnalSains,(Online),(https://www.researchgate.net/publication/327860954_INDUSTRIAL_BIOTECHNOLOGY_THEN_NOW_AND_THE_FUTURE) diakses 11 September 2019
Nasrudin, Harun, dkk. 2012. Sains Dasar. Surabaya: UNESA University Press
Naz, Zahra. 2015. “Introduction to Biotechnology”. Jurnal Sains,
(Online), (https://www.researchgate.net/publication/284169166_Introduction_to_Biotechnology) diakses 19 September 2019
Verma, Ashish
Swarup, dkk. 2011. “Biotechnology in The Realm of History”. Jurnal Sains,
(Online), (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3178936/) diakses 19 September 2019
Widyastuti, Dyah
Ayu.2017.Gene Therapy: From Biotechnology To
Health.Journal of Biology,(online),(http://journal.uinjkt.ac.id/index.php/kauniyah)
diakses 11 September 2019
A. Sejarah
Perkembangan Bioteknologi
Bioteknologi adalah kata umum yang sering kita dengar dalam kehidupan kita saat ini. Kata 'bioteknologi' telah menerima kepentingan dan makna yang sangat besar selama dua dekade terakhir, yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kemungkinan di balik perhatian semacam ini terhadap bioteknologi mungkin karena potensinya yang tidak terbatas untuk melayani dan memberi manfaat bagi umat manusia. Sejauh ini, bioteknologi telah menyentuh kehidupan kita dalam semua aspek, seperti, makanan, kesehatan, dan kehidupan hewan. Kami juga telah memperhatikan pentingnya dan potensi bioteknologi untuk perbaikan lingkungan kita dan untuk kehidupan yang lebih baik, misalnya kemampuan bioteknologi untuk memenuhi permintaan menipisnya cadangan energi bahan bakar fosil dengan menggantinya dengan bahan bakar bio, karena ketersediaan fosil. bahan bakar menjadi terbatas untuk memenuhi permintaan populasi yang terus meningkat. Dalam istilah yang lebih sederhana, hidup kita dimulai dengan pasta gigi yang dikembangkan secara bioteknologi, untuk mengendarai mobil dengan bahan bakar yang dikembangkan secara bioteknologi, dan kita juga pensiun untuk hari itu dengan obat-obatan di samping tempat tidur baik untuk menjaga kita tetap sehat atau untuk mengendalikan penyakit kronis, seperti diabetes, yang membuat hidup kita lebih baik.
(TERJEMAHAN)
BIOTEKNOLOGI
DAN APLIKASINYA
Abstrak
Apa yang Anda ketahui
tentang bioteknologi? Apakah bioteknologi adalah istilah umum untuk Anda?
Tahukah Anda untuk apa bioteknologi? Bioteknologi adalah penggunaan makhluk
hidup terutama sel dan bakteri untuk produksi berbagai produk untuk kepentingan
manusia. Ini adalah kombinasi dari berbagai teknologi, diterapkan bersama-sama
pada sel-sel hidup, termasuk tidak hanya biologi, tetapi juga mata pelajaran
seperti matematika, fisika, kimia dan teknik. Aplikasinya berkisar dari
pertanian (Peternakan, sistem Tanam, Ilmu tanah dan Konservasi Tanah, Fisiologi
Tumbuhan, Teknologi Benih dan Manajemen Tanaman) hingga industri (makanan,
farmasi, kimia, produk sampingan, tekstil, dll.), Obat-obatan, nutrisi,
pelestarian lingkungan, Biologi Sel, menjadikannya salah satu bidang yang
paling cepat berkembang. Bioteknologi adalah untuk memodifikasi struktur
genetik pada hewan dan tumbuhan untuk memperbaikinya dengan cara yang
diinginkan untuk mendapatkan produk yang bermanfaat.
Abad ke XXI sering disebut abad
bioteknologi dan biologi molekular, yang diharapkan dapat memcahkan berbagai
masalah berkaitan dengan kesejahteraan manusia. Bioteknologi adalah cabang ilmu
yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri,
fungi,
virus,
dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim,
alkohol) dalam proses produksi untuk
menghasilkan barang dan jasa. Orang zaman dahulu telah mengenal dan melakukan
seleksi atau pemuliaan untuk mendapatkan sifat baik dari suatu ternak atau
tanaman. Untuk keperluan ini orang melakukan kawin saling. Kelemahan cara ini
adalah hasil yang diperoleh sangat terbatas. Untuk kawin silang membutuhkan
waktu yang panjang, hewan besar dan tanaman membutuhkan waktu sampai
bertahun-tahun bahkan ada yang sampai berpuluh tahun.
Pada awal tahun 1880-an Wilhelm Roux
memperkirakan bahwa kromosom adalah pembawa bahan hereditas. Menurut
Mendel,organisme membawa dua unit hereditas bagi setiap sifat keturunan.
Selanjutnya teori Mendel sesuai juga dengan kenyataan, bahwa induk menurunkan
hanya separoh kromosom melalui sel kelamin.
Pada tahun 1860-an Friedrich Miescher
berhasil mengisolasi bahan dari inti sel ini, setelah diidentifikasi diketahui
mengandung protein dan asam nukleat. Perkembangan selanjutnya ahli biologi
molekuler mengetahui bahwa kecilnya rendahnya berat molekul asam nukleat ketika
sampel awal dianalisis itu karena bahan tersebut terpotong-potong ketika
diisolasi. Selanjutnya diketahui bahwa asam nukleat tersusun atas unit
pembangunan yang dikenal dengan nukleotida. Untuk kromosom, gulanya adalah
deoksiribosa, sehingga disebut DNA (deoxyribose nucleic acid), dan keempat
macam basanya adalah adenin (A), timin (T), sitosin (S) dan guanin (G). Molekul
DNA dalam sel utuh adalah sangat besar, berat molekulnya sampai mencapai
jutaan,bahkan sampai miliaran.
Dengan ditemukan struktur DNA,maka
bioteknologi berkembang sangat pesat di Negara maju. Apalagi sejak dikuasainya
teknologi DNA rekombinan oleh ilmuwan, yaitu kemampuan merekayasa materi dasar
kehidupan yang disebut gen itu.
Pada pertengahan tahun 1970, ahli
Bioteknologi menemukan teknologi baru yang dikenal dengan antibodi klon
tunggal. Kisah antibodi klon tunggal dimulai pada tahun 1974, ketika George
Kohler dan Cecar Milstein dari Medical Research Council’s Laboratory of
Molecular Biology di Cambridge, Inggris. Antibodi adalah semacam protein yang
dapat mengenal dan berkaitan dengan benda asing (antigen). Produksi antibodi di
kendalikan oleh gen. Kohler dan Milstein mempunyai ide untuk menyatukan sel
penghasil antibodi normal dengan sel dari tumor yang mengkanker, yang disebut
mieloma. Teknologi ini menghasilkan sel hibrid yang selanjutnya dapat
dikulturkan dan menghasilkan klon.
B.
Rekayasa
Genetika
Rekayasa GenetikaRekayasa genetika
merupakan salah satu teknik yang dilakukan untuk mengkombinasi gen yang sudah
ada dalam suatu makhluk hidup sehingga susunan gennya menjadi berubah. Gen yang
direkayasa susunannya dapat menyebabkan suatu makhluk hidup menghasilkan suatu
senyawa atau produk tertentu yang diinginkan.
Melalui rekayasa genetika, manusia
menciptakan tanaman, hewan, dan mikroorganisme baru. Para ilmuwan telah
berhasil mengungkapkan kode genetis yang menentukan sifat-sifat khusus semua
makhluk hidup dan kini telah mampu mengkombinasikan gen-gen yang secara alami
tidak pernah dikombinasikan. Mereka tahu bagaimana menggunting sebuah gen
tunggal dari sel suatu spesies dan menyisipkannya ke dalam sel spesies lain
yang sama sekali berbeda.
Teknik yang paling dikenal untuk
mengubah makhluk hidup secara genetic adalah DNA Rekombinan (rDNA). DNA
rekombinan atau rDNA adalah suatu bentuk DNA buatan yang dibuat dengan cara
menggabungkan atau merekombinasi dua atau lebih untaian benang DNA yang dalam
keadaan normal tidak berpasangan atau terjadi bersama. (Wikipedia)
Pada tahun 1978, beberapa ahli
seperti Werner Arber, Hamilton Smith, dan Daniel mendapatkan nobel untuk
penemuannya tenteng Endonuklease restriksi, yaitu enzim yang dapat menolong
DNA. Dengan enzim ersebut, manusia dapat memotong-motong dan mengeluarkan gen
dari tempatnya pada kromosom, dan memindahkannya ke sel individu lain atau
jenis makhluk hidup lain, dan dapat bekerja normal dalam tubuh penerima atau
yang mengalami rekayasa itu.
Teknik DNA rekombinan ini dapat
memudahkan semua yang dilakukan manusia, seperti dapat memproduksi coklat,
vanili, bumbu penyedap-pengharum, bahan kosmetik, bahkan obat tanpa harus
menanam tumbuhan yang menghasilkan bahan-bahan itu. Selain itu, teknologi ini
juga dapat membantu manusia untuk mengetahui penyakit yang dideritanya dengan
lebih mudah.
Perlengkapan yang diperlukan untuk
rekayasa genetika yaitu sebagai berikut.
1. Enzim pemotong gen (Endonuklease restriksi)
2. Enzim penyambung gen yang
dikehendaki (Ligase)
3. Vector yang membawa gen yang akan
disisipi atau dititipkan berupa plasmid bakteri (gen di luar bakteri) atau
virus.
4. Inang.
Adapun tahap-tahap rekayasa genetika, yaitu:
1.
Mendapatkan gen
yang diinginkan yang dipotong dengan enzim Endonuklease restriksi.
2.
Gen potongan
yang diinginkan disisipkan pada vector dan disambung dengan enzim ligase.
3.
Vector yang
sudah membawa gen titipan dimasukan ke dalam inang.
4.
Vector dalam
sel inang ditumbuhkan.
5.
Isolasi produk
dari inang.
6.
Penyempurnaan
produk.
Teknik-
teknik Rekayasa Genetika
a.
Teknik Plasmid Rekayasa Genetika
Melalui teknk plasmid dalam
rekayasa genetika, para ahli dibidang bioteknologi dapat mengembangkan tanaman
transgenik yang resisten terhadap hama dan penyakit, adaptif kekeringan dan
kondisi tanah yang tidak subur, hewan transgenik dan lain- lain.
b.
Teknik Hibridoma
Teknik hibridoma adalah penggabungan dua sel
dari organisme yang sama ataupun dari sel organisme yang berbeda sehingga
menghasilkan sel tunggal berupa sel hibrid (hibridoma) yang memiliki kombinasi
sifat dari kedua sel tersebut.
Contoh teknik hibridoma adalah pembuatan
antibodi monoklonal. Antibodi monoklonal adalah antibodi yang diperoleh dari
suatu sumber tunggal atau sel klon yang hanya mengenal satu jenis antigen.
Pembentukan antibodi monoklonal dilakukan
dengan menggunakan kelinci atau tikus. Langkah pertama adalah menginjeksikan
antigen ke tubuh kelinci atau tikus percobaan, kemudian limpanya dipisahkan.
Selanjutnya dilakukan peleburan sel- sel limpa dengan sel- sel mieloma (sel-
sel kanker). Sekitar 1% dari sel limpa adalah sel plasma yang menghasilkan
antibodi. Sedangkan 10% sel hibridoma akhir terdiri dari sel yang menghasilkan
antibodi. Setiap sel hibridoma hanya menghasilkan 1 antibodi.
·
Para ilmuwan berharap dapat menggunakan
antibodi monoklonal dalam pemgobatan kanker.
·
Untuk mendeteksi kandungan hormon korionik
gonadotropin (HCG) dalam urine wanita hamil.
·
Untuk mengikat racun dan menonaktifkannya,
contohnya racun tetanus dan kelebihan obat digoxin dapat dinonaktifkan oleh
antibodi ini.
·
Mencegah penolakan jaringan terhadap sel hasil
transplantasi jaringan lain.
c.
Teknik Terapi Genetik
Terapi gen diartikan sebagai
upaya memperbaiki atau mengganti gen- gen yang menyebabkan suatu penyakit.
Terapi ini dilakukan dengan mengganti gen- gen yang tidak dapat bekerja dengan
salinan gen yang normal ke dalam sel. Pada pertengahan tahun 1990, terapi
genetik untuk mengobati penyakit menurun dan kanker kulit ganas.
Para ahli berusaha melawan gen-
gen perusak dalam inti sel itu dengan berbagai cara, upaya yang dirintis
tersebut dikenal dengan terapi genetik. Sayangnya penemuan itu tidak segera
dapat diterapkan. Dalam rekayasa genetika ada kode etik yang melarang keras
percobaan ini pada manusia. Rekayasa ini dikhawatirkan disalahgunakan untuk
mengubah gen pembawa sifat manusia, misalnya untuk membuat manusia super.
Namun para ahli tidak selamanya
bersikap kaku sebab berbagai penyakit fatal memang susah disembuhkan kecuali
dengan terapi genetik. Maka munculah pendapat tentang perlu adanya dispensasi.
Dispensasi itu dikeluarkan oleh Komite Rekayasa Genetik Nasional
Institut of Healt (NIH) di Amerika Serikat yang mengizinkan penerapan
terapi genetik untuk dua jenis penyakit yaitu penyakit menurun yang sangat
jarang seperti Adenosine Deaminase Deficiency (ADD) dan
sejenis kanker kulit yang ganas.
ADD adalah kelainan yang
menyebabkan penderitanya tidak memiliki daya tahan tubuh sama sekali. Kontak
dengan kuman apapun akan menyebabkan kematian. Rusaknya kekebalan pada ADD
terjadi akibat sel- sel darah tidak mampu memproduksi enzim Adenosine Deaminase
(AD) yang diperlukan untuk membangun daya tahan tubuh.
d.
Teknik Kloning
Kloning berasal dari kata Yunani kuno, clone
yang berarti ranting atau cangkokan. Dalam bahasa Inggris, clone (klona)
digunakan untuk menyebut sekelompok makhluk hidup yang dilahirkan tanpa proses
seksual. Istilah clone (klona) pertama diusulkan oleh Herbert
Webber pada tahun 1903. Kloning dapat dilakukan dengan transfer
gen, transfer embrio dan transfer inti. Organisme hasil kloning akan memiliki
salinan genetika yang sama persis dengan makhluk hidup yang lain.
1.
Transfer Gen
Kloning ini dilakukan dengan
menyisipkan potongan gen yang dikehendaki dari suatu spesies lain sehingga
spesies ke spesies lain sehingga spesies yang di klon tadi akan memiliki sifat
tambahan sesuai dengan gen yang telah di sisipkan ke dalam sel tubuhnya.
2.
Transfer Embrio
Transfer embrio ini dilakukan
dengan jalan mengambil ovum kemudian membuahinya dengan sperma, setelah terjadi
zigot yang akan berkembang menjadi embrio, embrio- embrio ini di
transfer atau ditanam dalam rahim individu betina sampai lahir menjadi individu
dewasa.
3.
Transfer Inti
Prinsip dari transfer inti
yaitu dengan memasukkan inti sel (nukleus) dari satu spesies ke dalam sel
spesies lain yang sebelumnya inti selnya telah dibuang atau dikosongkan.
Pada tahun 1952, Robert Brigs dan Thomas
J. King (AS) mencoba teknik kloning pada katak. Sepuluh tahun
kemudian (1962), John B. Gurdon juga mencoba
teknik kloning pada katak, namun prcobaannya menghasilkan banyak katak yang
abnormal atau cacat. Gurdon kemudian menyempurnakan percobaannya sehingga
menghasilkan banyak katak yang tumbuh normal dan berkembang menjadi dewasa.
Pada tahun 1986, Steen
Wikkadsen (Inggris) mengklona sapi dengan tujuan komersial dengan
metode transfer inti. Ia bekerja sama dengan Lembaga Grenada Genetics.
Pada tahun 1996, Ian
Wilmut mengklona domba. Ia menggunakan sel kelenjar susu domba finn
dorset sebagai donor inti dan sel telur domba blackface sebagai
resipien. Sel telur domba blackface dihilangkan intinya dengan
cara mengisap nukleusnya keluar dari sel menggunakan pipet mikro. Kemudian, sel
kelenjar susu domba finn dorset difusikan dengan sel
telur blackface yang tanpa nukleus. Hasil fusi ini kemudian
berkembang menjadi embrio dalam tabung percobaan dan kemudian dipindahkan ke
rahim domba blackface. Kemudian embrio berkembang dan lahir dengan
ciri- ciri sama dengan finn dorset. Domba hasil kloning ini diberi
nama Dolly. Dolly disuntik mati pada tanggal 14 februari 2003
karena menderita penyakit yang sulit disembuhkan.
Perlu diperhatikan bahwa Wilmut
melakukan 277 percobaan kloning dan dari sekian banyak percobaan, hanya 29 yang
berhasil menjadi embrio domba yang dapat ditransplantasikan ke rahim domba, dan
hanya satu yang menjadi domba normal. Dengan demikian, tingkatkeberhasilan
kloning domba masih sangat rendah (Purves et al. 2004). (Aulia Putri, Paula Eka
R., Samik)
C.
Aplikasi Bioteknologi
Bioteknologi mencakup disiplin biologi molekuler, mikrobiologi, genetika,
biokimia, dan menciptakan beberapa produk spesifik yang bermanfaat bagi
masyarakat dan memiliki nilai ekonomi. Bioteknologi dapat diklasifikasikan
dalam tiga kategori, yaitu bioteknologi tingkat rendah seperti, bioteknologi
tingkat menengah, dan bioteknologi tingkat tinggi. Ini adalah contoh
bioteknologi:
1. Di Bidang Industri
Pada awal era industri, manusia
menggunakan tumbuhan dan hewan untuk membuat beberapa produk, tetapi saat ini
manusia menggunakan bagian makhluk yang lebih spesifik, yaitu mikroorganisme.
Alasan menggunakan mikroorganisme adalah 1.) Mikroorganisme mudah berkembang
biak, 2.) Menggunakan media yang cukup murah untuk pertumbuhannya, 3.) Tidak
memerlukan area yang luas untuk produksinya. Aplikasi bioteknologi industri
dapat digunakan dalam beberapa kasus, seperti dalam bahan makanan dan
non-makanan.
Era bioteknologi industri saat ini tidak hanya bergantung pada kekuatan
mikro-evolusi untuk meningkatkan organisme, tetapi juga menggunakan teknik
pemuliaan tanaman tradisional dan teknologi peningkatan genom seperti teknologi
DNA rekombinan (rekayasa genetika). Rekayasa genetika telah menghasilkan enzim
bioteknologi industri yang layak secara komersial seperti selulase yang
digunakan dalam industri deterjen dan tekstil; amilase maltogenik untuk
industri tepung dan roti; phytase untuk industri pakan ternak; decarboxylase
untuk industri pembuatan bir dan pectinesterase untuk pemrosesan buah (Waites
et al., 2001; Okafor, 2010). Selain itu, produk kesehatan seperti insulin untuk
diabetes; hormon pertumbuhan manusia (somatotrophin) untuk katai; tumor
necrosis factor sebagai agen anti-tumor, DNAse 1 manusia untuk mengobati cystic
fibrosis; lisozim sebagai agen antiinflamasi dan erythropoietin untuk
pengobatan anemia dan kanker diproduksi menggunakan rekayasa genetika organisme
bioteknologi industri (Waites et al., 2001; Okafor, 2010). Era saat ini
memperkenalkan manipulasi manusia pada genom organisme bioteknologi industri.
Ini, memungkinkan spesies manusia untuk mengubah urutan DNA 'paragraf' dari
'buku' organisme untuk memperkenalkan 'kalimat' baru yang menginstruksikan misalnya
Escherichia coli untuk sekarang memproduksi insulin. Karena pepatah 'waktu
adalah uang' mencerminkan pentingnya mengelola waktu untuk menghasilkan laba -
pepatah ini menyiratkan teknologi yang memungkinkan pengurangan waktu dalam
mengembangkan organisme bioteknologi industri yang menangani kebutuhan pasar
akan berpotensi diterjemahkan menjadi peningkatan pangsa pasar dan keuntungan
yang lebih tinggi. Untuk hal ini, teknik pemuliaan tanaman tradisional yang
merupakan peningkatan dari ketergantungan pada proses evolusi mikro, telah
digantikan oleh penggunaan teknologi rekayasa genetika modern dan cepat dalam
pengembangan organisme bioteknologi industri yang menangani tantangan spesies
manusia. Organisme bioteknologi industri yang ditingkatkan secara genetik telah
digunakan untuk menghasilkan produk yang kurang berbahaya dengan kualitas yang
lebih baik, yang juga menghasilkan emisi rumah kaca yang lebih rendah seperti
produksi roti, deterjen, film plastik yang dapat terbiodegradasi, kemasan
minuman, kosmetik, vitamin B2 dan karet sintetis (Bang et al. ., 2009; Tang dan
Zhao, 2009; OECD, 2011; Erickson et al., 2012).
a.
Produksi Protein Sel
Tunggal
Protein sel tunggal adalah sel mikroba
kering seperti ganggang, bakteri, ragi, jamur dan jamur tinggi yang tumbuh dalam
kultur skala besar. Teknologi modern untuk membuat protein sel tunggal berasal
pada tahun 1879 di Inggris, dengan diperkenalkannya adonan yang
diangin-anginkan untuk membuat ragi roti (saccaromyces cerevisiae). Produksi
protein sel tunggal dapat melalui fotosintesis (untuk mikroorganisme klorofil,
seperti ganggang hijau), dan melalui fermentasi (untuk mikroorganisme
non-klorofil, seperti bakteri, jamur, ragi, dan jamur). Aplikasi produksi
protein sel tunggal ditemukan dalam beberapa bahan makanan seperti adonan roti,
keju, yogurt, tempe, oncom, dan lainnya.
b.
Produksi Protein Asing
Salah satu contoh produksi protein asing
adalah kasus ketika beberapa protein asing diekstraksi dari sel-sel tubuh
manusia dapat digunakan sebagai antikanker dan antivirus, yang salah satunya
adalah interferon. Kerugiannya adalah hanya beberapa produk yang diperoleh,
oleh karena itu tidak mungkin untuk diterapkan pada banyak pasien. Dengan
menemukan cara mengkloning gen, manusia dapat menghasilkan banyak interferon
murni dalam sel bakteri. Contoh lain dari protein ini adalah hormon pertumbuhan
manusia.
c.
Produksi Antibiotika
Antibiotik
adalah molekul terkecil yang diproduksi oleh mikroba. Sejak Alexander Fleming
menemukan penisilin pada tahun 1928, penghambatan pertumbuhan mikroba telah
menyebabkan revolusi dalam kedokteran. Kehidupan manusia yang tak terhitung
jumlahnya bisa diselamatkan. Penyakit yang sulit disembuhkan menjadi bisa
disembuhkan. Antibiotik adreamisin dapat digunakan untuk mengobati kanker.
Banyak antibiotik saat ini diproduksi dari mikroba, termasuk: kanamisin,
rifamisin, streptomisin, tetraiklin, dan lainnya.
d.
Produksi
Hormon
Penggunaan protein alami manusia
rekombinan untuk obat-obatan telah mulai memenuhi harapan bioteknologi di
sektor kesehatan. Protein pertama adalah insulin rekombinan manusia dan hormon
pertumbuhan manusia. Keduanya telah menerima persetujuan FDA untuk digunakan
pada manusia. Kedua bahan farmasi ini sebenarnya belum mampu memenuhi kebutuhan
baru lainnya yang ditemukan, tetapi telah mampu menggantikan protein alami.
Proses pelepasan hormon ini membutuhkan "faktor pelepasan", suatu
senyawa yang dibutuhkan untuk merangsang kelenjar hipofisis untuk
mengguncangnya. Dengan bantuan metode baru untuk memurnikan, mengurutkan asam
amino, dan mensintesis protein, para ilmuwan Salk Institute di La Jolla,
California, 1983 mampu mengisolasi faktor pelepasan hormon pertumbuhan (GRF),
yang diproduksi dalam sejumlah kecil otak oleh hipotalamus.
e.
Produksi Asam Amino dan
Protein (Enzim)
Bioteknologi
enzim saat ini telah berkembang sangat cepat. Persyaratan enzim juga sangat
besar, dan relatif tidak sepenuhnya puas. Enzim dapat digunakan dalam berbagai
industri makanan dan non-makanan, termasuk: industri kulit untuk menghaluskan
tekstur dan tendon, membuat roti, digunakan dengan sabun untuk mencuci pakaian,
untuk campuran pasta gigi, kosmetik, ekstrak minyak zaitun, daging tender dan
sebagainya.
f.
Produksi
Surfaktan
Surfaktan adalah bahan yang bekerja dengan
mengemulsi makanan atau bahan lain yang tidak larut dalam air.
g.
Produksi Pengharum dan
Penyedap
Industri telah memanfaatkan mikroorganisme
untuk menghasilkan senyawa yang berbau dan wangi, seperti pengharum ruangan,
parfum, dan sebagainya.
(Yuli
Qoumim M., Aulia Putri Y., Samik)
2. Di
Bidang Kesehatan
Bioteknologi juga dimanfaatkan untuk berbagai keperluan
misalnya dalam pembuatan antibodi monoklonal, pembuatan vaksin, terapi gen dan
pembuatan antibiotik. Proses penambahan DNA asing pada bakteri merupakan proses
untuk memproduksi hormon atau obat-obatan di dunia kedokteran. Contohnya pada
produksi hormon insulin, hormon pertumbuhan dan zat antivirus yang disebut
interferon. Orang yang menderita diabetes melitus membutuhkan suplai insulin
dari luar tubuh. Dengan menggunakan teknik DNA rekombinan, dapat digunakan
untuk mencari penyebab penyakit manusia. Beberapa penyakit menurun atau
kelainan genetik dapat disembuhkan dengan cara menyisipkan gen yang kurang pada
penderita, cara ini dikenal dengan istilah terapi gen.
3. Di
Bidang Lingkungan
Pencemaran lingkungan merupakan salah satu isu global yang
marak dibicarakan saat ini. Tingginya tingkat pencemaran akan berdampak serius
terhadap kelangsungan hidup manusia. Di bidang lingkungan, bioteknologi
berperan dalam menghasilkan energi yang ramah lingkungan, misalnya pengontrolan
hama secara biologis atau menggunakan bahan alami. Hal ini mampu memusnahkan
serangga tertentu tanpa mempengaruhi lingkungan sekitarnya. Sehingga lingkungan
akan tetap sehat dan terhindar dari bahan-bahan kimia.
4. Di
Bidang Pertanian
Perkembangan Biologi Molekuler memberikan pengaruh yang besar
terhadap kemajuan ilmu pemuliaan ilmu tanaman (plant breeding). Suatu hal yang
tidak dapat dipungkiri bahwa perbaikan genetis melalui pemuliaan tanaman telah
memberikan kontribusi yang sangat besar dalam penyediaan pangan dunia. Dalam
bidang pertanian telah dibentuk tanaman dengan memanfaatkan mikroorganisme yang
dapat membuat pupuknya sendiri sehingga dapat menguntungkan para petani.
Mikroba yang direkayasa secara genetik dapat meningkatkan hasil panen
pertanian, demikian juga dalam cara lain seperti meningkatkan kapasitas untuk mengikat
nitrogen dari bacteri Rhizobium. Keturunan bacteri yang telah disempurnakan
atau diperbaiki dapat meningkatkan hasil panen kacang kedelai sampai 50%.
5. Di
Bidang Pertambangan
Bioteknologi di
bidang pertambangan melibatkan agen biologi yang berupa mikroorganisme dan
dikembangkan dengan teknik Bioleaching/Blomining. Tujuan Bioleaching merupakan
proses yang digunakan untuk memperoleh logam dari batuan dengan bantuan mikroorganisme.
Di bidang pertambangan, perkembangan bioteknologi untuk memisahkan logam dari
bijinya yaitu dengan pemanfaatan bakteri Thiobacillus fereoxidans. Bakteri ini merupakan bakteri
litotrof (pemakan batu), yaitu mampu menggunakan batu yang mengandung sulfur
untuk mendapatkan energi dan menghasilkan asam sulfat sebagai limbahnya. (Paula Eka R., Yuli Qoumim M., Samik)
D. Dampak Bioteknologi dan Bioetika
D. Dampak Bioteknologi dan Bioetika
Bioetika ialah semacam ilmu pengetahuan
yang menawarkan pemecahan masalah bagi konflik moral yang timbul dalam
tindakan, praktek kedokteran dan ilmu hayati (Sahin Aksoy, 2002 dalam Muchtadi,
2007). Bioetika di Indonesia bertujuan untuk memberikan pedoman umum etika bagi
pengelola dan pengguna sumber daya hayati dalam rangka menjaga keanekaragaman
dan pemanfaatannya secara berkelanjutan. Pengambilan keputusan dalam meneliti,
mengembangkan, dan memanfaatkan sumber daya hayati harus wajib menghindari
konflik moral dan seluas-luasnya digunakan untuk kepentingan manusia, komunitas
tertentu, dan masyarakat luas, serta lingkungan hidupnya, dilakukan oleh
individu, kelompok profesi, dan institusi publik atau swasta. Pemanfaatan
sumber daya hayati tidak boleh menimbulkan dampak negatif terhadap harkat
manusia, perlindungan, dan penghargaan hak-hak asasi manusia, serta lingkungan
hidup. Penelitian, pengembangan, dan pemanfaatan sumber daya hayati harus
memberikan keuntungan maksimal bagi kepentingan manusia dan makhluk hidup
lainnya, serta meminimalkan kerugian yang mungkin terjadi (Muchtadi, 2007).
Berdasarkan
Pasal 19 KepMenristek No.112 Tahun 2009, harus dibentuk suatu Komite Etik
Penelitian, Pengembangan dan Pemanfaatan Sumber daya Hayati yang bersifat
independen, multidisiplin dan berpandangan plural. Keanggotaan Komite Etik
Penelitian, Pengembangan dan Pemanfaatan Sumber daya Hayati harus terdiri dari
para ahli dari berbagai departemen dan institusi yang relevan. Tindak lanjut
dan implementasi prinsip-prinsip bioetika penelitian, pengembangan, dan
pemanfaatan sumber daya hayati dilakukan oleh Komite Bioetika Nasional yang
dibentuk oleh pemerintah (BKKH, tanpa tahun).
Risiko pelepasan tanaman transgenik ke
lingkungan menjadi isu yang ramai dibicarakan antara pihak-pihak yang pro dan
kontra. Menurut Myhr and Traavik (1999), beberapa risiko ekologis tanaman
transgenik yang dikhawatirkan berupa:
1. Potensi
perpindahan gen ke tanaman kerabat
2. Potensi
perpindahan gen ke organisme lain bukan kerabat
3. Pengaruh
tanaman transgenik terhadap organisme bukan sasaran
4. Pengurangan
keanekaragaman hayati ekosistem dan
5. Perkembangan
resistensi serangga terhadap tanaman transgenik.
Indikasi
risiko tanaman transgenik tersebut tidak dapat diremehkan dengan alasan data
pendukung yang tersedia belum cukup. Risiko penggunaan pestisida novel yang
paling ditakuti oleh pemerintah, petani dan juga industri pestisida adalah
timbulnya resistensi hama sasaran terhadap produk-produk teknologi novel adalah
timbulnya resistensi hama terutama terhadap tanaman transgenik tahan hama serta
resisten terhadap jenis-jenis pestisida baru. Apabila petani dalam menggunakan
produk teknologi baru masih sama dengan sebelumnya seperti perlakuan tidak
tepat, terus menerus, berlebihan dalam areal pertanaman yang luas, maka hama
sasaran akan segera mampu berkembang menjadi populasi yang resisten.Salah satu
propagadanya juga menyebutkan bahwa kalau petani menanam tanaman yang tahan
penyakit (benih transgenik), berarti bisa menurunkan pestisida. Namun
penelitian menunjukkan bahwa di Amerika sebagai pusat pengembangan rekayasa
genetik, penggunaan pestisida meningkat 55 % sejak 1996-2004.
Penerapan bioteknologi seperti manipulasi
gen pada tanaman budidaya telah memberikan manfaat yang tidak terbatas. Secara
alamiah tumbuhan mengalami perubahan secara lambat sesuai dengan keberhasilan
adaptasi sebagai hasil interaksi antara tekanan lingkungan dengan variabilitas
genetika. Campur tangan manusia melalui rekayasa genetik telah mengakibatkan
“revolusi” dalam tatanan gen. Perubahan drastis ini telah menimbulkan
kekhawatiran akan munculnya dampak produk transgenik baik terhadap lingkungan,
kesehatan maupun keselamatan keanekaragaman hayati.
Dalam banyak hal bahaya produk transgenik
yang diduga akan muncul terlalu dibesar-besarkan. Tidak ada teknologi yang
tanpa resiko, demikian pula dengan produk rekayasa genetik. Resiko dari produk
transgenik tidak akan lebih besar dari produk hasil persilangan alamiah.
Beberapa resiko pangan transgenik yang mungkin terjadi antara lain resiko
alergi, keracunan dan tahan antibiotik (Fagan 1997). Pangan transgenik
berpotensi menimbulkan alergi pada konsumen yang memiliki sensitivitas alergi
tinggi. Keadaan itu dipengaruhi sumber gen yang ditransformasikan. Kasus ini
pernah terjadi pada kedelai transgenik dengan kandungan methionin tinggi,
sehingga produknya tidak diedarkan setelah penelitian menunjukkan adanya unsur
alergi. Kekhawatiran keracunan didasarkan pada sifat racun dari gen Bt terhadap
serangga. Kecemasan tersebut tidak beralasan karena gen Bt hanya aktif bekerja
dan bersifat racun bila bertemu sinyal penerima dalam usus serangga yang sesuai
dengan kelas virulensinya. Gen tersebut tidak stabil dan tidak aktif lagi pada
pH di bawah 5 dan suhu 65°C , artinya manusia tidak akan keracunan gen Bt
terutama untuk bahan yang harus dimasak terlebih dahulu. Kemungkinan lain
adalah resistensi mikroorganisme dalam tubuh menjadi lebih “kuat”. Kejadian ini
peluangnya kecil karena gen yang ditranfer melalui rekayasa genetik akan terinkorporasi
ke dalam genom tanaman.
Kekhawatiran bahaya terhadap keselamatan
sumber daya hayati diduga terjadi melalui beberapa cara seperti, terlepasnya
organisme transgenik ke alam bebas dan tranfer gen asing dari produk transgenik
ke tanaman lain sehingga terbentuk gulma yang dapat merusak ekosistem yang ada
sehingga mengancam keberadaan sumber daya hayati. Perubahan tatanan gen dapat
mengakibatkan perubahan perimbangan ekosistem hayati dengan perubahan yang
tidak dapat diramalkan (Hartiko 1995). Prinsip dasar biologi molekuler
menunjukkan 2 sumber utama resiko yang mungkin timbul. Pertama, perubahan
fungsi gen melalui proses rekayasa genetik. Penyisipan gen berlangsung secara
acak sehingga sulit untuk dikontrol dan diprediksikan apakah gen tersebut akan
rusak atau berubah fungsi. Kedua transgen dapat berinteraksi dengan komponen
seluler. Kompleksitas kehidupan organisme mengakibatkan kisaran interaksi
tersebut tidak dapat di ramalkan atau dikontrol (Fagan 1997).
Penggunaan bioteknologi telah diakui
sebagai teknologi yang memberi manfaat terutama dalam aktivitas pertanian
(Hartiko 1995; Suwanto 2000a). Meskipun demikian aplikasi tersebut harus tetap
diiringi dengan langkah –langkah yang perlu diambil untuk memastikan produk
tersebut tidak membahayakan kehidupan manusia. Protokol keamanan hayati
Cartagena adalah salah satu upaya global yang dapat dipakai masyarakat dunia
untuk mematuhi peraturan yang berkaitan dengan produk transgenik. Keberadaan
peraturan-peraturan ini diharapkan tidak menghalangi pertumbuhan dan
perkembangan bioteknologi (Zohrah 2001).
Setahun
terakhir ini issu bioteroris menjadi fenomena baru yang muncul akibat banyaknya
aksi teror yang terjadi pada saat teknik rekayasa genetika berkembang sangat
pesat. Prestasi gemilang rekayasa genetika yang telah dicapai dibayangi
penyalahgunaan oleh teroris. Kebebasan mengakses data genetika pada genbank
dikhawatirkan akan dimanfaatkan para teroris sebagai sarana menciptakan senjata
yang berbahaya bagi keselamatan manusia. Presiden Amerika pada pertengahan tahun
lalu telah menandatangani UU bioterorisme yang mencakup kesanggupan Amerika
terhadap kontrol zat biologi berbahaya dan racun, keselamatan dan keamanan
pasokan makanan, obat-obatan dan air minum. Kekhawatiran penyalahgunaan data
genetika ini diragukan karena tidak ada pakar yang mumpuni untuk mengubah
informasi tersebut menjadi senjata berbahaya. Database yang ada tidak dapat
digunakan sebagai sarana untuk menciptakan bakteri atau virus pembunuh. Upaya
menyembunyikan data genetika justru akan mendorong kepada sains yang
membahayakan. Sebagai tindakan kewaspadaan, data akan diklasifikasikan
khususnya data dari sejumlah organisme yang dikenal berbahaya. Membuka akses
publik terhadap data tersebut dianggap lebih banyak manfaat karena akan
merangsang berbagai penelitian untuk mencapai kemajuan dari pada kerugiannya,
seperti yang dikemukakan oleh Baber dalam Suriasoemantri (1988) bahwa seorang
ilmuwan tidak boleh menyembunyikan hasil penemuan apapun bentuknya dari
masyarakat luas dan apapun yang menjadi konsekuensinya.
Bioteknologi adalah kata umum yang sering kita dengar dalam kehidupan kita saat ini. Kata 'bioteknologi' telah menerima kepentingan dan makna yang sangat besar selama dua dekade terakhir, yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kemungkinan di balik perhatian semacam ini terhadap bioteknologi mungkin karena potensinya yang tidak terbatas untuk melayani dan memberi manfaat bagi umat manusia. Sejauh ini, bioteknologi telah menyentuh kehidupan kita dalam semua aspek, seperti, makanan, kesehatan, dan kehidupan hewan. Kami juga telah memperhatikan pentingnya dan potensi bioteknologi untuk perbaikan lingkungan kita dan untuk kehidupan yang lebih baik, misalnya kemampuan bioteknologi untuk memenuhi permintaan menipisnya cadangan energi bahan bakar fosil dengan menggantinya dengan bahan bakar bio, karena ketersediaan fosil. bahan bakar menjadi terbatas untuk memenuhi permintaan populasi yang terus meningkat. Dalam istilah yang lebih sederhana, hidup kita dimulai dengan pasta gigi yang dikembangkan secara bioteknologi, untuk mengendarai mobil dengan bahan bakar yang dikembangkan secara bioteknologi, dan kita juga pensiun untuk hari itu dengan obat-obatan di samping tempat tidur baik untuk menjaga kita tetap sehat atau untuk mengendalikan penyakit kronis, seperti diabetes, yang membuat hidup kita lebih baik.
Daftar
Rujukan
Anonymous. 2014.
“Rekayasa Genetika”. Jurnal Sains, (Online), (http://edu-bio.blogspot.com/2012/01/rekayasa-genetika.html)
diakses 12 September 2019
Kajariyah, Siti Nur. Tanpa Tahun.
“Pengaturan Etika
Dalam Bioteknologi”. Jurnal Sains, (Online), (https://www.academia.edu/8856433/pengaturan_etika_dalam_bioteknologi)
diakses 10 September 2019
Kasangura, Chenjerayi. 2018. “Industrial Biotechnology Then, Now, And The Future”.
JurnalSains,(Online),(https://www.researchgate.net/publication/327860954_INDUSTRIAL_BIOTECHNOLOGY_THEN_NOW_AND_THE_FUTURE) diakses 11 September 2019
Nasrudin, Harun, dkk. 2012. Sains
Dasar. Surabaya: UNESA University Press
Naz, Zahra. 2015. “Introduction to Biotechnology”. Jurnal Sains, (Online), (https://www.researchgate.net/publication/284169166_Introduction_to_Biotechnology) diakses 19 September 2019
Verma, Ashish
Swarup, dkk. 2011. “Biotechnology in The Realm of History”. Jurnal Sains,
(Online), (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3178936/)
diakses 19 September 2019
Widyastuti, Dyah
Ayu.2017.Gene Therapy: From Biotechnology To Health.Journal of Biology,(online), (http://journal.uinjkt.ac.id/index.php/kauniyah)
diakses 11 September 2019
0 comments:
Post a Comment