Aktivitas Biologi 7
2. Bioteknologi Modern
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa salah satu ciri dalam bioteknologi modern adalah adanya rekayasa sifat makhluk hidup. Dari hasil rekayasa tersebut, didapatkan berbagai agen biologi dengan sifat yang diinginkan manusia. A gen biologi tersebut akan mengolah bahan mentah menjadi berbagai produk yang diinginkan.
Oleh karena bioteknologi modern dicirikan oleh adanya rekayasa sifat makhluk hidup, bioteknologi modern berkaitan erat dengan rekayasa genetik. Rekayasa genetik adalah pengubahan komposisi gen individu melalui percobaan dan upaya lainnya. Gen sebagai pembawa sifat makhluk hidup dapat diidentifikasi, diisolasi, dan disisipkan dalam materi genetik makhluk hidup lain. Individu yang dihasilkan melalui rekayasa genetika disebut makhluk hidup transgenik atau organisme hasil modifikasi genetik (OHMG).
Organisme yang bisa menerima DN A asing dan umum digunakan dalam proses penyisipan gen adalah bakteri. H al ini dilatarbelakangi oleh beberapa sifat yang dimiliki bakteri. Bakteri memiliki dua jenis materi genet ik yait u kromosom bakt eri dan plasmid (Gambar 7. ). Plasmid merupakan rantai DN A berbentuk sirkuler yang ditemukan di bakteri. Pl asmid t erkadang mengandung gen yang membuat bakt eri t ahan terhadap antibiotik ampisilin dan tetrasilin. Plasmid dapat keluar masuk sel, bahkan dapat masuk ke dalam sel bakteri yang berbeda jenis.
Gambar 7.8
Sem ua reakt or biogas unt uk kot oran hew an jenis fixed dom e (kiri) dan
float ing drum (kanan) Saluran gas
Residu keluar Saluran masuk Residu kaluar
Saluran masuk Tangki utam a Sep erat or Float ing d rum Sumber: www.beritaiptek.com Gambar 7.9
(a) Plasm id pada bakt eri yang m engandung gen unt uk am pisilin dan t et rasilin. (b) Plasm id bakt eri dilihat dengan m ikroskop elekt ron DNA plasm id.
Sumber: Biology: Exploring Life, 1994
(a) (b)
Krom osom
b akt eri Plasm id
Gen am p isilin Gen t et rasilin
Kata Kunci
• DNA• Enzim rest riksi
• Gen
• Plasm id
• Krom osom
Pl asmi d dapat di i sol asi dar i bak t er i dan dapat “ di pot ong” menggunakan enzim restriksi. Dengan cara yang sama, DNA penyusun gen, misalnya gen insulin dapat dipotong dan diisolasi menggunakan enzim restriksi yang sama. Contohnya, enzim restriksi EcoR1 yang memotong urutan basa T TA A , karena gen insulin memiliki rantai DN A dengan ujung urutan basa yang sama, TTAA dan AATT, rantai DNA gen insulin dapat bergabung dengan DN A plasmid melalui bant uan enzim DN A ligase. Perhatikan Gambar 7.1 .
Proses penyisipan tersebut menghasilkan bakteri yang mengandung gen pembent ukan insulin pada manusia. Bakt eri ini nant inya dapat menghasilkan hormon insulin manusia. M olekul DN A rekombinasi ini kali pertama dilakukan pada 1973 oleh Stanley Cohen dari Universitas Stanford dan H erbert Boyer dari Unversitas California. H al ini menandai lahirnya rekayasa genetik modern.
Selain rekayasa genetik, bioteknologi modern juga mencakup fusi sel (penggabungan sel) dari makhluk hidup yang berbeda spesies. Fusi sel adalah teknik yang digunakan untuk menghasilkan sel hibrid (hibridoma). Sel hibrid ini mengandung bahan genetik dari sel-sel yang difusikan.
Prinsip dasar teknik ini yaitu membuka dinding kedua sel, kemudian kedua isi sel dicampurkan (Gambar 7.11). D inding sel dihilangkan dengan menggunakan enzim t ert ent u. Unt uk menggabungkan isi sel, digunakan virus atau bahan kimia seperti polietilen glikol. Teknik fusi sel di l akukan ant ara l ai n unt uk mendapat kan hi bri d baru penghasi l antibiotik, tanaman interspesies, dan antibodi monoklonal.
Gambar 7.10
Pem ot ongan dan penyisipan gen insulin dalam plasm id.
Sumber: Biology: Exploring Life, 1994
Plasm id b akt eri
Krom osom m anusia
Gen insulin Enzim rest riksi
m em ot ong kedua gen
Gen insulin bergabung dengan plasmid dengan bantuan enzim DNA ligase Gen insulin Plasm id Plasm id krom osom m anusia
Kata Kunci
• Ant ibodi m onoklonal
• Fusi sel
D ari dua t eknik dasar biot eknologi modern t ersebut dihasilkan bermacam-macam produk baru. Untuk menghasilkan produk bioteknologi modern, t erkadang t et ap menggunakan t ekni k-t ekni k yang t el ah dikembangkan dalam biot eknologi konvensional. Pada beberapa hal, biot eknologi konvensional sulit dibedakan dari biot eknologi modern. Berikut ini dijelaskan beberapa contoh bioteknologi modern yang berperan pada beberapa aspek kehidupan.
a. M akanan
Penerapan bioteknologi pada makanan secara modern, diawali pada 1992. Saat itu sebuah perusahaan A merika, Calgene, mendapatkan izin untuk memasarkan OH M G yang disebut Flavrsavr. OH M G ini adalah tomat yang dibuat lebih tahan hama dan tidak dapat membusuk.
Secara umum, penerapan bioteknologi modern pada makanan tidak dapat dipisahkan dengan bioteknologi modern pada bidang pertanian. Produk- produk makanan yang dihasilkan dari OHMG, seperti tanaman pertanian, hewan, atau mikroorganisme, disebut makanan hasil modifikasi genetik.
OHM G lebih banyak dilakukan pada tanaman pertanian. Contohnya, jagung tahan lama, kedelai tahan herbisida, kentang tahan virus, padi dengan zat dan vitamin yang ditingkatkan (golden rice), gandum dengan prot ein yang t inggi bagi t ernak, dan banyak hasil pert anian lainnya. Perkembangan selanjutnya dari penerapan bioteknologi modern semakin beraneka ragam. Sekarang, para ilmuwan dapat membuat makanan yang mengandung obat, pisang yang menghasilkan vaksin hepatitis B, ikan yang lebih cepat dewasa, dan tanaman buah yang berbuah lebih cepat.
b. Pertanian
Pada bidang pertanian, telah banyak dilakukan penerapan bioteknologi modern. Para ilmuwan telah berhasil membuat prosedur penyisipan gen pada berbagai tanaman. Prosedur tersebut melibatkan teknik kultur jaringan dan teknik genetika pada bakteri yang telah A nda pelajari.
Gambar 7.11
Teknik fusi sel unt uk m endapat kan sel dengan sifat cam puran.
Sumber:www.myweb.dal.ca
Enzim m eleburkan dinding sel
Kedua sel b erim p it an
Terb ent uk sel hib ridom a
Dinding sel m elebur/ m enghilang sehingga dapat terjadi pencam puran m at eri genet ik
Gambar 7.12
Langkah-langkah penyisipan gen pada t um buhan.
Sumber:www.uoguelph.ca
Penyisipan gen ke dalam tumbuhan dapat dilakukan melaui beberapa cara. Salah satunya, sumber DNA gen asing terlebih dahulu dimasukkan ke dalam plasmid bakt eri A grobacterium tumefaciens. Penyisipan ini sesuai dengan teknik penyisipan gen yang telah A nda pel ajari, k emudian, bakt eri A gr obacter ium rekombinasi t ersebut diinfeksikan pada jaringan t umbuhan. Bakt eri yang di gunak an
A grobacterium tumefaciens sebab di alam bakteri ini menginfeksi tanaman dan menyebabkan penyakit cro n gall (sejenis tumor).
Dengan dimasukkannya gen asing ke dalam plasmid bakt eri, gen asi ng akan memasuki D N A t umbuhan. D engan demi ki an, tumbuhan akan memiliki sifat yang sesuai dengan gen asing tersebut. Tumbuhan hasil penyisipan gen disebut juga tanaman transgenik.
Berbagi macam gen telah berhasil disisipkan ke dalam DNA tanaman pertanian. Beberapa di antaranya adalah gen bagi penghasil vitamin, gen untuk penghasil racun bagi serangga, gen bagi pengikatan nitrogen bebas, dan gen untuk bahan herbisida. Gen-gen tersebut dapat menyebabkantanaman transgenik memiliki sifat gen yang dimasukkan tersebut. Perhatikan Gambar 7.12.
c. Pet ernakan
Dalam bidang peternakan, bioteknologi modern telah dapat meningkatkan produksi dan kesehatan ternak. Beberapa cara yang dilakukan antara lain dalam pembuatan vaksin dan hormon pertumbuhan bagi hewan ternak. Vaksin dan hormon t ersebut disunt ikkan pada hewan t ernak. H ormon pertumbuhan yang disuntikkan berguna agar ternak mengalami pertumbuhan dan perkembangan yang sangat pesat. Selain itu, waktu panen akan menjadi lebih singkat dibandingkan tanpa menggunakan hormon tersebut.
Ber i k ut i ni ak an di ur ai k an hasi l bi ot ek nol ogi pada bi dang perternakan, yaitu vaksin, hormon pertumbuhan bagi ternak, kloning reproduksi, dan fertilisasi in vitro.
1) aksin Pencegah Penyakit Ternak
Virus yang menyerang t ernak dan paling merugikan adalah virus penyebab penyakit mulut, kuku, dan lidah menjadi berwarna biru. Pada unggas, virus yang menyerang dan merugikan adalah virus penyebab penyakit t et elo (N ew Cast le D isease N CD ), sedangkan pada anjing, kucing serta karnivora lainnya adalah virus rabies.
Vak si n unt uk penyak i t mul ut dan kuku di buat dengan cara mengisolasi dan memperbanyak gen yang mengode pembentukan kulit protein virus (VPI). Kemudian, gen ini disisipkan pada plasmid . coli.
Protein yang dihasilkan .coli yang sudah direkayasa akan bekerja sebagai vaksin yang efektif terhadap virus penyakit mulut dan kuku. Cara serupa dilakukan untuk menghasilkan vaksin-vaksin bagi penyakit tetelo, dan lidah biru. Selain vaksin, dipakai juga interferon hewan sebagai senyawa antivirus alamiah.
2) H ormon
Pada akhir dasawarsa ini, penggunaan hormon untuk meningkatkan produksi daging untuk ternak sudah lazim digunakan, terutama pada sapi. D alam wakt u dekat , hormon sejenis juga akan dipergunakan unt uk DNA
DNA Agrobacterium dim asukkan pada DNA sel t um buhan
DNA yang baru dibentuk pada sel tumbuhan di tumbuhkan pada caw an Pet r i
Tum buhan tum buh dengan sifat yang sesuai dengan DNA yang disisipkan Sel tum buhan dengan
DNA baru yang dibagi- bagi
DNA yang dipotong disisipkan pada DNA
Agrobact erium
Kata Kunci
• Transgenik • Kloning • In vitro • In t erfero n • Em b rio • Ut erus • Int i sel • Sel t elurInt i sel
donor Int i sel dari
sel donor
Inti sel pada sel t elur diam b il
Inti sel donor dim asukkan pada sel telur
Terb ent uk em brio Embrio dimasukkan
pada uterus domba inang
Dom ba hasil kloning meningkatkan produksi daging domba. Pembuatan hormon pertumbuhan
dilakukan dengan cara mengisolasi dan memperbanyak gen pertumbuhan, kemudian disisipkan pada mikroba dan akhirnya dihasilkan hormon-hormon yang dimaksud. Hormon tersebut kemudian disuntikkan pada ternak. Tentu saja usaha ini harus disertai dengan pemberian nutrisi ternak yang seimbang. Penggunaan hormon untuk pertumbuhan ini sudah sering dilakukan.
Para ahli sudah jauh memikirkan untuk membuat hormon yang akan disunt ikkan pada domba penghasil wol. Dengan sunt ik hormon EGF ( pider mal ro th Factor) , bul u-bul u domba akan ront ok dengan sendirinya, t anpa pisau cukur. EGF adalah suat u hormon yang dapat mengendalikan kecepatan tumbuh rambut. Konsentrasi EGF yang tinggi akan menyebabkan pert umbuhan rambut yang cepat , t et api helaian rambut akan lebih tipis. Satu dosis EGF tertentu akan membuat rambut sedemikian tipis helaiannya sehingga lebih rapi. Beberapa hari kemudian, titik rapuh rambut tersebut akan muncul di permukaan kulit dan tentu saja rambut akan mudah lepas dari kulitnya.
3) Kloning Reproduksi
Cont oh l ai n pener apan bi ot ek nol ogi moder n dal am bi dang peternakan adalah kloning. Kloning adalah proses untuk membuat salinan molekul, elektron atau organisme multiseluler yang identik. Pada kloning reproduksi, hal tersebut dilakukan untuk menghasilkan individu yang sama dengan induknya.
Salah satu proses kloning yang terkenal adalah kloning domba Dolly. Kloning tersebut dilakukan pada 1996 dan Dolly hidup hingga 2003. Kelahiran domba hasil kloning ini mengundang kontroversi dari berbagai pihak. Pada kloning Dolly, ilmuwan mengisolasi inti sel somatis kelenjar mamae domba dan memasukkannya ke dalam sel t elur yang t elah dihilangkan inti selnya. Sel telur yang mengandung inti sel donor tersebut diberi kejutan listrik atau zat kimia untuk memicu pembelahan sel. Ketika klon embrio mencapai tahap yang sesuai, embrio tersebut dimasukkan dalam uterus domba betina (Gambar 7.13).
Gambar 7.13
Proses kloning pada dom ba
Sumber: Biology Concepts & Connections, 2006
Kloning reproduksi dapat digunakan untuk menghasilkan ternak yang ident ik dengan induknya, t et api ilmuwan menget ahui bahwa kloning mempunyai pot ensi yang l ebi h berguna. Para i l muwan berusaha melakukan kloning reproduksi pada hewan-hewan yang t elah punah. Beberapa hewan punah telah dicoba dikloning. Pada 2003, seekor banteng jawa berhasil dikloning, kemudian diikut i oleh t iga kucing liar afrika dari embrio yang dibekukan. H asil ini memberikan harapan bahwa teknik yang sama dapat dilakukan pada hewan ternak lainnya.
d. Pengobatan dan Kesehatan
Sebelumnya, pada bioteknologi konvensional A nda telah mengenal ant ibiot ik sebagai obat cukup ampuh unt uk melawan infeksi bakt eri. Penelit ian dalam biot eknologi t erus dilanjut kan unt uk mencari cara pencegahan, diagnosa dan pengobat an pada berbagai kelainan dan penyakit . Terdapat beberapa hasil biot eknologi modern pada bidang pengobatan dan kesehatan, di antaranya hormon dan antibodi monoklonal. 1) H ormon
Pada 1949, penderita arthritis dapat sembuh setelah diobati dengan hormon steroid kortison. Sejak saat itu, jenis steroid ini digunakan untuk mengobati penyakit arthritis, rheumatik, leukemia, anemia hemafotik dan beberapa penyakit lain.
Steroid merupakan senyawa kimia yang sangat kompleks. Pembuatannya secara sintetis memerlukan proses dan biaya yang cukup tinggi. Pada 1952, ditemukan sejenis kapang, yaitu hi opus arrhi us yang dapat mengubah steroid yang berasal dari hewan atau tumbuhan menjadi kortison. Jenis-jenis dari
A spergillus, ternyata dapat mengubah progesteron (steroid yang berasal dari hewan dan manusia) menjadi senyawa kortison.
Penyakit kencing manis (diabetes mellitus) dapat diobati dengan hormon insulin. Insulin hasil bioteknologi saat ini sudah dapat diproduksi. Gen manusia yang mengendalikan pembentukan hormon insulin, disisipkan ke dalam bakteri .coli. Proses ini telah A nda pelajari sebelumnya.
2) A ntibodi Monoklonal
Setiap saat tubuh kita dapat terkena serangan virus, bakteri, jamur, dan zat -zat lain dari lingkungan sekit arnya. Zat -zat t ersebut dapat membahayakan t ubuh. Secara alami, manusia dapat menghasilkan antibodi bagi kuman atau antigen tersebut. Namun, agar sistem kekebalan tubuh aktif, tubuh harus pernah diserang kuman tersebut. Terkadang jika tubuh tidak mampu bertahan, akibatnya akan fatal.
U n t uk memi cu k ek ebal an t ubuh , dapat di l ak uk an den gan menyunt ikkan vaksin yang mengandung ant igen penyakit t ersebut . D engan demi ki an, dapat t erbent uk ant ibodi pada t ubuh yang dapat mel awan pat ogen. O l eh k arena kemampuan melawan pat ogen ini, ant i bodi mon ok l on al di k embangk an unt uk mengat asi penyak i t spesifik.
Cara yang umum digunakan untuk menghasilkan antibodi adalah dengan menyunt ikkan sedikit ant igen pada t ikus at au kelinci. Tubuh kelinci atau tikus akan merespon antigen dengan menghasilkan antibodi yang secara langsung dapat diambil dari darahnya. A kan tetapi, biasanya antigen direspon oleh beberapa macam sel. A ntibodi yang dihasilkan adalah ant ibodi poliklonal, yait u campuran berbagai ant ibodi yang dihasilkan oleh berbagai sel.
Sekit ar 1970, sebuah t eknik dikembangkan unt uk menghasilkan antibodi monoklonal. A ntibodi yang dihasilkan dari satu sel yang sama dan spesifik terhadap satu antigen. A ntibodi monoklonal ini didapat dari kultur sel. Pembuatan antibodi monoklonal adalah melalui fusi sel antara sel B dari hati dan sel penghasil tumor. Sel B hati digunakan karena sel inilah yang menghasilkan antibodi. A dapun sel tumor digunakan karena dapat membelah diri terus-menerus. Perhatikan Gambar 7.14.
Kata Kunci
• Ant ibodi m onoklonal
• Ant ib odi p oliklonal
• Horm on insulin
Langkah pertama untuk membuat antibodi monoklonal adalah hewan disuntikkan antigen sel B tersebut. Kemudian, sel B hewan diisolasi dan difusikan dengan sel tumor. H asilnya adalah sel hibrid yang menghasilkan satu antibodi tertentu dan terus membelah. A ntibodi monoklonal juga dapat digunakan unt uk keperl uan diagnosa dan diharapkan dapat menyembuhkan kanker.
Gambar 7.14
Pem b uat an ant ib odi m onoklonal
Sumber: Biology: Concepts and Connections, 2006
Ant igen disunt ikan pada
t ikus Kult ur sel t um or
Sel t um or Sel B
Kedua sel bersatu m em bent uk hibrid
Sel hibrid ditumbuhkan pada kult ur
Ant ib od i
Terbent uk ant ibodi m onoklonal
1. A pakah bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern memiliki perbedaan?
2. Bagaimanakah prinsip dasar pembuatan antibodi monoklonal? Jelaskan.
3. Tul i skan pal i ng sedi ki t 5 produk bi ot eknol ogi konvensional beserta mikroorganisme yang berperan didalamnya?
Kerjakanlah di dalam buku latihan.
Latihan Pemahaman Subbab B