Prinsip Dasar Bioteknologi Sifat dan Rekayasa Sifat Mikroorganisme
Prinsip Dasar Bioteknologi Sifat dan Rekayasa Sifat Mikroorganisme - Bioteknologi merupakan aplikasi organisme atau bagian dari tubuh organisme dalam teknologi untuk menghasilkan suatu yang bermanfaat. Pemanfaatan organisme atau komponen subselulernya dilakukan secara terarah dan terkontrol yang melibatkan multidisiplin serta merupakan aplikasi terpadu antara mikrobiologi, biokimia, biologi sel, fisiologi, genetika molekuler dan teknik kimia.
Salah satu keberhasilan bioteknologi yang sangat menarik perhatian masyarakat adalah mengenai rekayasa genetika. Rekayasan genetika merupakan bagian dari bioteknologi modern, semenjak ditemukanya model utas ganda DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953.
Sebelum ditemukanya model utas ganda DNA, masyarakat sebenarnya telah mengenal bioteknologi secara tradisional. Bioteknologi tradisional, antara lain diterapkan melalui pembuatan minuman anggur dan keju dengan mengggunakan mikroba, pemuliaan tanaman pangan atau perkawinan silang pada hewan.
Salah satu keberhasilan bioteknologi yang sangat menarik perhatian masyarakat adalah mengenai rekayasa genetika. Rekayasan genetika merupakan bagian dari bioteknologi modern, semenjak ditemukanya model utas ganda DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953.
Sebelum ditemukanya model utas ganda DNA, masyarakat sebenarnya telah mengenal bioteknologi secara tradisional. Bioteknologi tradisional, antara lain diterapkan melalui pembuatan minuman anggur dan keju dengan mengggunakan mikroba, pemuliaan tanaman pangan atau perkawinan silang pada hewan.
Prinsip Dasar Bioteknologi
Bioteknologi dikembangkan dalam segala bidang dengan memanfaatkan kemampuan mikroorganisme atau bagian - bagianya. Objek kajianya amat luas, berkembang secara bertahap sesuai dengan perkembangan ilmu dan teknologi serta meningkatnya kebutuhan manusia.
Sebenarnya, prinsip - prinsip bioteknologi telah banyak diterapkan oleh masyarakat Indonesia ratusan tahun yang lalu, bahkan 6000 tahun sebelum Masehi oleh masyarakat Babiolinia. Masyarakat Babilonia telah membuat makanan dan minuman secara fermentasi.
Beberapa contoh bioteknologi tradisional, misalnya pembuatan tempe, tape, kecap, oncom atau pembuatan minuman tuak yang telah lama dilakukan oleh nenek moyang kita. Ada tiga ciri utama yang dapat kita ketahui dari bioteknologi tradisional, yaitu sebagai berikut.
Adanya plasmid, yaitu suatu DNA berbentuk cincin yang mengandung perangkat gen - gen yang terpisah dari kromosom bakteri, memudahkan proses metabolisme dalam keadaan tanpa oksigen (anaerob) dengan menggunakan enzim - enzim yang disekresikanya.
Melalui pengetahuan sifat - sifat yang dimiliki oleh mikroorganisme tersebut, kita dapat memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi sesuatu yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Adanya plasmid juga memudahkan proses pembentukan DNa rekombinan, sehingga menghasilkan organisme transgenik yang diharapkan dapat meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi protein hewani maupun nabati.
Dalam rekayasa genetika, sifat yang diinginkan disisipkan ke dalam molekul DNA yang dimiliki mikroorganisme tersebut sehingga mikroorganisme akan mengekspresikan sifat DNA baru yang disisipkan tersebut. Cara ini lebih dikenal dengan istilah DNa rekombinan.
Selanjutnya, mikroorganisme dengan kombinasi DNA yang baru akan membelah diri, sehingga terbentuk sel mikroorganisme hasil klom kombinasi DNA baru. Dalam organisme prokariat seperti bakteri, selain adanya kromosom, terdapat juga plasmid yang mengandung DNA, atau dikenal dengan DNA plasmid.
a. Mula - mula dilakukan isolasi DNA plasmid dari bakteri dan DNA pembawa sifat yang diinginkan dari sel organisme lain, seperti dari hewan atau manusia.
b. Potongan DNA yang mengandung gen pembawa sifat yang dingnkan disisipkan ke dalam DNA plasmid bakteri, sehingga akan dihasilkan DNA rekombinan.
c. Plasmid dengan DNA rekombinan dikembalikan lagi kedalam sel bakteri.
d. Sel bakteri yang telah mengandung plasmid DNA rekombinan tersebut, kemudian dikembangkan dalam kultur yang akan membentuk klon dari sel - sel bakteri tersebut. DNA asing yang disisipkan dalam plasmid bakteri direplikasikan, dan selanjutnya plasmid tersebut oleh bakteri akan dilipat gandakan. Sekarang, gen dengan pembawa sifat yang diinginkan sudah di kloning.
e. Langkah yang kritis dalam kloning terhadap gen adalah saat identifikasi bakteri kloning yang mengandung gen yang diinginkan.
f. Setelah diidentifikasi berhasil, bakteri kloning dapat diaplikasikan sesuai dengan tujuan semula, misalnya untuk produksi protein, antibiotik, ensim atau lainya.
Teknik lain dari DNA rekombinan adalah hibridoma. Hibridoma merupakan teknik penyatuan dua sel dari jaringan yang sama atau organisme yang berbeda sehingga menghasilkan sel tunggal, yaitu sel hibrid.
Sel hibrid mempunyai kombinasi sifat kedua sel. Lahirnya terknologi hibridoma dimulai dengan pengamatan George Kohler dan Cesar Milstein pada tahun 1975 terhadap sel mieloma tikus. Sel mieloma tikus merupakan sel kanker yang dapat memproduksi Ig nonspesifik, tetapi identik dalam jumlah banyak dengan kultur jaringan.
Berdasarkan pengamatan tersebut, sel mieloma dengan limfosit B hewan yang telah diimunkan dengan penyuntikan antigen dicoba untuk digabungkan (fusi). Hasil penggabungan ini ternyata dapat hidup dalam kultur jaringan.
Dalam media polietilen glikol (PEG), klon yang dihasilkan mempunyai sifat sel limfosit sebagai penghasil antibodi yang monospesifik dan sifat hidup tak terbatas dari sel mieloma. Selanjutnya, sel - sel hibridoma yang membentuk antibodi tertentu tersebut diteruskna pembiakanya sehingga dihasilkan antibodi klon tunggal. Antibodi klon tunggal ini disebut antibodi monoklonal.
Dalam tubuh manusia terdapat sel khusus yang menghasilkan hormon dan antibodi. Akan tetapi, pengaturan produksi hormon dan antibodi tersebut hanya sedikit sementara sel kanker dapat ditumbuhkan dengan mudah. Jika sel penghasil hormon dan sek kanker digabungkan, sel penggabungan (hibridoma) tersebut mampu menghasilkan kromosom dan antibodi dalam jumlah besar.
Sebenarnya, prinsip - prinsip bioteknologi telah banyak diterapkan oleh masyarakat Indonesia ratusan tahun yang lalu, bahkan 6000 tahun sebelum Masehi oleh masyarakat Babiolinia. Masyarakat Babilonia telah membuat makanan dan minuman secara fermentasi.
Beberapa contoh bioteknologi tradisional, misalnya pembuatan tempe, tape, kecap, oncom atau pembuatan minuman tuak yang telah lama dilakukan oleh nenek moyang kita. Ada tiga ciri utama yang dapat kita ketahui dari bioteknologi tradisional, yaitu sebagai berikut.
- Terdapat mikroorganisme dengan ciri tertentu dan dapat memproduksi enzim yang berperan sebagai biokatalisator.
- Adanya metode untuk mekanisme tertentu untuk mendayagunakan mikroorganisme (sebagai agen) secara teknologi.
- Diperolehnya produk ang mempunyai nilai tambah dan bermanfaat terutama bagi kepentingan manusia, baik dalam bentuk pangan (makanan dan minuman), obat - obatan, reproduksi, pemecahan masalah sampah, dan produk - produk lain.
- Harga bahan bakar fosil (bensin, minyak tanah, maupun solar) yang meningkat sangat tajam.
- Pemakaian enzim - enzim ligase dan endonuklease yang dapat memotong DNA dan menyambungkanya kembali sehingga menghasilkan rekombinan baru dengan tujuan untuk memanipulasi gen secara buatan.
- Penemuan oleh Kohler dan Milstein (1975) yang memproduksi antibodi monoklonal dari memfusikan limfosit, mieloma dan sel tumor.
- Untuk menemukan ciri - ciri khsusu; memodifikasi; mengontrol hsil - hasil genetis, biokimia dan proses dari jangkauan yang luas terhadap organisme, baik yang hidup di darat maupun dilaut untuk aplikasi dalam bioteknologi.
- Untuk menggunakan alat - alat bioteknologi modern dalam masalah pertanian, lingkungan dan pabrik dalam membantu pengembangan produk baru serta perbaikan produk, proses dan metode pengujian.
- Memberikan dorongan dan menambah fasilitas, tempat penyimpanan (gudang), dan data base.
- Sifat Mikroorganisme
Adanya plasmid, yaitu suatu DNA berbentuk cincin yang mengandung perangkat gen - gen yang terpisah dari kromosom bakteri, memudahkan proses metabolisme dalam keadaan tanpa oksigen (anaerob) dengan menggunakan enzim - enzim yang disekresikanya.
Melalui pengetahuan sifat - sifat yang dimiliki oleh mikroorganisme tersebut, kita dapat memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi sesuatu yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Adanya plasmid juga memudahkan proses pembentukan DNa rekombinan, sehingga menghasilkan organisme transgenik yang diharapkan dapat meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi protein hewani maupun nabati.
- Rekayasa Sifat Mirkoorganisme
Dalam rekayasa genetika, sifat yang diinginkan disisipkan ke dalam molekul DNA yang dimiliki mikroorganisme tersebut sehingga mikroorganisme akan mengekspresikan sifat DNA baru yang disisipkan tersebut. Cara ini lebih dikenal dengan istilah DNa rekombinan.
Selanjutnya, mikroorganisme dengan kombinasi DNA yang baru akan membelah diri, sehingga terbentuk sel mikroorganisme hasil klom kombinasi DNA baru. Dalam organisme prokariat seperti bakteri, selain adanya kromosom, terdapat juga plasmid yang mengandung DNA, atau dikenal dengan DNA plasmid.
a. Mula - mula dilakukan isolasi DNA plasmid dari bakteri dan DNA pembawa sifat yang diinginkan dari sel organisme lain, seperti dari hewan atau manusia.
b. Potongan DNA yang mengandung gen pembawa sifat yang dingnkan disisipkan ke dalam DNA plasmid bakteri, sehingga akan dihasilkan DNA rekombinan.
c. Plasmid dengan DNA rekombinan dikembalikan lagi kedalam sel bakteri.
d. Sel bakteri yang telah mengandung plasmid DNA rekombinan tersebut, kemudian dikembangkan dalam kultur yang akan membentuk klon dari sel - sel bakteri tersebut. DNA asing yang disisipkan dalam plasmid bakteri direplikasikan, dan selanjutnya plasmid tersebut oleh bakteri akan dilipat gandakan. Sekarang, gen dengan pembawa sifat yang diinginkan sudah di kloning.
e. Langkah yang kritis dalam kloning terhadap gen adalah saat identifikasi bakteri kloning yang mengandung gen yang diinginkan.
f. Setelah diidentifikasi berhasil, bakteri kloning dapat diaplikasikan sesuai dengan tujuan semula, misalnya untuk produksi protein, antibiotik, ensim atau lainya.
Teknik lain dari DNA rekombinan adalah hibridoma. Hibridoma merupakan teknik penyatuan dua sel dari jaringan yang sama atau organisme yang berbeda sehingga menghasilkan sel tunggal, yaitu sel hibrid.
Sel hibrid mempunyai kombinasi sifat kedua sel. Lahirnya terknologi hibridoma dimulai dengan pengamatan George Kohler dan Cesar Milstein pada tahun 1975 terhadap sel mieloma tikus. Sel mieloma tikus merupakan sel kanker yang dapat memproduksi Ig nonspesifik, tetapi identik dalam jumlah banyak dengan kultur jaringan.
Berdasarkan pengamatan tersebut, sel mieloma dengan limfosit B hewan yang telah diimunkan dengan penyuntikan antigen dicoba untuk digabungkan (fusi). Hasil penggabungan ini ternyata dapat hidup dalam kultur jaringan.
Dalam media polietilen glikol (PEG), klon yang dihasilkan mempunyai sifat sel limfosit sebagai penghasil antibodi yang monospesifik dan sifat hidup tak terbatas dari sel mieloma. Selanjutnya, sel - sel hibridoma yang membentuk antibodi tertentu tersebut diteruskna pembiakanya sehingga dihasilkan antibodi klon tunggal. Antibodi klon tunggal ini disebut antibodi monoklonal.
Dalam tubuh manusia terdapat sel khusus yang menghasilkan hormon dan antibodi. Akan tetapi, pengaturan produksi hormon dan antibodi tersebut hanya sedikit sementara sel kanker dapat ditumbuhkan dengan mudah. Jika sel penghasil hormon dan sek kanker digabungkan, sel penggabungan (hibridoma) tersebut mampu menghasilkan kromosom dan antibodi dalam jumlah besar.