Pemanfaatan Bioteknologi Modern di Berbagai Bidang Kehidupan

Bioteknologi Modern - Telah dijelaskan pada postingan 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. Agen 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 DNA asing dan umum digunakan dalam proses penyisipan gen adalah bakteri. Hal ini dilatarbelakangi oleh beberapa sifat yang dimiliki bakteri. Bakteri memiliki dua jenis materi genetik yaitu kromosom bakteri dan plasmid. Plasmid merupakan rantai DNA berbentuk sirkuler yang ditemukan di bakteri. Plasmid terkadang mengandung gen yang membuat bakteri tahan terhadap antibiotik ampisilin dan tetrasilin. Plasmid dapat keluar masuk sel, bahkan dapat masuk ke dalam sel bakteri yang berbeda jenis.

(a) Plasmid pada bakteri yang mengandung gen untuk ampisilin dan tetrasilin.
 (b) Plasmid bakteri dilihat dengan mikroskop elektron DNA plasmid.

Plasmid dapat diisolasi dari bakteri dan dapat “dipotong” 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 TTAA, karena gen insulin memiliki rantai DNA dengan ujung urutan basa yang sama, TTAA dan AATT, rantai DNA gen insulin dapat bergabung dengan DNA plasmid melalui bantuan enzim DNA ligase, perhatikan gambar berikut.

Pemotongan dan penyisipan gen insulin dalam plasmid.

Proses penyisipan tersebut menghasilkan bakteri yang mengandung gen pembentukan insulin pada manusia. Bakteri ini nantinya dapat menghasilkan hormon insulin manusia. Molekul DNA rekombinasi ini kali pertama dilakukan pada 1973 oleh Stanley Cohen dari Universitas Stanford dan Herbert Boyer dari Unversitas California. Hal 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. Dinding sel dihilangkan dengan menggunakan enzim tertentu. Untuk menggabungkan isi sel, digunakan virus atau bahan kimia seperti polietilen glikol. Teknik fusi sel dilakukan antara lain untuk mendapatkan hibrid baru penghasil antibiotik, tanaman interspesies, dan antibodi monoklonal.

Teknik fusi sel untuk mendapatkan sel dengan sifat campuran.

Dari dua teknik dasar bioteknologi modern tersebut dihasilkan bermacam-macam produk baru. Untuk menghasilkan produk bioteknologi modern, terkadang tetap menggunakan teknik-teknik yang telah dikembangkan dalam bioteknologi konvensional. Pada beberapa hal, bioteknologi konvensional sulit dibedakan dari bioteknologi modern. Berikut ini dijelaskan beberapa contoh bioteknologi modern yang berperan pada beberapa aspek kehidupan.

Makanan

Penerapan bioteknologi pada makanan secara modern, diawali pada 1992. Saat itu sebuah perusahaan Amerika, Calgene, mendapatkan izin untuk memasarkan OHMG yang disebut Flavrsavr. OHMG 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. Produkproduk makanan yang dihasilkan dari OHMG, seperti tanaman pertanian, hewan, atau mikroorganisme, disebut makanan hasil modifikasi genetik.

OHMG 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 protein yang tinggi bagi ternak, dan banyak hasil pertanian 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.

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 Anda pelajari.

Penyisipan gen ke dalam tumbuhan dapat dilakukan melaui beberapa cara. Salah satunya, sumber DNA gen asing terlebih dahulu dimasukkan ke dalam plasmid bakteri Agrobacterium tumefaciens. Bakteri Agrobacterium rekombinasi tersebut diinfeksikan pada jaringan tumbuhan. Bakteri yang digunakan Agrobacterium tumefaciens sebab di alam bakteri ini menginfeksi tanaman dan menyebabkan penyakit cro n gall (sejenis tumor).

Dengan dimasukkannya gen asing ke dalam plasmid bakteri, gen asing akan memasuki DNA tumbuhan. Dengan demikian, 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 menyebabkan tanaman transgenik memiliki sifat gen yang dimasukkan tersebut. Perhatikan Gambar berikut.

Langkah-langkah penyisipan gen pada tumbuhan.

Peternakan

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 tersebut disuntikkan pada hewan ternak. Hormon 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.

Berikut ini akan diuraikan hasil bioteknologi pada bidang perternakan, yaitu vaksin, hormon pertumbuhan bagi ternak, kloning reproduksi, dan fertilisasi in vitro.

1.) Vaksin Pencegah Penyakit Ternak
Virus yang menyerang ternak 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 tetelo (New Castle Disease NCD), sedangkan pada anjing, kucing serta karnivora lainnya adalah virus rabies.

Vaksin untuk penyakit mulut dan kuku dibuat dengan cara mengisolasi dan memperbanyak gen yang mengode pembentukan kulit protein virus (VPI). Kemudian, gen ini disisipkan pada plasmid E.coli.

Protein yang dihasilkan E.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.) Hormon
Pada akhir dasawarsa ini, penggunaan hormon untuk meningkatkan produksi daging untuk ternak sudah lazim digunakan, terutama pada sapi. Dalam waktu dekat, hormon sejenis juga akan dipergunakan untuk 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 disuntikkan pada domba penghasil wol. Dengan suntik hormon EGF ( Epidermal Grouth Factor), bulu-bulu domba akan rontok dengan sendirinya, tanpa pisau cukur. EGF adalah suatu hormon yang dapat mengendalikan kecepatan tumbuh rambut. Konsentrasi EGF yang tinggi akan menyebabkan pertumbuhan rambut yang cepat, tetapi 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
Contoh lain penerapan bioteknologi modern dalam bidang 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 telur yang telah 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.

Kloning reproduksi dapat digunakan untuk menghasilkan ternak yang identik dengan induknya, tetapi ilmuwan mengetahui bahwa kloning mempunyai potensi yang lebih berguna. Para ilmuwan berusaha melakukan kloning reproduksi pada hewan-hewan yang telah punah. Beberapa hewan punah telah dicoba dikloning. Pada 2003, seekor banteng jawa berhasil dikloning, kemudian diikuti oleh tiga kucing liar afrika dari embrio yang dibekukan. Hasil ini memberikan harapan bahwa teknik yang sama dapat dilakukan pada hewan ternak lainnya.

Pengobatan dan Kesehatan

Penelitian dalam bioteknologi terus dilanjutkan untuk mencari cara pencegahan, diagnosa dan pengobatan pada berbagai kelainan dan penyakit. Terdapat beberapa hasil bioteknologi modern pada bidang pengobatan dan kesehatan, di antaranya hormon dan antibodi monoklonal.

1.) Hormon

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 Aspergillus, 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  E-coli.

2.) Antibodi Monoklonal

Setiap saat tubuh kita dapat terkena serangan virus, bakteri, jamur, dan zat-zat lain dari lingkungan sekitarnya. Zat-zat tersebut dapat membahayakan tubuh. 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.

Untuk memicu kekebalan tubuh, dapat dilakukan dengan menyuntikkan vaksin yang mengandung antigen penyakit tersebut. Dengan demikian, dapat terbentuk antibodi pada tubuh yang dapat melawan patogen. Oleh karena kemampuan melawan patogen ini, antibodi monoklonal dikembangkan untuk mengatasi penyakit spesifik.

Cara yang umum digunakan untuk menghasilkan antibodi adalah dengan menyuntikkan sedikit antigen pada tikus atau kelinci. Tubuh kelinci atau tikus akan merespon antigen dengan menghasilkan antibodi yang secara langsung dapat diambil dari darahnya. Akan tetapi, biasanya antigen direspon oleh beberapa macam sel. Antibodi yang dihasilkan adalah antibodi poliklonal, yaitu campuran berbagai antibodi yang dihasilkan oleh berbagai sel.

Sekitar 1970, sebuah teknik dikembangkan untuk menghasilkan antibodi monoklonal. Antibodi yang dihasilkan dari satu sel yang sama dan spesifik terhadap satu antigen. Antibodi 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. Adapun sel tumor digunakan karena dapat membelah diri terus-menerus. Perhatikan Gambar berikut.

Pembuatan antibodi monoklonal

Langkah pertama untuk membuat antibodi monoklonal adalah hewan disuntikkan antigen sel B tersebut. Kemudian, sel B hewan diisolasi dan difusikan dengan sel tumor. Hasilnya adalah sel hibrid yang menghasilkan satu antibodi tertentu dan terus membelah. Antibodi monoklonal juga dapat digunakan untuk keperluan diagnosa dan diharapkan dapat menyembuhkan kanker.