Contoh-contoh Produk Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional disebut juga sebagai bioteknologi sederhana. Disebut demikian mungkin karena bioteknologi jenis ini dikerjakan secara sederhana, bisa menggunakan peralatan sederhana. Di samping itu, ada juga yang menyebutnya sebagai bioteknologi kuno. Disebut demikian, mungkin karena bioteknologi jenis ini sudah dikenal dan dikerjakan oleh manusia 6000 tahun sebelum masehi dengan memanfaatkan kemampuan fermentasi mikroba tertentu .

Beberapa contoh produk bioteknologi konvensional, antara lain sbb :

1. anggur dan bir, dari bahan mentah biji sereal ( semisal gandum ) dengan agen hayati khamir dari jenis Aspergillus oryzae
2. Roti, dari bahan dasar biji sereal ( gandum ) dengan agen hayati berupa khamir dari jenis Saccharomyces cerevisiae.
3. Keju, dari bahan dasar  susu murni dengan agen hayati kelompok bacteri asam laktat ( dari genus : Lactobacillus dan Streptococcus ) yang memfermentasi laktosa menjadi asam laktat.. Juga terkadang digunakan jamur Penicillium camembert dan Penicillium requefort .
4. Yoghurt, dari bahan dasar susu segar dengan agen hayati bacteri asam laktat dari jenis  Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophylus.
5. Mentega, dari bahan dasar susu segar dengan agen hayati bacteri dari jenis Streptococcus lactis dan Leuconostoc cremoris.
6. Antibiotik pinisilin , memanfaatkan kemampuan jamur Penicillium notatum dan Penicillium crysogenum untuk mensintesis antibiotik ( ditemukan Alexander Fleming, 1926 ).
7. Sauerkraut, dari bahan dasar sayuran menggunakan agen hayati bacteri asam laktat
8. Nata de coco, dari bahan dasar air kelapa menggunakan jasa agen hayati Acetobacter xyllinum.
9. Tempe, dari bahan dasar kedelai menggunakan bantuan jenis jamur Rhizopus stoloniferus.
10. Kecap, dari bahan dasar kedelai menggunakan agen hayati jamur Aspergillus wentii.
11. Tapai, dari bahan dasar singkong atau sereal seperti beras ketan menggunakan agen hayati Saccharomyces cerevisiae.

Materi terkait :

• jenis-jenis bioteknologi
• pengertian, prinsip dasar bioteknologi

JENIS-JENIS BIOTEKNOLOGI

Bagi manusia, bioteknologi sebenarnya bukan barang yang baru. Dalam kenyataannya bioteknologi sudah ada sejak zaman sebelum masehi. Misalnya orang Samaria dan Babilonia telah mengenal minuman bir sejak 6000 tahun sebelum masehi. Orang Mesir telah membuat adonan kue asam ( menggunakan bakteri asam ) sejak tahun 400 SM ( Sebelum Masehi ). Kemampuan mikroorganisme melakukan fermentasi ( “peragian” )  pertamakali ditemukan oleh Louis Pasteur ( 1857 – 1876 ). Fermentasi yang dilakukan oleh mikroorganisme tertentu menjadi prinsip dasar pengembangan bioteknologi tradisional atau konvensional, dengan produk-produk berupa : tempe, bir , tape, kecap, keju, susu asam, roti dan lain-lain.

Perkembangan lebih lanjut di masa kini, bioteknologi sudah memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya yang telah direkayasa secara in vitro sesuai dengan keinginan manusia. Adanya rekayasa secara in vitro yang dilakukan manusia terhadap agen-agen hayati menjadi prinsip utama bioteknologi modern. Misalnya melalui teknik rekayasa genetic manusia dapat “ memaksa” mikroorganisme tertentu untuk memproduksi hormone insulin dalam skala industri. Melalui teknik kultur jaringan, manusia dapat memperoleh bibit tanaman yang seragam dalam jumlah besar dengan waktu yang singkat.

Berdasarkan fakta-fakta di atas, pada dasarnya bioteknologi dapat dibedakan menjadi dua jenis , yaitu : bioteknologi konvensional / tradisional dan bioteknologi modern.

Proses pembuatan Tempe ( contoh Bioteknologi konvensional ). Tempe merupakan salah satu produk bioteknologi yang sudah dikenal sejak jaman dahulu. Proses pembuatan tempe sangat mudah, menggunakan bahan dan peralatan sederhana.

Tahap-tahap pembuatan tempe., sbb : 

1. Kacang kedelai dicuci bersih, lalu direndam dalam air dingin selama1 hari 
2. Kacang kedelai dikupas kulitnya, lalu direbus
3. Pemberian ragi tempe ( berisi spora jamur dari jenis Rhizopus sp ) 
4. Dibungkus/disimpan ditempat tertutup
5. setelah 2 - 3 hari produk tempe siap dikonsumsi 

Proses Pembuatan Insulin ( Bioteknologi modern ).

Bioteknologi produksi Insulin ini dilakukan dengan memanfaatkan jasa Escherichia coli melalui suatu teknologi yang disebut dengan rekayasa genetic menggunakan peralatan modern.

Adapun tahap-tahap rekayasa genetic dalam pembuatan insulin adalah  sebagai berikut :

1. Identifikasi gen insulin manusia
2.  Isolasi plasmid dari sel E.coli  
3. Penyisipan gen insulin ke dalam plasmid ( terbentuk Plasmid rekombinan ) 
4. Injeksi plasmid rekombinan ke dalam sel E.coli
5. Membiakkkan E.coli yang mengandung plasmid rekombinan
6. Menginduksi E.coli yg mengandung plasmid rekombinan untuk memproduksi insulin
7. Mengisolasi dan memurnikan hormone insulin 
8. HORMON  INSULIN 

Materi terkait :

• PENGERTIAN dan PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI

PENGERTIAN dan PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI

Dalam kehidupan sehari-hari tanpa disadari, kita telah banyak mendengar atau bahkan memanfaatkan produk-produk bioteknologi. Baik yang berkaitan dengan makanan / minuman ( seperti : tempe, bir, keju, kecap, yoghurt ) , kesehatan ( seperti : penisilin, amoxylin, vaksin,hormone insulin ), pertanian ( tanaman trans genik, kultur jaringan, tembakau bebas virus ), peternakan ( seperti :  domba dolly ), transportasi ( seperti biofuel )  bahkan sampai masalah sampah ( seperti : plastic biodegradable ). Namun, mungkin kita masih bertanya-tanya , apa sih bioteknologi itu ? Bagaimana bioteknologi itu ?

Bioteknologi merupakan ilmu terapan biologi yang dalam praktiknya melibatkan berbagai disiplin ilmu , seperti : Mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi sel molekul dan lain sebagainya. Secara klasik atau konvensional, bioteknologi dapat didefinisikan sebagai teknologi yang memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya untuk mendapatkan barang dan jasa dalam skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sedangkan dalam perkembangan lebih lanjut, bioteknologi dapat juga didefinisikan sebagai teknologi pemanfaatan organisme atau bagian-bagiannya yang telah direkayasa secara in vitro untuk menghasilkan produk dan jasa pada skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia.

Dari kedua definisi tersebut dapat kita fahamkan bahwa dalam prosesnya, bioteknologi melibatkan beberapa unsure , yaitu  adanya: Bahan mentah, agen hayati ( organisme atau bagian-bagiannya ), pendayagunaan secara teknologis dan industrial , dan produk / jasa yang diperoleh. Perhatikan bagan berikut ini.

Bahan mentah	=====	Proses teknologis Dan industrial	====	Produk / jasa
		| |
		Agen hayati ( mikroba/ molekul/ sel/ jaringan )

Dari bagan tersebut, dengan jelas dapat kita lihat bahwa suatu produk / jasa dapat dikategorikan sebagai produk bioteknologi bila produk / jasa tersebut dihasilkan melalui proses teknologis ( baik konvensional maupun modern ) yang melibatkan agen hayati di dalam proses produksinya. Perhatikan contoh berikut :

Contoh 1 :

biji kedelai direbus menjadi kedelai rebus

Contoh 2 :

biji kedelai direbus, setelah dingin diberikan ragi tempe kemudian dibungkus lalu disimpan. Setelah 2 – 3 hari menjadi tempe

Dari  kedua contoh tersebut, mana yang merupakan produk bioteknologi ? Contoh 2 merupakan produk bioteknologi karena dalam prosesnya menggunakan agen hayati, yaitu ragi tempe. Ragi tempe mengandung spora jamur Rhizopus sp. Aktivitas kehidupan jamur ini secara biologis menjadikan butiran-butiran kedelai rebus terangkai menjadi suatu produk yang bernama tempe. Sedangkan contoh 1 bukan merupakan produk bioteknologi, karena dalam prosesnya sama sekali tidak memanfaatkan agen hayati ( meski teknologi perebusan yang digunakan modern sekalipun ).

Bioteknologi dalam perkembangannya,  memang tidak pernah terlepas dari sifat rasa ingin tahu dan rasa tidak puas manusia. Adapun tujuan utama pengembangan bioteknologi adalah untuk meningkatkan / memberi  nilai  tambah  bahan mentah dengan memanfaatkan organisme atau bagian-bagiannya. Dengan memanfaatkan jamur Rhizopus, biji kedelai mempunyai nilai tambah. Misalnya : dari sisi ekonomi harga tempe lebih mahal daripada harga kedelai rebus, dari sisi nutrisi tempe lebih tinggi kandungan/nilai gizinya daripada kedelai rebus dll.

Mekanisme Evolusi dan Keseimbangan Gen dlm Populasi

Proses evolusi terjadi antara lain karena adanya variasi genetic dan seleksi alam. Variasi dalam suatu species terjadi karena 2 penyebab utama, yaitu : mutasi gen dan rekombinasi gen-gen di dalam keturunan.

Mutasi gen yang disebabkan olelh factor luar mempunyai sifat : sangat jarang terjadi, dan pada umumnya tidak menguntungkan terutama bagi individu yang mengalaminya. Jumlah gen yang bermutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu species disebut angka laju mutasi

( : rata-rata 1 / 100 ribu ). Meskipun angka laju mutasi nilainya sangat kecil, tetapi diduga mutasi merupakan suatu penyebab terjadinya evolusi.

Sementara itu, rekombinasi gen dalam keturunan dapat    diketahui    dari   frekeunsi gen

( perbandingan antara gen satu dengan gen lainnya di dalam suatu populasi ). Misalnya : suatu populasi mempunyai gen dominant A dan  gen resesif a. Bila kedua gen sama-sama adapatif, maka generasi yang bergenotip AA, Aa dan aa akan mempunyai daya fertilitas dan viabilitas yang sama.

Perkawinan antara genotip  AA  dengan aa, maka generasi F1 semua populasi nya bergenotip Aa ( : 100% Aa ). Perkawinan antar sesame F1 akan menghasilkan keturunan F2 dengan rasio fenotip :

25 % AA : 50% Aa : 25% aa atau ¼ AA : ½ Aa : ¼ aa

Berdasarkan perhitungan tersebut, maka frekuensi keseimbangan genotip F2 adalah hasil kali frekuensi gen dari masing-masing induknya :

( A + a ) ( a + a ) = AA + 2 Aa + aa = A2 +  2Aa + a2

fenomena seperti di atas, oleh Hardy dan Weinbergdirumuskan secara matematis menjadi :

p² + 2pq + q² = 1, dimana p + q = 1

p      : frekuensi gen dominant         
2pq  : frekuensi genotip heterozigot

q      : frekeunsi gen resesif                
p²     : frekuensi genotip homozigot dominan

            q²     : frekuensi genotip homozigot resesif

menurut Hardy-Weinberg, keseimbangan gen dalam populasi akan selalu tetap, bila :

1.       tidak terjadi mutasi

2.       populasi terisolasi, sehingga tidak ada aliran gen yang keluar atau masuk populasi

3.       tidak ada seleksi alam

4.       jumlah populasi besar dan terjadi perkawinan secara acak

5.       setiap individu anggota populasi memiliki fertilitas dan viabilitas yang sama

Penerapan hokum Hardy-Weinberg

Contoh :

Penyakit keterbelakangan mental dibawa oleh gen resesif yang akan muncul dalam keadaan homozigot resesif,maka jika dalam suatu populasi yang terdiri dari 25.000 jiwa ada 1 orang yang menderita penyakit keterbelakangan mental maka frekuensi gen dapat dihitung sebagai berikut :

Jawab :

1/ 25.000 penderita penyakit keterbelakangan mental ( q2 ), sehingga frekeunsi gen resesif adalah q = V q2 =

V 1/25.00 = V 0,0004 = 0,0063. Jadi frekuensi gen resesif adalah 0,0063. Frekuensi gen dominant ( p ), dihitung dengan rumus p + q = 1, sehingga  p = 1 – q, p = 1 – 0,0063 = 0,9937.Maka frekuensi gen dominant ( p ) adalah 0,9937, dan frekuensi genotip homozigot dominant ( p2 ) = ( 0,9937 )2 = 0,9874.

Frekuensi genotip heterozigot, dihitung dengan rumus 2pq = 2 ( 0,0063 X 0,9937 ) = 0,0126

Macam-macam Penyebab Mutasi ( mutagen )

Mutasi dapat berlangsung secara alami yang berlangsung sangat lambat dan jarang terjadi. Dugaan sampai saat ini, kejadian mutasi jenis ini 1 : 2000-1 milyar, artinya jika ada 1 milyar kejadian, hanya ada

satu  kejadian yang mengalami mutasi, sedangkan sisanya normal. Mutasi alami dapat terjadi karena beberapa factor, antara lain :

Mutasi alami umumnya merugikan individu yang mengalaminya dan juga keturunanya. Gen mutan umumnya bersifat resesif, dan biasanya tidak adaptif terhadap lingkungan. JIKA  gen mutan dapat beradaptasi terhadap lingkungan, mampu bertahan hidup dan berkembangbiak maka muncullah varietas baru atau bahkan species baru yang berbeda dengan nenek moyangnya.

                Mutasi dapat juga terjadi akibat aktivitas manusia. Mutasi jenis ini dinamakan mutasi buatan atau mutasi induksi . Pada umumnya manusia secara sengaja melakukan mutasi terhadap suatu organisme untuk mendapatkan sesuatu yang menguntungkan manusia itu sendiri. Mutasi jenis ini dilakukan manusia dengan menggunakan bahan-bahan tertentu, meliputi :

1. Radiasi sinar, misalnya sinar X ( roentgen ), ultraviolet, sinar α, sinar β, sinar γ dan neutron.
2. Zat-zat kimia, misalnya : gas metana, kafein, formaldehida, kolkisin, digitonin, obat-obat tertentu, zat aditif dalam bahan makanan, benzopyrene dalam asap rokok, suhu tinggi dan pestisida.
3. Bahan-bahan biologi seperti : virus, manusia melalui rekayasa gen ( DNA )

Mutagen yang sering digunakan untuk mendapatkan mutan tumbuhan dan hewan adalah sinar X yang dapat menimbulkan ionisasi molekul DNA atau memutus segmen kromosom. Mutan yang diharapkan dari mutasi radiasi ini adalah mutan yang bersifat unggul, seperti misalnya : padi atomita I dan atomita II, kedelai muria, tomat bouset dan money maker, kentang patronas, donate dan radosa.

                Mutasi induksi yang menggunakan bahan kimia umumnya dilakukan pada  tumbuhan untuk menghasilkan keturunan poliploid yang memberikan hasil lebih besar dan tidak berbiji, misalnya : semangka tanpa biji, jeruk tanpa biji, tomat tanpa biji dll.

( disalin dari : Istamar S, 2004,Biologi SMA kelas XII, Erlangga, Jakarta )

Asal-Usul Kehidupan

 "dari mana asal mula kehidupan di bumi ?, 
dari apa kehidupan di bumi berasal ?" 

merupakan pertanyaan-pertanyaan yang dari dulu hingga saat ini belum terjawab dengan memuaskan. Tak heran jika sampai saat ini pertanyaan itu masih menjadi bahan kajian, bahan diskusi bahkan bahan perdebatan baik antar ilmuwan dengan ilmuwan, antar ilmuwan dengan agamawan.

Dalam sejarah perkembangan ilmu pengetahuan sendiri ( khususnya biologi ), telah bermunculan teori-teori yang berkaitan dengan pertanyaan di atas. Beberapa teori tentang asal-usul kehidupan antara lain :

• Teori Penciptaan, yang menyatakan bahwa bumi beserta isinya diciptakan oleh Tuhan. Bumi diciptakan dalam waktu 6 hari, tumbuhan diciptakan pada hari ketiga, ikan dan unggas pada hari kelima dan binatang lainnya pada hari keenam ( dalam : Bibel ). Manusia pertama ( Nabi Adam ) diciptakan dari tanah ( dalam : Al Qur'an ). Sayang teori ini tidak bisa diterima dunia ilmiah karena "belum" ada bukti-bukti ilmiah yang kuat.
• Teori Abiogenesis, menyatakan mahkluk hidup berasal dari benda mati yang terjadi secara spontan / tiba-tiba ( dikenal juga dengan teori generatio spontanea ). Secara ilmiah didukung oleh Antoni Van Leuwenhook yang menemukan mikroba dari air rendaman jerami.
• Teori Biogenesis, menyatakan bahwa mahkluk hidup berasal dari mahkluk hidup juga. Teori ini didukung oleh hasil kajian ilmiah dari beberapa ilmuwan. 

1. Fransisco Redi ( 1688 ) dengan experimen : sepotong daging diletakkan dalam 3 buah labu . Labu I diisi daging, yang ditutup rapat. Labu II diisi daging, ditutup kain kasa, dan labu III diisi daging dan dibiarkan terbuka. Hasilnya : Labu I tidak ditemukan belatung, Labu II tidak ditemukan belatung dan Labu III ditemukan belatung pada daging.
2. Lazzaro Spallanzani ( 1750 ), dengan eksperimen : air kaldu dimasukkan pada tiga tabung. Tabung I ditutup rapat tanpa dipanaskan, Tabung II dipanaskan sampai mendidih dan dibiarkan terbuka tanpa tutup. Tabung III dipanaskan sampai mendidih kemudian ditutup rapat. Hasilnya : Tabung I dan Tabung II ditemukan mikroorganisme. Tabung III tidak ditemukan adanya mikroorganisme.
3. Louis Pasteur ( 1863 ), dengan bahan eksperimen air kaldu dan labu dengan penutup berbentuk leher angsa. Air kaldu dalam labu dipanaskan sampai mendidih, kemudian ditutup dengan penutup berbentuk leher angsa. Hasilnya : setelah beberapa hari tidak ditemukan mikroba dalam air kaldu. Ketika penutup leher angsa dipatahkan, ditemukan mikroba dalam air kaldu.

• Teori evolusi kimia, menyatakan bahwa mahkluk hidup terbentuk dari reaksi kimia antara air, metana, amonia dan hidrogen yang membentuk koaservat ( campuran makro molekul ) berupa protein, asam nukleat dan lemak yang merupakan komponen penting kehidupan. Eksperimen Harold Urey dan Stanly Miller membuktikan reaksi kimia keempat bahan kimia tsb membentuk zat organik berupa asam amino ( bahan pembentuk protein ).
• Teori evolusi Biologi, menyatakan bahwa mahkluk hidup pertama yang terbentuk dari reaksi kimia berupa koaservat mengalami perubahan secara bertahap ( evolutif ) menjadi mahkluk hidup lainnya. Belum ada eksperimen yang memperkuat teori ini. Gagasan ini dikemukakan oleh Alexander Oparin.

BUKTI-BUKTI PENDUKUNG TEORI DARWIN

Teori evolusi  yang dikemukakan oleh C.R.Darwin sampai   saat ini seperti menjadi sebuah “aliran/pandangan” tersendiri yang  dikenal dengan Darwinisme. Dan bahkan, untuk mempertahankan  pendapat ini mereka berusaha  menunjukkan bukti-bukti yang dapat  diterima secara ilmiah. Apa saja yang digunakan oleh Daewin dan  para pendukung “Darwinisme” untuk memperkuat teori mereka tentang evolusi ?  Beberapa bukti pendukung untuk pembenaran teori evolusi antara lain :             Adanya variasi-variasi diantara individu baik yang sejenis maupun yang berbeda jenis. Variasi adalah perbedaan-perbedaan yang ditemukan pada individu-individu yang masih satu species. Tidak ada dua individu di dunia ini yang mempunyai sifat yang sama persis. Perbedaan-perbedaan ini menimbulkan  munculnya berbagai macam varian. Bila varian hidup pada suatu lingkungan  yang berbeda  maka akan menghasilkan keturunan baru yang berbeda pula, dan ini bisa mengarah pada terbentuknya species baru.             Ditemukannya fosil pada lapisan batuan bumi, menjadi bukti kedua  teori evolusi. Fosil-fosil yang ditemukan pada lapisan bumi dari yang tua  sampai  yang muda menunjukkan adanya perubahan secara berangsur-angsur. Contoh fosil yang pernah ditemukan antara lain : fosil Archeopteryx ( yang dianggap sebagai  nenek moyang burung saat ini ), fosil kuda yang menunjukkan perubahan-perubahan  bentuk secara bertahap  dari masa ke masa.             Perbandingan anatomi berbagai jenis mahkluk hidup menunjukkan adanya  persamaan dan perbedaan. Struktur anatomi organ tubuh dari berbagai hewan khususnya vertebrata dibedakan menjadi :Homolog, yaitu organ-organ yang  mempunyai bentuk asal / dasar  sama, kemudian berubah strukturnya  sehingga fungsinya berbeda.  Contoh : sayap burung homolog dengan tangan manusia,   kaki depan kuda homolog dengan sirip dada ikan.   Coba anda cari contoh lainnya ! Analog, yaitu organ-organ yang mempunyai fungsi sama tetapi  bentuk asal/dasarnya berbeda.  Contoh: sayap burung analog dengan sayap kelelawar,   sayap serangga analog  dengan sayap burung.  Carilah contoh lainnya !             Perkembangan zigot berbagai hewan menunjukkan adanya persamaan sampai tahapan tertentu.Misalnya : hewan-hewan vertebrata  mempunyai kesamaan dari tahap zigot sampai gastrula ( zigot→morulla→blastulla→gastrula ).  Dikatakan semakin banyak persamaan, semakin dekat hubungan perkerabatannya.  Demikian juga sebaliknya.             Secara kimiawi semua mahkluk hidup mempunyai  substansi dasar yang sama yaitu senyawa protein, DNA dan RNA.  Sehingga diyakini semua mahkluk hidup yang pernah ada di bumi ini  berasal dari satu nenek moyang yang sama.             Semua organisme menunjukkan ciri-ciri fisiologi yang sama  seperti ; respirasi, ekskresi, reproduksi dll., meskipun secara anatomi dan morfologi jumlah sel yang membentuk setiap organisme berbeda-beda             Adanya alat tubuh yang tersisa  diduga sebagai akibat dari    adaptasi terhadap lingkungan. Contoh beberapa alat tubuh yang tersisa antara lain : umbai cacing, tulang ekor,gigi taring yang runcing ( pada manusia ),  penyusutan sayap pada burung kiwi, sisa-sisa anggota gerak belakang  pada ular piton. Ini menjadi bukti  bahwa organ yang tidak digunakan/tidak  adaptif terhadap lingkungan akan mengalami kemunduran fungsi.