A. PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang menggunakan

makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia.

Ilmu-ilmu pendukung dalam bioteknologi meliputi mikrobiologi, biokimia, genetika,

biologi sel, teknik kimia, dan enzimologi. Dalam bioteknologi biasanya digunakan

mikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilai tambah suatu

bahan 

B. BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERN

Bioteknologi dapat digolongkan menjadi bioteknologi konvensional/

tradisional dan modern.

1. Bioteknologi konvensional

Merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk

memproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan. seperti tempe,

tape, oncom, dan kecap. Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan.

Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnya

antara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk keju dan yoghurt.

Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masa lalu. Ciri khas yang

tampak pada bioteknologi konvensional, yaitu adanya penggunaan makhluk

hidup secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim.

2. Bioteknologi Modern

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli telah mulai

lagi mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip-prinsip

ilmiah melalui penelitian. Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat

menghasilkan produk secara efektif dan efisien. Dewasa ini, bioteknologi

tidak hanya dimanfaatkan dalam industri makanan tetapi telah mencakup

berbagai bidang, seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan

sumber energi, dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta

perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin

besar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang.

C. PERANAN BIOTEKNOLOGI DALAM BEBERAPA BIDANG

1 . Bioteknologi bidang kedokteran

Bioteknologi mempunyai peran penting dalam bidang kedokteran,

misalnya dalam pembuatan antibodi monoklonal, vaksin, antibiotika dan hormon.

1) Pembuatan antibodi monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi yang diperoleh dari suatu sumber tunggal.

Manfaat antibodi monoklonal, antara lain:

a) untuk mendeteksi kandungan hormon korionik gonadotropin dalam urine wanita

hamil;

b) mengikat racun dan menonaktifkannya;

c) mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan lain.

2) Pembuatan vaksin

Vaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadap tubuh yang berasal

dari mikroorganisme. Vaksin didapat dari virus dan bakteri yang telah dilemahkan

atau racun yang diambil dari mikroorganisme tersebut.

1) Pembuatan antibiotika

Antibiotika adalah suatu zat yang dihasilkan oleh organisme tertentu dan berfungsi

untuk menghambat pertumbuhan organisme lain yang ada di sekitarnya. Antibiotika

dapat diperoleh dari jamur atau bakteri yang diproses dengan cara tertentu. Zat

antibiotika telah mulai diproduksi secara besar-besaran pada Perang Dunia II oleh

para ahli dari Amerika Serikat dan Inggris.

4) Pembuatan hormon

Dengan rekayasa DNA, dewasa ini telah digunakan mikroorganisme

untuk memproduksi hormon. Hormon-hormon yang

telah diproduksi, misalnya insulin, hormon pertumbuhan, kortison,

dan testosteron. 

2. Bioteknologi bidang pertanian

Dewasa ini perkembangan industri maju dengan pesat. Akibatnya, banyak lahan

pertanian yang tergeser, lebih-lebih di daerah sekitar perkotaan. Di sisi lain

kebutuhan akan hasil pertanian harus ditingkatkan seiring dengan meningkatnya

jumlah penduduk. Untuk mendukung hal tersebut, dewasa ini telah dikembangkan

bioteknologi di bidang pertanian. Beberapa penerapan bioteknologi pertanian sebagai

berikut.

1) Pembuatan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen

Nitrogen (N2) merupakan unsur esensial dari protein DNA dan RNA. Pada

tumbuhan polong-polongan sering ditemukan nodul pada akarnya. Di dalam nodul

tersebut terdapat bakteri Rhizobium yang dapat mengikat nitrogen bebas dari udara,

sehingga tumbuhan polong-polongan dapat mencukupi kebutuhan nitrogennya

sendiri. Dengan bioteknologi, para peneliti mencoba mengembangkan agar bakteri

Rhizobium dapat hidup di dalam akar selain tumbuhan polong-polongan. Di samping,

itu juga berupaya meningkatkan kemampuan bakteri dalam mengikat nitrogen dengan

teknik rekombinasi gen. Kedua upaya di atas dilakukan untuk mengurangi atau

meniadakan penggunaan pupuk nitrogen yang dewasa ini banyak digunakan di lahan

pertanian dan menimbulkan efek samping yang merugikan.

2) Pembuatan tumbuhan tahan hama

Tanaman yang tahan hama dapat dibuat melalui rekayasa genetika dengan

rekombinasi gen dan kultur sel. Contohnya, untuk mendapatkan tanaman kentang

yang kebal penyakit maka diperlukan gen yang menentukan sifat kebal penyakit. Gen

tersebut, kemudian disisipkan pada sel tanaman kentang. Sel tanaman kentang

tersebut, kemudian ditumbuhkan menjadi tanaman kentang yang tahan penyakit.

Selanjutnya tanaman kentang tersebut dapat diperbanyak dan disebarluaskan.

3. Bioteknologi bidang peternakan

Dengan bioteknologi dapat dikembangkan produk-produk peternakan. Produk

tersebut, misalnya berupa hormon pertumbuhan yang dapat merangsang pertumbuhan

hewan ternak. Dengan rekayasa genetika dapat diciptakan hormon pertumbuhan

hewan buatan atau BST (Bovin Somatotropin Hormon). Hormon tersebut direkayasa

dari bakteri yang, jika diinfeksikan pada hewan dapat mendorong pertumbuhan dan

menaikkan produksi susu sampai 20%.

4. Bioteknologi bahan bakar masa depan

Kita sudah mengetahui bahwa bahan bakar minyak termasuk sumber daya yang tidak

bisa diperbarui. Oleh karena itu, suatu saat akan habis. Hal itu merupakan tantangan

bagi para ilmuwan untuk menemukan bahan bakar pengganti yang diproduksi melalui

bioteknologi. Saat ini telah ditemukan dua jenis bahan bakar yang diproduksi dari

fermentasi limbah, yaitu gasbio (metana) dan gasohol (alkohol). Alternatif bahan

bakar masa depan untuk menggantikan minyak, antara lain adalah biogas dan

gasohol. Biogas dibuat dalam fase anaerob dalam fermentasi limbah kotoran makhluk

hidup. Padafase anaerob akan dihasilkan gas metana yang dibakar dan

digunakanuntuk bahan bakar.Di negara Cina, dan India terdapat beberapa kelompok

masyarakat yang hidup di desa yang telah menerapkan teknologi fermenter gasbio

untuk menghasilkan metana. Bahan baku teknologi fermenter tersebut adalah feses

hewan, daun-daunan, kertas, dan lain-lain yang akan diuraikan oleh bakteri dalam

fermenter. Sedangkan teknologi gasohol telah dikembangkan oleh negara Brazil sejak

harga minyak meningkat sekitar tahun 1970. Gasohol dihasilkan dari fermentasi

kapang terhadap gula tebu yang melimpah. Gasohol bersifat murah, dapat diperbarui

dan tidak menimbulkan polusi.

5. Bioteknologi pengolahan limbah

Kaleng, kertas bekas, dan sisa makanan, sisa aktivitas pertanian atau industri

merupakan bahan yang biasanya sudah tak dikehendaki oleh manusia. Bahan-bahan

tersebut dinamakan limbah atau sampah. Keberadaan limbah sangat mengancam

lingkungan. Oleh karena itu, harus ada upaya untuk menanganinya. Penanganan

sampah dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya dengan ditimbun, dibakar,

atau didaur ulang. Di antara semua cara tersebut yang paling baik adalah dengan daur

ulang. Salah satu contoh proses daur ulang sampah yang telah diuji pada beberapa

sampah tumbuhan adalah proses pirolisis. Proses pirolisis yaitu proses dekomposisi

bahan-bahan sampah dengan suhu tinggi pada kondisi tanpa oksigen. Dengan cara ini

sampah dapat diubah menjadi arang, gas (misal: metana) dan bahan anorganik.

Bahan-bahan tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebagai bahan bakar. Kelebihan

bahan bakar hasil proses ini adalah rendahnya kandungan sulfur, sehingga cukup

mengurangi tingkat pencemaran. Bahan hasil perombakan zat-zat makroorganik (dari

hewan, tumbuhan, manusia ataupun gabungannya) secara biologiskimiawi dengan

bantuan mikroorganisme (misalnya bakteri, jamur) serta oleh hewan-hewan kecil

disebut kompos. Dalam pembuatan kompos, sangat diperlukan mikroorganisme. Jenis

mikroorganisme yang diperlukan dalam pembuatan kompos bergantung pada bahan

organik yang digunakan serta proses yang berlangsung (misalnya proses itu secara

aerob atau anaerob). Selama proses pengomposan terjadilah penguraian, misalnya

selulosa, pembentukan asam organik terutama asam humat yang penting dalam

pembuatan humus. Hasil pengomposan bermanfaat sebagai pupuk. Bioteknologi

dapat diterapkan dalam pengolahan limbah, misalnya menguraikan minyak, air

limbah, dan plastik. Cara lain dalam mengatasi polusi minyak, yaitu dengan

menggunakan pengemulsi yang menyebabkan minyak bercampur dengan air

sehingga dapat dipecah oleh mikroba. Salah satu zat pengemulsi, yaitu polisakarida

yang disebut emulsan, diproduksi oleh bakteri Acinetobacter calcoaceticus. Dengan

bioteknologi, pengolahan limbah menjadi terkontrol dan efektif. Pengolahan limbah

secara bioteknologi melibatkan kerja bakteri-bakteri aerob dan anaerob.

D. PROSES BIOTEKNOLOGI

1. Bioteknologi konvensional

a) fermentasi

contoh hasil bioteknologi yang dibuat dengan menggunakan proses fermentasi antara lain:

1. Tempe

Tempe kadang-kadang dianggap sebagai bahan makanan masyarakat

golongan menengah ke bawah, sehingga masyarakat merasa gengsi

memasukkan tempe sebgai salah satu menu makanannya. Akan tetapi, setelah

diketahui manfaatnya bagi kesehatan, tempe mulai banyak dicari dan digemari

masyarakat dalam maupun luar negeri. Jenis tempe sebenarnya sangat

beragam, bergantung pada bahan dasarnya, namun yang paling luas

penyebarannya adalah tempe kedelai. Tempe mempunyai nilai gizi yang baik.

Di samping itu tempe mempunyai beberapa khasiat, seperti dapat mencegah

dan mengendalikan diare, mempercepat proses penyembuhan duodenitis,

memperlancar pencernaan, dapat menurunkan kadar kolesterol, dapat

mengurangi toksisitas, meningkatkan vitalitas, mencegah anemia,

menghambat ketuaan, serta mampu menghambat resiko jantung koroner,

penyakit gula, dan kanker. Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan

dasar kedelai juga diperlukan ragi. Ragi merupakan kumpulan spora

mikroorganisme,dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan tempe paling

sedikit diperlukan empat jenis kapang dari genus Rhizopus, yaitu Rhyzopus

oligosporus, Rhyzopus stolonifer, Rhyzopus arrhizus, dan Rhyzopus oryzae.

Miselium dari kapang tersebut akan mengikat keping-keping biji kedelai dan

memfermentasikannya menjadi produk tempe. Proses fermentasi tersebut

menyebabkan terjadinya perubahan kimia pada protein, lemak, dan

karbohidrat. Perubahan tersebut meningkatkan kadar protein tempe sampai

sembilan kali lipat.

2. Kecap

Dalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus oryzae dibiakkan pada

kulit gandum terlebih dahulu. Jamur Aspergillus oryzae bersama-sama dengan

bakteri asam laktat yang tumbuh pada kedelai yang telah dimasak

menghancurkan campuran gandum. Setelah proses fermentasi karbohidrat

berlangsung cukup lama akhirnya akan dihasilkan produk kecap.

3. Yoghurt

Untuk membuat yoghurt, susu dipasteurisasi terlebih dahulu, selanjutnya

sebagian besar lemak dibuang. Mikroorganisme yang berperan dalam

pembuatan yoghurt, yaitu Lactobacillus bulgaricusdan, Streptococcus

thermophillus. Kedua bakteri tersebut ditambahkan pada susu dengan

jumlah yang seimbang, selanjutnya disimpan selama ± 5 jam pada

temperatur 45oC. Selama penyimpanan tersebut pH akan turun menjadi 4,0

sebagai akibat dari kegiatan bakteri asam laktat. Selanjutnya susu didinginkan

dan dapat diberi cita rasa.

4. Keju

Dalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaitu

Lactobacillus dan Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi

memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat. Proses

pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu dengan suhu 90ºC atau

dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai 30ºC. Selanjutnya bakteri asam

laktat dicampurkan. Akibat dari kegiatan bakteri tersebut pH menurun dan

susu terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan

enzim rennin dari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim

rennin dewasa ini telah digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin.

Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada temperature 32ºC – 420ºC

dan ditambah garam, kemudian ditekan untuk membuang air dan disimpan

agar matang. Adapun whey yang terbentuk diperas lalu digunakan untuk

makanan sapi.

5. Mentega

Pembuatan mentega menggunakan mikroorganisme Streptococcus

lactis dan Lectonostoceremoris. Bakteri-bakteri tersebut membentuk proses

pengasaman. Selanjutnya, susu diberi cita rasa tertentu dan lemak mentega

dipisahkan. Kemudian lemak mentega diaduk untuk menghasilkan mentega

yang siap dimakan.

6. Terasi

Terasi adalah salah satu bumbu masak yang dibuat dari proses

fermentasi ikan atau udang, menghasilkan produk akhir berbentuk pasta.

2. Bioteknologi modern

1. Rekayasa genetika

Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk

menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa

genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam

rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk

hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur

yang sama, sehingga dapat direkomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut

akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun. Untuk

mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyak cara, misalnya melalui

transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid, dan rekombinasi DNA.

1) Transplantasi inti

Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke sel yang

lain agar didapatkan individu baru dengan sifat sesuai dengan inti yang

diterimanya. Transplantasi inti pernah dilakukan terhadap sel katak. Inti sel

yang dipindahkan adalah inti dari sel-sel usus katak yang bersifat diploid. Inti

sel tersebut dimasukkan ke dalam ovum tanpa inti, sehingga terbentuk ovum

dengan inti diploid. Setelah diberi inti baru, ovum membelah secara mitosis

berkali-kali sehingga terbentuklah morula yang berkembang menjadi blastula.

Blastula tersebut selanjutnya dipotong-potong menjadi banyak sel dan diambil

intinya. Kemudian inti-inti tersebut dimasukkan ke dalam ovum tanpa inti

yang lain. Pada akhirnya terbentuk ovum berinti diploid dalam jumlah

banyak. Masing-masing ovum akan berkembang menjadi individu baru

dengan sifat dan jenis kelamin yang sama.

2) Fusi sel

Fusi sel adalah peleburan dua sel baik dari spesies yang sama maupun

berbeda supaya terbentuk sel bastar atau hibridoma. Fusi sel diawali oleh

pelebaran membran dua sel serta diikuti oleh peleburan sitoplasma

(plasmogami) dan peleburan inti sel (kariogami). Manfaat fusi sel, antara lain

untuk pemetaan kromosom, membuat antibodi monoklonal, dan membentuk

spesies baru. Di dalam fusi sel diperlukan adanya:

a) sel sumber gen (sumber sifat ideal);

b) sel wadah (sel yang mampu membelah cepat);

c) fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).

3) Teknologi plasmid

Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di dalam

sel bakteri atau ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid, antara

lain:

a) merupakan molekul DNA yang mengandung gen tertentu;

b) dapat beraplikasi diri;

c) dapat berpindah ke sel bakteri lain;

d) sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan plasmid induk.

Karena sifat-sifat tersebut di atas plasmid digunakan sebagai vektor atau

pemindah gen ke dalam sel target.

4) Rekombinasi DNA

Rekombinasi DNA adalah proses penggabungan DNA-DNA dari

sumber yang berbeda. Tujuannya adalah untuk menyambungkan gen yang ada

di dalamnya. Oleh karena itu, rekombinasi DNA disebut juga rekombinasi

gen. Rekombinasi DNA dapat dilakukan karena alasan-alasan sebagai berikut.

1) Struktur DNA setiap spesies makhluk hidup sama.

2) DNA dapat disambungkan

Prosedur rekayasa genetika secara umum meliputi:

1. Isolasi gen

2. Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik

3. Mentransfer gen tersebut ke organisme baru

4. Membentuk produk organisme transgenik.

Prosedur pembentukan organisme transgenic ada dua, yaitu:

1. Melalui proses introduksi gen

Beberapa langkah dasar proses introduksi gen adalah:

a. membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai dengan penanda

yang spesifik.

b. Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke jaringan

c. Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang ditransformasikan

d. Uji coba kultur tersebut di lapangan

2. Mutagenesis

Memodifikasi gen pada organisme tersebut dengan mengganti sekuen

basa nitrogen pada DNA yang ada untuk diganti dengan basa nitrogen lain

sehingga terjadi perubahan sifat pada organisme tersebut, contoh: semula

sifatnya tidak tahan hama menjadi tahan hama.

Contoh hasil bioteknologi dengan menggunakan rekayasa genetika:

1. Tumbuhan tahan hama

gen pankreas babi ditransplantasikan ke bakteri Escheria coli sehingga

dapat menghasilkan insulin dalam jumlah yang besar. Sebaliknya gen bakteri

yang menghasilkan toksin pembunuh hama ditransplantasikan ke tanaman

jagung maka akan diperoleh jagung transgenik yang tahan hama tanaman

2. Domba dolly

Gen dari sel ambing susu domba ditransplantasikan ke sel telurnya sendiri

yang kemudian ditumbuhkembangkan di dalam kandungan induknya

sehingga lahirlah domba Dolly yang merupakan hewan kloning (cangkokan)

pertama di dunia.

3. Mouse with human ear

4. Ikan tahan lama dan tidak cepat busuk

gen tomat ditransplantasikan ke ikan transgenik sehingga ikan menjadi tahan

lama dan tidak cepat busuk dalam penyimpanan.

5. Ikan bercahaya

Kemajuan ilmu pengetahuan memang luar biasa. Di Taiwan, misalnya,

ada perusahaan yang berhasil embuat ikan bisa bercahaya. Asliya ikan ini

hanya ikan air tawar biasa. Nah, dengan rekayasa genetika, ikan ini bisa

memancarkan sinar kehijauan dari tubuhnya. Caranya dengan menyuntikan

gen ubur-ubur.

6. Kera GMO Berhasil Mewariskan Gen Ubur-ubur

Gen yang kini jadi favorit para ilmuwan rekayasa genetika adalah gen

GFP yang berasal dari ubur-ubur. Dengan gen ini, mereka bisa melacak

keberhasilan penyusupan gen ‘alien’ yang disusupkan bersama dengan gen

GFP. Dan karena gen GFP ini menghasilkan protein yang dapat berpendar,

maka pengamatannya pun jadi mudah yaitu cukup dengan visualisasi di

bawah sinar UV. Jika sel suatu organisme bisa berpendar, artinya gen GFP

dan gen ‘alien’ sudah berhasil disusupkan ke dalamnya. Sungguh suatu cara

yang amat cerdas. Rekayasan genetik ini awalnya dilakukan pada sang induk,

Sasaki menginjeksikan sebuah virus yang membawa gen GFP tadi ke dalam

embrio kera. Kemudian embrio yang membawa gen GFP tersebut

ditempatkan ke dalam tujuh induk betina. Empat di antaranya berhasil

melahirkan dengan total 1 marmoset jantan dan 4 betina yang membawa gen

GFP. Selanjutnya, ketika bayi jantan yang kini membawa gen GFP sudah

matang secara seksual, ia berhasil menjadi ayah bagi anaknya yang juga

ternyata bisa berpendar hijau. Artinya gen GFP kini berhasil diturunkan

melalui proses perkawinan. Salah satu bayi betina pun kemudian

menghasilkan embrio In Vitro Fertilization (IVF) yang juga membawa gen

GFP.

7. Kucing Rudolph yang bisa menyala

Gambar di atas adalah gambar si Rudolph (nama kucing tersebut). Di

sebelah kiri adalah gambar si Rudolph ketika diekspos oleh sinar biasa, dan di

sebelah kanan adalah si Rudolph ketika diekspos oleh sinar ulatraviolet. Ahli-

ahli genetika yang dipimpin oleh profesor Kong-Il Keun dari Universitas

Nasional Gyeongsang berhasil membuat Rudolph si kucing Anggora

berwarna putih tersebut menyala di bagian hidung, kelopak mata dan kuping

si kucing dengan menyisipkan sebuah gen yang bisa menghasilkan sebuah

protein yang menyebabkan si kucing bisa menyala berwarna merah bila

diekspos oleh sinar ultraviolet.

E. REKAYASA GENETIKA DALAM BIDANG FARMASI

Di dunia industri farmasi misalnya, bakteria telah disusupi oleh gen manusia agar

dapat memproduksi insulin. Insulin ini diperlukan untuk mengontrol gula darah bagi para

penderita diabetes. Rekayasa genetika pada bakteri ini yang paling simpel digambarkan

sebagai contoh rekayasa genetika, seperti pada gambar berikut ini:

 Gambar di atas adalah rekayasa genetika pada bakteria guna menghasilkan hormon

insulin yang penting untung pengendalian gula darah pada penderita diabetes. Tahap-

tahapnya adalah sebagai berikut:

1. Tahap pertama dalam membuat bakteria yang bisa menghasilkan insulin

adalah dengan mengisolasi plasmid pada bakteri tersebut yang akan

direkayasa. Plasmid adalah materi genetik berupa DNA yang terdapat pada

bakteria namun tidak tergantung pada kromosom karena tidak berada di dalam

kromosom.

2. Kemudian plasmid tersebut dipotong dengan menggunakan enzim di tempat

tertentu sebagai calon tempat gen baru nantinya yang dapat membuat insulin.

3. Gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) insulin diambil dari kromosom

yang berasal dari sel manusia.

4. Gen yang telah dipotong dari kromosom sel manusia itu kemudian

‘direkatkan’ di plasmid tadi tepatnya di tempat bolong yang tersedia setelah

dipotong tadi.

5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia itu kemudian dimasukkan kembali

ke dalam bakteria.

6. Bakteria yang telah mengandung gen manusia itu selanjutnya berkembang

biak dan menghasilkan insulin yang dibutuhkan. Dengan begitu diharapkan

insulin dapat diproduksi dalam jumlah yang tidak terbatas di pabrik-pabrik.

Begitulah contoh rekayasa genetika yang diterapkan di dalam industri farmasi.

Rekayasa genetika (genetic engineering) yang diperkirakan akan menjadi prima

donna dari segala engineering melebihi electronic engineering di abad ke-21 ini

memang ditujukan bagi perbaikan kualitas hidup umat manusia di bumi ini.

F. SISTEM STEM SEL

DEFINISI STEM CELL

Sel punca (Stem sel) adalah sumber dari semua sel di dalam individu,

dan ini merupakan sebuah sumber bagi pengobatan sel yang sekarang ini merupakan

sebuah jalan revolusi untuk mengatasi berbagai penyakit dan kerusakan dengan

keuntungan medis yang luas. Pengobatan dengan menggunakan sel punca

mempunyai potensi penerapan dalam mengatasi berbagai penyakit dan kelemahan

dari otak, organ dalam, tulang dan banyak jaringan lainnya. Contoh penyakit ini

meliputi stroke, alzheimer's, Parkinson, penyakit jantung, osteoporosis, diabetes yang

tergantung insulin, leukimia, luka bakar dan kerusakan sunsum tulang belakang. Sel

punca dapat dikategorikan menjadi 2 macam kategori besar berdasarkan sumbernya

yaitu sel punca dewasa yang berasal dari organisme dewasa dan sel punca embrio, sel

punca yang berasal dari inner sel mass embrio stadium blastula. Kedua macam sel

punca ini dapat digunakan untuk pengobatan sel punca. Di Indonesia telah dimulai

penelitian dan pengobatan stem stem dengan menggunakan sel punca dewasa, hal ini

dipilih karena sel punca dewasa tidak menemui hambatan dalam bidang etika,

sedangkan sel punca embrio masih banyak ketidakjelasan tentang etika dan banyak

perdebatan yang timbul karenanya.

Stem cell adalah sel yang tidak/belum terspesialisasi yang mempunyai 2 sifat:

1. Kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi sel lain (differentiate). Dalam hal ini

stem cell mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel matang, misalnya sel saraf,

sel otot jantung, sel otot rangka, sel pankreas, dan lain-lain.

2. Kemampuan untuk memperbaharui atau meregenerasi dirinya sendiri (self-regenerate/self-renew). Dalam hal ini stem cell dapat membuat salinan sel yang persis sama dengan dirinya melalui pembelahan sel.

JENIS STEM CELL

Berdasarkan Potensi atau Kemampuan Berdiferensiasi

Berdasarkan kemampuan berdiferensiasi, stem cell dibagi menjadi:

1. Totipotent. Dapat berdiferensiasi menjadi semua jenis sel.

Yang termasuk dalam stem cell totipotent adalah zigot (telur yang telah dibuahi).

2. Pluripotent. Dapat berdiferensiasi menjadi 3 lapisan germinal: ektoderm,

mesoderm, dan endoderm, tapi tidak dapat menjadi jaringan ekstraembryonik seperti

plasenta dan tali pusat. Yang termasuk stem cell pluripotent adalah

embryonic stem cells.

3. Multipotent. Dapat berdiferensiasi menjadi banyak jenis sel. Misalnya:

hematopoietic stem cells.

4. Unipotent. Hanya dapat menghasilkan 1 jenis sel. Tapi berbeda dengan non-stem

cell, stem cell unipoten mempunyai sifat dapat memperbaharui atau meregenerasi diri

(self-regenerate/self-renew)

Berdasarkan Sumbernya

Stem cell ditemukan dalam berbagai jaringan tubuh.

Berdasarkan sumbernya, stem cell dibagi menjadi:

1) Zygote. Yaitu pada tahap sesaat setelah sperma bertemu dengan sel telur

2) Embryonic stem cell. Diambil dari inner cell mass dari suatu blastocyst (embrio

yang terdiri dari 50 150 sel, kira-kira hari ke-5 pasca pembuahan). Embryonic stem

cell biasanya didapatkan dari sisa embrio yang tidak dipakai pada IVF (in vitro

fertilization). Tapi saat ini telah dikembangkan teknik pengambilan embryonic stem

cell yang tidak membahayakan embrio tersebut, sehingga dapat terus hidup dan

bertumbuh. Untuk masa depan hal ini mungkin dapat mengurangi kontroversi etis

terhadap embryonic stem cell.

3) Fetus. Fetus dapat diperoleh dari klinik aborsi.

4) Stem cell darah tali pusat. Diambil dari darah plasenta dan tali pusat segera setelah

bayi lahir. Stem cell dari darah tali pusat merupakan jenis hematopoietic stem cell,

dan ada yang menggolongkan jenis stem cell ini ke dalam adult stem cell.

5) Adult stem cell. Diambil dari jaringan dewasa, antara lain dari:

Sumsum tulang.

Ada 2 jenis stem cell dari

1. sumsum tulang:

- hematopoietic stem cell. Selain dari darah tali pusat dan dari sumsum tulang,

hematopoietic stem cell dapat diperoleh juga dari darah tepi.

- stromal stem cell atau disebut juga mesenchymal stem cell.

2. Jaringan lain pada dewasa seperti pada:

- susunan saraf pusat

- adiposit (jaringan lemak)

- otot rangka

- pankreas

Adult stem cell mempunyai sifat plastis, artinya selain berdiferensiasi menjadi sel

yang sesuai dengan jaringan asalnya, adult stem cell juga dapat berdiferensiasi

menjadi sel jaringan lain. Misalnya: neural stem cell dapat berubah menjadi sel darah,

atau stromal stem cell dari sumsum tulang dapat berubah menjadi sel otot jantung,

dan sebagainya.

PERAN STEM CELL DALAM RISET

1. Terapi gen.

Stem cell (dalam hal ini hematopoietic stem cell) digunakan sebagai alat

pembawa transgen ke dalam tubuh pasien, dan selanjutnya dapat dilacak jejaknya

apakah stem cell ini berhasil mengekspresikan gen tertentu dalam tubuh pasien. Dan

karena stem cell mempunyai sifat self-renewing, maka pemberian pada terapi gen

tidak perlu dilakukan berulang-ulang, selain itu hematopoietic stem cell juga dapat

berdiferensiasi menjadi bermacam-macam sel, sehingga transgen tersebut dapat

menetap di berbagai macam sel.

2. Mengetahui proses biologis, yaitu perkembangan organisme dan perkembangan

kanker. Melalui stem cell dapat dipelajari nasib sel, baik sel normal maupun sel

kanker.

3. Penemuan dan pengembangan obat baru, yaitu untuk mengetahui efek obat

terhadap berbagai jaringan

4. Terapi sel berupa replacement therapy. Oleh karena stem cell dapat hidup di luar

organ tubuh manusia misalnya di cawan petri, maka dapat dilakukan manipulasi

terhadap stem cell itu tanpa mengganggu organ tubuh manusia. Stem cell yang telah

dimanipulasi tersebut dapat ditransplantasi kembali masuk ke dalam organ tubuh

untuk menangani penyakit-penyakit tertentu.

Ada 3 golongan penyakit yang dapat diatasi oleh stem cell:

a. Penyakit autoimun. Misalnya pada lupus, artritis reumatoid dan diabetes tipe 1.

Setelah diinduksi oleh growth factor agar hematopoietic stem cell banyak dilepaskan

dari sumsum tulang ke darah tepi, hematopoietic stem cell dikeluarkan dari dalam

tubuh untuk dimurnikan dari sel imun matur. Lalu tubuh diberi agen sitotoksik atau

terapi radiasi untuk membunuh sel-sel imun matur yang tidak mengenal self antigen

(dianggap sebagai foreign antigen). Setelah itu hematopoietic stem cell dimasukkan

kembali ke tubuh, bersirkulasi dan bermigrasi ke sumsum tulang untuk

berdiferensiasi menjadi sel imun matur sehingga sistem imun tubuh kembali seperti

semula.

b. Penyakit degeneratif. Pada penyakit degeneratif seperti stroke, penyakit Parkinson,

penyakit Alzheimer, terdapat beberapa kerusakan atau kematian sel-sel tertentu

sehingga bermanifestasi klinis sebagai suatu penyakit. Pada keadaan ini stem cell

setelah dimanipulasi dapat ditransplantasi ke dalam tubuh pasien agar stem cell

tersebut dapat berdiferensiasi menjadi sel-sel organ tertentu yang menggantikan sel-

sel yang telah rusak atau mati akibat penyakit degeneratif.

c. Penyakit keganasan. Prinsip terapi stem cell pada keganasan sama dengan penyakit

autoimun. Hematopoietic stem cell yang diperoleh baik dari sumsum tulang atau

darah tali pusat telah lama dipakai dalam terapi leukemia dan penyakit darah lainnya.

Ada beberapa alasan mengapa stem cell merupakan calon yang bagus dalam cell-

based therapy:

1. Stem cell tersebut dapat diperoleh dari pasien itu sendiri. Artinya transplantasi

dapat bersifat autolog sehingga menghindari potensi rejeksi. Berbeda dengan

transplantasi organ yang membutuhkan organ donor yang sesuai (match),

transplantasi stem cell dapat dilakukan tanpa organ donor yang sesuai.

2. Mempunyai kapasitas proliferasi yang besar sehingga dapat diperoleh sel dalam

jumlah besar dari sumber yang terbatas. Misalnya pada luka bakar luas, jaringan kulit

yang tersisa tidak cukup untuk menutupi lesi luka bakar yang luas. Dalam hal ini

terapi stem cell sangat berguna.

3. Mudah dimanipulasi untuk mengganti gen yang sudah tidak berfungsi lagi melalui

metode transfer gen. Hal ini telah dijelaskan dalam penjelasan mengenai terapi gen di

atas.

4. Dapat bermigrasi ke jaringan target dan dapat berintegrasi ke dalam jaringan dan

berinteraksi dengan jaringan sekitarnya.

Therapeutic Cloning

Therapeutic cloning atau yang lebih panjangnya disebut SCNT (Somatic Cell

Nuclear Transfer) adalah suatu teknik yang bertujuan untuk menghindari risiko

penolakan/rejeksi. Pada therapeutic cloning, inti sel telur donor dikeluarkan dan

diganti dengan inti sel resipien misalnya diambil dari sel mukosa pipi. Lalu sel ini

akan membelah diri dan setelah menjadi blastocyst, maka inner cell massnya akan

diambil sebagai embryonic stem cell dan setelah dimasukkan kembali ke dalam tubuh

resipien maka stem cell tersebut akan berdiferensiasi menjadi sel organ yang

diinginkan (misalnya sel beta pankreas, sel otot jantung, dan lain lain), tanpa reaksi

penolakan karena sel tersebut mengandung materi genetik resipien.

Keuntungan dan Kerugian Memakai Jenis Stem Cell

Tertentu dalam Cell-based Therapi

a. Keuntungan embryonic stem cell:

1. Mudah didapat dari klinik fertilitas.

2. Bersifat pluripoten sehingga dapat berdiferensiasi menjadi segala jenis sel dalam tubuh.

3. Immortal. Berumur panjang, dapat berproliferasi beratus-ratus kali lipat pada kultur.

4. Reaksi penolakan rendah.

b. Kerugian embryonic stem cell:

1. Dapat bersifat tumorigenik. Artinya setiap kontaminasi

dengan sel yang tak berdiferensiasi dapat menimbulkan

kanker.

2. Selalu bersifat allogenik sehingga berpotensi menimbulkan

penolakan.

3. Secara etis sangat kontroversial.

c. Keuntungan umbilical cord blood stem cell (stem cell dari darah tali pusat):

1. Mudah didapat (tersedia banyak bank darah tali pusat).

2. Siap pakai, karena telah melalui tahap prescreening, testing dan pembekuan.

3. Kontaminasi virus minimal dibandingkan dengan stem cell dari sumsum tulang.

4. Cara pengambilan mudah, tidak berisiko atau menyakiti donor.

5. Risiko GVHD (graft-versus-host disease) lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan stem cell dari sumsum tulang, dan transplantasi tetap dapat dilakukan walaupun HLA matching tidak sempurna atau dengan kata lain toleransi terhadap ketidaksesuaian HLA matching lebih besar dibandingkan dengan stem cell dari sumsum tulang.

d. Kerugian umbilical cord blood stem cell:

1. Kemungkinan terkena penyakit genetik. Ada beberapa penyakit genetik yang tidak terdeteksi saat lahir sehingga diperlukan follow up setelah donor beranjak dewasa.

2. Jumlah stem cell relatif terbatas sehingga ada ketidaksesuaian antara jumlah stem cell yang diperlukan resipien dengan yang tersedia dari donor, karena

jumlah sel yang dibutuhkan berbanding lurus dengan usia, berat badan dan status penyakit.

e. Keuntungan adult stem cell:

1. Dapat diambil dari sel pasien sendiri sehingga menghindari penolakan imun.

2. Sudah terspesialisasi sehingga induksi menjadi lebih sederhana.

3. Secara etis tidak ada masalah.

f. Kerugian adult stem cell:

1. Jumlahnya sedikit, sangat jarang ditemukan pada jaringan matur sehingga sulit mendapatkan adult stem cell dalam jumlah banyak.

2. Masa hidupnya tidak selama embryonic stem cell.

3. Bersifat multipoten, sehingga diferensiasi tidak seluas embryonic stem cell

yang bersifat pluripoten.

TERAPI BERDASARKAN SEL (CELL-BASED THERAPY)

Dalam tulisan ini, pembahasan bersifat singkat dan hanya membahas potensi stem

cell pada sebagian kecil penyakit.

1. Stem Cell untuk Diabetes

Pada diabetes, terjadi kekurangan insulin atau kurangnya kepekaan terhadap insulin.

Dalam hal ini transplantasi sel pulau Langerhans diharapkan dapat memenuhi

kebutuhan insulin. Pada awalnya, kira-kira 10 tahun yang lalu, hanya 8%

transplantasi sel pulau Langerhans yang berhasil. Hal ini terjadi karena reaksi

penolakannya besar sehingga diperlukan sejumlah besar steroid; padahal makin besar

steroid yang dibutuhkan, makin besar pula kebutuhan metabolik pada sel penghasil

insulin. Namun, baru-baru ini penelitian yang dilakukan oleh James Shapiro dkk. di

Kanada, berhasil membuat protokol transplantasi sel pulau Langerhans dalam jumlah

banyak dengan metode imunosupresi yang berbeda dengan yang sebelumnya. Pada

penelitian tersebut, 100% pasien yang diterapi transplantasi sel pulau Langerhans

pankreas tidak memerlukan injeksi insulin lagi dan gula darahnya tetap normal

setahun setelah transplantasi. Penelitian-penelitian yang sudah dilakukan untuk

diabetes ini mengambil sumber stem cell dari kadaver, fetus, dan dari embryonic stem

cell. Selanjutnya, masih dibutuhkan penelitian untuk menemukan cara membuat

kondisi yang optimal dalam produksi insulin, sehingga dapat menggantikan injeksi

insulin secara permanen.

2. Stem Cell untuk Skin Replacement

Dengan bertambahnya pengetahuan mengenai stem cell, maka peneliti telah dapat

membuat epidermis dari keratinosit yang diperoleh dari folikel rambut yang dicabut.

Hal ini memungkinkan transplantasi epidermis autolog, sehingga menghindari

masalah penolakan. Pemakaian skin replacement ini bermanfaat dalam terapi ulkus

vena ataupun luka bakar.

3. Stem Cell untuk Penyakit Parkinson

Pada penyakit Parkinson, didapatkan kematian neuron-neuron nigra-striatal, yang

merupakan neuron dopaminergik. Dopamin merupakan neurotransmitter

yangberperan dalam gerakan tubuh yang halus. Dengan berkurangnya dopamin, maka

pada penyakit Parkinson terjadi gejala-gejala gangguan gerakan halus. Dalam hal ini

transplantasi neuron dopamin diharapkan dapat memperbaiki gejala penyakit

Parkinson. Tahun 2001, dilakukan penelitian dengan menggunakan jaringan

mesensefalik embrio manusia yang mengandung neuron-neuron dopamin. Jaringan

tersebut ditransplantasikan ke dalam otak penderita Parkinson berat dan dipantau

dengan alat PET (Positron Emission Tomography). Hasilnya setelah transplantasi

terdapat perbaikan dalam uji-uji standar untuk menilai penyakit Parkinson,

peningkatan fungsi neuron dopamin yang tampak pada pemeriksaan PET; perbaikan

bermakna ini tampak pada penderita yang lebih muda. Namun setelah 1 tahun, 15%

dari pasien yang ditransplantasi ini kambuh setelah dosis levodopa dikurangi atau

dihentikan.

4. Stem Cell untuk Stroke

Dahulu dianggap bahwa sekali terjadi kematian sel pada stroke, maka akan

menimbulkan kecacatan tetap karena sel otak tidak mempunyai kemampuan

regenerasi. Tapi anggapan berubah setelah para pakar mengetahui adanya plastisitas

pada sel-sel otak dan pengetahuan mengenai stem cell yang berkembang pesat

belakangan ini. Beberapa penelitian dengan menggunakan stem cell dari darah tali

pusat manusia yang diberikan intravena kepada tikus yang arteri serebri medianya

dioklusi menunjukkan hasil yang menggembirakan. Ada pengurangan volume lesi

sebanyak 40% dan adanya kemampuan kembali ke 70% fungsi normal. Terdapat

pemulihan fungsional pada kelompok yang ditransplantasi stem cell dari darah tali

pusat dibandingkan dengan kelompok kontrol dan tampak stem cell dari darah tali

pusat bermigrasi masuk ke otak. Penelitian dengan menggunakan mesenchymal stem

cell (MSC) dari sumsum tulang autolog yang diberikan intravena pada 30 penderita

stroke juga memperbaiki outcome yang dinilai dari parameter

5. Stem Cell untuk Penyakit Jantung

Penelitian terkini memberikan bukti awal bahwa adult stem cells dan embryonic stem

cell dapat menggantikan sel otot jantung yang rusak dan memberikan pembuluh

darah baru. Strauer dkk. mencangkok mononuclearbone marrow cell autolog ke

dalam arteri yang menimbulkan infark pada saat PTCA 6 hari setelah infark miokard

akut. Sepuluh pasien yang diberi stem cell area infarknya menjadi lebih kecil dan

indeks volume stroke, left ventricular end-systolic volume, kontraktilitas area infark,

dan perfusi miokard menunjukkan perbaikan dibandingkan dengan kelompok kontrol.

Perin dkk. memberikan transplantasi bone marrowmononuclear cells autolog yang

diinjeksikan pada miokard yang lemah dengan panduan electromechanicalmapping

pada 14 pasien gagal jantung iskemik kronik berat.Single-photon emission computed

tomography myocardial perfusionscintigraphy menunjukkan penurunan defek yang

signifikan dan perbaikan fungsi sistolik ventrikel kiri global pada pasien yang

diterapi.