A. PENGERTIAN BIOTEKNOLOGIBioteknologi 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 bahanB. BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERNBioteknologi 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 ModernSeiring 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 BIDANG1 . Bioteknologi bidang kedokteranBioteknologi mempunyai peran penting dalam bidang kedokteran,misalnya dalam pembuatan antibodi monoklonal, vaksin, antibiotika dan hormon.1) Pembuatan antibodi monoklonalAntibodi 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 vaksinVaksin 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 antibiotikaAntibiotika 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 hormonDengan rekayasa DNA, dewasa ini telah digunakan mikroorganismeuntuk memproduksi hormon. Hormon-hormon yangtelah diproduksi, misalnya insulin, hormon pertumbuhan, kortison,dan testosteron.2. Bioteknologi bidang pertanianDewasa 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 nitrogenNitrogen (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 peternakanDengan 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 depanKita 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 limbahKaleng, 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 BIOTEKNOLOGI1. Bioteknologi konvensionala) fermentasicontoh 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, yaituLactobacillus dan Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi memfermentasikanlaktosa dalam susu menjadi asam laktat. Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu dengan suhu 90C atau dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai 30C. 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 32C 420C dan ditambah garam, kemudian ditekan untuk membuang air dan disimpan agar matang. Adapun whey yang terbentuk diperas lalu digunakan untuk makanan sapi.5. MentegaPembuatan 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 modern1. Rekayasa genetikaRekayasa 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 intiTransplantasi 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 selFusi 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 plasmidPlasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di dalamsel bakteri atau ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid, antaralain: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 DNARekombinasi 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 disambungkanProsedur rekayasa genetika secara umum meliputi:1. Isolasi gen2. Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik3. Mentransfer gen tersebut ke organisme baru4. 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 jaringanc. Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang ditransformasikand. Uji coba kultur tersebut di lapangan2. MutagenesisMemodifikasi 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 hamagen 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 tanaman2. 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 busukgen 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-uburGen 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 FARMASIDi 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 DNAyang terdapat pada bakteria namun tidak tergantung pada kromosomkarena tidakberada 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 tempatbolongyang 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 menjadiprima 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 SELDEFINISI STEM CELLSel 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 BerdiferensiasiBerdasarkan 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 SumbernyaStem 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 CloningTherapeutic 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 Therapia. 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 DiabetesPada 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 ReplacementDengan 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 ParkinsonPada 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 StrokeDahulu 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 JantungPenelitian 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.