biologi

BIOTEKNOLOGI

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut.1. Memahami de� nisi bioteknologi.2. Mengetahui bermacam-macam produk bioteknologi.3. Memahami perbedaan antara bioteknologi konvensional dan modern.4. Memahami peran mikroorganisme dalam proses bioteknologi.5. Memahami proses-proses rekayasa genetika dalam memanipulasi sifat organisme.6. Memahami manfaat dan bahaya bioteknologi dalam kehidupan.

A. PendahuluanKamu tentu sering makan roti atau donat, bukan? Tahukah kamu bahwa pembuatan roti dan donat membutuhkan jasa mikroorganisme? Bagaimana mikroorganisme tersebut dapat bermanfaat sesuai dengan yang kita inginkan? Dengan bioteknologi, kita bisa melakukannya. Apa itu bioteknologi? Pada sesi ini, kamu akan mempelajarinya. Mari simak dengan saksama.

Bioteknologi adalah teknologi dengan menggunakan organisme dan agen-agen biologis untuk mendapatkan sesuatu yang bermanfaat, baik berupa barang atau jasa untuk kepentingan manusia. Dalam pelaksanaannya, bioteknologi membutuhkan keterlibatan berbagai disiplin ilmu, seperti biologi molekuler, mikrobiologi, biokimia, genetika, enzimologi, ilmu pangan, dan � siologi.

K e l a s

XII

Kurikulum xxxKurikulum 2006/2013

2

Manusia sudah menerapkan bioteknologi sederhana sejak ribuan tahun yang lalu untuk membuat roti dan donat. Bioteknologi semakin berkembang setelah dilakukan serangkaian penelitian tentang proses fermentasi oleh mikroorganisme. Penelitian ini dipelopori oleh Louis Pasteur. Oleh sebab itu, Louis Pasteur dianggap sebagai Bapak Bioteknologi.

Bioteknologi modern mengembangkan biomolekuler dan pengendalian proses dengan menerapkan rekayasa genetika. Rekayasa genetika adalah teknologi molekuler untuk mengubah komposisi genetik suatu organisme. Caranya dengan memindahkan materi genetik dari satu organisme ke organisme lain. Dalam jangka panjang, bioteknologi memberikan suatu harapan untuk membantu memecahkan berbagai masalah. Selain itu, pada masa mendatang, ada peluang untuk mengembangkan revolusi bioindustri. Khususnya, yang berhubungan dengan produksi makanan, obat-obatan, pengendalian polusi, dan pengembangan sumber energi baru.

B. Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern1. Perbedaan antara Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern

Pada awalnya, penerapan bioteknologi sangat sederhana dan hanya dilakukan sebatas untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, penerapan bioteknologi juga semakin berkembang. Penerapan bioteknologi modern semakin meningkat sejak ditemukannya struktur dan fungsi DNA.

Berikut ini adalah beberapa perbedaan antara bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern.

Tabel Perbedaan Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern

No. Faktor Pembeda Bioteknologi Konvensional Bioteknologi Modern

1. Pelaksanaan Sejak ribuan tahun yang lalu Sejak ditemukannya struktur dan fungsi DNA

2. Peralatan dan metode yang digunakan

Sederhana Modern dan canggih

3. Proses dan hasil • Proses kurang steril• Kualitas belum terjamin

• Proses steril• Kualitas terjamin

4. Pemanfaatan Menggunakan hasil produksi mikroorganisme secara langsung

Menggunakan mikroorganisme, makroorganisme, atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan kinerja genetik organisme

3

No. Faktor Pembeda Bioteknologi Konvensional Bioteknologi Modern

5. Contoh Pembuatan tempe, tapai, arak, roti, yoghurt, nata de coco, keju

Organisme transgenik, kloning, kultur jaringan, insulin buatan

2. Pengembangan BioteknologiPengembangan bioteknologi dilakukan melalui empat tahap, yaitu bioteknologi produksi makanan dan tanaman, bioteknologi produksi asam-asam organik, zat pelarut, dan biomassa dalam kondisi nonsteril, proses-proses bioteknologi dalam kondisi steril, serta aplikasi hasil-hasil keilmuan baru dalam bioteknologi.

a. Bioteknologi Produksi Makanan dan Tanaman

1.) Produksi makanan dilakukan melalui proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme. Contohnya, Rhizopus oligosporus untuk pembuatan tempe, Neurospora crassa untuk pembuatan oncom, atau Saccharomyces cerevisiae untuk pembuatan tapai.

2.) Pemanfaatan mikroorganisme, seperti Rhizobium untuk � ksasi nitrogen pada tanaman Leguminosae. Dengan memanfaatkan mikroorganisme tersebut, tanaman mampu hidup dengan baik tanpa pupuk dan dapat memberikan hasil.

b. Bioteknologi Produksi Asam-Asam Organik, Zat Pelarut, dan Biomassa dalam Kondisi Nonsteril

1.) Fermentasi dalam pembuatan etanol, asam laktat, asam sitrat, butanol, dan gliserol dilakukan dalam kondisi nonsteril dan terbuka. Kondisi nonsteril memungkinkan tumbuhnya mikroorganisme yang tidak diinginkan.

2.) Pengolahan air limbah dan pembuatan kompos padat dari sampah organik dilakukan dalam kondisi terbuka. Hal ini terjadi karena proses tersebut membutuhkan udara bebas dan oksigen untuk menghindari terjadinya pembusukan yang dapat menghasilkan bau tidak sedap.

c. Proses-Proses Bioteknologi dalam Kondisi Steril

Proses bioteknologi dalam kondisi steril terjadi jika fermentasi berlangsung tanpa adanya kontaminasi mikroorganisme lain (steril). Misalnya, dalam produksi antibiotik (seperti penisilin, streptomisin, dan tetrasiklin), vitamin B12, hormon-hormon buatan (seperti giberelin, insulin, dan estrogen), steroid, asam aminoglutamat, dan enzim-enzim lainnya.

4

d. Aplikasi Hasil-Hasil Keilmuan Baru dalam Bioteknologi

Beberapa contoh aplikasi hasil-hasil keilmuan baru dalam bioteknologi adalah sebagai berikut.

1.) Penggunaan enzim endonuklease untuk menghentikan aktivitas sel.

2.) Penggunaan metabolit sekunder seperti hormon insulin sintetis. Hormon ini diproduksi oleh bakteri Escherichia coli yang telah disisipi gen penghasil insulin manusia.

3.) Optimalisasi proses-proses fermentasi dalam reaktor-reaktor baru, seperti pembuatan yoghurt dengan menggunakan peralatan modern dan canggih.

Contoh Soal 1Bioteknologi modern berbeda dengan bioteknologi konvensional sebab bioteknologi modern ....

A. menggunakan hasil produksi mikroorganisme secara langsung

B. pelaksanaannya kurang steril

C. menggunakan peralatan yang modern dan canggih

D. hasilnya kurang terjamin

E. dilakukan dengan prosedur yang sederhanaJawaban: C

Pembahasan:

Bioteknologi modern dilakukan dengan menggunakan peralatan yang modern dan canggih, serta prosedur yang lebih rumit dan teliti. Sementara itu, bioteknologi konvensional dilakukan dengan menggunakan peralatan yang sederhana dan prosedur yang sederhana pula.

C. Pemanfaatan Mikroorganisme dalam BioteknologiMikroorganisme memiliki peranan yang sangat penting dalam bioteknologi. Sampai saat ini, telah banyak mikroorganisme yang dimanfaatkan dalam proses tersebut. Berikut ini adalah peran mikroorganisme dalam berbagai bidang.

1. Penghasil bahan makanan dan minuman

a. Fermentasi susu dengan bantuan bakteri Propioni bacterium untuk membuat keju keras, seperti keju cheddar dan keju Swiss. Jamur Penicillium requeforti untuk membuat keju lunak, seperti keju Requeforti.

b. Fermentasi susu dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptobacillus thermophillus untuk menghasilkan minuman seperti yoghurt.

5

c. Nata de coco dibuat dari air kelapa yang difermentasi menggunakan bakteri Acetobacter xylinum.

d. Tapai dibuat dari singkong atau beras ketan yang difermentasi menggunakan jamur Saccharomyces cerevisiae.

e. Pembuatan oncom dari ampas tahu dan kacang yang difermentasi menggunakan jamur Neurospora sitophila atau Neurospora crassa.

f. Pembuatan kecap dari kacang kedelai yang difermentasi menggunakan jamur Aspergillus wentii.

2. Penghasil obat-obatan

Obat-obatan yang dihasilkan dari mikroorganisme dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu antibiotik, vaksin, dan interferon.

a. Antibiotik

Antibiotik adalah zat yang mampu menghambat bahkan mematikan mikroorganisme patogen. Contohnya sebagai berikut.

1.) Penisilin yang dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum.

2.) Sefalosporin yang dihasilkan oleh jamur Cephalosporium.

3.) Streptomisin yang dihasilkan oleh bakteri Streptomyces griceus.

4.) Tetrasiklin yang dihasilkan oleh bakteri Streptomyces aureofaciens dan Streptomyces rimosus.

b. Vaksin

Vaksin adalah bahan antigenetik yang digunakan untuk memicu terbentuknya sistem kekebalan tubuh terhadap suatu penyakit. Vaksin diproduksi dari mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang telah dilemahkan. Selain itu, vaksin juga dapat dibuat dari substansi toksoid bakteri yang sudah tidak berbahaya bagi tubuh. Contohnya, vaksin polio, campak, hepatitis, BCG (untuk mencegah TBC), dan vaksin DPT (untuk mencegah difteri, pertusis, dan tetanus).

c. Interferon

Interferon merupakan zat yang dihasilkan oleh sel-sel hewan vertebrata akibat terinfeksi oleh virus, bakteri, protozoa, atau senyawa lainnya. Sekarang, interferon dapat dihasilkan dari fusi sel menggunakan teknologi hibridoma.

6

3. Penghasil protein

Protein Sel Tunggal (PST) dibuat dari alga Spirulina dan Chlorella. Selain itu, PST juga dapat dibuat dari jamur Fusarium venenatum, Candida utilis, dan Saccharomyces cerevisiae.

4. Penghasil zat-zat organik, enzim, dan vitamin

a. Asam amino

Asam amino yang dapat dihasilkan oleh mikroorganisme, antara lain asam glutamat dan lisin. Asam glutamat digunakan untuk pembuatan MSG atau vetsin, sedangkan lisin digunakan untuk pembuatan suplemen makanan ternak. Mikroorganisme yang digunakan untuk menghasilkan jenis asam amino tersebut adalah Corynebacterium glutamicum.

b. Asam sitrat

Asam sitrat dapat dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger yang ditumbuhkan pada media sirup atau tetes gula. Asam nitrat digunakan untuk pemberi rasa, campuran es krim, pembuatan detergen, atau antioksidan.

c. Asam cuka

Asam cuka dibuat dari bahan baku alkohol yang dioksidasi oleh bakteri Acetobacter aceti atau Gluconobacter sp.

d. Vitamin

Vitamin-vitamin yang dapat dibuat dengan bantuan mikroorganisme, antara lain vitamin B2 dan B12. Vitamin B2 dihasilkan dari fermentasi Ashbya gossypii, sedangkan vitamin B12 dihasilkan dari fermentasi Pseudomonas denitri� cans dan Propionibacterium shermanii.

e. Enzim

Beberapa enzim yang dapat dihasilkan dari proses fermentasi adalah sebagai berikut.

1.) Enzim selulase yang dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger dimanfaatkan dalam industri tekstil, detergen, pengolahan kopi, atau pembuatan kertas.

2.) Enzim laktase yang dihasilkan oleh jamur Saccharomyces fragilis dimanfaatkan untuk menghidrolisis laktosa dalam susu skim. Selain itu, enzim ini dapat digunakan untuk mencegah kristalisasi laktosa dalam susu kental manis dan es krim.

3.) Enzim amilase yang dihasilkan oleh Aspergillus oryzae dimanfaatkan dalam produksi lem, kanji, kertas, tekstil, dan glukosa. Selain itu, enzim

7

ini juga dapat diperoleh dari jamur Aspergillus niger yang dimanfaatkan untuk melembutkan adonan roti.

4.) Enzim lipase yang dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger dimanfaatkan dalam industri lemak dan minyak, serta untuk menambah cita rasa keju.

5.) Enzim pektinase yang dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger digunakan untuk memecah molekul pektin dalam industri minuman sari buah dan teh.

6.) Enzim penisilase yang dihasilkan oleh bakteri Bacillus subtilis digunakan sebagai agen diagnostik dalam farmasi.

5. Pembasmi hama (bioinsektisida)

Beberapa mikroorganisme yang digunakan sebagai pembasmi hama biologi atau bioinsektisida adalah sebagai berikut.

a. Baculovirus

Virus ini dapat menyebabkan kematian pada serangga yang memakannya. Baculovirus dapat berpindah dari satu serangga ke serangga lain melalui perkawinan sehingga dapat menimbulkan kematian secara massal.

b. Bacillus thuringiensis (bakteri Bt)

Bakteri ini dapat menghasilkan senyawa delta-endotoksin yang disebut toksin Bt. Toksin Bt dapat merusak saluran pencernaan larva dari golongan Lepidoptera dan Coleoptera. Beberapa varietas dari Bacillus thuringiensis yang dikomersialkan adalah sebagai berikut.

1.) Bacillus thuringiensis varietas aizawai untuk membunuh ngengat.

2.) Bacillus thuringiensis varietas tenebrionis untuk membunuh kumbang kentang dan larva kumbang daun.

3.) Bacillus thuringiensis varietas kurstaki untuk membunuh berbagai ulat tanaman pertanian.

4.) Bacillus thuringiensis varietas israelensis untuk membunuh larva nyamuk dan lalat hitam.

6. Penghasil energi

Dewasa ini, para ilmuwan telah berhasil membuat senyawa-senyawa dan gas-gas yang mampu menghasilkan energi dengan bantuan mikroorganisme. Senyawa dan gas tersebut dapat digunakan sebagai energi alternatif pengganti minyak bumi.

a. Gas hidrogen

Gas hidrogen memiliki sifat mudah terbakar sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif. Gas ini dibuat dengan cara menggabungkan dua atom hidrogen melalui bantuan enzim hidrogenase. Enzim hidrogenase dapat

8

diperoleh dari ganggang air tawar Chlorella pyrenoidosa dan bakteri Clostridium butyricum. Reaksi pembuatan gas hidrogen adalah sebagai berikut.

2 H2O → 2 H2 + O2

Kelebihan dari gas hidrogen sebagai bahan bakar adalah tidak menimbulkan polusi jika dibakar.

b. Gas metana

Gas metana (CH4) termasuk biogas yang dapat diperoleh dari penguraian sampah organik dengan bantuan bakteri metanogen (bakteri dari kotoran ternak). Proses pembentukan metana oleh bakteri metanogen disebut metanogenesis. Bakteri yang tergolong metanogen, antara lain Methanobacterium sp., Methanohalobium sp., Methanosarcina sp., Methanococcus sp., dan Methanomicrobium sp. Selain mendapatkan gas metana yang dapat menghasilkan energi besar, pembuatan biogas ini juga menghasilkan limbah cair yang dapat digunakan sebagai pupuk organik.

c. Bahan bakar alkohol

Alkohol untuk bahan bakar dapat diperoleh dari proses fermentasi substrat gula tebu, pati, selulosa, atau jagung. Proses fermentasi ini menggunakan bakteri Zymomonas mobilis, Clostridium thermocellum, Thermoanaerobacter ethanolicus, dan khamir mutan petite dari Saccharomyces cerevisiae.

7. Pengolahan limbah dan polutan (bioremediasi)

Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi bahan-bahan pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun.

a. Pengolahan limbah organik

Pengolahan limbah organik dari industri alkohol dilakukan dengan menggunakan bakteri Clostridium butyricum. Dari hasil pengolahan ini, didapat gas hidrogen yang bisa digunakan untuk bahan bakar.

b. Pengolahan limbah dengan bio� lm

Bio� lm adalah lapisan yang terbentuk dari kumpulan mikroorganisme, seperti bakteri yang melekat di suatu permukaan. Kumpulan mikroorganisme ini diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dihasilkan mikroorganisme tersebut. Cara pengolahan limbah dengan bio� lm adalah sebagai berikut.

1.) Bagian dasar bak limbah ditutup dengan saringan yang terdiri atas tumpukan arang batok kelapa dan batu kerikil.

2.) Di atas saringan, diletakkan bio� lm.

9

3.) Limbah yang akan diproses disemprotkan perlahan-lahan di atas bio� lm.

4.) Saat limbah menetes melalui bio� lm, materi organik yang terdapat di dalamnya akan diuraikan oleh mikroorganisme pada bio� lm tersebut.

c. Penguraian lumpur secara anaerob

Lumpur diuraikan dengan bantuan bakteri Methanobacterium yang dapat mengubah bahan organik menjadi gas metana, CO2, H2, dan H2O.

d. Mikroorganisme pembersih limbah minyak

Limbah minyak yang mengandung hidrokarbon dapat dimakan oleh bakteri Pseudomonas putida dan jamur Cladosporium resinae.

e. Pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif

Pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif merupakan pengolahan limbah cair dengan menggunakan mikroorganisme aerob pengoksidasi material organik. Sistem ini sangat baik digunakan untuk mengatasi limbah dari industri nata de coco, tahu, tapioka, atau kecap.

8. Pemanfaatan di bidang peternakan

a. Penggunaan hormon BGH (Bovin Growth Hormone) yang dihasilkan oleh Escherichia coli hasil rekayasa genetika pada hewan ternak dapat meningkatkan produksi daging dan susu.

b. Penggunaan hormon EGF (Epidermal Growth Factor) dapat memacu pertumbuhan rambut pada domba penghasil wol.

9. Pemanfaatan di bidang pertambangan

Untuk memisahkan logam dari bijihnya, dapat digunakan bakteri Thiobacillus ferrooxidans yang banyak ditemukan di daerah pertambangan.

10. Bioplastik

Bioplastik adalah plastik yang dibuat dari bahan-bahan organik, seperti pati, selulosa, minyak nabati, amilum jagung, klobot jagung, amilum ercis, dan biopolimer lainnya yang berasal dari mikroorganisme. Bioplastik dibuat dengan tujuan untuk menggantikan plastik berbahan kimia polietilena yang sulit terurai di alam. Bioplastik biasanya digunakan sekali pakai, seperti kemasan makanan dan alat makan, wadah buah dan sayuran, atau botol minuman ringan. Mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan bioplastik, antara lain bakteri Alxaligenes eutrophus dan jamur Aureobasidium pullulans.

10

Contoh Soal 2Protein Sel Tunggal (PST) adalah protein yang berasal dari organisme bersel satu. Protein ini dapat digunakan sebagai bahan makanan yang berkualitas karena mengandung kadar protein yang tinggi. Organisme yang dapat menghasilkan PST adalah ….

A. Thiobacillus ferrooxidans

B. Methanobacterium

C. Bacillus thuringiensis

D. Spirulina sp.

E. Aspergillus � avusJawaban: D

Pembahasan:

Organisme penghasil Protein Sel Tunggal (PST), antara lain Spirulina sp., Chlorella, Fusarium venenatum, Candida utilis, dan Saccharomyces cerevisiae.

D. Kultur Jaringan dan Kloning1. Kultur Jaringan

Kultur jaringan (mikropropagasi) yang dilakukan pada tumbuhan adalah salah satu cara perbanyakan tanaman secara vegetatif berdasarkan sifat totipotensi. Totipotensi adalah kemampuan setiap sel tumbuhan untuk tumbuh menjadi individu baru yang sempurna. Kultur jaringan dilakukan dengan cara mengisolasi sel atau jaringan yang ditanam pada media tumbuh yang kaya nutrisi. Proses ini dilakukan dalam kondisi yang steril sehingga bagian yang ditanam tersebut dapat tumbuh menjadi tanaman lengkap.

SUPER "Solusi Quipper"Cara mudah untuk mengingat tentang kultur jaringan adalah sebagai berikut.

KUJARING PAKE TOPI

Maksudnya: kultur jaringan memakai sifat totipotensi

11

Urutan pertumbuhan sel atau jaringan pada kultur jaringan adalah sebagai berikut.

Eksplan

Bagian tumbuhan yang akan dikultur. Dapat diambil dari jaringan meristem di batang, akar, daun, atau mata tunas.

Plantlet

Kalus

Kumpulan sel-sel yang belum terdiferensiasi, hasil pertumbuhan dari eksplan. Nantinya, kalus akan berdiferensiasi membentuk akar, batang, dan daun.

Tanaman lengkap berukuran kecil, hasil pertumbuhan dari kalus.

Urutan Pertumbuhan Sel atau Jaringan dalam Kultur Jaringan

Jika sudah mencapai usia tertentu, plantlet bisa dipindahkan ke media tanam biasa, baik berupa tanah atau media hidroponik. Tanaman yang biasa dikembangkan melalui kultur jaringan, antara lain anggrek, tanaman obat-obatan, kentang, wortel, mawar, mangga, atau pisang abaca.

Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dari metode kultur jaringan adalah sebagai berikut.

• Eksplan yang dibutuhkan hanya sedikit dan dapat diambil dari hampir seluruh bagian tubuh tumbuhan.

• Sifat genetik dari tanaman yang dihasilkan tetap sama dengan induknya sehingga dapat digunakan untuk melestarikan plasma nutfah.

• Bibit yang dihasilkan seragam.

• Tidak bergantung pada musim.

• Dapat menghasilkan metabolit sekunder.

• Diperoleh bibit tanaman dalam jumlah besar yang bebas dari penyakit.

• Tidak membutuhkan banyak waktu.

2. KloningKloning pada hewan adalah usaha perbanyakan individu secara vegetatif. Ada dua cara pelaksanaan kloning, yaitu kloning embrio dan kloning transfer inti.

12

a. Kloning Embrio

Kloning embrio merupakan usaha untuk menghasilkan individu baru yang secara genetik sama dengan kedua induknya, tetapi tanpa perkawinan secara alamiah. Tujuan dari kloning ini untuk diperoleh hewan berkualitas baik dalam jumlah besar dan dalam waktu yang relatif singkat. Hewan-hewan yang dapat dikloning adalah mamalia, seperti sapi, kelinci, dan domba.

Tahapan-tahapan dalam kloning embrio adalah sebagai berikut.

1.) Dilakukan fertilisasi ovum oleh sperma secara in vitro (di luar tubuh induk betina).

2.) Zigot hasil fertilisasi ditumbuhkan menjadi embrio.

3.) Embrio-embrio yang sudah terbentuk selanjutnya ditanamkan ke dalam rahim sapi betina dengan cara menyuntikkannya ke dalam rahim.

4.) Embrio di dalam rahim sapi betina akan tumbuh menjadi anak sapi hingga dilahirkan.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut.

Lahir anak-anak sapi yang sifatnya sama dengan kedua induk asal

Sperma diambil dari sapi jantan unggul

Sapi betina diinseminasi buatan dengan sperma

Embrio dibagi menjadi beberapa embrio yang lebih kecil

Setiap embrio ditanamkan ke dalam uterus sapi betina lain

Terbentuk zigot yang berkembang menjadi embrio

Embrio dibagi menjadi beberapa embrio yang lebih kecil

Proses Kloning Embrio pada Sapi

Kloning embrio pada manusia disebut bayi tabung. Teknik bayi tabung diterapkan kepada pasangan suami-istri yang sulit mendapatkan keturunan karena adanya hambatan pada sistem reproduksi. Misalnya, ketidakmampuan menghasilkan

13

sperma atau ovum yang subur, dinding rahim perempuan yang terlalu lemah, terhambatnya fertilisasi, atau terhambatnya pertumbuhan embrio di dalam rahim. Berikut ini adalah tahapan dalam pelaksanaan bayi tabung.

1.) Sel telur dan sel sperma diambil dari pasangan suami-istri yang sah. Setelah itu, kedua sel tersebut difertilisasikan secara in vitro dalam tabung berisi medium khusus untuk pertumbuhan zigot hingga membentuk morula.

2.) Morula selanjutnya diimplantasikan ke dalam rahim ibu.

3.) Di dalam rahim, morula akan berkembang menjadi janin hingga dilahirkan.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut!

Terjadi pertumbuhan membentuk janin hingga waktunya dilahirkan

Zigot yang sudah tumbuh menjadi morula diimplantasiknan ke dalam rahim ibu

Dilakukan fertilisasi secara in vitro

Terbentuk zigot

Ovum diambil setelah ovulasi atau langsung dari folikel

Sperma diambil dan dipekatkan dengan cara membuang cairan

seminal

Dilakukan fertilisasi secara

Proses Pelaksanaan Bayi Tabung

b. Kloning Transfer Inti

Kloning transfer inti adalah proses pemindahan inti sel donor ke sel lain agar diperoleh individu baru dengan sifat yang sama dengan inti sel donor. Kloning ini bertujuan menghasilkan individu baru dengan sifat dan jenis kelamin yang sama dalam jumlah banyak.

Proses kloning dengan cara transfer inti telah diterapkan pada domba dan hasilnya adalah domba Dolly. Domba Dolly berasal dari ovum domba betina yang inti selnya telah diganti dengan inti sel ambing (sel kelenjar susu) domba betina

14

lainnya. Setelah itu, ovum tersebut ditumbuhkan dan dibiarkan berkembang dalam rahim domba betina sampai saatnya dilahirkan. Akan tetapi, domba hasil kloning ini memiliki perkembangan yang kurang baik, yaitu paru-paru kecil, kaki pendek, dan rentan terhadap penyakit. Selain itu, domba tersebut juga mandul.

Berikut ini adalah tahapan dalam kloning transfer inti untuk menghasilkan domba Dolly.

1.) Ovum dari induk I (pendonor ovum) dirusak intinya dengan menggunakan radiasi sinar ultraviolet sehingga tidak memiliki kromosom.

2.) Sel somatik berupa sel ambing (sel kelenjar susu) dari induk II (pendonor inti) diambil inti selnya saja.

3.) Inti sel somatik ditransfer ke dalam ovum dengan bantuan kejutan listrik. Hasilnya, ovum memiliki inti sel somatik yang diploid.

4.) Ovum kemudian membelah berkali-kali hingga membentuk stadium morula.

5.) Morula selanjutnya diimplantasikan ke dalam uterus induk III (pendonor uterus atau induk asuh) dan ditumbuhkan hingga menjadi bayi domba yang siap dilahirkan.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut!

Inti sel ambing ditransfer ke dalam ovum dengan bantuan kejutan listrik

Morula tumbuh dan berkembang menjadi bayi domba hingga siap dilahirkan

Ovum yang berinti sel diploid kemudian membelah berkali-kali membentuk stadium morula

Morula selanjutnya diimplantasikan ke dalam uterus induk III (pendonor uterus atau induk asuh)

Diambil ovumnya, kemudian inti ovumnya dirusak

Diambil inti sel kambingnya

Inti sel ambing ditransfer ke dalam ovum dengan bantuan kejutan listrikInti sel ambing ditransfer ke dalam ovum dengan bantuan kejutan listrik

Proses Pembuatan Domba Dolly

15

Domba Dolly yang dilahirkan memiliki sifat yang sama dengan induk II (pendonor inti). Karena pendonor inti adalah domba berumur 6 tahun, domba Dolly yang baru dilahirkan seakan-akan sudah berumur 6 tahun atau mengalami penuaan dini. Domba Dolly akhirnya meninggal pada umur 6 tahun.

SUPER "Solusi Quipper"Cara mudah untuk mengingat cara pelaksanaan kloning adalah sebagai berikut.

KAMBING MENGEMBIK DITABRAK INDUKNYA

Maksudnya: kloning embrio dan transfer inti

Contoh Soal 3Pemanfaatan sifat totipotensi pada tumbuhan dalam bidang pertanian adalah ….

A. memperbaiki kualitas tanaman budidaya

B. membuktikan bahwa sel tumbuhan dapat diperbanyak melalui teknik kultur jaringan

C. meneliti kemampuan bagian tumbuhan yang mudah dikembangkan

D. memperoleh bibit tanaman yang seragam dalam jumlah besar

E. meningkatkan hasil panen tanaman budi daya.Jawaban: D

Pembahasan:

Sifat totipotensi yang dimiliki oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan dapat diperbanyak melalui teknik kultur jaringan. Dalam bidang pertanian, kultur jaringan bertujuan untuk mendapatkan bibit tumbuhan yang seragam dalam jumlah besar dan dalam waktu yang relatif singkat.

E. Rekayasa Genetika dan Dampak Negatif dari Bioteknologi1. Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika adalah usaha memanipulasi sifat mahluk hidup untuk menghasilkan makhluk hidup baru yang memiliki sifat sesuai dengan yang diinginkan. Rekayasa genetika dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu fusi sel (teknik hibridoma) dan rekombinasi DNA.

a. Fusi Sel (Teknik Hibridoma)

Hibridoma adalah sel-sel yang dihasilkan dari fusi atau peleburan dua tipe sel yang berbeda menjadi satu kesatuan tunggal. Hibridoma mengandung gen dari kedua sel

16

asli. Teknik hibridoma dilakukan dengan cara mengambil dua jenis sel dari jaringan yang berbeda, baik dari organisme yang sama atau berbeda. Setelah itu, kedua jenis sel tersebut disatukan menjadi satu sel tunggal. Contohnya, sel penghasil antibodi dengan sel kanker.

Pada pelaksanaannya, teknik hibridoma menggunakan sel wadah, sel sumber gen, dan zat fusi gen.

1.) Sel wadah merupakan sel yang memiliki kemampuan membelah dengan cepat, misalnya sel kanker (myeloma).

2.) Sel sumber gen merupakan sel dengan sifat yang diinginkan.

3.) Zat fusi gen merupakan zat- zat yang memicu terjadinya penggabungan sel, seperti medan listrik, PEG (polietilen glikol), dan DMSO (dimetil sulfoksida).

Teknik hibridoma telah dikembangkan untuk memproduksi hormon maupun antibodi. Jika sel penghasil hormon atau antibodi dilebur dengan sel kanker, dalam waktu singkat akan diperoleh hormon atau antibodi dalam jumlah besar. Cara yang digunakan untuk mempercepat terjadinya fusi sel dengan metode elektrofusi. Metode ini dilakukan dengan menggabungkan dua sel dalam satu bidang elektris pada frekuensi tinggi sehingga sel-sel yang akan difusikan tertarik satu sama lain dan akhirnya melebur.

Teknik hibridoma dapat dimanfaatkan untuk pembuatan antibodi monoklonal, pemetaan kromosom, dan pembentukan spesies baru.

1.) Pembuatan antibodi monoklonal

Antibodi yang dihasilkan oleh tubuh adalah antibodi multiklonal (poliklonal). Antibodi ini terbentuk karena tubuh dimasuki oleh beberapa benda asing sehingga tubuh membentuk lebih dari satu macam antibodi.

Dengan menggunakan teknik hibridoma, dapat dibentuk antibodi monoklonal, yaitu antibodi yang hanya mengenali dan melawan satu jenis antigen tertentu. Berikut ini adalah tahapan dalam pembuatan antibodi monoklonal dengan teknik hibridoma.

• Hewan dari kelompok mamalia (misalnya tikus) disuntik dengan antigen (misalnya bibit penyakit dari manusia).

• Sel penghasil antibodi, seperti sel limfosit B dari limpa, kelenjar limfa, atau darah dari hewan tersebut diambil dan difusikan dengan sel kanker sehingga dihasilkan sel hibridoma.

• Sel hibridoma kemudian diklon dan diseleksi untuk memperoleh satu sel hibridoma penghasil antibodi monoklonal sesuai keinginan manusia.

17

• Sel hibridoma yang sudah dipilih selanjutnya dikembangkan (dikultur) untuk menghasilkan antibodi monoklonal.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut!

Tikus disuntik dengan antigen

Sel penghasil antibodi diambil dari limpa

Sel hibridoma yang terpilih kemudian dikultur agar menghasilkan antibodi monoklonal

Antibodi monoklonal siap dipanen

Sel penghasil antibodi difusikan dengan sel kanker, terbentuk sel hibridoma

Antibodi monoklonal telah dikembangkan untuk beberapa tujuan sebagai berikut.

• Tes kehamilan.

• Mengikat dan menonaktifkan racun.

• Mencegah penolakan jaringan terhadap jaringan yang ditransplantasikan.

• Meningkatkan imunitas tubuh.

• Memurnikan obat-obatan.

• Pengobatan kanker, AIDS, hepatitis, � u burung, malaria, lepra, tripanomiasis, dan leismaniasis.

2.) Pemetaan kromosom

Pemetaan kromosom merupakan usaha manusia untuk mengetahui letak kromosom yang mengandung gen-gen pembawa sifat tertentu. Pemetaan kromosom memberikan sumbangan informasi pada diagnosis dan pengobatan

Skema Pembuatan Antibodi Monoklonal

18

suatu penyakit. Selain itu, pemetaan kromosom juga berfungsi sebagai pencegahan penyakit keturunan serta memberikan gambaran pada evolusi biologi.

3.) Pembentukan spesies baru

Fusi sel memberikan gambaran peluang diciptakannya spesies baru melalui penggabungan dua sel dari organisme yang berbeda. Misalnya, antarsel hewan yang berbeda spesies, antarsel tumbuhan yang berbeda spesies, atau antarsel hewan dan sel tumbuhan.

b. Rekombinasi DNA

Rekombinasi DNA dapat dilakukan dengan pemotongan dan penyambungan DNA secara in vitro. Untuk mendapatkan rekombinasi DNA, perlu disiapkan hal-hal berikut ini.

1.) Metode untuk memperoleh gen

Gen dapat diperoleh dengan cara-cara berikut.

• Metode tembak langsung dengan memotong DNA secara keseluruhan.

• Metode transkripsi balik, yaitu RNA ditranskripsi balik menjadi DNA dengan bantuan enzim.

• Metode sintesis gen dengan cara membuat gen secara sintetik.

2.) Enzim pemotong dan penyambung DNA

• Enzim pemotong DNA adalah endonuklease restriksi.

• Enzim penyambung DNA adalah DNA ligase.

Hasil hibrid dua potongan DNA disebut DNA rekombinan (kimera).

3.) Sel wadah

Sel wadah adalah sel yang menerima DNA rekombinan. Setelah menerima DNA rekombinan, sel ini akan mengalami perubahan sifat yang disebut transformasi. Sel yang sering digunakan sebagai sel wadah adalah bakteri Escherichia coli.

4.) Vektor pembawa gen sisipan

Untuk memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel wadah, dibutuhkan vektor (pembawa) gen sisipan. Vektor yang sering digunakan adalah plasmid bakteri, yaitu DNA nonkromosom yang berbentuk sirkuler.

19

Rekombinasi DNA dapat dilakukan dengan teknologi plasmid. Penerapan teknologi plasmid yang sudah dilakukan adalah proses pembuatan hormon insulin dengan tahapan sebagai berikut.

1.) Plasmid bakteri dan DNA yang mengandung gen insulin masing-masing dipotong menggunakan enzim pemotong endonuklease restriksi.

2.) Potongan DNA gen insulin disambungkan pada plasmid dengan menggunakan enzim DNA ligase sehingga terbentuk plasmid rekombinan.

3.) Plasmid rekombinan dimasukkan kembali ke dalam tubuh bakteri sehingga diperoleh bakteri yang memiliki gen kromosom asli dan gen insulin.

4.) Bakteri dikembangbiakkan sehingga diperoleh populasi bakteri yang mampu memproduksi insulin dalam jumlah besar.

5.) Hormon insulin tersebut dapat digunakan untuk para penderita diabetes mellitus.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut.

Kedua fragmen digabung dengan menggunakan enzim DNA ligase, terbentuk plasmid rekombinan

Plasmid rekombinan dimasukkan kembali ke dalam tubuh bakteri

Bakteri rekombinan dikembangbiakkan agar menghasilkan insulin dalam jumlah besar

Plasmid dikeluarkan dari tubuh bakteri dan dipotong dengan enzim endonuklease restriksi

DNA yang mengandung gen insulin diambil dari sel pankreas

dan dipotong dengan enzim endonuklease restiksi

Kedua fragmen digabung dengan menggunakan enzim DNA ligase, terbentuk Kedua fragmen digabung dengan menggunakan enzim DNA ligase, terbentuk

Tahapan Pembuatan Hormon Insulin dengan Teknologi Plasmid

2. Pemanfaatan Rekayasa GenetikaRekayasa genetika dapat dimanfaatkan, antara lain untuk terapi gen, pembuatan vaksin

20

baru, dan pembuatan organisme transgenik.

a. Terapi gen

Terapi gen merupakan usaha perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki susunan basa nitrogen pada rantai DNA dalam gen. Terapi gen telah diterapkan untuk memperbaiki kelainan genetik ADD (Adenosine Deaminase De� ciency), yaitu kelainan berupa hilangnya daya tahan tubuh akibat tidak memiliki enzim ADA (Adenosine Deaminase). ADD menyebabkan penyakit SCID (Severe Combined Immunode� ciency disease).

b. Pembuatan vaksin baru

Vaksin baru yang telah dibuat dengan teknik rekayasa genetik adalah vaksin subunit. Vaksin ini dibuat dari bagian tertentu mikroorganisme yang imunogenik secara alami. Contoh: vaksin untuk hepatitis B, yaitu Recombivax HB vaccine.

c. Pembuatan organisme transgenik

Organisme transgenik adalah organisme yang mendapatkan gen-gen dari organisme lain. Berikut ini adalah jenis-jenis organisme transgenik.

1.) Tanaman transgenik

Tanaman transgenik merupakan tanaman hasil rekayasa genetik dengan sistem penggabungan gen-gen pada suatu rangkaian DNA. Penggabungan gen ini dapat dilakukan secara langsung dengan alat penembak gen atau secara tidak langsung dengan menggunakan vektor, misalnya bakteri Agrobacterium tumefaciens. Tumbuhan yang termasuk tanaman transgenik adalah sebagai berikut.

• Tumbuhan yang tahan hama.

• Tumbuhan yang memupuk sendiri.

• Tumbuhan yang mengandung gizi tambahan.

• Buah-buahan yang lebih tahan lama untuk disimpan.

• Tumbuhan yang tahan herbisida.

• Tumbuhan yang tahan terhadap perubahan cuaca.

• Tumbuhan bioluminesensi.

2.) Hewan transgenik

Hewan transgenik merupakan hewan yang mengandung sisipan gen asing di dalam genomnya. Pembuatan hewan transgenik dapat dilakukan dengan dua cara sebagai berikut.

• Pronuclear injection

Pronuclear injection merupakan teknik memasukkan transgen (gen

21

terpilih yang akan dipindahkan) secara langsung ke dalam pronukleus ovum yang sudah dibuahi.

• Embryonic stem (ES) cell electroporation dan subsequent blastocyst injection

Cara ini dilakukan dengan menginsersi transgen ke dalam sel induk embrionik (ES) dan dilanjutkan dengan memasukkan ES cells ke dalam blastokista.

3. Dampak Negatif dari BioteknologiSelain membawa banyak manfaat yang luar biasa bagi manusia, ternyata, bioteknologi juga memiliki dampak negatif. Dampak negatif ini timbul jika penggunaan bioteknologi tidak diawasi dan akhirnya disalahgunakan oleh pihak-pihak yang kurang bertanggung jawab. Berikut ini adalah beberapa dampak negatif dari bioteknologi.

a. Munculnya tanaman supergulma

Dampak ini muncul jika yang dijadikan tanaman transgenik adalah tanaman yang tahan terhadap herbisida atau hama dan sangat adaptif terhadap lingkungan.

b. Erosi plasma nutfah

Dampak ini muncul akibat tanaman transgenik lebih dikembangkan dibandingkan tanaman nontransgenik.

c. Terganggunya keseimbangan ekosistem

Dampak ini muncul akibat kematian organisme nontarget ketika memakan tanaman transgenik yang resisten terhadap pestisida.

d. Penyebaran bakteri strain secara liar

Penyebaran bakteri ini dapat membawa kerugian besar dan membahayakan. Misalnya, bakteri pembersih tumpahan minyak yang berada di pengeboran-pengeboran minyak bumi.

e. Kemungkinan diciptakan mikroorganisme patogen jenis baru

Mikroorganisme hasil rekayasa genetika yang bersifat patogen sangat berbahaya jika terlepas keluar dari laboratorium.

f. Timbulnya bahan makanan yang mengandung protein baru bersifat toksik

Protein baru yang berasal dari organisme transgenik kemungkinan dapat menimbulkan alergi pada sebagian orang, bahkan bisa bersifat toksik.

g. Risiko tinggi bagi organisme hasil kloning

Risiko ini muncul karena organisme hasil kloning kemungkinan mengalami kelainan, seperti sistem kekebalan tubuh tidak baik, penuaan dini, kelainan fungsi hati, jantung, dan gangguan darah.

22

h. Teknik bayi tabung yang dapat membingungkan status orang tuanya

Pembuatan bayi tabung yang menggunakan sel sperma dan sel telur yang keduanya diambil dari bank sel kelamin, akan menimbulkan kebingungan untuk menetapkan status orang tua bagi si bayi.

i. Penyalahgunaan senjata biologis

Senjata biologis berupa bakteri atau virus patogen lebih berbahaya jika digunakan dalam perang. Hal ini karena organisme-organisme tersebut dapat berkembang biak secara liar sehingga keberadaannya lebih lestari.

Contoh Soal 4Pembuatan hormon insulin menggunakan teknologi plasmid membutuhkan hal-hal berikut ini, kecuali….

A. plasmid bakteri sebagai vektor pembawa gen sisipan

B. gen penghasil insulin yang diambil dari sel-sel pankreas

C. enzim DNA ligase sebagai pemotong DNA

D. sel wadah berupa bakteri Escherichia coli

E. kimera yang akan dimasukkan ke dalam sel wadahJawaban: C

Pembahasan:

Teknologi plasmid untuk membuat hormon insulin membutuhkan hal-hal berikut ini.

• Gen insulin yang diambil dari pankreas manusia.

• Plasmid bakteri sebagai vektor pembawa gen sisipan.

• Kimera yang merupakan hasil penggabungan plasmid dan gen insulin.

• Enzim DNA ligase sebagai penyambung plasmid dan gen insulin

• Enzim endonuklease restriksi sebagai pemotong DNA.

• Bakteri Escherichia coli sebagai sel wadah.