Di dalam tubuh manusia secara umum ditemukan 2 jenis kelenjar / organ. Pertama adalah kelenjar eksokrin yaitu kelenjar yang memiliki saluran dan kedua yaitu kelenjar endokrin yang…tidak memiliki saluaran pengeluaran. Dilihat dari fungsinya, produksi kelenjar ada 2 macam, berupa :
- sekreta : dimanfaatkan tubuh, contoh : enzim, hormon.
- ekskreta : dibuang oleh tubuh, contoh : urin, keringat.
Sistem endokrin adalah sistem kontrol kelenjar tanpa saluran yang menghasilkan hormon yang tersirkulasi di tubuh melalui aliran darah untuk mempengaruhi organ-organ lain.
Hormon bertindak sebagai “pembawa pesan” dan dibawa oleh aliran darah ke berbagai sel dalam tubuh, yang selanjutnya akan menerjemahkan “pesan” tersebut menjadi suatu tindakan.
Hormon (dari bahasa Yunani, όρμή : horman - “yang menggerakkan”) adalah pembawa pesan kimiawi antar sel atau antar kelompok sel. Semua organisme multiselular, memproduksi hormon. Hormon berfungsi untuk memberikan sinyal ke sel target yang selanjutnya akan melakukan suatu tindakan atau aktivitas tertentu. Pada umumnya pengaruh hormon berbeda dengan saraf. Perubahan yang dikontrol oleh hormon biasanya merupakan perubahan yang memerlukan waktu panjang. Contohnya pertumbuhan dan pematangan seksual.
Tindakan yang dilakukan karena pesan hormon sangat bervariasi, termasuk di antaranya adalah perangsangan atau penghambatan pertumbuhan serta apoptosis (kematian sel terprogram), pengaktifan atau penonaktifan sistem kekebalan, pengaturan metabolisme dan persiapan aktivitas baru atau fase kehidupan (misalnya pubertas dan menopause). Pada banyak kasus, satu hormon dapat mengatur produksi dan pelepasan hormon lainnya. Hormon juga mengatur siklus reproduks pada hampir semua organisme multiselular.
Pada prinsipnya pengaturan produksi hormon dilakukan oleh hipotalamus (bagian dari otak). Hipotalamus mengontrol sekresi banyak kelenjar yang lain, terutama melalui kelenjar pituitari, yang juga mengontrol kelenjar-kelenjar lain. Hipotalamus akan memerintahkan kelenjar pituitari untu mensekresikan hormonnya dengan mengirim faktor regulasi ke lobus anteriornya dan mengirim impuls saraf ke lobus posteriornya.
Faktor Regulasi
Faktor regulasi adalah senyawa kimia yang mengontrol produksi sejumlah hormon yang memiliki fungsi penting bagi tubuh. Senyawa tersebut dikirim ke lobus anterior kelenjar pituitari oleh hipotalamus. Terdapat 2 faktor regulasi, yaitu faktor pelepas (releasing factor ) yang menyebabkan kelenjar pituitari mensekresikan hormon tertentu danfaktor penghambat (inhibiting factor ) yang dapat menghentikan sekresi hormon tersebut. Sebagai contoh adalah FSHRF (faktor pelepas FSH) dan LHRF (faktor pelepas LH) yang menyebabkan dilepaskannya hormon FSH dan LH.
Hormon Antagonistik
Hormon antagonistik merupakan hormon yang menyebabkan efek yang berlawanan, contohnya glukagon dan insulin. Saat kadar gula darah sangat turun, pancreas akan memproduksi glukagon untuk meningkatkannya lagi. Kadar glukosa yang tinggi menyebabkan pankreas memproduksi insulin untuk menurunkan kadar glukosa tersebut.
Kelenjar Endokrin dan Hormon yang dihasilkan.
Dalam tubuh manusia ada tujuh kelenjar endokrin yang penting, yaitu hipofisis, tiroid, paratiroid, kelenjar adrenalin (anak ginjal), pankreas, ovarium, dan testis.
a. Hipofisis
Kelenjar ini terletak pada dasar otak besar dan menghasilkan bermacam- macam hormon yang mengatur kegiatan kelenjar lainnya. Oleh karena itu kelenjar hipofisis disebut master gland ( kelenjar induk / kelenjar ibu). Kelenjar hipofisis dibagi menjadi tiga bagian, yaitu :
Hipofisis bagian anterior
Hipofisis bagian tengah , Menghasilkan hormon perangsang melanosit atau Melanosit Stimulating Hormon MSH). Apabila hormon ini banyak dihasilkan maka menyebabkan kulit menjadi hitam.
Hipofisis bagian posterior
b. Tiroid ( Kelenjar Gon dok )
Tiroid merupakan kelenjar yang berbentuk cuping kembar dan di antara keduanya dapat daerah yang menggenting. Kelenjar ini terdapat di bawah jakun di depan trakea. Kelenjar tiroid menghasilkan hormon tiroksin yang mempengaruhi metabolisme sel tubuh dan pengaturan suhu tubuh.
Tiroksin mengandung banyak iodium. Kekurangan iodium dalam makanan dalam waktu panjang mengakibatkan pembesaran kelenjar gondok karena kelenjar ini harus bekerja keras untuk membentuk tiroksin. Kekurangan tiroksin menurunkan kecepatan metabolisme sehingga pertumbuhan lambat dan kecerdasan menurun. Bila ini terjadi pada anak-anak mengakibatkan kretinisme, yaitu kelainan fisik dan mental yang menyebabkan anak tumbuh kerdil dan idiot. Kekurangan iodium yang masih ringan dapat diperbaiki dengan menambahkan garam iodium di dalam makanan.
Produksi tiroksin yang berlebihan menyebabkan penyakit eksoftalmik tiroid (Morbus Basedowi) dengan gejala sebagai berikut; kecepatan metabolisme meningkat, denyut nadi bertambah, gelisah, gugup, dan merasa demam. Gejala lain yang nampak adalah bola mata menonjol keluar (eksoftalmus) dan kelenjar tiroid membesar.
c. Paratiroid ( Kelenjar Anak Gondok )
Paratiroid menempel pada kelenjar tiroid. Kelenjar ini menghasilkan parathormon yang berfungsi mengatur kandungan fosfor dan kalsium dalam darah. Kekurangan hormon ini menyebabkan tetani dengan gejala: kadar kapur dalam darah menurun, kejang di tangan dan kaki, jari-jari tangan membengkok ke arah pangkal, gelisah, sukar tidur, dan kesemutan.
Tumor paratiroid menyebabkan kadar parathormon terlalu banyak di dalam darah. Hal ini mengakibatkan terambilnya fosfor dan kalsium dalam tulang, sehingga urin banyak mengandung kapur dan fosfor. Pada orang yang terserang penyakit ini tulang mudah sekali patah. Penyakit ini disebut von Recklinghousen.
d. Kelenjar Adrenal ( Suprarenal / Anak Ginjal )
Kelenjar ini berbentuk bola, menempel pada bagian atas ginjal. Pada setiap ginjal terdapat satu kelenjar suprarenal dan dibagi atas dua bagian, yaitu bagian luar (korteks) dan bagian tengah (medula).
Kerusakan pada bagian korteks mengakibatkan penyakit Addisondengan gejala sebagai berikut: timbul kelelahan, nafsu makan berkurang, mual, muntah – muntah, terasa sakit di dalam tubuh. Dalam keadaan ketakutan atau dalam keadaan bahaya, produksi adrenalin meningkat sehingga denyut jantung meningkat dan memompa darah lebih banyak. Gejala lainnya adalah melebarnya saluran bronkiolus, melebarnya pupil mata, kelopak mata terbuka lebar, dan diikuti dengan rambut berdiri.
e. Pankreas
Ada beberapa kelompok sel pada pankreas yang dikenal sebagai pulau Langerhans berfungsi sebagai kelenjar endokrin yang menghasilkan hormon insulin. Hormon ini berfungsi mengatur konsentrasi glukosa dalam darah. Kelebihan glukosa akan dibawa ke sel hati dan selanjutnya akan dirombak menjadi glikogen untuk disimpan. Kekurangan hormon ini akan menyebabkan penyakit diabetes. Selain menghasilkan insulin, pankreas juga menghasilkan hormon glukagon yang bekerja antagonis dengan hormon insulin.
f. Ovarium
Ovarium merupakan organ reproduksi wanita. Selain menghasilkan sel telur, ovarium juga menghasilkan hormon. Ada dua macam hormon yang dihasilkan ovarium yaitu sebagai berikut.
1. Estrogen , Hormon ini dihasilkan oleh Folikel Graaf.Pembentukan estrogen dirangsang oleh FSH. Fungsi estrogen ialah menimbulkan dan mempertahankan tanda-tanda kelamin sekunder pada wanita. Tanda-tanda kelamin sekunder adalah ciri-ciri yang dapat membedakan wanita dengan pria tanpa melihat kelaminnya. Contohnya, perkembangan pinggul dan payudara pada wanita dan kulit menjadi bertambah halus.
2. Progesteron , Hormon ini dihasilkan oleh korpus luteum. Pembentukannya dirangsang oleh LH dan berfungsi menyiapkan dinding uterus agar dapat menerima telur yang sudah dibuahi.
Plasenta membentuk estrogen dan progesteron selama kehamilan guna mencegah pembentukan FSH dan LH. Dengan demikian, kedua hormon ini dapat mempertahankan kehamilan.
g. Testis
Seperti halnya ovarium, testis adalah organ reproduksi khusus pada pria. Selain menghasilkan sperma, testis berfungsi sebagai kelenjar endokrin yang menghasilkan hormon androgen, yaitu testosteron. Testosteron berfungsi menimbulkan dan memelihara kelangsungan tanda-tanda kelamin sekunder. Misalnya suaranya membesar, mempunyai kumis, dan jakun.
Tugas kita bukanlah untuk berhasil. Tugas kita adalah untuk mencoba, karena didalam mencoba itulah kita menemukan dan belajar membangun kesempatan untuk berhasil
Februari 20, 2012
Bioteknologi
BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi didefinisikan sebagai manipulasi dan rekayasa genetika terhadap sistem atau proses biologi berdasarkan prinsip-prinsip ilmiah dengan bantuan agen biologi. Prinsip ilmiah yang dipakai dalam bioteknologi berdasarkan pada berbagai disiplin ilmu, terutama mikrobiologi, biokimia, genetika, rekayasa biokimia dan kimia. Yang dimaksud agen biologi adalah katalisator-katalisator biologi untuk menekan pada mikroorganisme berenzim, sel hewan dan sel tumbuhan. Bioteknologi juga dikatakan sebagai penggunaan ilmu biokimia, mikrobiologi dan rekayasa genetika secara terpadu dengan tujuan untuk mencapai penerapan teknologi dari kemampuan mikroorganisme dan sel-sel jaringan yang dibiakan. Dalam penertian sekarang, secara umum bioteknologi diartikan sebagai teknologi yang bermanfaat bagi makhluk hidup atau bagian-bagiannya untuk menghasilkan barang dan jasa untuk kesejahteraan manusia dan lingkungannya. Saat sekarang ini bioteknologi telah merambah berbagai bidang, dan dianggap sebagai suatu terobosan untuk memecahkan beberapa persoalan sehari-hari. Bidang kajian bioteknologi memiliki ruang lingkup yang luas, mulai dari yang sederhana, misal pembuatan tempe sampai dengan bioteknologi yang sangat rumit, misalnya kloning hewan. Sebagian besar teknik yang diterapkan dalam bioteknologi cenderung lebih ekonomis, lebih sedikit dalam pemakaian energi dan lebih aman bila dibandingkan dengan proses tradisonal sekarang. Di samping itu, sebagian besar proses bioteknologi menghasilkan residu yang dapat diurai secara biologis serta tidak mengandung racun.
A. Pengembangan Bioteknologi
Seperti teknologi pada umumnya, bioteknologi merupakan proses atau rangkaian proses yang terdapat dalam sistem biologi. Proses bioteknologi yang tertua mungkin adalah fermentasi dengan jasad renik, yang dilakukan oleh orang-orang Babilonia pada tahun 6.000 SM, yaitu dalam pembuatan bir. Tiga ribu tahun kemudian, orang-orng Sumeria telah mampu membuat 20 macam bir yang berdeda. Proses fermentasi ini terus menerus ditingkatkan. Peningkatan penggunaan jasad renik ini berjalan terus sepanjang perkembangan kebudayaan manusia. Berbagai penemuan telah diperoleh, misalnya senyawa-senyawa yang berasal dari bacteri dan fungsi yang kemudian dapat digunakan untuk menggantikan produk-produk sintetis, seperti obat-obatan antibiotika dan anti parasit. Dalam perkembangannya sekarang ini proses-proses bioteknologi lebih banyak begantung pada teknik rekombinasi genetika serta penggunaan enzim, sel atau organel sel atau bagian-bagian sel.
1. Peranan berbagai ilmu untuk mendukung bioteknolologi
Penerapan aplikasi bioteknologi suatu organisme dalam teknologi yang bermanfaat bagi manusi dan produksi. Penggunaan organisme tersebut secara terarah, terkontrol yang merupakan aplikasi terpadu secara biokimia, mikrobiologi dan teknologi kimia. Manfaat bagi manusia antara lain di bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan dan manfaat lainnya. Penggunaan biokimia, mikrobiologi dan rekayasa kimia secara terpadu mempunyai tujuan untuk mencapai penerapan teknologi dari kemampuan mikroba dan sel kultur jaringan. Jadi bidang-bidang ilmu yang harus dipelajari dalam bioteknologi adalah biologi sel, biokimia, fisiologi, mikrobiologi, genetika dan rekayasa genetika.
2. Peran manfaat bioteknologi di masa depan
Untuk memenuhi berbagai kebutuhan pokok manusia, teknologi di bidang biologi tampak semakin menjadi tumpuan. Ini tampak terutama dalam dasawarsa terakhir ini, di mana teknologi nyaris merambah semua aspek kehidupan. Secara internasional, bioteknologi terbukti telah diaplikasikan secara sukses di bidang kedokteran, pertanian, peternakan dan buhkan di bidang persenjataan militer. Teknologi inseminasi buatan perlu dukungan penelitian ke arah sexing sperma, sebab untuk sapi perah lebih diharapkan akan lahir betina, sedang untuk sapi potong yang diambil dagingnya diharapkan akan lahir jantan. Seterusnya ke embrio transfer dengan ini ternak unggul dapat diperbanyak dalam jumlah tak terbatas. Di dalam pengembangan embrio transfer perlu peningkatan metode pemindahan embrio dan penentuan jenis kelamin embrio yang dikehendaki. Untuk peningkatan kualitas limbah pertanian telah dilakukan manipulsi mikroba rumen dengan memanfaatkan gen selulosa dalam mikroba untuk menghasilkan enzim selulosa pemecah selulosa menjadi gula dan lignin. Di samping juga dicoba berbagai jenis jamur. Mengenai kebutuhan konsentrat yang terus meningkat, maka ditempuh aplikasi bioteknologi di antaranya penggunaan pemacu tumbuh, juga melakukan metode konvensional antara lain penyimpanan jagung dalam gudang yang besar, diversifikasi bahan, substitusi jagung, tepung kedelai dan tepung ikan dengan bahan lainnya.
B. Peran Mikrobiologi dalam Masalah Pangan
Kehidupan mikroorganisme sangat luas, seperti di air, tanah, udara, tubuh hewan, tubuh manusia, tubuh tumbuhan dan lain-lain, sehingga dikatakan habitatnya kosmopolit. Karena sifat kosmopolit ini dapat mengakibatkan bahan makanan mudah rusak bila bercampur berbagai bacteri. Bahan pangan selain merupakan sumber gizi bagi manusia, juga merupakan sumber gizi makanan bagi perkembangan mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme selain yang merusak bahan makanan, ada pula yang bersifat menguntungkan melalui fermentasi. Fermentasi adalah suatu proses perombakan dari senyawa yang lebih kompleks menjadi lebih sederhana dengan bantuan mikroorganisme.
Mikroorganisme yang paling banyak berperan dalam proses fermentrasi maupun pembusukan bahan makanan adalah bacteri dan jamur. Dalam beberapa hal pertumbuhan mikroorganisme pada bahan pangan yang menguntungkan sangat diharapkan seperti untuk perbaikan mutu gizi, perbaikan daya cerna atau citra rasa.
- Kue Mikroba
Pada tahun 1521 Bernel Dioz Castilo telah mengenal bahwa penduduk Mexico talah mengkomsumsi kue dengan aroma seperti keju yang dibuat dari suatu lendir. Lendir ini adalah Spirulina maxima, ialah ganggang yang hidup di danau Texcoco. Penduduk Kanembu di Chad Afrika mengkonsumsi mikroba Spiruline platensis.
- SCP (Single cell Protein)
Istilah protein sel tunggal atau single cell protein (SCP) mengacu pda sel mikroorganisme yang dikeringkan seperti ganggang, kapang, bakteri, yang ditumbuhkan dalam sistem biakan berskala besar dan terutama digunakan sebagai sumber protein dalam pangan. Namun demikian di dalam sel mikroba terdapat juga karbohidrat, lemak, vitamin, mineral dan lain-lain. Protein mikroba ini diharapkan dapat menggantikan protein dari hewan maupun tumbuhan yang diperlukan semakin banyak sehingga dapat mengurangi penggunaan bahan pangan dari kedelai, daging, ikan dan sebagainya.
Produk-produk protein sel tunggal telah banyak dijual, walaupun harganya masih cukup mahal, misalnya sun chlorella, spirulina dan lain-lain. Produk protein sel tunggal pertama kali telah dibuat pada masa Perang Dunia I, ketika di Jerman orang memanfaatkan khamir roti Saccharomyces cereviciae ditumbuhkan pada melase sebagai sumber karbon dan energi, serta garam amonium sebagai sumber nitrogen, dan hasilnya dikonsumsikan sebagai pengganti protein. Pada Perang Dunia II menggunakan spesies candida. Di Inggris khamir digunakan diet selama bertahun-tahun dan kelebihan produk dijual untuk makanan ternak.
Rank Houvis Mc Dougall membuat SCP yaitu mikroprotein untuk konsumsi manusia menggunakan Fusarium.
Mikroorganisme
Bahan dasar
Produk/hasil
Acetobacter xylinum
Monascus purpureus
Agaricus bisporus
Lentinus edodes
Volvariella volvacea
Ragi
Saccharomyces cerevisea
Endomyopsis sp.
Aspergillus wentii
Rhizopus oligosporus
Rhizopus oryzae
Mucor sp
Neurospora sitophila
Penicillium sp.
Thiobacillus sp.
Aspergillus niger
Jamur, bakteri, Actinomycetes
Bakteri, jamur, protozoa
Leuconostoc citrovarum
Saccharomyces kefir
Lactobacillus casei
Aspergillus oryzae
Air kelapa
Nasi merah
Jerami, serbuk kayu, kertas bekas.
idem
idem
Beras ketan, singkong
idem
idem
Kedelai
idem
idem
idem
Ampas kacang tanah
Susu
Bijih logam mutu rendah
Gula, tebu, molase
Bahan organik campuran
Komponen limbah
Susu
Susu
Susu
Kedelai
Nata de coco
Angkak
Produksi jamur
Produksi jamur
Produksi jamur
Fermentasi
Fermetasi
Fermentasi
Kecap
Tempe
Tempe
Tempe
Oncom
Keju
Pencucian logam
Asam organik
Pengkomposan
Perlakuan limbah
Mentega
Kefir
Yakult
Tauco
C. Mikroorganisme Penghasil Obat
Mikroorganisme tertentu memiliki kemampuan menghasilkan suatu produk untuk menyembuhkan penyakit yang disebabkan oleh mikroorganisme lain atau penyakit karena gangguan fisiologis. Dua produk yang erat kaitannya dengan dengan mikroorganisme adalah vaksin dan antibiotik. Penemuan vaksin cacar pertama kali ditemukan oleh Edward Jenner (1796) sehingga mendorong para ahli biologi lain untuk meneliti vaksin maupun antibiotik melalui bioteknologi. Penemuan vaksin diawali ketika Jenner melihat seorang pemerah susu sapi yang jari tangannya teredapat bekas luka ketika menderita cacar, padalah pada waktu itu sedang terjadi wabah cacar. Demikian juga seseorang yang telah sembuh dari penyakit cacar, dengan meninggalkan bekas-bekas luka ternyata kebal terhadap penyakit cacar. Dengan sifat kekebalan cacar tersebut Jenner mulai malakukan percobaan untuk mendapatkan vaksin dadar dari serum darah tersebut. Sekarang kita tahu bahwa penyakit cacar disebabkan oleh virus Variola, dan penyakit cacar sapi disebabkan oleh virus yang serupa walaupun berbeda. Dimasukannya virus cacar sapi yang telah dilemahkan ke dalam tubuh pasien, akan merangsang tubuh untuk membentuk antibodi yang efektif untuk melawan suatu infeksi lanjutan dari virus cacar yang serupa. Cara yang dilakukan dengan memasukan mikroorganisme yang dilemahkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan kekabalan terhadap mikroorganisme berbahaya disebut vaksinasi.
Jenis vaksin
Penyakit yang disembuhkan
Vaksin hepatitis B
Vaksin BCG
Vaksin rabies
Vaksin DPT
Vaksin polio
Hepatitis B
BCG (Baccillus Calmette Guirin
Anjing gila
Dipteri, pertusis, tetanus
Polio melimylitis
Salah satu kelemahan vaksin-vaksin yang dibuat dengan cara seperti di atas ternyata menimbulkan rasa sakit setelah diberi sintikan vaksin tersebut, misalnya demam. Dewasa ini dengan bioteknologi mulai dibuat vaksin yang tidak menyebabkan rasa sakit jika disuntikan ke tubuh orang sehat. Pembuatan vaksin ini adalah sebagai berikut. Bacteri atau virus penyebab penyakit pada umumnya memiliki permukaan protein yang khusus. Dengan penyisipan gen dihasilkan copy salinan dari permukaan tersebut. Salinan permukaan protein tersebut kemudian digunakan untuk memvaksin. Contoh vaksin aman telah dihasilkan hepatitis B, Chlamyda dan malaria. Antibiotik pertama kali ditemukan oleh Louis Pasteur dari jamur Penisillium sp. Alexander Flemming (Inggris, 1928) menemukan koloni jamur Penicillium notatum yang dapat menghambat pertumbuhan bacteri Staphulococcus aureus dan sekitanya. Bacteri yang resisten terhadap penisilin dapat dibunuh dengan sefalospurin C dari jamur jenis Cephalospurium yang ditemukan oleh Prentis tahun 1984. Antibiotik adalah bahan-bahan bersumber hayati berkadar rendah yang mampu menghambat pertumbuhan mikroorganisme, sehingga dalam perkembangannya dapat digunakan untuk mengobati suatu penyakit. Mikroorganisme yang mampu membuat zat antibiotik tertama adalah fungi (jamur) Actinomycetes, Aspergillus dan beberapa jenis bacteri. Sampai sekarang ini ditemukan lebih dari 2000 karakter antibiotik. Dengan adanya perkembngan bioteknologi, sekarang mulai dikembangkan jenis-jenis mikroorganisme tertentu yang telah diubah susunan genetiknya sehingga mampu menghasilkan antibiotik dalam jumlah lebih besar dalam waktu yang singkat.
Jenis mikroorganisme
Antibiotik yang diproduksi
Penicillium notatum
Penicillium chrysogenum
Cephalosporium (fungsi)
Streptomyces gruceus
Streptomyces venecuelae
Streptomyces aureofaciens
Sterpomyces fradial
Sterptomyces rimosus
Penisilin
Penisilin
Sefalosporium
Streptomisin
Kloromisetin atau kloromfemikol
Teraksiklin
Neuromisin
Teramisin
Antibiotik lain berasal dari mikrooganisme berfilamen (Sterptomyces griseus) di namakan stertomisin. Streptomisin dapat menjinakan mikroorganisme yang telah tahan terhadap penisilin dan sefalosporin.
Streptomisin terutama digunakan dalam pengobatan tuberkulosis. Selain pembentukan antibiotika yang dimodifikasi seperti di atas, fusi/peleburan sel dapat pula memprodusir antibiotika baru dengan cara mengaktifkan gen yang semula tidak aktif. Fusi sel membentuk sel hibrid atau rekombinan yang mengandung substansi genetik dari dua sel atau lebih. Sel yang akan berfusi mungkin dari spesies yang berlainan sama sekali. Tujuan teknik ini ialah untuk memperoleh senyawa genetik yang baru, yaitu kombinasi yang mungkin jarang sekali ditemukan di alam. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa rekayasa genetika dapat digunakan untuk membentuk antibiotika yang termodifikasi. Salah satu produk pertama dari teknologi ini adalah interferon, yaitu sekelompok senyawa anti virus yang mempunyai nilai (manfaat) dalam mengobati beberapa bentuk kanker. Sebelum rekayasa genetik, sel-sel manusia merupakan satu-satunya sumber interferon khas manusia. Tidak hanya sel-sel manusia yang secara relatif sulit untuk dikembangbiakkan, tetapi interferon yang mereka hasilkan juga diliputi oleh protein yang tidak diinginkan. Memisahkan interferon dari bahan kimia adalah sangat mahal, dan tidak mungkin untuk memperoleh kemurnian yang memadai. Sekarang bakteri yang direkayasa secara genetik dan mengandung gen interferon mengeluarkan sejumlah besar obat-obatan ke dalam medium kultur yang mudah dikembangbiakkan dan dimurnikan. Sebelum rekayasa genetik, masing-masing senyawa dalam daftar berikut tidak dapat diperoleh atau dihasilkan dari hewan mamalia (atau sel-sel mamalia yang dikembangbiakkan di laboratorium) dalam jumlah yang sangat sedikit. Sekarang senyawa-senyawa tersebut diproduksi oleh mikroba-mikroba yang direkayasa secara genetik (walaupun banyak di antaranya yang masih dalam tingkat eksperimental)
Vaksin protein
Melawan infeksi yang disebabkan oleh virus, meningkatkan sistem kekebalan ; mungkin efektif untuk melawan melanoma (kanker kulit) dan beberapa bentuk leukimia ; dapat membantu menyembuhkan reumatik tulang.
Mengaktifkan sistem kekebalan dan karena itu dapat membantu mengobati kanker dan kerusakan atau gangguan sistem kekebalan.
Mengontrol gejala-gejala sakit gula atau diabetes melitus.
Melawan kekredilan akibat ketidaknormalan kelenjar putiari (kelenjar endokrin di bawah otak) ; juga meningkatkan penyembuhan.
Melarutkan pembekuan darah, mengurangi kemungkinan “stroke” dan serangan jantung.
Menyerang dan membunuh tumor (penyembuhan kanker).
Memacu produksi sel darah merah dan dengan demikian dapat digunakan untuk melawan anemia.
Mengurangi rasa sakit (nyeri). Merupakan morfin alami dalam tubuh.
Melakukan berbagai macam pelayanan, dari menggerakan atau memacu reaksi-reaksi kimia untk industri sampai ke penambahan enzim-enzim makanan (diet) manusia.
Memacu kekebalan tubuh terhadap satu atau dua antigen patogen tanpa resiko yang berkaitan dengan vaksin konvensional.
D. Mikroorganisme untuk Membasmi Hama Tanaman
Dalam bidang pertanian telah dapat dibentuk tanaman dengan memanfaatkan mikroorganisme dalam fiksasi nitogen yang dapat membuat pupuknya sendiri sehingga dapat menguntungkan pada petani. Demikian pula terciptanya tanaman yang tahan terhadap tanah gersang. Mikroba yang di rekayasa secara genetik dapat meningkatkan hasil panen pertanian, demikian juga dalam cara lain, seperti meningkatkan kapasitas mengikat nitrogen dari bacteri Rhizobium. Keturunan bacteri yang telah disempurnakan atau diperbaiki dapat meningkatkan hasil panen kacang kedelai sampai 50%. Rekayasa genetik lain sedang mencoba mengembangkan turunan dari bacteri Azotobacter yang melekat pada akar tumbuh bukan tumbuhan kacang-kacangan (seperti jagung) dan mengembangbiakan, membebaskan tumbuhan jagung dari ketergantungan pada kebutuhan pupuk amonia (pupuk buatan).
Hama tanaman merupakan salah satu kendala besar dalam budidaya tanaman pertanian. Untuk mengatasinya, selama ini digunakan pestisida. Namun ternyata pestisida banyak menimbulkan berbagai dampak negatif, antara lain matinya organigme nontarget, keracunan bagi hewan dan manusia, serta pencemaran lingkungan. Oleh karena itu, perlu dicari terobosan untuk mengatasi masalah, tersebut dengan cara yang lebih aman. Kita mengetahui bahwa mikroorganisme yang terdapat di alam sangat banyak, dan setiap jenis mikroorganisme tersebut memiliki sifat yang berbeda-beda. Dari sekian banyak jenis mikroorganisme, ada suatu kelompok yang bersifat patogenik (dapat menyebabkan penyakit) pada hama tertentu, namun tidak menimbulkan penyakit bagi makhluk hidup lain. Contoh mikroorganisme tersebut adalah bakteri Bacillus thuringiensis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Bacillus thuringiensis mampu menghasilkan suatu protein yang bersifat toksik bagi serangga, terutama seranggga dari ordo Lepidoptera. Protein ini bersifat mudah larut dan aktif menjadi menjadi toksik, terutama setelah masuk ke dalam saluran pencemaan serangga. Bacillus thuringiensis mudah dikembangbiakkan, dan dapat dimafaatkan sebagai biopestisida pembasmi hama tanaman. Pemakaian biopestisida ini diharapkan dapat mengurangi dampak negatif yang timbul dari pemakaian pestisida kimia. Dengan berkembangnya bioteknologi, sekarang dapat diperoleh cara yang lebih efektif lagi untuk membasmi hama. Pada saat ini sudah dikembangkan tanaman transgenik yang resisten terhadap hama. Tanaman transgenik diperoleh dengan cara rekayasa genetika. Gen yang mengkode pembentukan protein toksin yang dimiliki oleh B. thuringiensis dapat diperbanyak dan disisipkan ke dalam sel beberapa tanaman budidaya. Dengan cara ini, diharapkan tanaman tersebut mampu menghasilkan protein yang bersifat toksis terhadap serangga sehingga pestisida tidak diperlukan lagi.
E. Mikroorganisme untuk Penyelesaian Masalah Pencemaran
Dalam perkembangan bioteknologi manusia mulai mengembangkan penggunaan mikroorganisme untuk membantu melindungi lingkungan dari kerusakan atau ganguan lingkungan yang serius, seperti kerusakan lingkungan yang diakibatkan dari penyemprotan areal pertanian dengan menggunakan pestisida. Rekayasa genetika diharapkan dapat menghasilkan mikroba yang mampu membersihkan lingkungan yang semakin tercemar oleh limbah beracun. Misalnya terhadap polutan dan limbah beracun. Banyak polutan beracun seperti senyawa-senyawa sintesis yang baru, dimana mikroorganisme tidak mampu menghancurkan bahan-bahan kimia ini. Akibatnya senyawa-senyawa tersebut mengumpul sampai ke tingkat yang membahayakan di lingkungan. Perekayasa genetika berusaha mempercepat evolusi di laboratotium untuk mengembangkan bakteri yang dengan cepat dapat menurunkan beberapa bentuk senyawa beracun. Yang telah diusahakan dan dikembangkan adalah keturunan bakteri yang menyerang minyak tanah (suatu tumpahan minyak dapat menjadi makanan besar bagi bakteri ini). Sebagai biofilter, beberapa mikroorganisme mampu mengikat partikel atau zat tertentu yang menyebabkan pencemaran. Bahan-bahan yang diserap ini kemudian akan diuraikan oleh mikroorganisme tersebut menjadi bahan-bahan yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Jadi dalam penanganan limbah dengan menggunakan mikroorganisme biofilter, limbah tersebut akan disaring oleh mikroorganisme jenis ini dengan cara mengikat zat atau partikel limbah, baru kemudian diuraikan. Contoh mikroorganismenya adalah Spirulina maxima yang mampu mengikat karbondioksida dari perairan.
Mikroorganisme juga dapat berperan dalam penanganan masalah pencemaran dengan cara memecah ikatan kimia bahan pencemar. Setelah ikatan kimia dipecah, bahan tersebut dapat diuraikan secara alamiah menjadi bahan yang tidak berbahaya lagi, atau dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme yang lain. Contoh mikroorganisme ini adalah jamur Chaetomium cellulolyticus yang mampu memecah ikatan kimia selulosa. Mikroorganisme yang lain dapat secara langsung berfungsi sebagai pengurai atau dekomposer limbah. Jadi bahan-bahan pencemar langsung diuraikan sehingga menjadi bagian yang tidak berbahaya lagi. Contohnya adalah Candida lypitica yang mampu menguraikan limbah minyak bumi.
F. Mikroorganisme untuk Memisahkan Logam dari Bijinya
Banyak mikroba memiliki pilihan makanan yang aneh, tetapi tidak ada yang sedemikian aneh seperti organisme berbentuk batang ini. Bacteri tersebut tidak memperolah energi dari sinar matahari (biasanya, bakteri ini hidup di tempat yang benar-benar gelap), juga tidak dari bahan organik di sekelilingnya. Sebaliknya, Thiobacillus ferro oxidans memperoleh energi dari senyawa anorganik, seperti besi sulfida dan menggunakan energi ini untuk membangun bahan yang diperlukannya untuk hidup dari karbondioksida dan nitrogen di lingkungannya. Dalam proses ini bakteri juga membuat asam sulfurat dan besi sulfat yang menjelaskannya mengapa Thiobacillus ferro oxidans dapat digunakan di dalam operasi pertambangan.
Asam sulfurat dan besi sufat yang dihasilkannya menyerang batuan di sekelilingnya dan melepaskan (melarutkan) logam mineral, Contohnya, aktivitas mikroba ini akan mengubah tembaga, sulfida yang tidak larut menjadi tembaga sulfat yang larut. Pada saat air mangalir melalui batuan tembaga sulfat akan terbawa dan lambat laun terkumpul sebagai kolam berwarna biru cemerlang. Dengan cara ini tembaga yang tersebar pada ribuan ton batuan logam berkualitas rendah akan dikonsentrasikan di dalam kolam mineral tersebut. Logam akan diperoleh kembali dengan mengalirkan larutan tembaga sulfat melalui potongan besi. Lambat laun, lapisan tembaga akan tertimbun di atas besi dan ini dapat dipisahkan (dikeruk). Uranium dilepaskan dari bijihnya dengan proses yang sama. Kira-kira 14 persen dari tembaga yang diproduksi di Amerika Serikat bergantung kepada bioteknologi ini. Sekarang mikroba pencuci terutama dipergunakan pada bahan limbah dari pertambangan dan proses ekstraksi konvensional yang meninggalkan residu logam dalam jumlah cukup banyak pada batuan yang terbuang tersebut. Timbunan yang tingginya sampai 370 m (12100 kaki) dan beratnya 4 miliar ton, terbentuk dari bahan limbah ini.
Air disiramkan ke puncak timbunan ini dan pada saat mengalir ke bawah, air tersebut akan membawa senyawa logam terlarut yang dibentuk oleh kerja bakteri. Dari namanya Thiobacillus ferro oxidans berarti bahwa bakteri tiadak pertu ditambahkan ke dalam timbunan ini. Daerah tempat timbunan biasanya tertutup oleh tanah liat atau aspal sehingga cairan yang kaya akan logam terkumpul pada kolam di bagian kaki timbunan dan tidak akan meresap ke dalarn tanah. Dengan menggunakan mikroba, para penambang masih berhadapan dengan tingginya biaya dalam membawa bilih logam ke permukaan. Tetapi pengalaman yang diperoleh di pertambangan uranium Stanrock di Kanada memperlihatkan bahwa biaya tidak selalu diperlukan. Pertambangan ini dibuka pada tahun 1958, dan bekerja dengan prinsip-prinsip konvensional. Pada tahun 1962 ditemukan bahwa kolam cairan yang telah terkumpul di bawah tanah mengandung kira-kira 13.000 kg (29.000 lb) uranium oksida yang telah terlepas dari batuan. Tidak lama kemudian pertambangan konvensional ini dihentikan dan bacteri dibiarkan mengerjakan hampir semua pekerjaan tersebut, dan air disiramkan ke atas batuan untuk membantu proses pencucian alamiah. Penambangan larutan di bawah tanah ini telah mengurangi sampai seperempat biaya pada saat ini. Teknik serupa hampir pasti akan dipergunakan pada pertambangan lain terutarna tambang dengan bijih berkuaIitas rendah. Proses semi industri telah memperlihatkah harapan bahwa mikroba pencuci dalam memperoleh kobalt, timah dan nikel dan logarn benlai lainnya, seperti kadmium, galium, air raksa dan antimon, merupakan target masa depan.
G. Sifat Totipotensi untuk Kultur Jaringan
Kultur jaringan adalah suatu cara memperbanyak tanaman dari sel atau jaringan tanaman dewasa sehingga diperoleh individu baru yang sempurna. Dasar dari kultur jaringan adalah suatu sifat yang dimiliki tumbuhan yang disebut totipotensi. Sifat totipotensi adalah kemampuan sel yang apabila diletakkan dalam lingkungan yang sesuai dapat tumbuh menjadi individu baru yang sempurna. Untuk itu diperlukan medium yang tepat untuk pertumbuhan sel, yaitu medium yang mengandung nutrisi dan hormon tumbuh. Selain kondisi steril, kedua hal tersebut adalah kunci pokok bagi keberhasilan kultur jaringan. Totipotensi pertama kali dikemukakan oleh G. Haberlandt, seorang ahli fisiologi Jerman.
Kemudian oleh F.C. Steward berhasil dibuktikan totipotensi dari satu sel wortel yang dikultur pada medium tertentu dan menghasilkan tanaman wortel yang utuh dan lengkap. Penggunaan kultur jaringan mempunyai berbagai keuntungan antara lain :
- Diperoleh propagasi klonal, artinya didapatkan turunan secara genetik yang identik dengan induknya atau seragam dalam jumlah besar.
Gambar. Kultur jaringan
- Dapat digunakan sebagai pemuliaan tanaman, seperti seleksi, kultur anther atau polen, kultur protoplas, dan fusi protoplas.
- Diperoleh tumbuhan yang bebas dari virus, karena digunakan eksplan yang benar-benar bebas virus.
- Metabolisme sekunder, yaitu sifat totipotensi tidak terbatas pada struktur, tetapi menyangkut kemampuan mensintesis bahan kimia alami.
- Untuk pelestarian plasma nutfah.
H. Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika merupakan tindakan untuk memanfaatkan gen atau DNA dari suatu orgnisme untuk keperluan manusia. Hal ini dapat dilakukan antara lain dengan persilangan, radiasi. Pencangkokan atau transplantasi gen atau kultur jaringan. Dalam pencangkokan gen biasa menggunakan bakteri atau virus.
Gambar. Transplantasi gen pada wortel
1. Transfer gen (transplantasi gen)
Transfer gen dikenal pula pencangkokan gen. Dengan memanfaatkan teknologi mutakhir, para ahli telah berhasil menemukan kedudukan gen di dalam kromosom. Bahkan dengan perantaran mikroorganisme bersel satu mereka mampu memindahkan gen dari suatu species ke kromosom lainnya. Penerapan teknik ini banyak memberikan manfaat yang dapat digunakan untuk menyembuhkan penyakit yang diturunkan untuk menghasilkan berbagai macam tanaman panen yang lebih. Pada organisme tingkat tinggi, seperti tanaman dan hewan, gen yang dicangkok terlebih dahulu harus disambung ke dalam alat mengangkut, yaitu vektor seperti virus dan plasmid. Suatu vektor harus mampu memasuki suatu sel yang selanjutnya menjadi bagian dari genom sel sehingga mentaati kontrol sel secara normal pada transkripsi dan replikasi DNA. Tentu saja sangat penting bahwa setiap gen tambahan di mana vektor bisa membawa masuk ke dalam sel harus tidak berbahaya bagi sel. Pada masa sekarang, secara rutin gen-gen dicangkokan ke dalam sel-sel di kultur laboratorium.
Manfaat dari pencangkokan gen tidak dapat diragukan lagi dalam bidang pertanian, terutama untuk memperoleh gen-gen tanaman yang dapat bertahan dan melawan sebagian besar penyakit atau hama dan tumbuhan pembunuh (rumput liar). Para peneliti tanaman pangan telah bekerja keras untuk mentransplantasikan gen-gen pengikat nitrogen dan menghasilkan tumbuhan polongan yang mampu mengikat nitrogen sendiri tanpa bersimbiosis dengan bacteri pengikat nitrogen.
Dengan demikian tumbuhan hasil rekayasa genetika tersebut dapat tumbuh baik pada lahan yang miskin akan nitrogen. Bila kita mencangkokan gen-gen yang relevan ke dalam tanaman pangan lain dan mengaturnya dengan bacteri tersebut, maka kita tidak perlu menggunakan pupuk nitrogen. Dalam tahun 1987, percobaan pertama terhadap tanaman yang mengandung gen-gen pestisida dilakukan dengan menggunakan tanaman tembakau. Gen-gen pestisida berasal dari bacteri Bacillus thuringiensis. Bacteri ini menghasilkan suatu toksin yang membunuh larva hewan ngengat, tetapi tidak berbahaya (beracun) terhadap insekta lain, mamalia atau burung.
2. Transplantasi nukleus pada hewan
Transplantasi nukleus dilakukan dengan dipindahkannya sebuah telur dan diganti dengan nukleus dari suatau sel yang berdiferensiasi. Bila nukleus dari sebuah sel di dalam usus seekor berudu (kecebong) dicangkokan ke dalam sebuah telur katak, maka zigot artifisial begitu terbentuk berkembang secara normal menjadi seekor katak dewasa secara seksual. Transplantasi nukleus memasukan semua gen dari nukleus yang ditransplantasikan ke dalam setiap sel yang menghasilkan embrio, termasuk “germ cells”, yaitu sel-sel yang menumbuhkan telur dan sperma. Gen-gen yang ditransplantasikan ini akan diteruskan pada generasi selanjutnya.
Gambar. Percobaan transplantasi nukleus
I. Bioteknologi dalam Bidang Kedokteran
Berkembangnya bioteknologi juga bermanfaat dalam bidang kedokteran, di antaranya dihasilkan insulin dari rekayasa genetika. Insulin sangat penting terutama bagi penderita penyakit diabetes melitus atau kencing manis yang sudah parah. Dari manfaat yang diperoleh, dapat di katakan bioteknologi membuka cakrawala baru dalam dunia medis. Aplikasi bioteknologi modern dalam dunia medis, misal dalam pembuatan antibodi, terapi penyakit genetika, pembuatan antibiotik dan penemuan vaksin baru.
1. Pembuatan antibodi
Benda asing yang masuk ke dalam tubuh kita disebut antigen, sementara itu tubuh kita akan beraksi terhadap masuknya benda asing tersebut dengan cara membentuk antibodi untuk pertahanan diri.
Gambar. Produksi anti monoklonal dan poliklonal Gambar. Terapi genetika
Berbagai antigen yang terdapat dalam tubuh kita akan merangsang timbulnya antibodi yang bermacam-macam pula, disebut antibodi pioliklonal. Bioteknologi dapat digunakan untuk mengatasi kekurangan pembuatan antibodi poliklonal, artinya dimungkinkan diperoleh suatu antibodi yang spesifik, lebih murni dan dapat diproduksi dalam jumlah lebih besar. Antibodi yang spesifik ini dinamakan antibodi monoklonal. George Kohler dan Cesar Milstein tahun 1975 berhasil membuat antibodi murni yang dihasilkan oleh sekelompok sel yang identik, yaitu dengan menggabungkan dua tipe sel (sel yang mampu menghasilkan antibodi dan sel kanker/ sel meiloma) dari tubuh mencit. Dari penggabungan sel-sel tersebut dapat diperoleh sesuatu sel yang mampu terus-menerus membelah dan tumbuh, yang akan menghasilkan sel hibridoma (bastar) yang membawa sifat dri kedua sel asal. Sifat gabungan yang dihasilkan adalah sel antibodi dan mampu menghasilkan antibodi dan mampu hidup dalam jangka waktu lama. Dengan cara ini dapat dihasilkan antibodi yang spesifik dalam jumlah yang besar.
2. Terapi genetika
Biasanya penderita penyakit genetik akan kehilangan salah satu komponen gen dalam tubuhnya, sehingga mengakibatkan produk gen akan mengalami gangguan. Contoh penyakit genetik dan bersifat menurun yang tidak dapat diobati di antaranya thalasemmia, buta warna, hemofilia dan lain-lain. Dengan kemajuan bioteknologi beberapa penyakit keturunan ini dapat dicari pemecahan penyembuhannya. Sel penderita dimasukan DNA dari gen yang diinginkan untuk terapi, selanjutnya sel ini akan dibiarkan dalam medium kultur jaringan. Setelah diperoleh jumlah sel yang cukup, sel dimasukan lagi ke dalam tubuh penderita. Diharapkan kekurangan komponen gen dapat di atasi setelah ke dalam tubuh dimasukan sel yang membawa gen yang diperlukan.
Bioteknologi didefinisikan sebagai manipulasi dan rekayasa genetika terhadap sistem atau proses biologi berdasarkan prinsip-prinsip ilmiah dengan bantuan agen biologi. Prinsip ilmiah yang dipakai dalam bioteknologi berdasarkan pada berbagai disiplin ilmu, terutama mikrobiologi, biokimia, genetika, rekayasa biokimia dan kimia. Yang dimaksud agen biologi adalah katalisator-katalisator biologi untuk menekan pada mikroorganisme berenzim, sel hewan dan sel tumbuhan. Bioteknologi juga dikatakan sebagai penggunaan ilmu biokimia, mikrobiologi dan rekayasa genetika secara terpadu dengan tujuan untuk mencapai penerapan teknologi dari kemampuan mikroorganisme dan sel-sel jaringan yang dibiakan. Dalam penertian sekarang, secara umum bioteknologi diartikan sebagai teknologi yang bermanfaat bagi makhluk hidup atau bagian-bagiannya untuk menghasilkan barang dan jasa untuk kesejahteraan manusia dan lingkungannya. Saat sekarang ini bioteknologi telah merambah berbagai bidang, dan dianggap sebagai suatu terobosan untuk memecahkan beberapa persoalan sehari-hari. Bidang kajian bioteknologi memiliki ruang lingkup yang luas, mulai dari yang sederhana, misal pembuatan tempe sampai dengan bioteknologi yang sangat rumit, misalnya kloning hewan. Sebagian besar teknik yang diterapkan dalam bioteknologi cenderung lebih ekonomis, lebih sedikit dalam pemakaian energi dan lebih aman bila dibandingkan dengan proses tradisonal sekarang. Di samping itu, sebagian besar proses bioteknologi menghasilkan residu yang dapat diurai secara biologis serta tidak mengandung racun.
A. Pengembangan Bioteknologi
Seperti teknologi pada umumnya, bioteknologi merupakan proses atau rangkaian proses yang terdapat dalam sistem biologi. Proses bioteknologi yang tertua mungkin adalah fermentasi dengan jasad renik, yang dilakukan oleh orang-orang Babilonia pada tahun 6.000 SM, yaitu dalam pembuatan bir. Tiga ribu tahun kemudian, orang-orng Sumeria telah mampu membuat 20 macam bir yang berdeda. Proses fermentasi ini terus menerus ditingkatkan. Peningkatan penggunaan jasad renik ini berjalan terus sepanjang perkembangan kebudayaan manusia. Berbagai penemuan telah diperoleh, misalnya senyawa-senyawa yang berasal dari bacteri dan fungsi yang kemudian dapat digunakan untuk menggantikan produk-produk sintetis, seperti obat-obatan antibiotika dan anti parasit. Dalam perkembangannya sekarang ini proses-proses bioteknologi lebih banyak begantung pada teknik rekombinasi genetika serta penggunaan enzim, sel atau organel sel atau bagian-bagian sel.
1. Peranan berbagai ilmu untuk mendukung bioteknolologi
Penerapan aplikasi bioteknologi suatu organisme dalam teknologi yang bermanfaat bagi manusi dan produksi. Penggunaan organisme tersebut secara terarah, terkontrol yang merupakan aplikasi terpadu secara biokimia, mikrobiologi dan teknologi kimia. Manfaat bagi manusia antara lain di bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan dan manfaat lainnya. Penggunaan biokimia, mikrobiologi dan rekayasa kimia secara terpadu mempunyai tujuan untuk mencapai penerapan teknologi dari kemampuan mikroba dan sel kultur jaringan. Jadi bidang-bidang ilmu yang harus dipelajari dalam bioteknologi adalah biologi sel, biokimia, fisiologi, mikrobiologi, genetika dan rekayasa genetika.
2. Peran manfaat bioteknologi di masa depan
Untuk memenuhi berbagai kebutuhan pokok manusia, teknologi di bidang biologi tampak semakin menjadi tumpuan. Ini tampak terutama dalam dasawarsa terakhir ini, di mana teknologi nyaris merambah semua aspek kehidupan. Secara internasional, bioteknologi terbukti telah diaplikasikan secara sukses di bidang kedokteran, pertanian, peternakan dan buhkan di bidang persenjataan militer. Teknologi inseminasi buatan perlu dukungan penelitian ke arah sexing sperma, sebab untuk sapi perah lebih diharapkan akan lahir betina, sedang untuk sapi potong yang diambil dagingnya diharapkan akan lahir jantan. Seterusnya ke embrio transfer dengan ini ternak unggul dapat diperbanyak dalam jumlah tak terbatas. Di dalam pengembangan embrio transfer perlu peningkatan metode pemindahan embrio dan penentuan jenis kelamin embrio yang dikehendaki. Untuk peningkatan kualitas limbah pertanian telah dilakukan manipulsi mikroba rumen dengan memanfaatkan gen selulosa dalam mikroba untuk menghasilkan enzim selulosa pemecah selulosa menjadi gula dan lignin. Di samping juga dicoba berbagai jenis jamur. Mengenai kebutuhan konsentrat yang terus meningkat, maka ditempuh aplikasi bioteknologi di antaranya penggunaan pemacu tumbuh, juga melakukan metode konvensional antara lain penyimpanan jagung dalam gudang yang besar, diversifikasi bahan, substitusi jagung, tepung kedelai dan tepung ikan dengan bahan lainnya.
B. Peran Mikrobiologi dalam Masalah Pangan
Kehidupan mikroorganisme sangat luas, seperti di air, tanah, udara, tubuh hewan, tubuh manusia, tubuh tumbuhan dan lain-lain, sehingga dikatakan habitatnya kosmopolit. Karena sifat kosmopolit ini dapat mengakibatkan bahan makanan mudah rusak bila bercampur berbagai bacteri. Bahan pangan selain merupakan sumber gizi bagi manusia, juga merupakan sumber gizi makanan bagi perkembangan mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme selain yang merusak bahan makanan, ada pula yang bersifat menguntungkan melalui fermentasi. Fermentasi adalah suatu proses perombakan dari senyawa yang lebih kompleks menjadi lebih sederhana dengan bantuan mikroorganisme.
Mikroorganisme yang paling banyak berperan dalam proses fermentrasi maupun pembusukan bahan makanan adalah bacteri dan jamur. Dalam beberapa hal pertumbuhan mikroorganisme pada bahan pangan yang menguntungkan sangat diharapkan seperti untuk perbaikan mutu gizi, perbaikan daya cerna atau citra rasa.
- Kue Mikroba
Pada tahun 1521 Bernel Dioz Castilo telah mengenal bahwa penduduk Mexico talah mengkomsumsi kue dengan aroma seperti keju yang dibuat dari suatu lendir. Lendir ini adalah Spirulina maxima, ialah ganggang yang hidup di danau Texcoco. Penduduk Kanembu di Chad Afrika mengkonsumsi mikroba Spiruline platensis.
- SCP (Single cell Protein)
Istilah protein sel tunggal atau single cell protein (SCP) mengacu pda sel mikroorganisme yang dikeringkan seperti ganggang, kapang, bakteri, yang ditumbuhkan dalam sistem biakan berskala besar dan terutama digunakan sebagai sumber protein dalam pangan. Namun demikian di dalam sel mikroba terdapat juga karbohidrat, lemak, vitamin, mineral dan lain-lain. Protein mikroba ini diharapkan dapat menggantikan protein dari hewan maupun tumbuhan yang diperlukan semakin banyak sehingga dapat mengurangi penggunaan bahan pangan dari kedelai, daging, ikan dan sebagainya.
Produk-produk protein sel tunggal telah banyak dijual, walaupun harganya masih cukup mahal, misalnya sun chlorella, spirulina dan lain-lain. Produk protein sel tunggal pertama kali telah dibuat pada masa Perang Dunia I, ketika di Jerman orang memanfaatkan khamir roti Saccharomyces cereviciae ditumbuhkan pada melase sebagai sumber karbon dan energi, serta garam amonium sebagai sumber nitrogen, dan hasilnya dikonsumsikan sebagai pengganti protein. Pada Perang Dunia II menggunakan spesies candida. Di Inggris khamir digunakan diet selama bertahun-tahun dan kelebihan produk dijual untuk makanan ternak.
Rank Houvis Mc Dougall membuat SCP yaitu mikroprotein untuk konsumsi manusia menggunakan Fusarium.
Mikroorganisme
Bahan dasar
Produk/hasil
Acetobacter xylinum
Monascus purpureus
Agaricus bisporus
Lentinus edodes
Volvariella volvacea
Ragi
Saccharomyces cerevisea
Endomyopsis sp.
Aspergillus wentii
Rhizopus oligosporus
Rhizopus oryzae
Mucor sp
Neurospora sitophila
Penicillium sp.
Thiobacillus sp.
Aspergillus niger
Jamur, bakteri, Actinomycetes
Bakteri, jamur, protozoa
Leuconostoc citrovarum
Saccharomyces kefir
Lactobacillus casei
Aspergillus oryzae
Air kelapa
Nasi merah
Jerami, serbuk kayu, kertas bekas.
idem
idem
Beras ketan, singkong
idem
idem
Kedelai
idem
idem
idem
Ampas kacang tanah
Susu
Bijih logam mutu rendah
Gula, tebu, molase
Bahan organik campuran
Komponen limbah
Susu
Susu
Susu
Kedelai
Nata de coco
Angkak
Produksi jamur
Produksi jamur
Produksi jamur
Fermentasi
Fermetasi
Fermentasi
Kecap
Tempe
Tempe
Tempe
Oncom
Keju
Pencucian logam
Asam organik
Pengkomposan
Perlakuan limbah
Mentega
Kefir
Yakult
Tauco
C. Mikroorganisme Penghasil Obat
Mikroorganisme tertentu memiliki kemampuan menghasilkan suatu produk untuk menyembuhkan penyakit yang disebabkan oleh mikroorganisme lain atau penyakit karena gangguan fisiologis. Dua produk yang erat kaitannya dengan dengan mikroorganisme adalah vaksin dan antibiotik. Penemuan vaksin cacar pertama kali ditemukan oleh Edward Jenner (1796) sehingga mendorong para ahli biologi lain untuk meneliti vaksin maupun antibiotik melalui bioteknologi. Penemuan vaksin diawali ketika Jenner melihat seorang pemerah susu sapi yang jari tangannya teredapat bekas luka ketika menderita cacar, padalah pada waktu itu sedang terjadi wabah cacar. Demikian juga seseorang yang telah sembuh dari penyakit cacar, dengan meninggalkan bekas-bekas luka ternyata kebal terhadap penyakit cacar. Dengan sifat kekebalan cacar tersebut Jenner mulai malakukan percobaan untuk mendapatkan vaksin dadar dari serum darah tersebut. Sekarang kita tahu bahwa penyakit cacar disebabkan oleh virus Variola, dan penyakit cacar sapi disebabkan oleh virus yang serupa walaupun berbeda. Dimasukannya virus cacar sapi yang telah dilemahkan ke dalam tubuh pasien, akan merangsang tubuh untuk membentuk antibodi yang efektif untuk melawan suatu infeksi lanjutan dari virus cacar yang serupa. Cara yang dilakukan dengan memasukan mikroorganisme yang dilemahkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan kekabalan terhadap mikroorganisme berbahaya disebut vaksinasi.
Jenis vaksin
Penyakit yang disembuhkan
Vaksin hepatitis B
Vaksin BCG
Vaksin rabies
Vaksin DPT
Vaksin polio
Hepatitis B
BCG (Baccillus Calmette Guirin
Anjing gila
Dipteri, pertusis, tetanus
Polio melimylitis
Salah satu kelemahan vaksin-vaksin yang dibuat dengan cara seperti di atas ternyata menimbulkan rasa sakit setelah diberi sintikan vaksin tersebut, misalnya demam. Dewasa ini dengan bioteknologi mulai dibuat vaksin yang tidak menyebabkan rasa sakit jika disuntikan ke tubuh orang sehat. Pembuatan vaksin ini adalah sebagai berikut. Bacteri atau virus penyebab penyakit pada umumnya memiliki permukaan protein yang khusus. Dengan penyisipan gen dihasilkan copy salinan dari permukaan tersebut. Salinan permukaan protein tersebut kemudian digunakan untuk memvaksin. Contoh vaksin aman telah dihasilkan hepatitis B, Chlamyda dan malaria. Antibiotik pertama kali ditemukan oleh Louis Pasteur dari jamur Penisillium sp. Alexander Flemming (Inggris, 1928) menemukan koloni jamur Penicillium notatum yang dapat menghambat pertumbuhan bacteri Staphulococcus aureus dan sekitanya. Bacteri yang resisten terhadap penisilin dapat dibunuh dengan sefalospurin C dari jamur jenis Cephalospurium yang ditemukan oleh Prentis tahun 1984. Antibiotik adalah bahan-bahan bersumber hayati berkadar rendah yang mampu menghambat pertumbuhan mikroorganisme, sehingga dalam perkembangannya dapat digunakan untuk mengobati suatu penyakit. Mikroorganisme yang mampu membuat zat antibiotik tertama adalah fungi (jamur) Actinomycetes, Aspergillus dan beberapa jenis bacteri. Sampai sekarang ini ditemukan lebih dari 2000 karakter antibiotik. Dengan adanya perkembngan bioteknologi, sekarang mulai dikembangkan jenis-jenis mikroorganisme tertentu yang telah diubah susunan genetiknya sehingga mampu menghasilkan antibiotik dalam jumlah lebih besar dalam waktu yang singkat.
Jenis mikroorganisme
Antibiotik yang diproduksi
Penicillium notatum
Penicillium chrysogenum
Cephalosporium (fungsi)
Streptomyces gruceus
Streptomyces venecuelae
Streptomyces aureofaciens
Sterpomyces fradial
Sterptomyces rimosus
Penisilin
Penisilin
Sefalosporium
Streptomisin
Kloromisetin atau kloromfemikol
Teraksiklin
Neuromisin
Teramisin
Antibiotik lain berasal dari mikrooganisme berfilamen (Sterptomyces griseus) di namakan stertomisin. Streptomisin dapat menjinakan mikroorganisme yang telah tahan terhadap penisilin dan sefalosporin.
Streptomisin terutama digunakan dalam pengobatan tuberkulosis. Selain pembentukan antibiotika yang dimodifikasi seperti di atas, fusi/peleburan sel dapat pula memprodusir antibiotika baru dengan cara mengaktifkan gen yang semula tidak aktif. Fusi sel membentuk sel hibrid atau rekombinan yang mengandung substansi genetik dari dua sel atau lebih. Sel yang akan berfusi mungkin dari spesies yang berlainan sama sekali. Tujuan teknik ini ialah untuk memperoleh senyawa genetik yang baru, yaitu kombinasi yang mungkin jarang sekali ditemukan di alam. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa rekayasa genetika dapat digunakan untuk membentuk antibiotika yang termodifikasi. Salah satu produk pertama dari teknologi ini adalah interferon, yaitu sekelompok senyawa anti virus yang mempunyai nilai (manfaat) dalam mengobati beberapa bentuk kanker. Sebelum rekayasa genetik, sel-sel manusia merupakan satu-satunya sumber interferon khas manusia. Tidak hanya sel-sel manusia yang secara relatif sulit untuk dikembangbiakkan, tetapi interferon yang mereka hasilkan juga diliputi oleh protein yang tidak diinginkan. Memisahkan interferon dari bahan kimia adalah sangat mahal, dan tidak mungkin untuk memperoleh kemurnian yang memadai. Sekarang bakteri yang direkayasa secara genetik dan mengandung gen interferon mengeluarkan sejumlah besar obat-obatan ke dalam medium kultur yang mudah dikembangbiakkan dan dimurnikan. Sebelum rekayasa genetik, masing-masing senyawa dalam daftar berikut tidak dapat diperoleh atau dihasilkan dari hewan mamalia (atau sel-sel mamalia yang dikembangbiakkan di laboratorium) dalam jumlah yang sangat sedikit. Sekarang senyawa-senyawa tersebut diproduksi oleh mikroba-mikroba yang direkayasa secara genetik (walaupun banyak di antaranya yang masih dalam tingkat eksperimental)
Vaksin protein
Melawan infeksi yang disebabkan oleh virus, meningkatkan sistem kekebalan ; mungkin efektif untuk melawan melanoma (kanker kulit) dan beberapa bentuk leukimia ; dapat membantu menyembuhkan reumatik tulang.
Mengaktifkan sistem kekebalan dan karena itu dapat membantu mengobati kanker dan kerusakan atau gangguan sistem kekebalan.
Mengontrol gejala-gejala sakit gula atau diabetes melitus.
Melawan kekredilan akibat ketidaknormalan kelenjar putiari (kelenjar endokrin di bawah otak) ; juga meningkatkan penyembuhan.
Melarutkan pembekuan darah, mengurangi kemungkinan “stroke” dan serangan jantung.
Menyerang dan membunuh tumor (penyembuhan kanker).
Memacu produksi sel darah merah dan dengan demikian dapat digunakan untuk melawan anemia.
Mengurangi rasa sakit (nyeri). Merupakan morfin alami dalam tubuh.
Melakukan berbagai macam pelayanan, dari menggerakan atau memacu reaksi-reaksi kimia untk industri sampai ke penambahan enzim-enzim makanan (diet) manusia.
Memacu kekebalan tubuh terhadap satu atau dua antigen patogen tanpa resiko yang berkaitan dengan vaksin konvensional.
D. Mikroorganisme untuk Membasmi Hama Tanaman
Dalam bidang pertanian telah dapat dibentuk tanaman dengan memanfaatkan mikroorganisme dalam fiksasi nitogen yang dapat membuat pupuknya sendiri sehingga dapat menguntungkan pada petani. Demikian pula terciptanya tanaman yang tahan terhadap tanah gersang. Mikroba yang di rekayasa secara genetik dapat meningkatkan hasil panen pertanian, demikian juga dalam cara lain, seperti meningkatkan kapasitas mengikat nitrogen dari bacteri Rhizobium. Keturunan bacteri yang telah disempurnakan atau diperbaiki dapat meningkatkan hasil panen kacang kedelai sampai 50%. Rekayasa genetik lain sedang mencoba mengembangkan turunan dari bacteri Azotobacter yang melekat pada akar tumbuh bukan tumbuhan kacang-kacangan (seperti jagung) dan mengembangbiakan, membebaskan tumbuhan jagung dari ketergantungan pada kebutuhan pupuk amonia (pupuk buatan).
Hama tanaman merupakan salah satu kendala besar dalam budidaya tanaman pertanian. Untuk mengatasinya, selama ini digunakan pestisida. Namun ternyata pestisida banyak menimbulkan berbagai dampak negatif, antara lain matinya organigme nontarget, keracunan bagi hewan dan manusia, serta pencemaran lingkungan. Oleh karena itu, perlu dicari terobosan untuk mengatasi masalah, tersebut dengan cara yang lebih aman. Kita mengetahui bahwa mikroorganisme yang terdapat di alam sangat banyak, dan setiap jenis mikroorganisme tersebut memiliki sifat yang berbeda-beda. Dari sekian banyak jenis mikroorganisme, ada suatu kelompok yang bersifat patogenik (dapat menyebabkan penyakit) pada hama tertentu, namun tidak menimbulkan penyakit bagi makhluk hidup lain. Contoh mikroorganisme tersebut adalah bakteri Bacillus thuringiensis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Bacillus thuringiensis mampu menghasilkan suatu protein yang bersifat toksik bagi serangga, terutama seranggga dari ordo Lepidoptera. Protein ini bersifat mudah larut dan aktif menjadi menjadi toksik, terutama setelah masuk ke dalam saluran pencemaan serangga. Bacillus thuringiensis mudah dikembangbiakkan, dan dapat dimafaatkan sebagai biopestisida pembasmi hama tanaman. Pemakaian biopestisida ini diharapkan dapat mengurangi dampak negatif yang timbul dari pemakaian pestisida kimia. Dengan berkembangnya bioteknologi, sekarang dapat diperoleh cara yang lebih efektif lagi untuk membasmi hama. Pada saat ini sudah dikembangkan tanaman transgenik yang resisten terhadap hama. Tanaman transgenik diperoleh dengan cara rekayasa genetika. Gen yang mengkode pembentukan protein toksin yang dimiliki oleh B. thuringiensis dapat diperbanyak dan disisipkan ke dalam sel beberapa tanaman budidaya. Dengan cara ini, diharapkan tanaman tersebut mampu menghasilkan protein yang bersifat toksis terhadap serangga sehingga pestisida tidak diperlukan lagi.
E. Mikroorganisme untuk Penyelesaian Masalah Pencemaran
Dalam perkembangan bioteknologi manusia mulai mengembangkan penggunaan mikroorganisme untuk membantu melindungi lingkungan dari kerusakan atau ganguan lingkungan yang serius, seperti kerusakan lingkungan yang diakibatkan dari penyemprotan areal pertanian dengan menggunakan pestisida. Rekayasa genetika diharapkan dapat menghasilkan mikroba yang mampu membersihkan lingkungan yang semakin tercemar oleh limbah beracun. Misalnya terhadap polutan dan limbah beracun. Banyak polutan beracun seperti senyawa-senyawa sintesis yang baru, dimana mikroorganisme tidak mampu menghancurkan bahan-bahan kimia ini. Akibatnya senyawa-senyawa tersebut mengumpul sampai ke tingkat yang membahayakan di lingkungan. Perekayasa genetika berusaha mempercepat evolusi di laboratotium untuk mengembangkan bakteri yang dengan cepat dapat menurunkan beberapa bentuk senyawa beracun. Yang telah diusahakan dan dikembangkan adalah keturunan bakteri yang menyerang minyak tanah (suatu tumpahan minyak dapat menjadi makanan besar bagi bakteri ini). Sebagai biofilter, beberapa mikroorganisme mampu mengikat partikel atau zat tertentu yang menyebabkan pencemaran. Bahan-bahan yang diserap ini kemudian akan diuraikan oleh mikroorganisme tersebut menjadi bahan-bahan yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Jadi dalam penanganan limbah dengan menggunakan mikroorganisme biofilter, limbah tersebut akan disaring oleh mikroorganisme jenis ini dengan cara mengikat zat atau partikel limbah, baru kemudian diuraikan. Contoh mikroorganismenya adalah Spirulina maxima yang mampu mengikat karbondioksida dari perairan.
Mikroorganisme juga dapat berperan dalam penanganan masalah pencemaran dengan cara memecah ikatan kimia bahan pencemar. Setelah ikatan kimia dipecah, bahan tersebut dapat diuraikan secara alamiah menjadi bahan yang tidak berbahaya lagi, atau dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme yang lain. Contoh mikroorganisme ini adalah jamur Chaetomium cellulolyticus yang mampu memecah ikatan kimia selulosa. Mikroorganisme yang lain dapat secara langsung berfungsi sebagai pengurai atau dekomposer limbah. Jadi bahan-bahan pencemar langsung diuraikan sehingga menjadi bagian yang tidak berbahaya lagi. Contohnya adalah Candida lypitica yang mampu menguraikan limbah minyak bumi.
F. Mikroorganisme untuk Memisahkan Logam dari Bijinya
Banyak mikroba memiliki pilihan makanan yang aneh, tetapi tidak ada yang sedemikian aneh seperti organisme berbentuk batang ini. Bacteri tersebut tidak memperolah energi dari sinar matahari (biasanya, bakteri ini hidup di tempat yang benar-benar gelap), juga tidak dari bahan organik di sekelilingnya. Sebaliknya, Thiobacillus ferro oxidans memperoleh energi dari senyawa anorganik, seperti besi sulfida dan menggunakan energi ini untuk membangun bahan yang diperlukannya untuk hidup dari karbondioksida dan nitrogen di lingkungannya. Dalam proses ini bakteri juga membuat asam sulfurat dan besi sulfat yang menjelaskannya mengapa Thiobacillus ferro oxidans dapat digunakan di dalam operasi pertambangan.
Asam sulfurat dan besi sufat yang dihasilkannya menyerang batuan di sekelilingnya dan melepaskan (melarutkan) logam mineral, Contohnya, aktivitas mikroba ini akan mengubah tembaga, sulfida yang tidak larut menjadi tembaga sulfat yang larut. Pada saat air mangalir melalui batuan tembaga sulfat akan terbawa dan lambat laun terkumpul sebagai kolam berwarna biru cemerlang. Dengan cara ini tembaga yang tersebar pada ribuan ton batuan logam berkualitas rendah akan dikonsentrasikan di dalam kolam mineral tersebut. Logam akan diperoleh kembali dengan mengalirkan larutan tembaga sulfat melalui potongan besi. Lambat laun, lapisan tembaga akan tertimbun di atas besi dan ini dapat dipisahkan (dikeruk). Uranium dilepaskan dari bijihnya dengan proses yang sama. Kira-kira 14 persen dari tembaga yang diproduksi di Amerika Serikat bergantung kepada bioteknologi ini. Sekarang mikroba pencuci terutama dipergunakan pada bahan limbah dari pertambangan dan proses ekstraksi konvensional yang meninggalkan residu logam dalam jumlah cukup banyak pada batuan yang terbuang tersebut. Timbunan yang tingginya sampai 370 m (12100 kaki) dan beratnya 4 miliar ton, terbentuk dari bahan limbah ini.
Air disiramkan ke puncak timbunan ini dan pada saat mengalir ke bawah, air tersebut akan membawa senyawa logam terlarut yang dibentuk oleh kerja bakteri. Dari namanya Thiobacillus ferro oxidans berarti bahwa bakteri tiadak pertu ditambahkan ke dalam timbunan ini. Daerah tempat timbunan biasanya tertutup oleh tanah liat atau aspal sehingga cairan yang kaya akan logam terkumpul pada kolam di bagian kaki timbunan dan tidak akan meresap ke dalarn tanah. Dengan menggunakan mikroba, para penambang masih berhadapan dengan tingginya biaya dalam membawa bilih logam ke permukaan. Tetapi pengalaman yang diperoleh di pertambangan uranium Stanrock di Kanada memperlihatkan bahwa biaya tidak selalu diperlukan. Pertambangan ini dibuka pada tahun 1958, dan bekerja dengan prinsip-prinsip konvensional. Pada tahun 1962 ditemukan bahwa kolam cairan yang telah terkumpul di bawah tanah mengandung kira-kira 13.000 kg (29.000 lb) uranium oksida yang telah terlepas dari batuan. Tidak lama kemudian pertambangan konvensional ini dihentikan dan bacteri dibiarkan mengerjakan hampir semua pekerjaan tersebut, dan air disiramkan ke atas batuan untuk membantu proses pencucian alamiah. Penambangan larutan di bawah tanah ini telah mengurangi sampai seperempat biaya pada saat ini. Teknik serupa hampir pasti akan dipergunakan pada pertambangan lain terutarna tambang dengan bijih berkuaIitas rendah. Proses semi industri telah memperlihatkah harapan bahwa mikroba pencuci dalam memperoleh kobalt, timah dan nikel dan logarn benlai lainnya, seperti kadmium, galium, air raksa dan antimon, merupakan target masa depan.
G. Sifat Totipotensi untuk Kultur Jaringan
Kultur jaringan adalah suatu cara memperbanyak tanaman dari sel atau jaringan tanaman dewasa sehingga diperoleh individu baru yang sempurna. Dasar dari kultur jaringan adalah suatu sifat yang dimiliki tumbuhan yang disebut totipotensi. Sifat totipotensi adalah kemampuan sel yang apabila diletakkan dalam lingkungan yang sesuai dapat tumbuh menjadi individu baru yang sempurna. Untuk itu diperlukan medium yang tepat untuk pertumbuhan sel, yaitu medium yang mengandung nutrisi dan hormon tumbuh. Selain kondisi steril, kedua hal tersebut adalah kunci pokok bagi keberhasilan kultur jaringan. Totipotensi pertama kali dikemukakan oleh G. Haberlandt, seorang ahli fisiologi Jerman.
Kemudian oleh F.C. Steward berhasil dibuktikan totipotensi dari satu sel wortel yang dikultur pada medium tertentu dan menghasilkan tanaman wortel yang utuh dan lengkap. Penggunaan kultur jaringan mempunyai berbagai keuntungan antara lain :
- Diperoleh propagasi klonal, artinya didapatkan turunan secara genetik yang identik dengan induknya atau seragam dalam jumlah besar.
Gambar. Kultur jaringan
- Dapat digunakan sebagai pemuliaan tanaman, seperti seleksi, kultur anther atau polen, kultur protoplas, dan fusi protoplas.
- Diperoleh tumbuhan yang bebas dari virus, karena digunakan eksplan yang benar-benar bebas virus.
- Metabolisme sekunder, yaitu sifat totipotensi tidak terbatas pada struktur, tetapi menyangkut kemampuan mensintesis bahan kimia alami.
- Untuk pelestarian plasma nutfah.
H. Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika merupakan tindakan untuk memanfaatkan gen atau DNA dari suatu orgnisme untuk keperluan manusia. Hal ini dapat dilakukan antara lain dengan persilangan, radiasi. Pencangkokan atau transplantasi gen atau kultur jaringan. Dalam pencangkokan gen biasa menggunakan bakteri atau virus.
Gambar. Transplantasi gen pada wortel
1. Transfer gen (transplantasi gen)
Transfer gen dikenal pula pencangkokan gen. Dengan memanfaatkan teknologi mutakhir, para ahli telah berhasil menemukan kedudukan gen di dalam kromosom. Bahkan dengan perantaran mikroorganisme bersel satu mereka mampu memindahkan gen dari suatu species ke kromosom lainnya. Penerapan teknik ini banyak memberikan manfaat yang dapat digunakan untuk menyembuhkan penyakit yang diturunkan untuk menghasilkan berbagai macam tanaman panen yang lebih. Pada organisme tingkat tinggi, seperti tanaman dan hewan, gen yang dicangkok terlebih dahulu harus disambung ke dalam alat mengangkut, yaitu vektor seperti virus dan plasmid. Suatu vektor harus mampu memasuki suatu sel yang selanjutnya menjadi bagian dari genom sel sehingga mentaati kontrol sel secara normal pada transkripsi dan replikasi DNA. Tentu saja sangat penting bahwa setiap gen tambahan di mana vektor bisa membawa masuk ke dalam sel harus tidak berbahaya bagi sel. Pada masa sekarang, secara rutin gen-gen dicangkokan ke dalam sel-sel di kultur laboratorium.
Manfaat dari pencangkokan gen tidak dapat diragukan lagi dalam bidang pertanian, terutama untuk memperoleh gen-gen tanaman yang dapat bertahan dan melawan sebagian besar penyakit atau hama dan tumbuhan pembunuh (rumput liar). Para peneliti tanaman pangan telah bekerja keras untuk mentransplantasikan gen-gen pengikat nitrogen dan menghasilkan tumbuhan polongan yang mampu mengikat nitrogen sendiri tanpa bersimbiosis dengan bacteri pengikat nitrogen.
Dengan demikian tumbuhan hasil rekayasa genetika tersebut dapat tumbuh baik pada lahan yang miskin akan nitrogen. Bila kita mencangkokan gen-gen yang relevan ke dalam tanaman pangan lain dan mengaturnya dengan bacteri tersebut, maka kita tidak perlu menggunakan pupuk nitrogen. Dalam tahun 1987, percobaan pertama terhadap tanaman yang mengandung gen-gen pestisida dilakukan dengan menggunakan tanaman tembakau. Gen-gen pestisida berasal dari bacteri Bacillus thuringiensis. Bacteri ini menghasilkan suatu toksin yang membunuh larva hewan ngengat, tetapi tidak berbahaya (beracun) terhadap insekta lain, mamalia atau burung.
2. Transplantasi nukleus pada hewan
Transplantasi nukleus dilakukan dengan dipindahkannya sebuah telur dan diganti dengan nukleus dari suatau sel yang berdiferensiasi. Bila nukleus dari sebuah sel di dalam usus seekor berudu (kecebong) dicangkokan ke dalam sebuah telur katak, maka zigot artifisial begitu terbentuk berkembang secara normal menjadi seekor katak dewasa secara seksual. Transplantasi nukleus memasukan semua gen dari nukleus yang ditransplantasikan ke dalam setiap sel yang menghasilkan embrio, termasuk “germ cells”, yaitu sel-sel yang menumbuhkan telur dan sperma. Gen-gen yang ditransplantasikan ini akan diteruskan pada generasi selanjutnya.
Gambar. Percobaan transplantasi nukleus
I. Bioteknologi dalam Bidang Kedokteran
Berkembangnya bioteknologi juga bermanfaat dalam bidang kedokteran, di antaranya dihasilkan insulin dari rekayasa genetika. Insulin sangat penting terutama bagi penderita penyakit diabetes melitus atau kencing manis yang sudah parah. Dari manfaat yang diperoleh, dapat di katakan bioteknologi membuka cakrawala baru dalam dunia medis. Aplikasi bioteknologi modern dalam dunia medis, misal dalam pembuatan antibodi, terapi penyakit genetika, pembuatan antibiotik dan penemuan vaksin baru.
1. Pembuatan antibodi
Benda asing yang masuk ke dalam tubuh kita disebut antigen, sementara itu tubuh kita akan beraksi terhadap masuknya benda asing tersebut dengan cara membentuk antibodi untuk pertahanan diri.
Gambar. Produksi anti monoklonal dan poliklonal Gambar. Terapi genetika
Berbagai antigen yang terdapat dalam tubuh kita akan merangsang timbulnya antibodi yang bermacam-macam pula, disebut antibodi pioliklonal. Bioteknologi dapat digunakan untuk mengatasi kekurangan pembuatan antibodi poliklonal, artinya dimungkinkan diperoleh suatu antibodi yang spesifik, lebih murni dan dapat diproduksi dalam jumlah lebih besar. Antibodi yang spesifik ini dinamakan antibodi monoklonal. George Kohler dan Cesar Milstein tahun 1975 berhasil membuat antibodi murni yang dihasilkan oleh sekelompok sel yang identik, yaitu dengan menggabungkan dua tipe sel (sel yang mampu menghasilkan antibodi dan sel kanker/ sel meiloma) dari tubuh mencit. Dari penggabungan sel-sel tersebut dapat diperoleh sesuatu sel yang mampu terus-menerus membelah dan tumbuh, yang akan menghasilkan sel hibridoma (bastar) yang membawa sifat dri kedua sel asal. Sifat gabungan yang dihasilkan adalah sel antibodi dan mampu menghasilkan antibodi dan mampu hidup dalam jangka waktu lama. Dengan cara ini dapat dihasilkan antibodi yang spesifik dalam jumlah yang besar.
2. Terapi genetika
Biasanya penderita penyakit genetik akan kehilangan salah satu komponen gen dalam tubuhnya, sehingga mengakibatkan produk gen akan mengalami gangguan. Contoh penyakit genetik dan bersifat menurun yang tidak dapat diobati di antaranya thalasemmia, buta warna, hemofilia dan lain-lain. Dengan kemajuan bioteknologi beberapa penyakit keturunan ini dapat dicari pemecahan penyembuhannya. Sel penderita dimasukan DNA dari gen yang diinginkan untuk terapi, selanjutnya sel ini akan dibiarkan dalam medium kultur jaringan. Setelah diperoleh jumlah sel yang cukup, sel dimasukan lagi ke dalam tubuh penderita. Diharapkan kekurangan komponen gen dapat di atasi setelah ke dalam tubuh dimasukan sel yang membawa gen yang diperlukan.
Indera Pada Avertebrata
Avertebrata adalah hewan yang tidak mempunyai tulang belakang. Kelompok hewan ini memiliki indera yang bervariasi dan masih tergolong sederhana. Berikut adalah beberapa hewan yang mewakili hewan avertebrata
Indera pada Protista
Contoh hewan yang tergolong protista adalah Euglena. Euglena ini mempunyai dua macam indera, yaitu indera peraba berupa bulu cambuk dan bintik mata yang berwarna merah sebagai penerima rangsang cahaya. Apabila terkena cahaya, Euglena ini akan segera mendekati sumber cahaya tersebut. Gerak Euglena mendekati cahaya ini disebut dengan fototaksis.
Indera pada Cacing Tanah (Lumbricus terrestris)
Lumbricus terrestris memiliki indera penerima rangsang cahaya yang hanya dapat membedakan antara gelap dan terang akan tetapi tidak dapat membedakan warna. Indera ini terdapat di seluruh permukaan tubh, tepatnya di lapisan epidermis kulit bagian dorsal tubuh. Lumbricus terrestris juga mempunyai sel sensori yang peka terhadap rangsang sentuhan, tekanan, suhu dan bahan kimia.
Indera pada Mollusca
Pada kelas Chepalopoda seperti cumi-cumi (Loligo sp) indera penglihatannya telah berkembang dengan baik dan hampir menyamai mata hewan vertebrata. Pada kelas Gastropoda seperti siput (Lymnaea sp) terdapat dua pasang tentakel di kepala untuk meraba. Pada ujung tentakel tersebut terdapat mata, akan tetapi mata ini hanya dapat membedakan antara gelap dan terang saja.
Indera pada Serangga (Insecta)
Pada umumnya indera yang cukup berkembang pada serangga adalah pada bagian mata dan sungut (antena). Serangga pun memiliki jenis mata ang bervariasi, ada yang mempunyai mata tunggal (ocellus) ada yang memiliki majemuk dan ada pula yang memiliki kedua-duanya, seperti belalang (Disosteria carolina). Mata tunggal hanya mempunyai satu alat penerima rangsang cahaya. Mata majemuk (faset) terdiri atas beribu-ribu omatidium (jamak= omatidia) yang terdiri atas lensa mata, sel yang peka terhadap cahaya, dan serabut saraf. Omatidium ini hanya mampu menerima cahaya tegak lurus. Cahaya yang datang mirig diserap oleh sel-sel pigmen yang ada di tulang belakang lensa.
Indera selanjutnya adalah sungut. Sungut ini berfungsi sebagai alat peraba dan pembau. Antena ini biasanya berbulu sehingga memungkinkan serangga mendapatkan molekul bau-bauan di udara dalam kawasan yang luas. Alat peraba juga ditamukan di sekitar mulut. Di bagian pangkal antena terdapat indera pendengar dan alat keseimbangan. Selain itu, serangga memiliki pheromone atau Feromon yang merupakan indera untuk mendeteksi sinyal kimia yang dikeluarkan oleh hewan yang satu spesies sebagai bentuk komunikasi.
Indera peraba pada belalang (Disosteria carolina) yaitu rambut halus yang terdapat pada bagian antena dan ruas kaki yang sangat peka terhadap sentuhan.
Indera pada Protista
Contoh hewan yang tergolong protista adalah Euglena. Euglena ini mempunyai dua macam indera, yaitu indera peraba berupa bulu cambuk dan bintik mata yang berwarna merah sebagai penerima rangsang cahaya. Apabila terkena cahaya, Euglena ini akan segera mendekati sumber cahaya tersebut. Gerak Euglena mendekati cahaya ini disebut dengan fototaksis.
Indera pada Cacing Tanah (Lumbricus terrestris)
Lumbricus terrestris memiliki indera penerima rangsang cahaya yang hanya dapat membedakan antara gelap dan terang akan tetapi tidak dapat membedakan warna. Indera ini terdapat di seluruh permukaan tubh, tepatnya di lapisan epidermis kulit bagian dorsal tubuh. Lumbricus terrestris juga mempunyai sel sensori yang peka terhadap rangsang sentuhan, tekanan, suhu dan bahan kimia.
Indera pada Mollusca
Pada kelas Chepalopoda seperti cumi-cumi (Loligo sp) indera penglihatannya telah berkembang dengan baik dan hampir menyamai mata hewan vertebrata. Pada kelas Gastropoda seperti siput (Lymnaea sp) terdapat dua pasang tentakel di kepala untuk meraba. Pada ujung tentakel tersebut terdapat mata, akan tetapi mata ini hanya dapat membedakan antara gelap dan terang saja.
Indera pada Serangga (Insecta)
Pada umumnya indera yang cukup berkembang pada serangga adalah pada bagian mata dan sungut (antena). Serangga pun memiliki jenis mata ang bervariasi, ada yang mempunyai mata tunggal (ocellus) ada yang memiliki majemuk dan ada pula yang memiliki kedua-duanya, seperti belalang (Disosteria carolina). Mata tunggal hanya mempunyai satu alat penerima rangsang cahaya. Mata majemuk (faset) terdiri atas beribu-ribu omatidium (jamak= omatidia) yang terdiri atas lensa mata, sel yang peka terhadap cahaya, dan serabut saraf. Omatidium ini hanya mampu menerima cahaya tegak lurus. Cahaya yang datang mirig diserap oleh sel-sel pigmen yang ada di tulang belakang lensa.
Indera selanjutnya adalah sungut. Sungut ini berfungsi sebagai alat peraba dan pembau. Antena ini biasanya berbulu sehingga memungkinkan serangga mendapatkan molekul bau-bauan di udara dalam kawasan yang luas. Alat peraba juga ditamukan di sekitar mulut. Di bagian pangkal antena terdapat indera pendengar dan alat keseimbangan. Selain itu, serangga memiliki pheromone atau Feromon yang merupakan indera untuk mendeteksi sinyal kimia yang dikeluarkan oleh hewan yang satu spesies sebagai bentuk komunikasi.
Indera peraba pada belalang (Disosteria carolina) yaitu rambut halus yang terdapat pada bagian antena dan ruas kaki yang sangat peka terhadap sentuhan.
Sistem Ekskresi Pada Invertebrata
SISTEM EKSKRESI PADA INVERTEBRATA
Sistem ekskresi invertebrata berbeda dengan sistem ekskresi pada vertebrata. Invertebrata belum memiliki ginjal yang berstruktur sempurna seperti pada vertebrata. Pada umumnya, invertebrata memiliki sistem ekskresi yang sangat sederhana, dan sistem ini berbeda antara invertebrata satu dengan invertebrata lainnya.
Alat ekskresinya ada yang berupa saluran Malphigi, nefridium, dan sel api. Nefridium adalah tipe yang umum dari struktur ekskresi khusus pada invertebrata. Berikut ini akan dibahas sistem ekskresi pada cacing pipih (Planaria), cacing gilig (Annellida), dan belalang.
1. Sistem Ekskresi pada Hewan Beresel Satu (Protozoa)
Belum mempunyai alat ekskresi khusus. Zat sisa di keluarkan melalui vakoula kontraktil (rongga berdenyut) yang berfungsi untuk mengatur kadar airt dalam sel sehingga nilai osmosis isi sel tetap terpelihara.
2. Sistem Ekskresi pada Cacing Pipih
Cacing pipih mempunyai organ nefridium yang disebut sebagai protonefridium. Protonefridium tersusun dari tabung dengan ujung membesar mengandung silia. Di dalam protonefridium terdapat sel api yang dilengkapi dengan silia.
Tiap sel api mempunyai beberapa flagela yang gerakannya seperti gerakan api lilin. Air dan beberapa zat sisa ditarik ke dalam sel api. Gerakan flagela juga berfungsi mengatur arus dan menggerakan air ke sel api pada sepanjang saluran ekskresi. Pada tempat tertentu, saluran bercabang menjadi pembuluh ekskresi yang terbuka sebagai lubang di permukaan tubuh (nefridiofora). Air dikeluarkan lewat lubang nefridiofora ini.
Sebagian besar sisa nitrogen tidak masuk dalam saluran ekskresi. Sisa nitrogen lewat dari sel ke sistem pencernaan dan diekskresikan lewat mulut. Beberapa zat sisa berdifusi secara langsung dari sel ke air.
3. Sistem Ekskresi pada Anelida dan Molluska
Anelida dan molluska mempunyai organ nefridium yang disebut metanefridium. Pada cacing tanah yang merupakan anggota anelida, setiap segmen dalam tubuhnya mengandung sepasang metanefridium, kecuali pada tiga segmen pertama dan terakhir.
Metanefridium memiliki dua lubang. Lubang yang pertama berupa corong, disebut nefrostom (di bagian anterior) dan terletak pada segmen yang lain. Nefrostom bersilia dan bermuara di rongga tubuh (pseudoselom). Rongga tubuh ini berfungsi sebagai sistem pencernaan. Corong (nefrostom) akan berlanjut pada saluran yang berliku-liku pada segmen berikutnya.
Bagian akhir dari saluran yang berliku-liku ini akan membesar seperti gelembung. Kemudian gelembung ini akan bermuara ke bagian luar tubuh melalui pori yang merupakan lubang (corong) yang kedua, disebut nefridiofor. Cairan tubuh ditarik ke corong nefrostom masuk ke nefridium oleh gerakan silia dan otot. Saat cairan tubuh mengalir lewat celah panjang nefridium, bahan-bahan yang berguna seperti air, molekul makanan, dan ion akan diambil oleh sel-sel tertentu dari tabung. Bahan-bahan ini lalu menembus sekitar kapiler dan disirkulasikan lagi. Sampah nitrogen dan sedikit air tersisa di nefridium dan kadang diekskresikan keluar.
Metanefridium berlaku seperti penyaring yang menggerakkan sampah dan mengembalikan substansi yang berguna ke sistem sirkulasi.
Cairan dalam rongga tubuh cacing tanah mengandung substansi dan zat sisa. Zat sisa ada dua bentuk, yaitu amonia dan zat lain yang kurang toksik, yaitu ureum. Oleh karena cacing tanah hidup di dalam tanah dalam lingkungan yang lembab, anelida mendifusikan sisa amonianya di dalam tanah tetapi ureum diekskresikan lewat sistem ekskresi.
4. Alat Ekskresi pada Belalang
Alat ekskresi pada belalang adalah pembuluh Malpighi, yaitu alat pengeluaran yang berfungsi seperti ginjal pada vertebrata. Pembuluh Malphigi berupa kumpulan benang halus yang berwarna putih kekuningan dan pangkalnya melekat pada pangkal dinding usus. Di samping pembuluh Malphigi, serangga juga memiliki sistem trakea untuk mengeluarkan zat sisa hasil oksidasi yang berupa CO2. Sistem trakea ini berfungsi seperti paru-paru pada vertebrata.
Belalang tidak dapat mengekskresikan amonia dan harus memelihara konsentrasi air di dalam tubuhnya. Amonia yang diproduksinya diubah menjadi bahan yang kurang toksik yang disebut asam urat. Asam urat berbentuk kristal yang tidak larut.
Pembuluh Malpighi terletak di antara usus tengah dan usus belakang. Darah mengalir lewat pembuluh Malpighi. Saat cairan bergerak lewat bagian proksimal pembuluh Malpighi, bahan yang mengandung nitrogen diendapkan sebagai asam urat, sedangkan air dan berbagai garam diserap kembali biasanya secara osmosis dan transpor aktif. Asam urat dan sisa air masuk ke usus halus, dan sisa air akan diserap lagi. Kristal asam urat dapat diekskresikan lewat anus bersama dengan feses
Sistem ekskresi invertebrata berbeda dengan sistem ekskresi pada vertebrata. Invertebrata belum memiliki ginjal yang berstruktur sempurna seperti pada vertebrata. Pada umumnya, invertebrata memiliki sistem ekskresi yang sangat sederhana, dan sistem ini berbeda antara invertebrata satu dengan invertebrata lainnya.
Alat ekskresinya ada yang berupa saluran Malphigi, nefridium, dan sel api. Nefridium adalah tipe yang umum dari struktur ekskresi khusus pada invertebrata. Berikut ini akan dibahas sistem ekskresi pada cacing pipih (Planaria), cacing gilig (Annellida), dan belalang.
1. Sistem Ekskresi pada Hewan Beresel Satu (Protozoa)
Belum mempunyai alat ekskresi khusus. Zat sisa di keluarkan melalui vakoula kontraktil (rongga berdenyut) yang berfungsi untuk mengatur kadar airt dalam sel sehingga nilai osmosis isi sel tetap terpelihara.
2. Sistem Ekskresi pada Cacing Pipih
Cacing pipih mempunyai organ nefridium yang disebut sebagai protonefridium. Protonefridium tersusun dari tabung dengan ujung membesar mengandung silia. Di dalam protonefridium terdapat sel api yang dilengkapi dengan silia.
Tiap sel api mempunyai beberapa flagela yang gerakannya seperti gerakan api lilin. Air dan beberapa zat sisa ditarik ke dalam sel api. Gerakan flagela juga berfungsi mengatur arus dan menggerakan air ke sel api pada sepanjang saluran ekskresi. Pada tempat tertentu, saluran bercabang menjadi pembuluh ekskresi yang terbuka sebagai lubang di permukaan tubuh (nefridiofora). Air dikeluarkan lewat lubang nefridiofora ini.
Sebagian besar sisa nitrogen tidak masuk dalam saluran ekskresi. Sisa nitrogen lewat dari sel ke sistem pencernaan dan diekskresikan lewat mulut. Beberapa zat sisa berdifusi secara langsung dari sel ke air.
3. Sistem Ekskresi pada Anelida dan Molluska
Anelida dan molluska mempunyai organ nefridium yang disebut metanefridium. Pada cacing tanah yang merupakan anggota anelida, setiap segmen dalam tubuhnya mengandung sepasang metanefridium, kecuali pada tiga segmen pertama dan terakhir.
Metanefridium memiliki dua lubang. Lubang yang pertama berupa corong, disebut nefrostom (di bagian anterior) dan terletak pada segmen yang lain. Nefrostom bersilia dan bermuara di rongga tubuh (pseudoselom). Rongga tubuh ini berfungsi sebagai sistem pencernaan. Corong (nefrostom) akan berlanjut pada saluran yang berliku-liku pada segmen berikutnya.
Bagian akhir dari saluran yang berliku-liku ini akan membesar seperti gelembung. Kemudian gelembung ini akan bermuara ke bagian luar tubuh melalui pori yang merupakan lubang (corong) yang kedua, disebut nefridiofor. Cairan tubuh ditarik ke corong nefrostom masuk ke nefridium oleh gerakan silia dan otot. Saat cairan tubuh mengalir lewat celah panjang nefridium, bahan-bahan yang berguna seperti air, molekul makanan, dan ion akan diambil oleh sel-sel tertentu dari tabung. Bahan-bahan ini lalu menembus sekitar kapiler dan disirkulasikan lagi. Sampah nitrogen dan sedikit air tersisa di nefridium dan kadang diekskresikan keluar.
Metanefridium berlaku seperti penyaring yang menggerakkan sampah dan mengembalikan substansi yang berguna ke sistem sirkulasi.
Cairan dalam rongga tubuh cacing tanah mengandung substansi dan zat sisa. Zat sisa ada dua bentuk, yaitu amonia dan zat lain yang kurang toksik, yaitu ureum. Oleh karena cacing tanah hidup di dalam tanah dalam lingkungan yang lembab, anelida mendifusikan sisa amonianya di dalam tanah tetapi ureum diekskresikan lewat sistem ekskresi.
4. Alat Ekskresi pada Belalang
Alat ekskresi pada belalang adalah pembuluh Malpighi, yaitu alat pengeluaran yang berfungsi seperti ginjal pada vertebrata. Pembuluh Malphigi berupa kumpulan benang halus yang berwarna putih kekuningan dan pangkalnya melekat pada pangkal dinding usus. Di samping pembuluh Malphigi, serangga juga memiliki sistem trakea untuk mengeluarkan zat sisa hasil oksidasi yang berupa CO2. Sistem trakea ini berfungsi seperti paru-paru pada vertebrata.
Belalang tidak dapat mengekskresikan amonia dan harus memelihara konsentrasi air di dalam tubuhnya. Amonia yang diproduksinya diubah menjadi bahan yang kurang toksik yang disebut asam urat. Asam urat berbentuk kristal yang tidak larut.
Pembuluh Malpighi terletak di antara usus tengah dan usus belakang. Darah mengalir lewat pembuluh Malpighi. Saat cairan bergerak lewat bagian proksimal pembuluh Malpighi, bahan yang mengandung nitrogen diendapkan sebagai asam urat, sedangkan air dan berbagai garam diserap kembali biasanya secara osmosis dan transpor aktif. Asam urat dan sisa air masuk ke usus halus, dan sisa air akan diserap lagi. Kristal asam urat dapat diekskresikan lewat anus bersama dengan feses
Langganan:
Postingan (Atom)