Cara Kerja Bioteknologi Modern dan Penerapannya

By On Friday, February 24th, 2017 Categories : Sains

Bertentangan dengan namanya, bioteknologi bukan teknologi tunggal. Justru itu adalah sekelompok teknologi yang berbagi dua karakteristik (umum) – bekerja dengan sel-sel hidup dan molekul mereka dan memiliki berbagai macam kegunaan praktek yang dapat meningkatkan kehidupan kita.

Bioteknologi dapat didefinisikan secara luas sebagai “menggunakan organisme atau produk mereka untuk tujuan komersial.” Dengan demikian, bioteknologi (tradisional) telah dipraktekan sejak ia mulai catatan sejarah. (Ini telah digunakan untuk memanggang roti :), menyeduh minuman beralkohol, dan pembiakan tanaman pangan atau hewan domestik (2).

Tapi perkembangan terakhir dalam biologi molekuler telah memberikan arti bioteknologi baru, keunggulan baru, dan potensi baru. Hal ini bioteknologi (modern) yang telah menjadi pusat perhatian publik. Bioteknologi modern dapat memiliki efek dramatis pada perekonomian dunia dan masyarakat (3).

Salah satu contoh bioteknologi modern adalah rekayasa genetika. Rekayasa genetika adalah proses mentransfer gen individual antara organisme atau memodifikasi gen pada sebuah organisme untuk menghapus atau menambahkan sifat yang diinginkan atau karakteristik. Contoh rekayasa genetika dijelaskan nanti dalam dokumen ini. Melalui rekayasa genetika, tanaman transgenik atau organisme terbentuk. Maskapai tanaman GM atau GMO digunakan untuk memproduksi makanan biotek yang diturunkan. Ini adalah jenis khusus dari bioteknologi modern, rekayasa genetika, yang tampaknya untuk menghasilkan yang paling mengundang perhatian dan kepedulian konsumen dan kelompok konsumen. Yang menarik adalah bahwa bioteknologi modern jauh lebih tepat daripada bentuk-bentuk bioteknologi tradisional.

Bagaimana cara kerja bioteknologi modern?

Semua organisme terdiri dari sel-sel yang diprogram oleh materi genetik dasar yang sama, yang disebut DNA (asam deoksiribonukleat). Setiap unit DNA terdiri dari kombinasi nukleotida berikut – adenin (A), guanin (G), timin (T), dan sitosin (D) – serta gula dan fosfat. Nukleotida ini pasangan menjadi helai yang memutar bersama-sama ke dalam struktur spiral sebut “heliks ganda.” Heliks ganda ini disebut DNA. Segmen DNA memberitahu sel-sel individual bagaimana untuk menghasilkan protein spesifik. Segmen tersebut adalah gen. Ini adalah ada atau tidak adanya protein tertentu yang memberikan suatu organisme sifat atau karakteristik. Lebih dari 10.000 gen yang berbeda ditemukan di sebagian besar spesies tanaman dan hewan. Ini set total gen untuk suatu organisme diatur dalam kromosom dalam inti sel. Proses dimana organisme multiseluler berkembang dari satu sel melalui tahap embrio menjadi dewasa pada akhirnya dikendalikan oleh informasi genetik dari sel, serta interaksi gen dan produk gen dengan faktor lingkungan. (5).

Ketika sel-sel bereproduksi, untai DNA double helix yang terpisah. Karena nukleotida A selalu berpasangan dengan T dan G selalu berpasangan dengan C, masing-masing untai DNA berfungsi sebagai cetak biru yang tepat untuk protein tertentu. Kecuali untuk mutasi atau kesalahan dalam proses replikasi, sebuah sel tunggal dilengkapi dengan informasi untuk mereplikasi menjadi jutaan sel yang identik. Karena semua organisme terdiri dari jenis yang sama dari bahan genetik (nukleotida A, T, G, dan C), bioteknologi menggunakan enzim untuk memotong dan menghapus segmen DNA dari satu organisme dan bergabung kembali dengan DNA dalam organisme lain. Ini disebut teknologi DNA rekombinan (rDNA), dan itu adalah salah satu alat dasar bioteknologi modern (6). teknologi rDNA adalah manipulasi laboratorium DNA di mana DNA, atau fragmen DNA dari sumber yang berbeda, dipotong dan digabungkan dengan menggunakan enzim. DNA rekombinan ini kemudian dimasukkan ke dalam organisme hidup. teknologi rDNA biasanya digunakan secara sinonim dengan rekayasa genetika. teknologi rDNA memungkinkan peneliti untuk memindahkan informasi genetik antara organisme yang tidak terkait untuk menghasilkan produk atau karakteristik yang diinginkan atau untuk menghilangkan karakteristik yang tidak diinginkan.

Rekayasa genetika adalah teknik menghilangkan, mengubah atau menambahkan gen untuk molekul DNA dalam rangka untuk mengubah informasi yang dikandungnya. Dengan mengubah informasi ini, rekayasa genetika mengubah jenis atau jumlah protein organisme yang mampu menghasilkan. Rekayasa genetika digunakan dalam produksi obat-obatan, terapi gen manusia, dan pengembangan ditingkatkan tanaman (2). Sebagai contoh, sebuah “perlindungan serangga” gen (Bt) telah dimasukkan ke dalam beberapa tanaman – jagung, kapas, dan kentang – untuk memberikan petani alat-alat baru untuk pengelolaan hama terpadu. Jagung Bt tahan terhadap penggerek jagung Eropa. Resistensi yang melekat ini dengan demikian mengurangi penggunaan pestisida petani untuk mengendalikan penggerek jagung Eropa, dan pada gilirannya memerlukan bahan kimia lebih sedikit dan berpotensi memberikan lebih tinggi menghasilkan Bioteknologi Pertanian.

Meskipun perbaikan genetik utama telah dibuat dalam tanaman, kemajuan dalam program pembiakan konvensional telah lambat. Bahkan, sebagian besar tanaman yang ditanam di AS menghasilkan kurang dari potensi genetik mereka. Kekurangan ini disebabkan oleh ketidakmampuan tanaman untuk mentolerir atau beradaptasi dengan tekanan lingkungan, hama, dan penyakit.

Para ilmuwan memiliki kemampuan untuk memasukkan gen yang memberikan pertahanan biologis terhadap penyakit dan serangga, sehingga mengurangi kebutuhan untuk pestisida kimia, dan mereka akan segera dapat menyampaikan sifat-sifat genetik yang memungkinkan tanaman untuk lebih menahan kondisi yang keras, seperti kekeringan (8). Laboratorium Internasional untuk Tropical Bioteknologi Pertanian (ILTAB) sedang mengembangkan teknik transformasi dan aplikasi untuk mengontrol penyakit yang disebabkan oleh virus tanaman pada tanaman tropis seperti beras, singkong dan tomat. Pada tahun 1995, ILTAB melaporkan transfer pertama melalui bioteknologi gen resistensi dari spesies liar beras ke berbagai padi rentan panen. Gen yang ditransfer menyatakan resistensi terhadap Xanthomonas oryzae, bakteri yang dapat merusak tanaman melalui penyakit. Gen tahan dipindahkan ke varietas padi rentan yang dibudidayakan di lebih dari 24 juta hektar di seluruh dunia (9).

Manfaat juga dapat dilihat dalam lingkungan, di mana tanaman biotek yang tahan serangga mengurangi kebutuhan untuk penggunaan pestisida kimia. Tanaman yang tahan serangga memungkinkan untuk mengurangi paparan dari residu bahan kimia, sambil memberikan petani dengan kontrol sepanjang musim. Juga dengan mengurangi kebutuhan untuk pengendalian hama, dampak dan sumber daya yang dihabiskan untuk tanah kurang, sehingga melestarikan humus (10).

Kemajuan besar juga telah dilakukan melalui pembiakan konvensional dan seleksi ternak, tetapi keuntungan yang signifikan masih dapat dibuat dengan menggunakan bioteknologi (23). Penggunaan bioteknologi dalam produksi ternak meliputi pengembangan vaksin untuk melindungi hewan dari penyakit, produksi beberapa anak sapi dari satu embrio (kloning), peningkatan laju pertumbuhan hewan, dan deteksi penyakit secara cepat (7).

Bioteknologi modern telah menawarkan kesempatan untuk menghasilkan lebih banyak gizi dan lebih baik dalam mencicipi makanan, hasil panen yang lebih tinggi dan tanaman yang secara alami terlindungi dari penyakit dan serangga. Bioteknologi modern memungkinkan untuk transfer hanya satu atau beberapa gen yang diinginkan, sehingga memungkinkan para ilmuwan untuk mengembangkan tanaman dengan sifat-sifat menguntungkan tertentu dan mengurangi sifat-sifat yang tidak diinginkan (10).

Bioteknologi tradisional seperti penyerbukan silang jagung menghasilkan banyak, perubahan non-selektif. Modifikasi genetik telah menghasilkan buah-buahan yang dapat matang dengan rasa yang lebih baik. Tomat dan produk yang mengandung peningkatan kadar nutrisi tertentu, seperti vitamin C, vitamin E, dan beta karoten atau, dan membantu melindungi terhadap risiko penyakit kronis, seperti beberapa jenis kanker dan penyakit jantung. (10). Demikian pula memperkenalkan gen yang meningkatkan kadar zat besi yang tersedia pada beras tiga kali lipat adalah obat yang potensial untuk defisiensi zat besi.

Pada tahun 1992, Monsanto Company berhasil menyisipkan gen dari bakteri ke kentang Russet Burbank. Gen ini meningkatkan kadar pati kentang. Kadar pati tinggi mengurangi penyerapan minyak selama penggorengan, sehingga menurunkan biaya pengolahan kentang goreng dan keripik dan mengurangi kandungan lemak dalam produk jadi. Produk ini masih menunggu perkembangan akhir dan persetujuan.

Bioteknologi modern menawarkan teknik yang efektif untuk mengatasi masalah keamanan pangan. metode Biotechnical dapat digunakan untuk mengurangi waktu yang diperlukan untuk mendeteksi patogen bawaan makanan, racun, dan kontaminan kimia, serta untuk meningkatkan sensitivitas deteksi. Enzim, antibodi, dan mikroorganisme diproduksi menggunakan teknik rDNA yang digunakan untuk memantau produksi pangan dan pengolahan sistem untuk pengendalian kualitas (7).

Bioteknologi dapat memampatkan kerangka waktu yang diperlukan untuk menerjemahkan penemuan mendasar ke dalam aplikasi. Hal ini dilakukan dengan mengontrol gen mana yang diubah dalam cara yang terorganisir. Sebagai contoh, urutan gen yang dikenal dari tanaman jagung dapat diubah untuk meningkatkan hasil, meningkatkan toleransi kekeringan, dan menghasilkan resistensi serangga (Bt) dalam satu generasi. Teknik pembiakan konvensional akan memakan waktu beberapa tahun. Teknik pemuliaan konvensional akan mengharuskan sebuah ladang jagung tumbuh dan masing-masing sifat dipilih dari batang individu jagung.  Dengan peningkatan teknologi dan pengetahuan tentang organisme pertanian, proses, dan ekosistem, peluang akan muncul untuk menghasilkan produk pertanian baru dan lebih baik dengan cara yang ramah lingkungan.

Singkatnya, bioteknologi modern menawarkan kesempatan untuk meningkatkan kualitas produk, kandungan gizi, dan manfaat ekonomi. Susunan genetik tanaman dan hewan dapat dimodifikasi oleh salah penyisipan gen baru yang berguna atau penghapusan yang tidak diinginkan. Bioteknologi adalah mengubah cara tumbuhan dan hewan tumbuh, meningkatkan nilai mereka kepada petani, pengolah, dan konsumen (3).