BAB 5

BIOTEKNOLOGI
 Pengertian Bioteknologi

Bioteknologi merupakan cabang dari ilmu biologi yang

mempelajari tentang pemanfaatan (organisme) khususnya
mikroorganisme(bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) untuk
menghasilkan produk berupa barang atau jasa yang berguna
untuk meningkatkan kesejahteraan manusia.

Bioteknologi merupakan ilmu aplikasi dan berkaitan erat

dengan cabang-cabang ilmu yang lain misalnya, genetika,
kimia, fisika, fisiologi, mikrobiologi .
 Ciri Utama Bioteknologi

• Adanya agen biologi

Contohnya:, mikroorganisme, sel tumbuhan, dan sel hewan
• Adanya pendayagunaan secara teknologi dan industri.
• Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan
pemurnian

Ekstrak adalah suatu produk hasil pengambilan zat aktif dari

tanaman menggunakan pelarut, tetapi pelarutnya di uapkan
kembali sehingga zat aktif ekstrak menjadi pekat. Bentuknya
dapat kental, kering atau cair(misalnya minyak)
 EMPAT ERA PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI

1. Era bioteknologi generasi pertama

Bioteknologi produksi makanan dan tanaman

Penggunaan mikroba secara tradisional, dalam

produksi makanan dan tanaman serta pengawetan
makanan.
Contoh : pembuatan tempe, tapai, cuka, bir, anggur,
yoghurt, keju, roti, dan berbagai jenis minuman hasil
fermentasi susu.
2. Era bioteknologi generasi kedua
Bioteknologi di bawah kondisi nonsteril

Proses berlangsung dalam keadaan tidak steril,

rentan dengan kontaminasi oleh mikroorganisme lain
yang tidak di kehendaki.
Contoh:
• Produksi bahan kimia : aseton, asam sitrat,
butanol, asam laktat dan gliserol.
• Pengolahan air limbah.
• Pembuatan kompos.

Kontaminasi adalah kejadian atau proses masuknya atau terikutnya unsur-unsur

lain (mikroorganisme) yang tidak dikehendaki (karena merugikan) kedalam suatu
objek yang di perhatikan.
3. Era bioteknologi generasi ketiga
Bioteknologi dibawah kondisi steril
Bioteknologi ini tidak memberikan kesempatan kepada
organisme lain untuk dapat tumbuh dan berkembang.
Untuk itu di perlukan proses sterilisasi, dengan tujuan agar
terhindarinya kontaminasi oleh mikroorganisme lain
sehingga fermentasi bisa berjalan optimal dengan hanya
menumbuh kembangkan mikroorganisme yang di
kehendaki saja.
Contoh:
4. Produksi antibiotik, seperti penisilin, streptomisin,
tetrasiklin dan berbagai jenis antibiotik yang lain.
5. Hormon, seperti hormon estrogen yang berperan
dalam menghambat angka kelahiran telah mampu di
produksi dengan proses yang serba steril.
4. Era bioteknologi generasi baru
Bioteknologi modern
Bioteknologi ini tidak hanya mempertahankan
kondisi steril tanpa kontaminasi, tetapi juga dengan
perhitungan dan ketelitian yang cermat.
Bioteknologi modern dikembangkan dengan
menggunakan prinsip biomolekuler dan rekayasa
genetika untuk mengendalikan proses.
contoh:
Hormon insulin, interferon(zat anti virus), antibodi
monoklonal, vaksin, dll.
 Pembagian Bioteknologi

1. Biotekologi Konvensional

2. Bioteknologi Modern
 BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL

Bioteknologi yang memanfaatkan

Merupakan mikroorganisme secara langsung untuk
memproduksi makanan.

Ciri-ciri Bioteknologi Konvensional:

1. Tidak menggunakan alat yang canggih
2. Menggunakan mikroorganisme
Prinsip dasar dalam bioteknologi konvenional adalah Fermentasi

Fermentasi adalah proses dasar untuk mengubah suatu bahan

menjadi bahan lain dengan cara sederhana dan dibantu oleh
mikroorganisme.
 BIOTEKNOLOGI MODERN
Bioteknologi yang memanfaatkan
mikroorganisme yang direkayasa,
Merupakan
sehingga menjadi lebih efektif dan
efisien.

Ciri-Ciri Bioteknologi Modern:

1. Menggunakan Alat Yang Canggih
2. Menggunakan Enzim
3. Melibatkan DNA
Prinsip-Prinsip Dasar Bioteknologi Modern

1. seleksi dan persilangan,

2. analisa genetik,
3. kultur jaringan,
4. rekombinasi DNA, dan
5. analisa DNA.
Seleksi dan persilangan
Proses seleksi dilakukan dengan memanipulasi DNA yang ada
pada mikroba, tanaman, atau hewan agar menjadi mikroba,
tanaman, atau hewan dengan sifat yang lebih baik sehingga
apabila disilangkan akan menjadi bibit unggul yang baik untuk
masa depan.
Contohnya, ayam Leghorn, sapi ayrshire, padi Cisadane kedelai
Muria, dan jagung Metro.

Analisis Genetik
Proses ini mempelajari ciri atau sifat dan gen makhluk hidup
dari generasi ke generasi untuk mendapatkan sifat atau ciri
yang unggul serta interaksi antara gen dan lingkungan agar
menghasilkan keturunan yang baik.
Kultur jaringan
Kultur jaringan/Kultur In Vitro/Tissue Culture adalah suatu teknik untuk
mengisolasi, sel, protoplasma, jaringan, dan organ dan menumbuhkan
bagian tersebut pada nutrisi yang mengandung zat pengatur tumbuh
tanaman pada kondisi aseptik(steril), sehingga bagian-bagian tersebut dapat
memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman sempurna kembali.
Dalam kultur jaringan, diperlukan materi tumbuhan yang akan
dikulturkan yang di sebut eksplan.
Eksplan yang dikulturkan akan tumbuh menjadi kumpulan sel di sebut
kalus.
Selanjutnya kalus akan tumbuh menjadi tanaman kecil yang di sebut
planlet.
Macam-Macam Kultur Jaringan
a. Kultur meristem, menggunakan jaringan (akar, batang, daun) yang
muda/meristematik. Misalnya pada tanaman jagung dan singkong.
b. Kultur sel atau kultur kalus, eksplan berupa sel. Misalnya pada
perbanyakan tanaman anggrek, kacang hijau, jagung dan gandum.
c. Kultur anter, menggunakan kepala sari sebagai eksplan.
d. Kultur embrio, menggunakan embrio tanaman. Misalnya pada
perbanyakan kelapa.
e. Kultur protoplas, menggunakan sel jaringan hidup sebagai eksplan
tanpa dinding sel. Protoplas dihasilkan dengan cara isolasi
menggunakan enzim penghancur dinding dan dari sel atau jaringan
yang di tumbuhkan secara in vitro. Contoh perbanyakan kacang
hijau, kedelai, lobak, dan wortel.
f. Kultur kloroplas, menggunakan kloroplas.
g. Kultur polen, menggunakan serbuk sari sebagai eksplannya.
Berbagai Tanaman yang Dihasilkan Melalui Kultur Jaringan dan Kegunaannya
Rekombinasi DNA
Proses transfer segmen DNA dari satu organisme ke DNA
organisme lain dinamakan rekombinasi DNA. Kedua
organisme itu dapat saja tidak memiliki hubungan atau
kekerabatan.
Contohnya, penyisipan gen manusia pada bakteri Bacillus
thuringiensis sehingga bakteri tersebut dapat memproduksi
insulin.
Analisis DNA
Proses reaksi rantai polymerase sehingga dapat membuat kopi
(salinan) dari DNA. Proses ini berguna untuk memetakan DNA
sehingga dapat diketahui dengan pasti DNA dari satu
organisme untuk menentukan genetik keturunannya. Teknik
ini biasanya digunakan untuk mendapatkan atau mengenali
DNA dari korban – korban kecelakaan yang sulit diidentifikasi
oleh tim forensik.
 PENERAPAN BIOTEKNOLOGI
1. Pengolahan Bahan Makanan
Beberapa jenis mikroba yang digunakan untuk mengubah bahan makanan
menjadi bentuk lain, misalnya:
1. Rhizopus oligospora untuk membuat tempe dengan substrat kedelai.
2. Neurospora sitophila untuk membuat oncom dengan substrat kacang
tanah.
3. Saccharomyces cerevisiae untuk membuat tape dengan substrat ketan
atau singkong atau ubi kayu.
4. Acetobacter xulinum untuk membuat nata de coco dengan substrat air
kelapa.

Bioteknologi modern pada bidang pangan, misalnya buah tomat hasil

manipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepat matang, dan tidak
cepat membusuk; kentang yang telah mengalami mutasi genetik hingga
kadar pati kentang meningkat 20% dari kentang biasa.
Pengolahan mikroba untuk produksi protein sel tunggal (PST)
Protein sel tunggal yang berasal dari bakteri dan
ganggang merupakan alternatif sumber protein baru.
Contoh mikroorganisme yang sekarang banyak
dibudidayakan sebagai PST antara lain Spirulina
(ganggang biru), Chlorella (ganggang hijau), Fusarium
graminearum (jamur) dan Methylophylus
methylotrophus (bakteri).
PST biasanya dikemas dalam bentuk kapsul atau
obat sehingga mudah untuk dikonsumsi. Namun, perlu
di ingat bahwa PST kandungan asam nukleatnya tinggi
sehingga jika mengonsumsi berlebih dapat
mengakibatkan reumatik.
Kelebihan PST :
a. Laju pertumbuhan sangat cepat yaitu dalam
ukuran jam dan masih bisa ditingkatkan lagi
b. Dapat menggunakan bermacam-macam media
atau substrat
c. Produksi PST tidak tergantung iklim dan musim
d. memiliki kandungan protein lebih tinggi daripada
hewan dan tumbuhan.
Mekanisme kerja dalam produksi PST:
a. Penyediaan sumber
makanan yang
mengandung karbon,
nitrogen, fosfor, dan
unsur-unsur lain
b. Sterilisasi media
c. Pembiakan mikroba
penghasil PST
d. Pemanenan dengan
memisahkan biomassa
mikroba dari cairan
fermentasi
e. Pemurnian hasil
panen.
Produk Asam Amino, Vitamin, dan Enzim

Mikroorganisme yang Diproduksi secara Komersial untuk Pembuatan Asam

Amino dan Vitamin
Mikroorganisme yang Diproduksi secara Komersial untuk Produksi Enzim
Pembuatan alkohol (bir) dan asam cuka
Pembuatan bir melibatkan proses penumbukan dan fermentasi.
Mikroorganisme yang berperan adalah Saccaromices cerevisae
Semula fermentasi dibantu oleh mikroorganisme lain untuk
mengubah bahan yang mengandung polisakarida menjadi gula.
Kemudian gula akan diubah menjadi etanol (C2H5OH) dan
karbondioksida (CO2). Berikut proses reaksinya :
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Glukosa etanol karbondiosida

Proses pembuatan anggur (alkohol)

Asam cuka

Jika sudah di hasilkan etanol fermentasi bisa dilanjukan

untuk menghasilkan asam cuka. Dalam proses ini etanol tsb akan
diubah oleh bakteri asam asetat seperti Acetobacter dan
Glucanobacter. Berikut proses reaksinya:
Acetobacter
C2H5OH CH3COOH
Glucanobacter
 2. Bioteknologi Dibidang Pertanian

Beberapa contoh Bioteknologi tradisional dalam bidang

pertanian, ialah:
1. Hidroponik, merupakan cara bercocok tanam tanpa
menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman.
2. Penyeleksian tanaman jenis mustard alami oleh manusia,
menghasilkan tanaman, kolabri, brokoli, kubis, dan kembang kol.
Beberapa contoh hasil dari bioteknologi modern di bidang pertanian adalah
sebagai berikut.
• Jagung dan kapas setelah gennya dimanipulasi dapat resisten terhadap
serangan penyakit gen tertentu.
• Hasil radiasi dari seleksi biji-bijian kedelai menghasilkan tanaman kedelai
tengger dan kedelai hijau camar yang berumur pendek dengan produktivitas
tinggi.
Kapas Bt Jagung tahan herbisida Coleoptera

Normal Transgenic
 3. Bioteknologi dibidang peternakan
Ditemukannya inseminasi buatan Inseminasi buatan pada sapi perah
untuk memperoleh hewan ternak dengan
kualitas yang baik. Umumnya dilakukan
pada hewan sapi. Bagaimana cara yang
dilakukan dalam teknik kawin suntik ini? sapi jantan
Pada prinsipnya, caranya dilakukan dengan
mengambil sperma atau semen dari hewan
sperma sapi
yang memiliki bibit unggul untuk
jantan diambil
disuntikkan ke dalam alat kelamin hewan
betina. Tujuannya untuk mendapatkan sperma dimasukkan
inseminasi
keturunan dengan perpaduan sifat-sifat ke dalam tubuh sapi
buatan
dari induknya yang lebih baik.
Berkembangnya teknik fertilisasi in
vitro (bayi tabung), yaitu embrio dapat
dihasilkan diluar kandungan sapi unggul
dan dapat diimplantasikan ke sapi betina sapi betina
yang tidak unggul dari spesies yang sama,
sehingga dengan demikian akan cepat
diperoleh banyak sapi unggul.
4. Bioteknologi dibidang kedokteran

1) Pembuatan antibodi monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi yang
diperoleh dari suatu sumber tunggal. Antibodi
monoklonal di hasilkan dari sel-sel hibridoma atau sel
hasil penggabungan dari dua sel yang berbeda.
1. Sel tumor (penyakit)
diinjeksikan ke dalam tikus
untuk menstimulasi produksi Limfa diambil Kultur sel
Tikus
sel B dimana akan diinjeksi mieloma
dengan
memproduksi antibodi (anti antigen
Suspensi sel
mieloma
tumor) Suspensi
limfosit B Fusi sel menghasilkan
2. Sel B tikus tersebut di isolasi hibridoma
Sel hibridoma
dan di fusikan dengan sel yang dibiakkan
mieloma. dalam suatu
kultur
3. Hasilnya adalah sel hibrid Seleksi sel
hibridoma
yang menghasilkan satu yang
menghasilkan
antibodi tertentu dan terus antibodi
membelah.
4. Dalam hal ini adalah Sel-sel antibodi
monoklonal
antitumor.
Mieloma adalah sel kanker yang mampu membelah
dengan cepat dan tidak membahayakan manusia.
 2) Pembuatan vaksin
Vaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadap tubuh
yang berasal dari mikroorganisme. Vaksin didapat dari virus dan bakteri
yang telah dilemahkan atau racun yang diambil dari mikroorganisme
tersebut. Berikut cara pembuatan vaksin transgenik.
Gen yang mengkode
DNA diekstraksi selubung penyebab
penyakit herpes
Gen yang
mengkode selubung Fragmen DNA
penyakit herpes di potong
(gen) yang
mengkode
selubung virus
herpes kemudian
diisolasi
DNA diekstraksi
Respon pada tubuh dan dipotong
Virus herpes yang telah Kombinasi fragmen
manusia yang mengkode
dihilangkan selubungnya
terbentuk antibodi selubung herpes
(tidak berbahaya)
untuk melawan dengan DNA virus
penyakit herpes yang tidak
berbahaya

Virus dengan gabungan

fragmen disuntikkan ke
tubuh manusia
3) Pembuatan antibiotika
Antibiotika adalah suatu zat yang dihasilkan oleh organisme tertentu dan
berfungsi untuk menghambat pertumbuhan organisme lain yang ada di
sekitarnya.
Pembuatan antibiotik melalui beberapa tahap:
a. Mikroorganisme penghasil antibiotik dikembangbiakkan.
b. Mikroorganisme dipindahkan ke dalam bejana fermentasi yang
menyerupai tangki besar. Di tempat ini, mikroorganisme dipacu dengan
lingkungan yang cocok agar berkembang biak secara cepat.
c. Dari cairan biakan antibiotik diekstraksi dan dimurnikan, selanjutnya diuji
dengan urutan
1. zat diuji dalam tabung reaksi, apakah dapat mematikan kuman atau tidak
2. kemudian zat diujikan pada hewan percobaan, termasuk diteliti efek
sampingnya
3. jika ternyata aman dapat diujikan pada sekelompok orang dengan
pengawasan ketat para ahli
4. jika berhasil barulah diujikan pada orang sakit dan selanjutnya
dipasarkan.
Pembuatan antibiotik penisilin dalam skala besar
Berikut beberapa contoh antibiotik:
4) Pembuatan hormon
misalnya insulin,
hormon
pertumbuhan,
kortison, dan
testosteron.

Animasi pembuatan insulin

Sel manusia

Sel bakteri
5. Bioteknologi bahan bakar masa depan

Alternatif bahan bakar masa depan untuk

menggantikan minyak adalah Biogas.

Biogas adalah gas yang berasal dari makhluk hidup yaitu

hewan dan tanaman. Biogas diproduksi oleh bakteri dari
bahan organik di dalam kondisi hampa udara (anaerobik
proses). Proses ini berlangsung selama pengolahan atau
fermentasi, gas tersebut sebagian besar berupa metan
dengan rumus molekul CH4 dan karbondioksida dengan
rumus molekul CO2.
6. Bioteknologi pengolahan limbah
SAMPAH

DAUR ULANG

Proses pirolisis
Proses pirolisis yaitu proses dekomposisi bahan-bahan sampah
dengan suhu tinggi pada kondisi tanpa oksigen.

Dengan cara ini sampah dapat diubah menjadi arang, gas (misal:
metana) dan bahan anorganik.
7. Bioteknologi bidang pertambangan
Pemanfaatan mikroorganisme dalam
bioteknologi juga dapat dimanfaatkan dalam
pertambangan. Penggunaan mikroorganisme
adalah dalam pemisahan logam dari bijihnya,
misalnya adalah Thiobacillus oxidans dan
Thiobacillus ferrooxidans. Reaksi:
CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O + 3O2 CuSO4+ 5FeSO4 + 2H2SO4 + Energi

CuSO4 + 2Fe+ + H2SO4 + Energi 2FeSO4 + Cu2 + + 2H+ + Energi

8. Rekayasa genetika
a. DNA rekombinan

Organisme transgenik memiliki komposisi

gen yang telah diubah dengan cara
menyisipkan gen lain kedalam plasmid
DNA rekombinan sehingga menghasilkan individu yang
memiliki sifat tertentu sesuai keinginan si
pembuat

Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang

sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad
Organisme Transgenik
tersebut, sebagai hasil penambahan gen
yang berasal dari jasad lain.

Transgen : gen asing yang ditambahkan kepada suatu spesies

Transgenik : suatu organisme yang mengandung transgen melalui
proses bioteknologi
CaraUntuk mengubah DNA sel

1. Transplantasi inti,
2. Fusi sel,
3. Teknologi plasmid, dan
4. Rekombinasi DNA.
1. Transplantasi inti
Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari
suatu sel ke sel yang lain agar didapatkan individu
baru dengan sifat sesuai dengan inti yang diterimanya.

Mikropipet

Embrio katak atau berudu

Sel usus Sel telur

Nukleus
sel usus
Nukleus
Ultraviolet Berudu
Embrio (8 sel)

Telur katak
Nukleus didegradasi
2. Fusi sel
Fusi sel adalah
peleburan dua sel baik
dari spesies yang sama
maupun berbeda supaya
terbentuk sel bastar atau
hibridoma.
Fusi sel diawali oleh
pelebaran membran dua
sel serta diikuti oleh
peleburan sitoplasma
(plasmogami) dan
peleburan inti sel
(kariogami).
3. Teknologi plasmid
Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat
di dalam sel bakteri atau ragi di luar kromosomnya.
Plasmid digunakan sebagai vektor atau pemindah gen
ke dalam sel target.
4. Rekombinasi DNA
Rekombinasi DNA adalah proses penggabungan
DNA-DNA dari sumber yang berbeda.
• Teknik DNA rekombinan
• Teknik untuk mengisolasi DNA
• Teknik untuk memotong DNA
• Teknik untuk menyambung /mengabung DNA
• Teknik untuk memasukkan DNA ke dalam sel hidup
Perangkat yang digunakan dalam teknologi
DNA rekombinan:
Enzim restriksi digunakan untuk memotong DNA
Enzim DNA ligase digunakan untuk menyambung
DNA
Plasmid Digunakan sebagai vektor untuk
mengklonkan fragmenDNA
Transposon digunakan untuk menyisipkan
penanda
Pustaka genom untuk menyimpan gen atau fragmen
DNA yg telah diklonkan
 Aplikasi DNA rekombinan

1. Kloning
adalah penggunaan sel somatik organisme
multiseluler untuk membuat satu atau lebih
individu dengan materi genetik yang sama atau
identik

Pada Hewan
KLONING Pada Tumbuhan
Pada Manusia
Kloning pada domba
Pendonor sel Pendonor sel
kelenjar susu telur

Sel telur dari

ovarium
Sel telur tanpa
Kultur sel ambing/ nukleus
kelenjar susu Nukleus dihilangkan

Sel berfusi
Nukleus dari
sel ambing

Dikultur
Embrio awal
Ditanam
pada terus
domba ke-3

Induk asuh

Perkembangan
embrionik
Anak domba (Dolly) yang identik
dengan pendonor sel susu
Kloning pada tumbuan, dapat dilakukan dengan cara menyisipkan gen asing
kedalam tubuh bakteri, selanjutnya bakteri tersebut di infeksikan ke jaringan
tumbuhan. Dengan dimasukkan gen asing kedalam plasmid bakteri , gen asing
akan memasuki DNA tumbuhan. Dengan demikian, tumbuhan akan memiliki sifat
yang sesuai dengan gen asing tersebut.
Vektor DNA yang digunakan untuk memindahkan gen ke dalam tumbuhan,
misalnya plasmid dari bakteri Agrobakterium tumefaciens.

DNA mengandung
gen yang
diinginkan

Plasmid
Plasmid rekombinan regenerasi
enzim pemasukan tanaman
restriksi ke dalam
DNA dan DNA ligase sel tanaman
tempat di dalam
enzim restriksi kultur tanaman dengan
menyelipkan DNA
memotong T yang membawa sifat baru
gen-gen baru
Animasi Kloning MH
DAMPAK POSITIF BIOTEKNOLOGI

1. Membantu dalam menemukan dan mengembangkan bahan kebutuhan

pokok manusia, seperti bahan makanan, pakaian, peralatan dan
perumahan serta energi.
2. Menemukan berbagai penyebab dan pengobatan berbagai macam
penyakit, baik pada manusia hewan, maupun tumbuhan
3. Penemuan bibit unggul, baik hewan ternak maupun tanaman pertanian
yang membantu menyelesaikan masalah pangan.
4. Menyingkap rahasia proses-proses kehidupan, pewarisan sifat, dan gen
sehingga dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari – hari.
5. Mengkaji dan melestarikan seluk beluk lingkungan lebih dalam dengan
tujuan untuk kelestarian kehidupan.
6. Pengolahan limbah rumah tangga dan industri yang lebih ramah
lingkungan dengan menggunakan organisme pengolah limbah yang
telah ditemukan.
DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI

1. Digunakan untuk senjata biologis. Bakteri dan virus yang

mematikan dapat digunakan sebagai senjata biologis untuk
memusnahkan manusia.
2. Memunculkan organisme strain jahat. Dengan adanya rekayasa
genetika, sifat – sifat makhluk hidup dapat diubah dengan mudah,
termasuk menyisipkan gen jahat yang dapat digunakan untuk
membunuh atau meneror manusia.
3. Mengganggu keseimbangan lingkungan. Organisme baru hasil
rekayasa manusia dikhawatirkan akan dapat memenangkan
kompetisi dan menyingkirkan organisme yang telah ada di alam
sehingga dapat menimbulkan ketidakseimbangan alam.
4. Pelanggaran hukum dan nilai – nilai masyarakat. Misalnya ada
seorang ibu yang hamil dengan teknik bayi tabung yang
spermanya berasal dari bank sperma (tidak dari suaminya). Hal ini
tentu akan nengaburkan status anak dan menimbulkan
permasalahan di lain waktu.