INOVASI TEKNOLOGI BIOLOGI --- MATERI KELAS X SEMESTER GENAP --- KURIKULUM MERDEKA --- (Bagian 2)

---- BAGIAN PENGAYAAN ----

📌 Note :

Bagian 2 ini saya tulis sebagai materi pengayaan untuk peserta didik SMAN 1 Taruna Madani Jatim, kelas X, yang saat ini (Januari 2023) sedang belajar tentang "Inovasi Teknologi Biologi". Bagian pengayaan ini bisa juga dipahami sebagai informasi tambahan untuk menambah khazanah kalian, beberapa informasi mungkin akan terkesan redundan, tetapi penting untuk disimak agar pemahaman kalian lebih holistik. Please enjoy, dan selamat belajar yaa! 😉

SEJARAH BIOTEKNOLOGI

Sejarah Bioteknologi sudah dimulai sejak lama, literally lama, karena Bioteknologi berkembang seiring dengan perkembangan peradaban manusia. Saya merangkum sejarah perkembangan Bioteknologi dari berbagai sumber, dan berikut ini hasilnya:

• 8000 SM: Pengumpulan benih untuk ditanam kembali. Bukti bahwa bangsa Babilonia, Mesir, dan Romawi melakukan praktik pengembangbiakan selektif (seleksi artifisal) untuk meningkatkan kualitas ternak.

Ilustrasi bangsa mesir dalam hieroglif, menceritakan tentang seleksi hewan untuk ternak.

• 6000 SM: Pembuatan bir, fermentasi anggur, membuat roti, membuat tempe dengan bantuan ragi.
• 4000 SM Bangsa Tionghoa membuat yogurt dan keju dengan bakteri asam laktat.

Potongan keju tertua ditemukan dalam tubuh mumi di Cina.

• 1500: Pengumpulan tumbuhan di seluruh dunia.
• 1665: Penemuan sel oleh Robert Hooke (Inggris) melalui mikroskop.

Gambar potrait Robert Hooke yang sedang berada dalam laboratorium.

• 1800: Nikolai I. Vavilov menciptakan penelitian komprehensif tentang pengembangbiakan hewan.

Nikolai I. Vavilov, seorang ilmuwan dari Uni Soviet, sejak lama telah memprediksi krisis pangan yang akan dialami oleh manusia.

• 1880: Mikroorganisme ditemukan.
• 1856: Gregor Mendel mengawali genetika tumbuhan rekombinan.
• 1865: Gregor Mendel menemukan hukum hukum dalam penyampaian sifat induk ke turunannya.

Gregor Mendel, peneliti yang menemukan dasar ilmu Genetika.

• 1919: Karl Ereky, insinyur Hongaria, pertama menggunakan kata bioteknologi.

Foto dari Karl Ereky, father of Biotechnology.

• 1970: Peneliti di AS berhasil menemukan enzim pembatas yang digunakan untuk memotong gen gen.
• 1975: Metode produksi antibodi monoklonal dikembangkan oleh Kohler dan Milstein.

Kohler dan Milstein, penemu antibodi monoklonal.

• 1978: Para peneliti di AS berhasil membuat insulin dengan menggunakan bakteri yang terdapat pada usus besar.
• 1980: Bioteknologi modern dicirikan oleh teknologi DNA rekombinan. Model prokariot-nya, E. coli, digunakan untuk memproduksi insulin dan obat lain, dalam bentuk manusia. Sekitar 5% pengidap diabetes alergi terhadap insulin hewan yang sebelumnya tersedia).
• 1992: FDA menyetujui makanan GM pertama dari Calgene: tomat “flavor saver” (Flavr Savr).

Tomat flavor saver yang tidak cepat busuk.

• 2003: Perampungan Human Genome Project

Timeline perkembangan Human Genome Project.

BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL

Prinsip bioteknologi ini sudah dikenal sejak ribuan tahun lalu oleh umat manusia. Adapun manfaat dari bioteknologi konvensional adalah sebagai berikut:

• Meningkatkan kandungan gizi dari produk pangan baik berupa makanan dan minuman.
• Membantu proses peningkatan agrobisnis sebagai usaha untuk memproduksi bahan baku.
• Menambah jumlah lapangan kerja dan meningkatkan penghasilan masyarakat.
• Memperbanyak produk dari industri rumah tangga.

Beberapa bidang kehidupan manusia juga berkembang sejak dikenal teknik Bioteknologi konvensional, seperti bidang pangan, pertanian, peternakan, dan juga kesehatan serta pengobatan.

CONTOH BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL

Bidang Pangan

Berikut ini adalah beberapa contoh produk bioteknologi dalam bidang pangan, antara lain:

• Tempe, berbahan baku kedelai yang memanfaatkan enzim Protease dan jamur Rhizopus oligosporus sebagai agen biologinya.
• Tauco, berbahan baku kedelai dengan memanfaatkan enzim Protease dan agen biologi Aspergillus oryzae.

Tauco biasa digunakan untuk penyedap masakan.

• Kecap, berbahan baku kedelai yang memanfaatkan enzim Protease dan agen biologi Aspergillus soyae.
• Oncom, berbahan baku bungkil kacang dan ampas tahu, dengan menggunakan enzim Protease dan agen biologi Monilia sitophila.

Oncom, memiliki warna khas oranye dibagian luarnya. 

• Yoghurt, berbahan baku susu dengan memanfaatkan enzim Laktase dan ageni biologi bakteri Streptococchus themophillus atau bakteri Streptococus vulgaris.

Yoghurt memiliki tekstur lembut, rasanya masam, dan viskositasnya tinggi.

• Keju, berbahan baku susu dengan enzim Lipase dan agen biologi Lactobacillus.
• Mentega, berbahan baku susu, enzim Lipase, dan juga bakteri Lactobacillus lactis atau bakteri Streptococcus lactis.

Mentega terbuat dari susu hewan ternak. Lazimnya, bahan baku pembuatan mentega adalah susu sapi.

• Tapai ketan, berbahan baku beras ketan dan memanfaatkan agen biologi Saccharomyces cereviceae.
• Asinan, berbahan baku kubis dengan bantuan enzim Laktase dan bakteri Lactobacillus plantarum.

Sauerkraut, asinan khas Jerman. Bahan baku utamanya adalah kubis.

• Sirup dengan bahan baku gula dengan bantuan enzim Amilase dan bakteri Bacillus subtulis.
• Nata de coco, berbahan baku air kelapa dengan memanfaatkan enzim Selulase dan bakteri Acetoacter xylinum.

Nata de coco, terbuat dari air kelapa.

• Es krim, berbahan baku susu dengan bantuan enzim Laktase dan bakteri Saccharomyces fungilis.
• Kombucha, minuman dari fermentasi teh manis. Beberapa mikroorganisme yang membantu proses pembuatan kombucha antara lain, Acetobacter xylinum, Acetobacter aceti, Acetobacter pastenunanus, Brettanamyces bruxellensis. Brettanamyces intermedius, Saccharomuces cerevisiae, Candida formata, Gluconobacter, Mycoderma, Mycotorula, Pichia, Schizosoccharomyces, dan Torula.

Bagian scoby dari kombucha sekilas mirip dengan nata de coco.

Bidang Pertanian

Berikut ini adalah beberapa contoh Bioteknologi untuk pertanian:

• Hidroponik adalah metode bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanam.
• Tanaman mustard alami mengalami proses seleksi oleh manusia, sehingga bisa menghasilkan brokoli, kembang kol, dan kubis.

Skema selective breeding pada tanaman mustard liar.

Bidang Peternakan

Berikut ini adalah beberapa contoh Bioteknologi untuk peternakan:

• Domba Ankon, yaitu domba yang mempunyai kaki pendek dan bengkok akibat adanya proses mutasi alami.

Ancon sheep, domba berkaki pendek.

• Sapi Jersey, yaitu sapi penghasil susu yang mempunyai kandungan krim jauh lebih banyak setelah mengalami mutasi oleh manusia.

Sapi Jersey, warna tubuhnya coklat. Sapi jenis ini memiliki carbon footprint 20% lebih rendah daripada jenis sapi lainnya.

BIOTEKNOLOGI MODERN

Bioteknologi modern kita kenal dengan teknik yang lebih jauh melibatkan rekayasa genetika sehingga menghasilkan DNA rekombinan dan organisme transgenik.

CONTOH BIOTEKNOLOGI MODERN

Berikut ini beberapa contoh Bioteknologi modern:

• Profil DNA.
• Kloning DNA.
• Analisis genom.
• Transgenesis.
• Xenotransplantasi.
• Sel punca dan rekayasa jaringan.
• Bayi tabung/ inseminasi buatan
• Antibiotik
• Vaksin

PEMANFAATAN INOVASI TEKNOLOGI BIOLOGI DALAM BIDANG KESEHATAN

Bioteknologi juga dimanfaatkan dalam bidang kesehatan, berikut ini adalah contohnya:

• Interferon, obat yang dihasilkan untuk meningkatkan kekebalan tubuh dan melawan infeksi. Biasanya diberikan kepada penderita kanker dan hepatitis.

Interferon yang digunakan untuk penderita hepatitis atau kanker.

• Insulin, hormon buatan yang digunakan untuk mengontrol kondisi kadar gula darah. Hormon ini biasanya disuntikkan untuk penderita diabetes.
• Vaksin, bahan antigenik yang dimanfaatkan sebagai penghasil kekebalan tubuh terhadap penyakit tertentu. Pemberian vaksin biasa disebut imunisasi atau vaksinasi.
• Penisilin, antibiotik yang digunakan sebagai obat untuk mengatasi infeksi akibat bakteri dan jamur.

Antibiotik yang pertama, ditemukan oleh Alexander Flemming.

• Hormon pertumbuhan, hormon yang dibuat sebagai obat untuk mencegah kekerdilan dan sebagai bahan untuk membantu proses penyembuhan.
• Beta endorfin, hormon buatan yang bermanfaat untuk mengurangi rasa sakit. Hormon ini biasa diberikan untuk penderita gangguan kejiwaan seperti skizofrenia.
• Aktivator plasminogen, obat yang bermanfaat untuk mencegah stroke dan juga melarutkan darah yang beku.
• Interleukin 2, protein yang juga bermanfaat untuk mengaktifkan kembali sistem imunitas tubuh.
• Antibodi monoklonal, antibodi buatan yang digunakan untuk menyerang dan kemudian membunuh sel-sel tumor dan kanker.
• Enzim, protein yang bermanfaat untuk meningkatkan reaksi atau berfungsi sebagai biokatalisator yang baik. Pemanfaatannya biasa digunakan untuk keperluan manusia dan bidang industri.

MACAM BIOTEKNOLOGI

Menurut Biotech Health, ada banyak cara untuk mengelompokkan bioteknologi, tapi penggunaan kode warna adalah yang paling populer. 

Tujuannya agar kita lebih mudah mengingat area-area penelitian bioteknologi yang berbeda.

Ada empat subbidang utama bioteknologi, yakni bioteknologi medis (merah), bioteknologi agrikultur (hijau), bioteknologi industri (putih), dan bioteknologi lingkungan (abu-abu). 

Mari kita bahas lebih lanjut masing-masing subbidang tersebut:

1. Bioteknologi Merah

Bioteknologi merah berhubungan dengan ilmu kedokteran dan produk untuk kesehatan hewan, bioteknologi medis memiliki fungsi utama untuk menemukan obat sekaligus menyembuhkan dan mencegah penyakit. 

Bidang ini melibatkan studi sel bakteri, tumbuhan, dan hewan untuk memahami fungsinya di level dasar.

Bioteknologi medis banyak melibatkan studi DNA untuk mengetahui cara memanipulasi susunan genetik sel demi meningkatkan produksi karakteristik yang bermanfaat bagi manusia, seperti produksi insulin.

Bidang ini biasanya menghasilkan perkembangan obat-obatan dan terapi baru. 

Contohnya adalah vaksin, antibiotik, teknik diagnostik molekular, serta teknik rekayasa genetik untuk menyembuhkan penyakit.

2. Bioteknologi Hijau

Bioteknologi hijau berfokus pada bidang agrikultur,  mengembangkan tanaman rekayasa genetika, serta untuk meningkatkan hasil panen. 

Bisa juga untuk memperkenalkan sifat-sifat tanaman yang memberikan keuntungan sehingga dapat tumbuh di wilayah dengan cuaca dan hama tertentu. 

Di beberapa kasus, ilmuwan mengidentifikasi sebuah karakteristik, menemukan gen yang menyebabkannya, dan memasukkan gen tersebut ke tanaman lain sehingga tanaman tersebut memiliki sifat yang diinginkan. 

Misalnya, lebih tahan hama dan menghasilkan panen yang lebih besar dari sebelumnya.

Contoh bioteknologi agrikultur adalah menciptakan varietas tanaman baru (misalnya yang tahan hama secara alami tanpa perlu disemprot pestisida), biopestisida, dan biofertilizer.

Jenis hama dan biopestisida yang berkorelasi satu sama lain.

Ada pula seleksi buatan untuk tanaman dan hewan (selective breeding). 

Contohnya, mengawinkan hewan dengan sifat yang paling diinginkan dengan hewan lain sehingga menghasilkan keturunan yang baik (misalnya hewan lebih besar, lebih tahan penyakit, dan lebih jinak agar proses peternakan lebih menguntungkan).

3. Bioteknologi Putih

Bioteknologi putih berkaitan dengan bidang industrial, penerapan bioteknologi ini untuk tujuan industri, termasuk industri fermentasi. 

Bidang ini merancang proses dan produk yang lebih efisien energi, rendah polusi, dan rendah konsumsi sumber dayanya, sehingga dapat mengalahkan versi tradisional.

Bioteknologi industrial menggunakan sel seperti mikroorganisme atau komponen sel seperti enzim untuk menghasilkan produk di sektor yang berguna secara industri, seperti makanan dan pakan hewan, zat kimia, deterjen, kertas dan bubur kertas, produksi zat kimia, tekstil, bahan bakar hayati, dan biogas.

Beberapa jenis bahan bakar hayati yang dimanfaatkan oleh manusia.

Penggunaan teknik biologi molekular modern juga mengurangi dampak lingkungan proses industri yang bermacam-macam. 

Misalnya mengurangi emisi gas rumah kaca dengan menggunakan bahan mentah yang bisa diperbaharui untuk menghasilkan bermacam-macam zat kimia dan bahan bakar serta beralih dari ekonomi berbasis petrokimia.

Contoh bioteknologi industrial adalah biokatalis (misalnya memproduksi enzim untuk mensintesis zat kimia dalam kuantitas komersial menggunakan bioteknologi), fermentasi (misalnya jagung sebagai pengganti minyak bumi untuk menghasilkan zat kimia), serta mikroorganisme (berfungsi dalam produksi zat kimia untuk merancang dan menghasilkan plastik atau tekstil baru dan dalam perkembangan sumber energi baru yang berkelanjutan seperti bahan bakar hayati).

4. Bioteknologi Abu-abu

Bioteknologi abu-abu berkaitan dengan bidang lingkungan. Bioteknologi lingkungan adalah teknologi yang digunakan dalam pengolahan limbah dan pencegahan polusi. 

Tujuannya untuk menjaga keragaman hayati serta membuang polutan atau kontaminan menggunakan mikroorganisme dan tanaman untuk mengisolasi dan membuang banyak jenis zat, seperti logam berat dan hidrokarbon.

Teknologi tersebut bisa lebih efisien membersihkan banyak limbah dibanding metode konvensional, serta secara signifikan mengurangi ketergantungan kita akan metode pembuangan berbasis lahan.

Contoh bioteknologi lingkungan adalah bioremediasi, yakni pengembangan enzim bioreaktor yang tidak hanya mengolah beberapa komponen limbah makanan dan industri dengan zat kimia sebelum dibuang, tapi juga memungkinkan pembuangan secara efisien melalui sistem selokan tanpa menggunakan mekanisme pembuangan sampah padat.

PUPR menerapkan bioremediasi untuk Kali Item.