Senyawa kimia yang berperan sebagai gunting biologi pada proses DNA rekombinan adalah

Bioteknologi merupakan cabang ilmu biologi yang mengalami perkembangan pesat. Dalam mempelajari materi ini, maka diharapkan mampu menjelaskan arti, prinsip dasar, dan jenis-jenis bioteknologi; serta menjelaskan dan menganalisis peran bioteknologi serta implikasinya.

A. Pengertian Bioteknologi

Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, jamur, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya.

Rekayasa genetika disebut juga Pencangkokan Gen atau DNA Rekombinan. Kemampuan untuk mencangkokkan bahan genetik dan membongkar kembali informasi keturunan memberikan hasil yang sangat nyata dan sangat bermanfaat bagi kesejahteraan hidup. Mekanisme rekayasa genetika adalah sebagai berikut.

1. DNA dari sel sembarang organisme (DNA asing) putus menjadi beberapa bagian oleh enzim pembatas. Enzim ini mampu bertindak sebagai gunting biologi yang dapat mengenal dan kemudian secara kimia memotong tempat-tempat tertentu pada molekul DNA.
2. Potongan-potongan DNA itu dimasukkan ke dalam plasmid DNA dari bakteri secara acak.
3. Plasmid yang membawa potongan DNA asing tersebut masuk ke dalam sel bakteri. Plasmid dapat mengadakan replikasi di dalam sel bakteri. Setiap kali sel bakteri membelah, sel anakan menerima sebuah atau lebih banyak plasmid. Plasmid inilah kemudian membelah sampai jumlah tertentu.

Plasmid adalah kromosom kecil yang terdapat pada bakteri. Plasmid sering digunakan sebagai vektor untuk rekayasa genetika. Enzim-enzim yang digunakan dalam rekayasa genetika antara lain:

1. Enzim Endonuklease Restriksi berfungsi untuk menggunting daerah tertentu pada DNA asing.
2. Enzim ligase berfungsi untuk menyambungkan/menempelkan kembali DNA yang telah digunting tersebut pada DNA lain. Hibrid yang terbentuk disebut DNA Rekombinan.

Baca juga :  Struktur dan Fungsi Sel

  Baca juga: Rekayasa Hewan yang Pernah Dilakukan  

Sel tumbuhan dapat tumbuh pada kultur (media tumbuh) yang cukup mengandung nutrien. Prinsip dasar kultur jaringan sel adalah bahwa sel yang diisolasi akan mengembangkan potensi dasarnya.

D. Produk-Produk Bioteknologi

1. Interferon (INF) berfungsi untuk mengobati berbagai penyakit yang disebabkan oleh virus dan penyakit kanker tertentu.
2. Antibodi monoklonal berfungsi untuk mendiagnosis jenis penyakit tertentu dan meningkatkan ketahanan tubuh terhadap kanker dan penyakit lainnya.
3. Hormon insulin diperlukan bagi penderita kencing manis (diabetes melitus).
4. Hormon tumbuh berfungsi untuk meningkatkan produksi daging dan susu ternak.
5. Protein hasil rekayasa genetika digunakan untuk pengobatan terhadap serangan jantung dan stroke.
6. Pengenalan antibiotik baru, merupakan hasil peleburan (fusi) sel.
7. Vaksin hepatitis, sebagai hasil rekayasa genetika.
8. Penggunaan mikroba untuk industri makanan, kimia, dan pengolahan limbah (polutan).
9. Penggunaan mikroba untuk membasmi hama tanaman pertanian.
10. Penggunaan mikroba untuk mengekstrak logam dari limbah pabrik.

E. Dampak Rekayasa Genetika

• Pembuatan insulin dari bakteri;
• Pembuatan vaksin untuk virus AIDS;
• usaha penyembuhan untuk beberapa penyakit seperti Penyakit Lesch-Nyhan;
• usaha pencangkokan gen untuk penyakit Thalasemia.

Penggunaan pencangkokan gen untuk mendapatkan senyawa-senyawa dosis kecil tetapi memperlihatkan pengaruh yang besar seperti hormon dan protein pengatur.

• Mengganti pemakaian pupuk nitrogen yang harganya mahal dengan fiksasi nitrogen secara alamiah;
• pembuataan gen-gen untuk simbiosis;
• mengusahakan tanaman yang mampu menghasilkan pestisida sendiri.

• Menciptakan bakteri yang mampu melarutkan logam-logam langsung dari dalam bumi;
• Menciptakan bakteri yang mampu menghasilkan bahan kimia yang sebelumnya dibuat dari minyak atau dibuat secara sintetis.

  Baca juga: Aplikasi Teknologi Rekayasa Genetika  

Rekayasa genetik merupakan cabang ilmu yang berhubungan dengan modifikasi langsung atau perubahan susunan genetik dari suatu organisme hidup untuk mengekspresikan sifat-sifat yang tidak alami namun diinginkan. Dalam memodifikasi genetika biasanya menggunakan DNA dan transformasi gen tertentu untuk menciptakan variasi gen yang baru. Kira-kira apa saja komponen dari rekayasa genetik ini?

Prinsip dasar teknologi rekayasa genetik adalah memanipulasi atau melakukan perubahan susunan asam nukleat dari DNA atau menyelipkan gen baru ke dalam struktur DNA organisme penerima. Ada beberapa komponen utama yang digunakan dalam teknik rekayasa genetika antara lain enzim, vektor kloning, dan sel inang yang kompeten.

Enzim

Dalam rekayasa genetika digunakan 2 jenis enzim yaitu enzim restriksi endonuklease dan ligase. Enzim restriksi endonuklease berfungsi untuk memutus ikatan gula fosfat DNA dan memotong nukleotida-nukleotida yang spesifik pada DNA.

Oleh karena itu, enzim restriksi disebagai “gunting molekuler”. Sedangkan DNA ligase adalah enzim yang berfungsi untuk menyambungkan fragmen-fragmen DNA dengan cara membentuk ikatan diester antara dua nukleotida.

Vektor Kloning

Vektor kloning merupakan suatu komponen pembawa gen yang akan dimasukan ke dalam sel inang. Suatu ventor kloning harus memiliki bagian titik mula replikasi atau ORI (Origins of replication) yang menandai tempat dimulainya replikasi DNA, gen seleksi (selectable marker) yang membantu mengidentifikasi sel yang akan diubah dari sel aslinya, dan situs restriksi (restriction site) atau daerah kloning merupakan urutan DNA khas yang akan dikenali oleh enzim restriksi.

(Baca juga: Rekayasa Genetik dan Contohnya)

Suatu vektor kloning memiliki lebih dari satu situs restriksi. Beberapa situs restriksi untuk beberapa enzim endonuklease di dalam vektor disebut polylinker. Terdapat beberapa jenis vektor kloning yang telah diketahui yaitu plasmid, bakteriofaga, kosmid, vektor, YAC, virus hewan dan virus tumbuhan.

• Plasmid, merupakan vektor kloning yang paling sering digunakan dalam proses kloning pada bakteri. Plasmid adalah DNA ekstrakromosomal yang biasanya berbentuk sirkuler, dan plasmid ini ditemukan dalam sel bakteri. Bakteri memiliki kemampuan pembelahan yang cepat, sehingga plasmid sering digunakan sebagai vektor pembawa gen untuk memproduksi suatu produk tertentu dalam waktu yang cepat.
• Bakteriofaga, merupakan virus yang menginfeksi bakteri dengan memasukan DNA nya ke dalam bakteri inang. DNA virus dapat dimanipulasi dengan cara disisipi gen asing kemudian dimasukan ke dalam bakteri. Bakteriofafa yang dikembangkan untuk vektor kloning yaitu bakteriofag lambda dan M13.
• Kosmid, merupakan kombinasi dari beberapa bagian vektor plasmid dan situs COS bakteriogaf lambda. Kosmid memungkinkan DNA target masuk ke dalam kepala lambda. Keuntungan dari penggunaan kosmid adalah tingkat efisiensi transformasinya yang tinggi dan dapat membawa 45kb DNA asing.
• Vektor YAC, merupakan vektor yang dikembangkan untuk mengkloning segmen DNA yang sangat besar.
• Virus hewan, DNA virus hewan dapat dimanipulasi untuk memasukan DNA asing ke dalam sel hewan yang dibudidayakan. Contohnya, Simian virus 40 (SV 40), Adenovirus dan Papiloma virus.
• Virus tumbuhan, virus ini dapat dimanipulasi untuk memasukan DNA asing ke dalam sel tumbuhan. Contohnya, Tobacco Mosaic Virus (TMV) dan Cauliflower Mosaic Virus (CaMV).

Sel Inang yang Kompeten

Sel inang yang kompeten berfungsi untuk memperbanyak mokelul DNA rekombinan hasil rekayasa genetika. Beberapa sel inang yang dapat digunakan misalnya sel bakteri, ragi, sel tumbuhan dan hewan. Jenis bakteri yang paling sering digunakan adalah E-coli karena mudah tumbuh dan dikontrol, dapat menerima berbagai macam vektor, dan membelah dengan cepat.

Selain itu, sel kompeten adalah sel yang mampu dan siap menerima DNA asing. Dimana, sel ini biasanya dibuat dengan menggunakan buffer CCMB80 yang mengandung garam kation divalent yaitu CaCl2. Garam ini berfungsi untuk mengubah muatan pada membrane sel sehingga sel bakteri menjadi tidak selektif terhadap molekul asing termasuk vektor plasmid. Selanjutnya ketika digunakan metode kejut panas (heat shock) dengan suhu kurang lebih 420C, maka DNA asing dapat masuk ke dalam sel inang.

Standar Kompetensi : 5. Memahami prinsip-prinsip dasar bioteknologi serta implikasinya pada Salingtemas.

Kompetensi Dasar: 5.1 Menjelaskan arti, prinsip dasar, dan jenis-jenis bioteknologi.

I. Pilihan Ganda 1. Perhatikan berbagai disiplin ilmu berikut! 1) Ekologi 2) Evolusi 3) Genetika 4) Mikrobiologi 5) Biologi Molekular Disiplin ilmu yang mendukung kemajuan clan per¬kembangan bioteknologi modern yaitu .... a. 1), 2), dan 3) b. 1), 2), dan 5) c. 2), 3), dan 4) d. 2), 4), dan 5) e. 3), 4), dan 5) 2. Senyawa kimia yang berperan sebagai "gunting biologi" pada proses DNA rekombinan adalah .... a. ligase d. katalase b. laktase e. restriksi c. maltase 3. Enzim ligase pada proses DNA rekombinan berperan .... a. memotong plasmid b. memotong DNA yang kehendaki c. memperbanyak DNA rekombinan d. menyambungkan gen ke dalam plasmid e. memasukkan DNA rekombinan ke dalam vektor 4. Bagian sel bakteri yang digunakan sebagai vektor pada proses DNA rekombinan adalah.... a. plasmid d. kromosom b. ribosom e. sitoplasma c. mesosom 5. Prinsip kerja teknik DNA rekombinan adalah .... a. menumbuhkan mikrobia di dalam suatu me¬dia tumbuh b. menumbuhkan satu sel tumbuhan menjadi satu tumbuhan utuh c. mengubah susunan gen dalam kromosom dengan memotong clan menyambung gen d. memindahkan inti sel tubuh ke dalam sel telur yang telah dihilangkan inti selnya e. menggabungkan dua sel dari jaringan yang sama maupun organisme berbeda II. Isian 6. DNA rekombinan dilakukan dengan me¬mindahkan gen tertentu dari spesies satu ke spesies lain dengan perantaraan …. 7. Senyawa kimia yang berfungsi memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa adalah… 8. Molekul DNA berantai rangkap dan berbentuk cincin disebut …. 9. Sisa-sisa pembakaran sampah dapat dijadikan sebagai media tumbuh PST sebab sisa-sisa pembakaran sampah merupakan …… 10. Memasukkan DNA rekombinan ke dalam vektor dilakukan melalui pemanasan dalam larutan …. KUNCI JAWABAN 1. Jawaban: e Perkembangan bioteknologi sangat ditentukan oleh perkembangan ilmu-ilmu lain di antaranya Mikrobiologi, Biologi Sel, Biologi Molekular, Biokimia, dan Genetika. Sementara itu, ekologi adalah ilmu yang mempelajari hubungan timbal batik antara makhluk hidup dengan lingkungan. Evolusi adalah ilmu yang mempelajari per¬kembangan makhluk hidup dari yang sederhana sampai kompleks. Jadi, Ekologi dan Evolusi tidak menentukan perkembangan bioteknologi. 2. Jawaban: e Ligase berperan sebagai lem biologi pada proses DNA rekombinan. Laktase, maltase, dan katalase tidak terlibat dalam proses DNA rekombinan. Laktase berfungsi memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Maltase berfungsi memecah maltosa menjadi glukosa. Katalase berfungsi menguraikan hidrogen peroksida (H2O2) menjadi air dan oksigen. 3. Jawaban: d Pemotongan plasmid dan DNA yang dikehendaki dilakukan oleh enzim endonuklease restriksi. Memasukkan DNA rekombinan ke dalam vektor dilakukan melalui pemanasan dalam larutan NaCI atau melalui elektroporasi. DNA rekombinan akan diperbanyak oleh vektor dongan cara membelah diri. 4. Jawaban: a Plasmid pada bakteri dapat berikatan dengan gen, memperbanyak, dan mengekspresikan gen sehingga dapat digunakan sebagai vektor pada proses DNA rekombinan. Kromosom, sitoplasma, ribosom, dan mesosom tidak dapat digunakan sebagai vektor karena tidak mampu berikatan dengan gen, memperbanyak, dan mengekspresi¬kan gen. 5. Jawaban: c Menumbuhkan mikrobia di dalam suatu media tumbuh merupakan prinsip dari fermentasi. Menumbuhkan satu sel tumbuhan menjadi satu tumbuhan utuh merupakan prinsip dari kultur jaringan. Memindahkan inti sei tubuh ke dalam sel telur yang telah dihilangkan inti selnya merupakan prinsip dari kloning. Menggabungkan dua sel dari jaringan yang sama maupun organisme berbeda merupakan prinsip dari fusi protoplasma. 6. mikro¬organisme 7. laktase 8. plasmid 9. zat organik 10. NaCI

Kompetensi Dasar: 5.2 Menjelaskan dan menganalisis peran bioteknologi serta implikasi hasil-hasil bioteknologi pada Salingtemas.

I. Pilihan Ganda 1. Perhatikan beberapa produk berikut! 1) Yoghurt 2) Mentega 3) Mikoprotein 4) Nata de coco 5) Bovin somatotropin Produk-produk bioteknologi modern meliputi .... a. 1) dan 2) d. 3) dan 4) b. 1) dan 5) e. 3) dan 5) c. 2) dan 4) 2. Contoh hasil penerapan bioteknologi di bidang pangan yaitu .... a. vaksin b. antibiotik c. mikoprotein d. bovin somatotropin e. antibodi monoklonal 3. Produk bioteknologi yang dapat digunakan untuk mendeteksi adanya kehamilan yaitu .... a. antibiotik b. mikoprotein c. protein sel tunggal d. bovin somatotropin e. antibodi monoklonal 4. Mikroorganisme yang dapat digunakan sebagai bahan pembuatan protein sel tunggal yaitu .... a. Saccharomyces cerevisiae b. Agrobacterium tumefaciens c. Thiobacillus ferrooxidans d. Bacillus thuringiensis e. Beauveria bassiana 5. Agrobacterium tumefaciens dapat dijadikan sebagai vektor pada proses DNA rekombinan karena.... a. mempunyai plasmid Ti yang dapat bergabung dengan DNA tumbuhan b. mempunyai plasmid Ti yang dapat memotong kromosom tumbuhan c. mempunyai kromosom yang dapat ber¬gabung dengan plasmid Ti d. dapat menginfeksi kromosom tumbuhan sehingga terbentuk tumor e. dapat menghasilkan enzim ligase untuk memotong kromosom tumbuhan II. Isian 6. Produksi PST dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat limbah karena .... 7. Tanaman tembakau yang tahan terhadap serangan virus TMV dapat diperoleh dengan memanfaatkan bioteknologi melalui proses .... 8. Sapi Herman merupakan sapi transgenik yang telah disisipi gen manusia sehingga mampu rnenghasilkan susu yang mengandung .... 9. Implikasi bioteknologi dalam membantu me¬mecahkan masalah lingkungan dapat dilihat dari peran Thiobacillus ferrooxidans dalam .... 10. Pembudidayaan tanaman kapas transgenik yang mampu memproduksi delta endotoksin sebagai insektisida alami dapat menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan berupa... KUNCI JAWABAN 1. Jawaban : e Yoghurt, mentega, dan nata de coco merupakan produk-produk bioteknologi konvensional. Hal ini karena makhluk hidup yang digunakan untuk membuat produk-produk tersebut belum mengalami rekayasa genetika. 2. Jawaban : c Vaksin, antibiotik, dan antibodi monoklonal merupakan contoh hasil penerapan bioteknologi di bidang kedokteran. Bovin somatotropin merupakan contoh hasil penerapan bioteknologi di bidang peternakan. 3. Jawaban: e Antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mendeteksi kandungan hormon korionik gona¬dotropin dalam urino wanita hamil. Dengan demikian, antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mendeteksi adanya kehamilan. Antibiotik di¬gunakan untuk menghambat pertumbuhan mikro¬organisme penyebab penyakit. Protein sel tunggal dan mikoprotein digunakan sebagai makanan cumber protein. Bovin somatotropin digunakan untuk meningkatkan produksi daging dan susu temak. 4. Jawaban: a Agrobacterium tumefaciens digunakan sebagai vektor pada proses DNA rekombinan. Thiobacillus ferrooxidans digunakan untuk memurnikan logam dari bijihnya. Bacillus thuringiensis dan Beauveria bassiana digunakan untuk mengendalikan hama serangga pada tanaman budidaya. 5. Jawaban: a Agrobacterium tumefaciens dapat dijadikan sebagai vektor pada proses DNA rekombinan karena mempunyai plasmid Ti (Tumor inducing) yang dapat bergabung dengan DNA tumbuhan. 6. Substrat yang digunakan dapat berupa limbah 7. DNA rekombinan 8. Laktoferin 9. memurnikan logam dari bijihnya 10. hilangnya plasma nutfah

Page 2