BIOTEKNOLOGI: TEKNOLOGI PCR

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Polymerase Chain Reaction (PCR) 

PCR adalah teknik yang paling umum digunakan oleh para peneliti bidang Biologi molekuler dan Genetika. Prinsip umum kerja PCR adalah menggandakan potongan DNA tertentu dengan bantuan enzim. Sejak ditemukan pertama kali mesin PCR (nama lainnya Thermal Cycler) oleh Karry Mullis pada tahun 1984, kini hampir semua kegiatan di bidang biologi molekuler, genetika, kedokteran hingga forensik tidak lepas dari PCR. Wajar jika The Royal Swedish Academy of Sciences mengganjar Mullis dengan Hadiah nobel pada tahun 1993.

Gambar Teknologi PCR

Untuk lebih jelas bisa lihat videonya yaa

Link video:

https://youtu.be/rgj0BifStM8 

https://youtu.be/_YgXcJ4n-kQ

Prinsip kerja PCR adalah menggandakan potongan DNA tertentu dari seluruh untaian DNA, baik yang berasal dari DNA sel inti (nukleus) maupun organel sel seperti DNA mitokondria (mtDNA) atau Ribosom (rDNA). Untuk mendapat potongan DNA, diperlukan Primer yang berfungsi untuk menandai dimana ujung DNA yang akan digandakan. Primer biasanya berpasangan, yaitu Primer forward untuk menandai ujung depan untai DNA dan Primer Reverse untuk menandai dari ujung belakang. Karena DNA terdiri dari 2 untai pilinan ganda (double strand), maka DNA Primer forward bekerja pada strand yang satu sementara Primer Reverse bekerja pada untai pilinan yang satunya.

Gambar Proses PCR

Untuk melakukan penggandaan, dibutuhkan bahan baku DNA buatan, namanya dNTP. Masih ingat 4 jenis ribosa DNA kan?  yups .... Adenine, Guanine, Cytosin dan Thymine. Nah... untuk PCR diperlukan dNTPa untuk Adenine, dNTPg, dNTPc dan dNTPt untuk masing-masing gula ribosa. Biasanya campuran dNTP-dNTP ini dalam istilah bahasa Inggris cukup disingkat dNTP's.

Untuk merakit untai DNA buatan dari dNTPs ini, dibutuhkan bantuan enzyme Taq polymerase. Enzyme ini bekerja optimal pada suhu tinggi hingga 100 derajat celcius. Taq polymerase dipanen dari sebuah bakteri bernama Thermus aquaticus yang ditemukan di sumber air panas, makanya hasil enzyme nya tahan panas dan tidak rusak pada suhu air mendidih.

Ada 3 tahap dalam kerja PCR, yaitu Denaturing, Annealing dan Extension. 

1. Denaturing adalah proses memisahkan 2 untai pilinan DNA. Pada tahap ini, ikatan hidrogen yang menyatukan kedua pilinan itu terlepas sehingga masing-masing akan menjadi untai tunggal. Biasanya suhu Denaturing berkisar antara 92-94 derajat celcius.
2. Annealing adalah tahapan dimana primer forward dan reverse mencari pasangannya di untai-untai DNA. Jika pas..... maka dia akan melekat. Suhu Annealing biasanya berkisar antara 40-55 derajat Celcius. Suhu yang biasanya umum dipakai adalah 50-52 derajat C.
3. Setelah itu, mesin PCR akan kembali memanaskan 'sup DNA' lagi ke suhu 72 derajat celcius agar Taq polymerase bekerja menggandakan potongan DNA. Pertama ia, maksudnya si Taq, membaca primer seperti layaknya pesawat terbang lari di landasan pacu sebelum take off. 

Biasanya ketiga tahap ini diulang sebanyak 30 kali untuk mendapatkan 1.073.741.766 atau satu miliar tujuh pulih tiga juta tujuh ratus empat puluh satu ribu tujuh ratus enam puluh enam  -(bener nggak bacaan ane ;-)) - kopi / clone potongan DNA.

Nah...potongan-potongan inilah yang dimanfaatkan oleh para peneliti untuk berbagai kegunaan, mulai dari deteksi penyakit, silsilah kekerabatan keluarga, meng-kloning manusia hingga membuktikan kasus kriminal.

Sebagai tambahan pengetahuan ringan seputar PCR:

-Harga mesin PCR baru pada tahun 2004 mulai dari USD 25.000 atau 230 jety untuk kurs Rp. 9200 per dollar. Hmmmm....mahal bo!!, buat beli cendol bisa pake berenang.

- Harga Taq polymerase berkisar antara 850.000 - 1 jety se-uprit (0,5 mili(liter)) . Masih lebih banyak air mata ane yang keluar saat nonton kabhie kushie kabhi gham.

- Sementara harga dNTP untuk volume yang sama (dengan Taq), harganya 2 kali lipatnya.

Dikutip dari berbagai sumber, terutama jurnal aslinya Karry Mullis.

Sumber: http://biologimolekuler.blogspot.com/2008/09/mengenal-polymerase-chain-reaction-pcr.html

BIOTEKNOLOGI: ISTILAH DALAM BIOTEKNOLOGI

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Daftar Istilah dalam Bioteknologi

1. Bioteknologi : Penerapan teknik pendayagunaan organisme hidup atau bagian organisme untuk membuat, memodifiksi, meningkatkan, atau memperbaiki sifat makhluk hidup serta mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus
2. Antibodi monoklonal : Antibodi yang diperoleh dari suatu sumber tunggal atau satu klon yang hanya mengenal satu jenis antigen.
3. Antibodi poliklonal: Antibodi yang dihasilkan oleh berbagai sel limfosit.
4. Kultur In vitro : Penanaman sel atau jaringan pada sel tumbuhan maupun sel hewan pada tabung atau cawan petri yang di dalamnya terdapat medium buatan.
5. Hibridoma:  Suatu metode untuk menggabungkan dua macam sel eukariot dengan tujuan mendapatkan sel hibrid yang memiliki kemampuan kedua sel induknya.
6. Kloning: Suatu metode untuk menghasilkan keturunan yang dikehendaki sama persis dengan induknya.
7. Kultur jaringan: Suatu metode untuk memperbanyak jaringan/sel yang berasal atau yang didapat dari jaringan orisinal tanaman secara vegetatif dalammedium secara in vitro (dalam tabung kaca).
8. Polymerase chains reaction (PCR): Metode yang sangat sensitif untuk mendeteksi dan menganalisis sekuen asam nukleat. 
9. RT-PCR (reverse transcriotase polymerase chains reaction): untuk memperbanyak (amplifikasi) rantai RNA menjadi DNA; tissue/cells → extracted → RNA/mRNA → rT-PCR → copy DNA (cDNA).
10. Hibridisasi DNA: Metode untuk menyeleksi sekuen DNA dengan menggunakan probes DNA untuk hibridisasi (pencangkokan) rantai DNA.
11. Fermentasi: Suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba.
12. Fermentasi aerob: Fermentasi yang memerlukan oksigen untuk mengubah substrat gula menjadi dan hasil akhirnya asam piruvat dan karbondioksida (CO2).
13. Fermentasi anaerob: Fermentasi yang tidak memerlukan oksigen, gula akan diubah menjadi asam piruvat, kemudian asetaldehida dan akhirnya menjadi alkohol; etanol atau methanol dan asam laktat.
14. Fermenter: (bioreaktor) digunakan untuk tempat berlangsungnya proses fermentasi.
15. Medium (substrat):  Sebagai tempat tumbuh dan berkembang harus menjamin ketersediaan dan kebutuhan mikroba untuk hidup dan tumbuh berkembang.
16. Inokulum: Agen hayati (living thing) meliputi organisme dan komponen subselulernya 
17. Kultur AIami: Dilakukan pada proses fermentasi tradisional yang memanfaatkan mikroorganisme yang ada di lingkungan (gatot dan growol yang dibuat dari singkong).
18. Kultur Murni : Mikroorganisme yang akan digunakan dalam fermentasi dengan sifat dan karaktersitik yang diketahui dengan pasti sehingga produk yang dihasilkan memiliki stabilitas kualitas yang jelas.
19. Kultivasi Mikroba: Upaya pemeliharaan bagi pertumbuhan mikroba. Untuk berhasilnya kultivasi mikroba diperlukan teknik aseptik, medium serta lingkungan fisik yang sesuai.
20. Eksplan (explant):  Suatu bagian kecil dari tanaman (sel, jaringan, atau organ) yang digunakan untuk memulai suatu kultur.
21. Overplanting: Pemindahan bibit tanaman dari dalam botol kultur ke botol lain yang mengandung media baru yang komposisinya sama dan bibit yang ditanam lebih sedikit jumlahnya.
22. Teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology): Suatu metode untuk merekayasa genetik dengan cara menyisipkan (insert) gena yang dikehendaki ke dalam suatu organisme.
23. Rekayasa genetika merupakan suatu metode untuk mengubah gena atau memanipulasi gena dan kemudian memindahkan gena tersebut dari suatu organisme ke organisme lain dalam suatu spesies atau berbeda spesies.
24. Terapi gena pada sel somatis (somatic gene therapy): Usaha mereparasi gen karena cacat bawaan dengan cara menyisipkan gen normal ke organisme penderita, sebagai contoh kelainan metabolisme.

BIOTEKNOLOGI: SOAL DAN PEMBAHASAN

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Soal dan Pembahasan BIOTEKNOLOGI

1. Antibodi monoklonal adalah anti bodi yang…

A. dihasilkan oleh klon sel-sel hibridoma

B. dihasilkan dari darah hewan yang diimunisasi

C. dapat mengenali semua jenis antigen

D. memberi kekebalan terhadap virus influenza

E. dapat langsung mematikan sel-sel kanker

Jawab: A

Antibodi monoklonal adalah antibodi yang dihasilkan malalui teknik hibridoma yang berfungsi dalam:

 tes kehamilan

 diagnosa dan terapi kanker

2. Sel-sel yang diperolah dengan cara peleburan dua tipe sel somatic hasil isolasi dari jaringan yang berbeda menjadi satu sel tunggal, disebut…

A. Zigot

B. Sel yang diklon

C. Chimera

D. Sel hasil rekombinasi

E. Hibridoma

Jawab: E

Sel-sel yang diperoleh dengan cara peleburan dua tipe sel somatic disebut hibridoma

3. Produksi antibody monoclonal yang merupakan hasil pemanfaatan salah satu cabang bioteknologi, yaitu….

A. teknologi enzim

B. teknologi hibridoma

C. teknologi DNA rekombinan

D. teknologi reproduksi

E. kultur jaringan

Jawab: B

Antibodi monoclonal dihasilkan melalui penyatuan 2 sel dari dua organisme yang berbeda dengan teknologi Hibridoma.

4. Vektor yang umum digunakan dalam rekayasa genetika adalah….

A. mitokondria

B. kromosom

C. plasmid

D. kloroplas

E. ribosom

Jawab: C

Vektor yang digunakan dalam rekayasa genetika adalah plasmid (untaian DNA berbentuk lingkaran di luar kromosom terdapat pada bakteri)

5. Cloning masih merupakan kontroversi anatara bencana dan keberhasilan dalam bidang bioteknologi. Cloning manusia merupakan rekayasa genetic yang dilakukan pada tingkat…

A. organisme

B. system organ

C. organ

D. jaringan

E. sel

Jawab: E

Kloning adalah cara pembentukan individu secara vegetatif melalui rekayasa genetiak tingkat sel.

6. Keberhasilan rekayasa genetic antara lain disebabkan oleh kemampuan plasmid yang pada prinsipnya berperan sebagai….

A. penyambung gen asing yang dicangkokan ke bakteri

B. pembawa gen asing ke dalam sel bakteri

C. penerjemaan kode genetic

D. penghasil metabolit sekunder di dalm sel

E. pembentuk protein antibody

Jawab: B

Plasmid adalah DNA berbentuk lingkaran yang berada di luar kromosom bakteri, dan dapat membawa gen asing ke dalam sel bakteri.

7. Vaksinasi dapat diberikan per oral, misalnya vaksin untuk mencegah penyakit:

A. cacar

B. rabies

C. tuberculosis

D. polio

E. disentri

Jawab: D

Vaksinasi dapat dilakukan dengan cara disuntikan atau diberikan lewat mulut/per-oral, misalnya vaksin polio untuk mencegah penyakit kelumpuhan/poliomyelitis.

8. Teknik kultur jarinagn sering digunakan untuk memperoleh tanaman dalam jumlah banyak dengan sifat-sifat yang sama. Jaringan berikut yang sel-sel penyusunnya memiliki daya totipoitensi paling tinggi adalah….

A. mesofil

B. parenkim

C. meristem

D. empulur

E. korteks

Jawab: C

Jaringan meristem mempunyai daya membelah tinggi (totipotensi)

9. Penelitian-penelitian yang berkaitan dengan rekayasa genetika tidak dapat lepas dari kerja potong memotong DNA. Untuk memotong DNA dalam kegiatan ini digunakan….

A. gunting mikro

B. pisau mikro

C. sinar laser

D. enzim

E. mikrotom

Jawab: D

Untuk menggunting DNA diperlukan enzim endonuklease retriksi.

10. Pertama kali penerapan teknologi rekayasa genetika pada manusia adalah bagi penderita penyakit….

A. malaria

B. diabetes

C. asma

D. jantung

E. ginjal

Jawab: B

Diabetes mellitus atau kencing manis dapat diobati dengan hormone insulin hasil rekayasa genetic dengan memanfaatkan teknologi plasmid.

BIOTEKNOLOGI HOME INDUSTRY (KERUPUK IKAN KAKAP)

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Pembuatan Kerupuk Ikan Kakap

Khas Kota Palembang

BIOTEKNOLOGI: VIDEO KULTUR JARINGAN

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Berikut ini video prinsip dari teknik Kultur Jaringan

Semoga bermanfaat

Penerapan Bioteknologi Putih/Abu Abu (Bioteknologi Industri)

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

BAB I

PENDAHULUAN

A.       Latar belakang

Bioteknologi adalah prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganan dan pengolahan bahan dengan agen biologis untuk menghasilkan barang dan jasa. Secara umum, bioindustri didefinisikan sebagai aplikasi bioteknologi dalam bidang industri, yang menjelaskan prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis untuk menghasilkan barang dan jasa. Jadi, bioindustri adalah salah satu bagian dari bioteknologi yakni penerapan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (skala industri) serta memperhitungkan kajian ekonomi dan untung rugi pada suatu proses produksi (Wignyanto dan Nur, 2017).

Bioteknologi merupakan perpaduan ilmu pengetahuan biokimia, mikrobiologi dan rekayasa untuk menghasilkan  proses, produk ataupun jasa yang dapat dimanfaatkan untuk manusia. Bioteknologi disebut ilmu pengetahuan yang sudah ada sejak jaman kuno, misalnya pemanfaatan khamir untuk produksi minuman beralkohol. Pada tiga dasa warsa terakhir, bioteknologi mengalami kemajuan sangat pesat, dimana bioteknologi dikembangkan pada tingkat yang lebih mikro yaitu pada tingkat molekuler, khususnya dengan memanipulasi unsur genetik misalnya asam nukleat yaitu de-oxy-ribo nucleic acid (DNA) dan ribo nucleic acid (RNA). Dengan perkembangan tersebut banyak dihasilkan proses dan produk baru yang dapat meningkatkan nilai tambah dan dapat digunakan di berbagai bidang seperti bidang kesehatan, industri dan bidang pertanian (Parwiroharsono, 2012).

B.       Rumusan masalah

Adapun rumusan masalah dari makalah bioteknologi industri yaitu :

1.         Apa yang dimaksud dengan bioteknologi industri?

2.         Bagaimana tahap-tahap biologi industri?

3.         Apa sajakah manfaat adanya bioteknologi industri?

4.         Apa sajahkah macam-macam bioteknologi industri?

C.       Tujuan

Adapun tujuan dari makalah bioteknologi industri yaitu :

1.         untuk mengetahui pengertian bioteknologi industri

2.         untuk mengetahui tahap-tahap bioteknologi industri

3.         untuk mengetahui manfaat bioteknologi industri

4.   untuk mengetahui macam-macam bioteknologi industri atau bidang usaha bioteknologi industri

D.       Manfaat

Adapun manfaat dari makalah bioteknologi industri ini yaitu untuk menambah informasi dan wawasan tentang bioteknologi industri baik tahapan, penerapan, peranan bioteknologi industri maupun peranan bioteknologi industri diberbagai bidang..

BAB II

PEMBAHASAN

A.       Pengertian bioteknologi industri

Bioteknologi industri merupakan salah satu aplikasi bioteknologi untuk mencapai tujuan industri, termasuk manufaktur, bioenergi, dan biomaterial. Dukungan bioteknologi terbaru bagi pengembangan bioindustri merupakan faktor esensial karena inovasi teknologi akan meninggkatkan nilai tambah dan memberikan manfaat nyata bagi pendapatan ( Collins, 2014).

Bioteknologi telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir. Hal ini telah menjadi salah satu teknologi yang paling menjanjikan untuk menghadapi tantangan yang muncul dan banyak dihadapi manusia. Peningkatan produktivitas dan nilai gizi tanaman yang dihasilkan oleh perkembangan terbaru dalam pemuliaan dengan bantuan penanda molekuler dan rekayasa genetika, memiliki efek positif seperti dapat mengurangi krisis pangan dan memerangi perubahan iklim (Pabendon. 2013)..

B.       Tahap-tahap bioteknologi industri

         Terdapat tiga tahap industrialisasi bioteknologi, yaitu:

1.        Tahap pertama yaitu bioteknologi hijau yang pertama kali dikembangkan dalam bentuk industri pertanian.

2.         Tahap kedua yaitu industri farmasi dan kedokteran.

3.         Tahap ketiga yaitu bioteknologi industri secara besar-besaran disemua sektor industri terutama pada bidang energi dan bioproses.

Dari segi skala ranah penerapan bioindustri, bidang-bidang yang dipelajari meliputi:

1.        Bioindustri pertanian (agroindustri)

2.        Kedokteran dan farmasi

3.        Bioindustri lingkungan (biodegradasi dan bioremediasi).

C.       Manfaat bioteknologi industri

Penerapan bioteknologi industri ini sudah dipakai dalam beberapa bidang mulai dari pertanian, perternakan, perindustrian skala besar dan dibeberapa bidang lainnya. Adanya bioteknologi industri ini mengurangi persaingan baik pada segi bahan bakar maupun bidang pangan.

Penerapan bioteknologi konvensional di bidang industri diantaranya adalah teknik bioremediasi, yaitu suatu proses pengelolaan limbah yang mengandung zat yang berbahaya (logam berat) menjadi limbah yang kurang berbahaya. Bioremediasi ini juga melibatkan mikroba tertentu diantaranya Xanthomonas campestris dan Pseudomonas foetida. Caranya dengan melepaskan langsung bakteri tersebut ke limbah pabrik yang tercemar.

Di bidang industri, bioteknologi memiilki peran yang penting dalam hal pemanfaatan biomasa untuk konversi energi dan produk-produk lain yang mempunyai nilai ekonomi tinggi seperti produksi enzim, gula alkohol, senyawa antibakteri dan lain-lain. Saat ini, bioteknologi industri merupakan teknologi kunci bagi terwujudnya bioekonomi yang berkelanjutan dan ramah lingkungan (Wardani dkk, 2017).

Menurut Suharto (2017), menyatakan bahwa dalam bidang industri bioteknologi, maka biomassa adalah senyawa organik yang dapat digunakan sebagai substrat sumber karbon (C) untuk energi mikroba. Sejalan dengan biomassa merupakan senyawa kimia organik, maka manfaat biomassa dalam industri bioteknologi adalah :

1.         Biomassa merupakan sumber daya alam yang terbarui dan tersedia di lokasi setempat setiap tahun.

2.         Biomassa merupakan bahan baku yang tidak perlu impor.

3.         Biomassa diproses dengan unit proses kimia, teknologi fermentasi, teknologi enzimatis, fisika, rekayasa genetika dengan penerapan tenaga kerja cukup besar untuk menjadikan beberapa produk.

4.         Residu biomassa seperti limbah jagung, limbah serealia, bagas tebu, jerami padi sebagai sumber lignoselulosa dapat diproses dengan teknologi fermentasi menjadi biosirup, sehingga terdapat industri bioteknologi tanpa limbah

5.         Biomassa diproses untuk menghasilkan :

a.      Sakarida dan polisakarida yang dicirikan oleh hidroksi  karbon, CH₂O pati  yang muda dihidrolisis oleh enzim.

b.     Lignin.

c.      Trigliserida.

D.       Macam-macam bioteknologi industri atau bidang usaha bioteknologi industri

Adapun Macam-macam bioteknologi industri atau bidang usaha bioteknologi industri, yaitu:

1.      Industri makanan dan minuman

Fermentasi pangan melibatkan proses konversi material mentah atau bahan dasar menjadi pangan fermentasi, oleh pertumbuhan dan aktivitas metabolisme mikroorganisme yang diinginkan.

Fermentasi secara umum, pada dasarnya telah dikenal cukup lama sejak manusia mampu memanfaatkan jasa ragi (yeast). Dalam pengawetan buah-buahan, pembuatan molt dari biji-bijian atau pembuatan minuman bir. Proses fermentasi telah berkembang hingga saat ini. Melalui proses fermentasi tersebut manusia dapat mengubah suatu bahan atau senyawa menjadi produk yang memiliki nilai ekonomi tinggi dengan memanfaatkan jasa mikroorganisme (Bachruddin, 2014). 

Tempe adalah salah satu makanan tradisional yang sudah lama

terkenal di Indonesia. Makanan tersebut dapat dibuat melalui proses fermentasi dari kacang kedele atau kacang lainnya seperti kacang merah dalam waktu tertentu menggunakan jamur Rhizopus sp (Astawan, 2009).

Hasil fermentasi biasanya menggandung alkohol. Contohnya adalah bir, rum (fermentasi dari jagung), anggur (hasil fermentasi oleh Saccharomyces sp), dan winski.

2.      Industri plastik

Pada industri plastik, plastik merupakan bahan yang sulit untuk diuraikan jika dibakar atau dihanguskan maka akan menyebabkan pencemaran lingkungan akibat asap pembakaran maka dari  itu dikembangkan produk plastik dari politen dan polyester poliurethan yang mermassa molekul lebih renda sehingga dapat diuraikan oleh mikroorganisme Cladosporium resinae. Ada juga jenis plastik pengemasan berbahan dasar polihidroksibutirat yang dihasilkan beberapa mikroba seperti Alxaligenes eutrophus.

3.      Industri pertanian

Pemanfaatan bioteknologi di bidang pertanian ditandai dengan banyaknya penemuan tanaman kultivar/varietas baru yang disebut tanaman transgenik, yang mempunyai sifat-sifat tertentu. Diantara tanaman tersebut adalah tanaman yang adaptif terhadap berbagai cekaman, baik cekaman biologis maupun cekaman non-biologis.Termasuk pada kriteria ini adalah tanaman yang toleran tumbuh di lahan marginal, yang potensial untuk dikembangkan dalam upaya peningkatan produk pertanian (Pabendon. 2013).

Tanaman rekayasa genetika seperti jagung, kacang kedelai dan kapas yang tahan cekaman hama atau efek sampingnya, telah dikembangkan dengan menggunakan bioteknologi dan berkembang di banyak negara maju dan negara berkembang. Tanaman GM memerlukan penggunaan bahan kimia lebih sedikit namun memiliki hasil yang lebih baik. Dengan demikian, bioteknologi sangat diharapkan dapat membantu mengatasi masalah ketersediaan pangan (Pabendon. 2013).

Adapun teknik memperbanyak tanaman seperti kultur jaringan (in vitro). Kultur jaringan adalah sistem kultur jaringan untuk perbanyakan tanaman dilakukan pada sebuah laboratorium yang aseptik dengan peralatan seperti pada laboratorium mikrobiologi. Dapat juga menggunakan peralatan sederhana seperti alamari penabur buatan sendiri atau dengan peralatan laboratorium kultur jaringan yang lebih canggih seperti Laminair air flow cabinet (Hendaryono, 1994).

4.      Industri perikanan

Mulai dari rekayasa media budidaya, ikan, hingga pasca panen hasil perikanan. Pemanfaatan mikroba telah terbukti mampu mempertahankan kualitas media budidaya sehingga aman untuk digunakan sebagai media budidaya ikan. Bioteknologi telah menciptakan ikan berkarakter genetis khas yang dihasilkan melalui rekayasa gen. Melalui rekayasa gen, dapat diciptakan ikan yang tumbuh cepat, warnanya menarik, dagingnya tebal, tahan penyakit.

5.      Industri perternakan

Bioteknologi pada bidang peternakan, khususnya bioteknologi reproduksi adalah inseminasi buatan (IB), transfer embrio (TE), pemisahan jenis kelamin, peisahan spermatozoa X dan Y, In Vitro Fertilization (IVF) atau dikenal dengan bayi tabung, kloning. Di Bidang peternakan khususnya sapi, bioteknologi reproduksi mulai berkembang pesat pada tahun1970-an. Teknologi Inseminasi Buatan berperan penting dalam rangka peningkatan mutu genetik dari segi pejantan. Sperma beku dapat diproduksi dan digunakan dalam jumlah banyak cukup dengan memelihara pejantan berkualitas baik dipusat IB.

6.      Industri farmasi dan obat-obatan

Perkembangan teknologi fermentasi ditandai dengan proses fermentasi dengan tujuan untuk memproduksi senyawa penisilin dalam sekala industri. Kebutuhan senyawa penisilin sangat penting pada waktu itu karena digunakan dalam kondisi perang. Kemajuan-kemajuan yang telah dicapai pada priode ini adalah teknik aseptik telah berkembang secara baik. Untuk menghasilkan penisilin tinggi, diadakan seleksi terhadap mikroorganime yang digunakan dan teknik ekstrasi produk dalam skala yang cukup wajar (Bachruddin, 2014).

Bioteknologi modern menggunakan mikroorganisme hasil rekayasa genetika seperti Escherichia coli, ragi untuk produksi senyawa biologi seperti antibiotika dan insulin sintetis, maupun sel mamalia untuk memproduksi golongan antibodi monoklonal. Penisilin juga diproduksi seperti yang telah diketahui bahwa penisilin merupakan antibiotik pertama yang dibuat dalam skala industri, dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum. Contoh lain adalah neomisin-B dihasilkan oleh Streptomyces fradiae, streptomisin dihasilkan oleh Streptomyces fradiae, streptomisin dihasilkan oleh Streptomyces griseus, dan fumigilin dihasilkan oleh Aspergillus fumigatus. Hormon juga dapat dihasilkan oleh mikroorganisme. Contohnya hormon insulin berguna untuk menolong penderita diabetes melitus. Bahan lain yang dihasilkan adalah berbagai jenis asam amino, enzim, dan vitamin.

Akhir-akhir ini, bioteknologi farmasi juga menggunakan  hewan  transgenik atau tanaman transgenik sebagai medium pembuatan obat. Aplikasi bioteknologi lainnya yang juga menjanjikan adalah pengembangan bidang diagnostik secara molekuler. Hal ini mengarah ke terapi personal dicocokkan pada genom pasien. Misalnya, wanita yang menderita kanker payudara dengan sel kanker yang mengekspresikan protein HER2 dapat diberikan Herceptin. Herceptin merupakan obat pertama yang disetujui untuk digunakan pada pasien kanker payudara dengan tes diagnostik yang cocok, yaitu pasien yang mempunyai ekspresi protein HER2, yang merupakan target bagi obat tersebut untuk dapat bekerja.

Ada beberapa teknologi yang sangat revolusioner yang di pakai dibidang bioteknologi kedokteran dan akan semakin berkembang pada era RI (revolusi indonesia)  keempat:

1. Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) / CRISPR-associated protein (Cas) 9 system. Pengembangan cara yang efisien dan untuk membuat perubahan yang ditargetkan pada genom sel-sel hidup secara tepat adalah tujuan lama bagi para peneliti biomedis. CRISPR / Cas9 system telah berkembang pesat hanya dalam waktu yang sangat singkat dan  sudah digunakan untuk berbagai gen target yang penting dalam berbagai macam sel dan organisme, termasuk  manusia, bakteri, ikan zebra, cacing C. elegans, tanaman, Xenopus tropicalis, ragi, lalat Drosophila, monyet, kelinci, babi, tikus serta mencit. Beberapa peneliti telah menggunakan metode ini untuk membuat point mutation (penghapusan atau sisipan) dalam gen target tertentu, melalui gRNA tunggal. Suatu perkembangan yang menarik baru-baru ini adalah penggunaan versi dCas9 dari sistem CRISPR / Cas9 dalam menargetkan domain protein untuk regulasi transkripsi, modifikasi epigenetik, dan visualisasi mikroskopik dari lokus genom tertentu. Alat pengedit dan penarget genom ini telah sangat meningkatkan kemampuan kita untuk mengeksplorasi patogenesis penyakit dan memperbaiki mutasi penyakit serta fenotipe. Dengan panduan singkat RNA, Cas9 dapat tepat diarahkan ke target area DNA tertentu, dan berfungsi sebagai enzim endonuklease yang efisien untuk menghasilkan pemotongan pada DNA untai ganda. Dalam kurun waktu 20 tahun terakhir, CRISPR telah berkembang dari alat ‘pengurut DNA dengan fungsi biologis yang tidak diketahui’ menjadi ‘pengedit genom’ yang sangat menjanjikan dan telah berhasil digunakan dalam percobaan yang menggunakan berbagai sel dan organisme. Teknologi pengedit genom ini juga dapat diterapkan untuk biologi sintetis, skrining genom fungsional, modulasi transkripsi, dan terapi gen

2. Metoda komputasi dalam pencarian obat baru. Pencarian obat dengan bantuan alat komputasi in silico telah memainkan peran utama dalam pengembangan molekul kecil lebih dari tiga dekade. Pencarian obat baru cara ini adalah strategi yang sangat efektif untuk mempercepat dan menghemat penemuan dan pengembangan suatu obat baru. Oleh karena terjadi peningkatan besar dalam ketersediaan informasi makromolekul biologis dan molekul kecil, penerapan komputasi penemuan obat telah diperluas dan telah diterapkan pada setiap tahap dalam alur kerja penemuan dan pengembangan obat. Termasuk di antaranya: Identifikasi dan validasi target obat, pencarian dan optimalisasi calon obat, serta tes-tes praklinis. Selama dekade terakhir, metode komputasi penemuan obat seperti docking molekuler, pemodelan dan pemetaan pharmafore, desain de novo, perhitungan kemiripan molekuler dan penapisan virtual berbasis urutan protein telah sangat meningkat. Banyaknya pekerjaan yang masih harus dilakukan dalam menemukan molekul yang cocok untuk dikembangkan sebagai obat baru dari berbagai kemungkinan senyawa yang tersedia secara teoritis membutuhkan tekonologi komputasi in silico yang sangat canggih. Tantangan ini dijawab dengan menggunakan program in silico yang lebih canggih dan komputer yang sangat mumpuni yang mendasari proses high throughput screening. Sekitar 90% dari senyawa yang ditapis dengan menggunakan teknologi in silico ini berpotensi gagal di tahap terakhir proses penapisan. Dengan demikian, apabila penapisan dilakukan secara efisien maka molekul yang mempunyai efek toksik akan dapat disingkirkan lebih dini, sehingga keseluruhan projek riset dapat menghemat waktu, uang dan tenaga. Ruang kimia adalah himpunan semua senyawa yang berpotensi menjadi obat (druggable). Dibutuhkan lebih dari jumlah atom di alam semesta untuk membangun senyawa-senyawa tersebut. Walaupun berbagai sistem pada area biologi telah dieksplorasi dan digunakan untuk mencari protein-protein baru yang bersifat farmakologis, namun pekerjaan riset ini masih akan terus berlangsung bertahun-tahun ke depan karena masih banyak protein yang harus ditemuan untuk mengobati penyakit-penyakit kronis. Tambahan lagi, mencari obat sintetik maupun biologis yang dapat secara akurat dan tepat berikatan dengan target biologis, dalam ruang yang juga relevan secara biologis, seperti analogi “mencari jarum di tumpukan jerami.” Ada banyak tantangan bagi molekul obat untuk menembus berbagai hambatan biologis agar dapat berikatan secara efektif dengan target, bahkan pada konsentrasi rendah. Seringkali, adanya reaksi off-target dari suatu molekul dapat menimbulkan efek toksik pada organisme, sekalipun potensi obat tersebut secara farmakologis cukup tinggi. Toksisitas adalah masalah utama dalam pengembangan suatu obat, dan seringkali toksisitas baru terdeteksi belakangan dalam tahap pengembangan.

3. Mikrobiota usus sebagai target terapi. Keterlibatan langsung dari mikrobiota usus dalam menjaga kesehatan dan timbulnya penyakit tertentu pada manusia menunjukkan bahwa perubahan komposisi mikroba komensal melalui kombinasi antibiotik, probiotik dan prebiotik menjadi pendekatan terapi baru. Suatu perspektif ‘sistem’ untuk membantu memahami interaksi kompleks bakteri dan sel “host”, serta hubungan mereka secara patofisiologis fenotip sehingga perubahan dalam komposisi mikrobiota usus di status penyakit dapat dilakukan. Saluran gastrointestinal manusia adalah rumah bagi konsorsium kompleks triliunan mikroba (sekitar 1 X 10¹³ to 1 X 10¹⁴), ribuan filotipe bakteri, serta hidrogen yang digunakan metanogen  archaea sebagai energi, yang sepanjang usus dengan jumlah genom kolektif (sebagai mikrobiom) yang berisi setidaknya 100 kali lebih banyak gen dari genom kita. Walaupun sebagian besar belum diselidiki dan masih banyak yang harus dipelajari, mikrobiota usus kita memainkan peran yang rumit dan penting untuk kesehatan kita. Munculnya teknologi 'omics' , seperti metagenomik dan metabonomik, dapat diterapkan untuk mempelajari ekologi usus mikroba pada tingkat molekuler. Strategi terapi masa depan untuk berbagai penyakit yang makin kompleks akan memanfaatkan mikrobiota usus dalam pengobatan pasien. Mikrobioma manusia mungkin memiliki banyak target potensial, dengan jumlah lebih dari 3.000 target pada genom manusia. Kombinasi antibiotika, probiotik dan prebiotik dapat digunakan sebagai rejimen terapi bertarget dalam mikrobiota usus untuk mengatur mikrobioma dan, akibatnya, memulihkan homeostasis ekologi usus dari host. Pendekatan terapi tersebut dapat dimonitor dan dievaluasi dengan menggunakan platform teknologi 'omics' metagenomik dan metabolomik seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, dengan menangkap variasi biokimia holistik dan dinamis yang terkait dengan kondisi patofisiologi dari host. Integrasi data metagenomik dan metabonomik akan menghasilkan data farmakologi dan klinis yang dapat menjadi dasar pengembangan alat diagnostik dan prognostik yang komprehensif mengenai penyakit kompleks.

4. Biologi sistem dan kesehatan masa depan. Pandangan kontemporer penyakit manusia yang didasarkan pada korelasi sederhana antara sindrom klinis dan analisa patologis dimulai dari akhir abad ke-19. Meskipun pendekatan untuk diagnosis penyakit, prognosis, dan pengobatan ini memang baik bagi dunia kedokteran dan sudah dipakai berpuluh-puluh tahun, namun cara ini belum sepenuhnya sempurna dan mempunyai kekurangan serius untuk era modern kedokteran genomik karena cara ini adalah derivatif berasal dari prinsip-prinsip eksperimentasi dan analisa secara reduksionis. Ada suatu cara baru yang lebih menjanjikan untuk melihat pengobatan dari sisi holistik. Munculah era baru biologi sistem, yang dapat secara holistik mengkuantifikasi perubahan sistem pada manusia. Hal ini dapat diterapkan pada dunia kedokteran untuk menegakkan diagnosis, mendefinisikan predileksi penyakit, dan mengembangkan strategi pengobatan secara individual (pribadi) berdasarkan patobiologi molekuler modern dan seperangkat lengkap data genom lengkap yang tersedia untuk populasi dan individu. Dengan cara ini, patobiologi sistem menawarkan janji untuk mendefinisikan bidang kedokteran dan penanganan terhadap penyakit. Biologi sistem merupakan cara baru yang mengaplikasikan model komputasi dan matematika pada sistem biologis yang kompleks. Dalam hal ini digunakan pendekatan rekayasa teknik pada riset biologi ilmiah. Oleh karena itu, biologi sistem adalah area pembelajaran yang interdisipliner berbasis biologi yang mempelajari interaksi kompleks dalam sistem biologis menggunakan pendekatan secara holistik (keseluruhan) daripada secara reduksionisme yang selama ini selalu dipakai. Pemakaian sistem holistik ini dimulai tahun 2000, di mana salah satu proyek besar yang sudah dilakukan adalah proyek sequencing genom manusia yang merupakan proyek kolaboratif dalam bidang genetika. Salah satu tujuan dari biologi sistem adalah mencari model yang memberikan pengertian tentang bagaimana sel dan jaringan berinteraksi satu sama lain, sehingga suatu organisme dapat berfungsi sebagai suatu sistem. Interaksi ini berhubungan dengan jaringan metabolik atau jaringan sinyal sel. Hal ini memungkinkan para ilmuwan di masa depan mengerti aplikasi patobiologi sistem pada dunia kedokteran. Keuntungan menggunakan pendekatan holistik berbasis jaringan adalah bahwa kita dapat mengkarakterisasi berbagai penyakit tanpa mengikuti prinsip-prinsip sistem reduksi semi empiris, namun menggunakan suatu sistem yang berdasarkan interaksi molekuler antar sel dan jaringan serta organ. Di masa depan, pengobatan yang didapatkan dengan biologi sistem ini akan membawa revolusi baru pada praktek kedokteran (Tjandrawinata,2016).

7.      Produk Sumber Energi

            Biogas merupakan hasil fermentasi berbagai mikroorganisme yang banyak mengandung gas metana. Oleh karena itu, bio gas dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas dan penerangan. Prinsip pembuatan biogas seperti pada pembentukan gas yang terjadi pada hewan mamamah biak, misalnya sapi. Di dalam lambung sapi, serat dari rumput yang bercampur dengan air akan diubah oleh bakteri menjadi asam organik. Kemudian asam organik akan berubah menjadi gas metan dan karbon dioksida dengan bantuan mikroorganisme seperti Bacterioides, Clostridium butyrinum, Methanobacterium, Methanobacillus, dan Eschericia coli.

8.      Industri minyak dan pertambangan

Mikroorganisme digunakan dalam berbagi bidang perminyakan dan pertambangan. Dalam bidang perminyakan berperan dalam pembentukan minyak, eksplorasi minyak, dan pembersihan ceceran minyak. Selain itu beberapa jenis bakteri dapat dimanfaatkan dalam pemisahan logam dari bijihnya. Contohnya adalah Thiobacillus ferooxidans. Bakteri ini tumbuh dalam lingkungan asam, seperti tempat pertambangan dan mampu memisahkan tembaga-tembaga dari bijinya melalui reaksi kimia. Strain yang lain mampu memisahkan logam besi dari bijihnya (besi sulfida). Chlorella vulgaris juga dapat melepaskan emas dari bijihnya dan mengakumulasi emas itu di dalam selnya. Jenis bakteri yang lain telah digunakan untuk memperoleh kembali beberapa bijih logam seperti mangan (Mn) dan  uranium  yang terdapat pada konsentrasi rendah pada bijih.

BAB IV

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Bioteknologi industri adalah aplikasi bioteknologi dalam bidang industri, yang menjelaskan prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan penanganan dan pengolahan bahan dengan bantuan agen biologis untuk menghasilkan barang dan jasa. Ada tiga tahap industrialisasi bioteknologi. Bioteknologi industri ini sangat bermanfaat dibeberapa bidang seperti bidang perternakan, perikanan,  industri besar, kedokteran dan farmasi, industri plastik, industri  minyak serta pertambangan.

DAFTAR PUSTAKA

Astawan .2009. Sehat dengan Hidangan Kacang dan Biji-Bijian. Cetakan 1. Jakarta :Penebar Swadaya.

Bachruddin Zaenal.2014.Teknologi fermentasi pada industri perternakan. Yogyakarta : Gadjah mada university press.

Collins .H.2014. Bioindustry. Collins english dictionary-complate and unabridget.

Hendaryono, D. & Wijayani, A. 1994. Teknik Kultur Jaringan, Pengenalan dan Petunjuk Perbanyakan Tanaman secara Vegetatif-Modern. Yogyakarta: Kansius.

Pabendon Marcia Bunga. 2013. Peran Penelitian Bioteknologi Menunjang Pertanian Bioindustri. Balai penelitian tanaman serealia

Pawiroharsono Suyanto.2012. Peran Bioteknologi untuk Peningkatan Produksi Pangan di Lahan Marginal. Pangan, Vol. 21 No. 1.

Suharto. 2017. Bioteknologi Dalam Bahan Bakar Nonfosil. Yogyakarta: ANDI.

Raymond R Tjandrawinata 2016.industri 4.0: revolusi industri abad ini dan pengaruhnya pada bidang kesehatan dan bioteknologi. Researchgate publication. DOI: 10.5281/zenodo.49404

Wardani, Agustin Krisna., Sudarma Dita Wijayanti, dan Endrika Widyasuti. 2017. Pengantar Bioteknologi. Malang: UB Press.

Wignyanto dan Nur Hidayat. 2017. Bioindustri. Malang: UB Press.

BIOTEKNOLOGI: KULTUR JARINGAN

Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh

A.    Pengertian Kultur Jaringan Tumbuhan

Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan sel, jaringan atau organ tanaman dengan pada medium buatan (in vitro) secara aseptik.  Kultur jaringan merupakan cara memperbanyak tanaman dengan mengisolasi bagian tanaman seperti sel, jaringan dan organ serta menumbuhkannya di dalam kondisi yang steril, sehingga bagian - bagian tersebut bisa memperbanyak diri dan menjadi tanaman lengkap.

Kultur jaringan atau budidaya in vitro adalah suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman seperti protoplasma, sel, jaringan atau organ yang serba steril, ditumbuhkan pada media buatan yang steril, dalam botol kultur yang steril dan dalam kondisi yang aseptik, sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi suatu tanaman yang lengkap (Andini, 2001).

Kultur jaringan adalah serangkaian kegiatan yang dilakukan untuk membuat bagian tanaman (akar, tunas, jaringan tumbuh tanaman) tumbuh menjadi tanaman utuh (sempurna) dikondisi in vitro (didalam gelas). Jadi Kultur in vitro dapat diartikan sebagai bagian jaringan yang dibiakkan di dalam tabung inkubasi atau cawan petri dari kaca atau material tembus pandang lainnya. Secara teoritis teknik kultur jaringan dapat dilakukan untuk semua jaringan, baik dari tumbuhan, hewan, bahkan juga manusia, karena berdasarkan teori totipotensi sel (Total Genetic Potential), bahwa setiap sel memiliki potensi genetik seperti zigot yaitu mampu memperbanyak diri dan berediferensiasi menjadi tanaman lengkap. Sel dari suatu organisme multiseluler di mana pun letaknya, sebenarnya sama dengan sel zigot karena berasal dari satu sel tersebut, setiap sel berasal dari satu sel (Harianto, 2009).

Dari beberapa pengertian kultur jaringan tumbuhan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa kultur jaringan tumbuhan merupakan suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman seperti protoplasma, sel, jaringan atau organ yang kemudian ditumbuhkan pada media buatan dalam botol kultur yang semuanya dalam keadaan steril dengan tujuan supaya bagian-bagian tumbuhan yang diisolasi tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi suatu tanaman yang lengkap.

B.     Sejarah dan Perkembangan Kultur Jaringan

Kultur jaringan (tissue culture) pertama kali digunakan pada awal abad ke-20 sebagai suatu metode untuk mempelajari perilaku sel hewan yang bebas dari pengaruh variasi sistemik yang dapat timbul saat hewan dalam keadaan homeostasis ataupun dalam pengaruh percobaan atau perlakuan. Kultur jaringan bukanlah teknik yang baru. Teknologi ini telah berkembang sejak satu abad yang lalu, melalui masa-masa pengembangan yang pada awalnya sederhana, diikuti fase perkembangan ekspansif pada pertengahan abad yang lalu. Saat ini kultur jaringan berada pada fase pengembangan khusus untuk memahami aspek mekanisme kontrol dan diferensiasi fungsi sel. Kendati teknologi kultur jaringan kini telah berkembang begitu pesat, seperti kultur sel-sel khusus, chromosome painting, dan DNA fingerprinting, tetapi teknologi dasar yang awal dikembangkan adalah teknik kultur primer, pasase serial, karakterisasi, preservasi sel dengan prinsip yang masih sama (Kusuma, 2000).

Pada saat istilah kultur jaringan diperkenalkan, teknik ini pertama kali dikembangkan dengan menggunakan fragmen jaringan yang tidak terurai, dan pertumbuhan sel atau jaringan terjadi dengan bermigrasinya sel fragmen jaringan disertai adanya mitosis di luar pertumbuhan. Kultur sel dari jaringan explant primer seperti inilah yang mendominasi perkembangan teknik kultur jaringan pada lebih dari lima puluh tahun perkembangannya, sehingga tidaklah mengherankan jika istilah kultur jaringan sudah begitu melekat untuk pengembangan teknologi ini. Walaupun demikian, fakta yang terjadi pada saat percepatan perkembangan teknologi berikutnya pada era setelah tahun 1950 lebih didominasi oleh penggunaan kultur sel yang terurai dari jaringan (Kusuma, 2000).

Sejarah kultur jaringan tumbuhan sebenarnya sejalan dengan sejarah perkembangan botani. Beberapa ahli jaman dulu sudah meramalkan bahwa perbanyakan sel in-vitro dapat dilaksanakan. Pemikiran ini didasarkan pada penemuan para ahli yang mendahului mereka serta penemuan mereka sendiri. Pada abad 17 seorang ahli matematika Robert Hooke mengatakan bahwa sel-sel dapat disamakan dengan batu-batu bangunan alamiah. Kemudian pada tahun 1838-1839, seorang ahli Biologi M.V Schleiden dan Theodore Schwann yang telah menjuruskan perhatiannya pada kehidupan sel, menemukan satu konsep baru, bahwa satu sel dapat tumbuh sendiri walaupun telah terpisah dari tumbuhan induknya. Mereka mengemukakan bahwa segala peristiwa rumit yang terjadi dalam tubuh satu organisme selama hidup, bersumber pada sel. Dari konsep inilah tumbuh pernyataan bahwa satu sel mempunyai kemampuan untuk berkembang. Sel berkembang dengan jalan regenerasi sehingga pada suatu saat akan terbentuk tumbuhan sempurna. Kemampuan regenerasi ini disebut totipotensi (totipotency). Konsep totipotensi yang ditanamkan oleh Schleiden dan Theodore Schwann berkembang terus sehingga Vouchting pada tahun 1878, walaupun masih belum berhasil baik, sudah mencoba mengembangkan kalus dari potongan tumbuhan. Kegagalannya dalam mengembangkan potongan tumbuhan ini disebabkan oleh kekurangan fasilitas pada saat itu. Beberapa ahli yang juga telah bekerja mengisi sejarah perkembangan botani papa abad ke 19, adalah Charles Darwin, Louis Pasteur, Justus Van Liebik, Johan Knopp dan Rechinger (Kusuma, 2000).

Untuk mempelajari teknik dasar kultur jaringan diperlukan pemahaman dasar tentang anatomi, histologi, fisiologi sel, dan prinsip dasar biokimia. Perkembangan ilmu biologi molekular menyebabkan sulitnya melihat batas pemisah antara biologi molekular dan kultur jaringan. Saling bergantungnya perkembangan masing-masing teknologi ini sukar untuk dinyatakan batas berhentinya teknologi kultur jaringan dan mulai berkembangnya teknologi biologi molekular (Kusuma, 2000).

C.    Kultur pada Tumbuhan 

Kultur jaringan termasuk ke dalam jenis perkembangbiakan vegetatif. Bagian tumbuhan yang akan dikultur (eksplan) dapat diperoleh dari dari semua bagian tumbuhan seperti pucuk, akar, meristem, bunga, bahkan serbuk sari. Kultur jaringan lebih besar presentase keberhasilannya bila menggunakan jaringan meristem (Hendaryono, 1994). Jaringan meristem adalah jaringan muda yaitu jaringan yang terdiri atas sel-sel yang selalu membelah, dindingnya tipis, belum mengalami penebalan dari zat pektin, plasmanya penuh dan vakuolanya kecil-kecil. Kebanyakan jaringan meristem digunakan karena keadannya selalu membelah sehingga diperkirakan mempunyai zat hormon yang mengatur pembelahan (Harianto, 2009).

Pelaksanaan teknik kultur jaringan berdasarkan teori sel yaitu mempunyai kemampuan autonom bahkan mempunyai kemampuan totipotensi. Menurut Suryowinoto (1991), totipotensi adalah kemampuan setiap sel, dari mana saja sel tersebut diambil, apabila diletakkan dalam lingkungan yang sesuai akan dapat tumbuh menjadi tumbuhan yang sempurna. Sifat totipotensi merupakan potensi pada setiap sel penyusun jaringan dewasa untuk mengadakan pembelahan dan membentuk individu baru. Sel-sel penyusun jaringan dewasa (sel somatis) yang berada di bawah rangsangan tertentu memiliki potensi untuk mengadakan pembelahan (embrionik) membentuk kalus. Selanjutnya, kalus dibawah rangsangan tertentu memliki potensi untuk berdiferensiasi menjadi individu baru multiselular melalui diferensiasi.

Teknik kultur jaringan akan dapat berhasil dengan baik apabila syarat- syarat yang diperlukan terpenuhi. Syarat-syarat tersebut meliputi pemilihan eksplan sebagai bahan dasar untuk pembentukan kalus, penggunaan medium yang cocok, keadaan yang aseptik, dan pengaturan udara yang terutama untuk kultur cair. Meskipun pada prinsipnya semua jenis sel dapat ditumbuhkan, tetapi sebaliknya dipilih bagian tumbuhan yang masih muda dan mudah tumbuh yaitu bagian meristem, misalnya: daun muda, ujung akar, ujung batang, keping biji, dan lain-lain (Hardyono, 2009).

Komposisi media yang digunakan dalam kultur jaringan dapat berbeda komposisinya. Perbedaan komposisi media dapat mengakibatkan perbedaan pertumbuhan dan perkembangan eksplan yang dutumbuhkan secara in vitro. Media Murashige dan Skoog (MS) sering digunakan karena cukup memenuhi unsur hara makro, mikro dan vitamin untuk pertumbuhan tumbuhan. Nutrien yang tersedia di media berguna untuk metabolisme, dan vitamin pada media dibutuhkan oleh organisme dalam jumlah sedikit untuk regulasi. Pada media MS, tidak terdapat zat pengatur tumbuh (ZPT) oleh karena itu ZPT ditambahkan pada media (eksogen). ZPT atau hormon tumbuhan berpengaruh pada pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Interaksi dan keseimbangan antara ZPT yang diberikan dalam media (eksogen) dan yang diproduksi oleh sel secara endogen menentukan arah perkembangan suatu kultur (Pramono, 2007).

D.    Eksplan pada Kultur Jaringan Tumbuhan

Eksplan atau bahan tanam adalah bagian kecil jaringan atau organ yang diambil atau dipisahkan dari tanaman induk kemudian dikulturkan. Ketepatan dalam menyiapkan eksplan adalah salah satu faktor yang dapat mempengaruhi inisiasi eksplan (Pramono, 2007).

Menurut pendapat yang dikemukakan oleh Pramono (2007), beberapa hal penting yang perlu diperhatikan dalam memilih eksplan antara lain:

1.   Deskripsi varietas tanaman sumber bahan eksplan

          Dalam upaya menghasilkan tanaman induk yang sesuai dengan kriteria diatas dapat dilakukan dengan cara mengkondisikan tanaman induk dalam lingkungan yang lebih terkendali, misalnya dengan cara mencangkok tanaman induk, kemudian ditanam dalam pot dan dipelihara secara optimal di dalam green house.

2.   Persyaratan bagian tanaman sebagai bahan eksplan

Bagian tanaman yang dapat dijadikan eksplan adalah ujung akar, pucuk, daun, bunga, buah muda, dan tepung sari. Faktor yang dimiliki eksplan itu sendiri yaitu ukuran, umur fisiologis, sumber genotip dan sterilitas eksplan yang akan menentukan berhasil tidaknya pengkulturan eksplan. Ukuran eksplan yang terlalu kecil mempunyai daya tahan kurang dibandingkan dengan ukuran eksplan yang lebih besar. Ukuran eksplan yang paling baik adalah antara 0,5 sampai 1 cm, tetapi hal ini tidak mutlak pada semua eksplan, tergantung pada material tanaman yang dipakai serta jenis tanaman.

Umur fisiologis eksplan berpengaruh terhadap kemampuannya untuk beregenerasi. Jaringan tanaman yang masih muda yang meristematik (sel-selnya masih aktif membelah) lebih mudah beregenerasi dibandingkan dengan jaringan yang sudah tua, sehingga bagian tanaman yang meristemik paling banyak berhasil bila dijadikan eksplan. Adapun yang termasuk jaringan meristematik adalah pucuk apikal, pucuk lateral dan pucuk aksial. Bahan tanam dapat diambil dari tanaman dewasa, yaitu pada bagian pucuk tanaman, daun atau umbi. Untuk eksplan dari daun, digunakan daun yang tidak terlalu muda juga tidak terlalu tua. Pemotongan eksplan dengan menyertakan ibu tulang daun, karena pada bagian ini lebih cepat tumbuh kalus. Apabila bahan tanam (eksplan) berasal dari umbi, biasanya umbi ditumbuhkan dulu tunasnya. Bagian tunas inilah yang dijadikan sebagai eksplan, contohnya pada tanaman kentang. Biji dapat pula dijadikan sebagai eksplan. Sebaiknya biji dipilih yang bersertifikat atau dipetik langsung dari tanaman induknya yang sudah diketahui keunggulan sifatnya. Bagian-bagian biji seperti embrio atau kotiledon dapat dijadikan sebagai eksplan, misalnya pada tanaman paprika dan jarak atau biji dapat langsung ditanam pada media agar contohnya biji anggrek.

3.   Karakter bagian tanaman sebagai bahan eksplan

Pemilihan bagian tanaman sebagai bahan eksplan menentukan keberhasilan eksplan untuk dikulturkan. Pada dasarnya setiap bagian tanaman dapat dijadikan sebagai bahan eksplan, tetapi dalam memilih bagian tanaman yang akan dikulturkan harus mempertimbangkan faktor kemudahan beregenerasi dan tingkat kontaminasinya. Bagian tanaman yang banyak mengandung persediaan makanan serta bahan-bahan lain untuk pertumbuhan, seperti umbi adalah lebih mudah untuk beregenerasi dibanding dengan bagian tanaman yang kurang mengandung bahan makanan. Bagian yang berasal dari akar yang tumbuh di dalam tanah, tingkat kontaminannya lebih tinggi dibandingkan dengan bagian-bagian tanaman yang ada diatas permukaan tanah seperti pucuk atau daun.

E.     Tahapan Kultur Jaringan Tumbuhan

Menurut pendapat yang disampaikan oleh Harianto (2009), beberapa tahapan yang dilakukan dalam proses pembuatan kultur jaringan tumbuhan antara lain :

1.    Pemilihan dan Penyiapan Tanaman Induk Sumber Eksplan

          Tanaman tersebut harus jelas jenis, spesies, dan varietasnya serta harus sehat dan bebas dari hama dan penyakit. Tanaman indukan sumber eksplan tersebut harus dikondisikan dan dipersiapkan secara khusus di rumah kaca atau greenhouse agar eksplan yang akan dikulturkan sehat dan dapat tumbuh baik serta bebas dari sumber kontaminan pada waktu dikulturkan secara in-vitro.

2.    Inisiasi Kultur

          Tujuan utama dari propagasi secara in-vitro tahap ini adalah pembuatan kultur dari eksplan yang bebas mikroorganisme serta inisiasi pertumbuhan baru. ini mengusahakan kultur yang aseptik atau aksenik. Aseptik berarti bebas dari mikroorganisme, sedangkan aksenik berarti bebas dari mikroorganisme yang tidak diinginkan. Dalam tahap ini juga diharapkan bahwa eksplan yang dikulturkan akan menginisiasi pertumbuhan baru, sehingga akan memungkinkan dilakukannya pemilihan bagian tanaman yang tumbuhnya paling kuat,untuk perbanyakan (multiplikasi) pada kultur tahap selanjutnya.

3.    Sterilisasi

          Sterilisasi adalah bahwa segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu di laminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga sterail. Sterilisasi juga dilakukan terhadap peralatan, yaitu menggunakan etanol yang disemprotkan secara merata pada peralatan yang digunakan. Teknisi yang melakukan kultur jaringan juga harus steril.

4.    Multiplikasi atau Perbanyakan Propagul

          Tahap ini bertujuan untuk menggandakan propagul atau bahan tanaman yang diperbanyak seperti tunas atau embrio, serta memeliharanya dalam keadaan tertentu sehingga sewaktu-waktu bisa dilanjutkan untuk tahap berikutnya. Pada tahap ini, perbanyakan dapat dilakukan dengan cara merangsang terjadinya pertumbuhan tunas cabang dan percabangan aksiler atau merangsang terbentuknya tunas pucuk tanaman secara adventif, baik secara langsung maupun melalui induksi kalus terlebih dahulu. Seperti halnya dalam kultur fase inisiasi, di dalam media harus terkandung mineral, gula, vitamin, dan hormon dengan perbandingan yang dibutuhkan secara tepat. Hormon yang digunakan untuk merangsang pembentukan tunas tersebut berasal dari golongan sitokinin seperti BAP, 2-iP, kinetin, atau thidiadzuron (TDZ).

5.        Pemanjangan Tunas, Induksi, dan Perkembangan Akar

          Tujuan dari tahap ini adalah untuk membentuk akar dan pucuk tanaman yang cukup kuat untuk dapat bertahan hidup sampai saat dipindahkan dari lingkungan in-vitro ke lingkungan luar. Dalam tahap ini, kultur tanaman akan memperoleh ketahanannya terhadap pengaruh lingkungan, sehingga siap untuk diaklimatisasikan. Tunas-tunas yang dihasilkan pada tahap multiplikasi di pindahkan ke media lain untuk pemanjangan tunas. Media untuk pemanjangan tunas mengandung sitokinin sangat rendah atau tanpa sitokinin. Tunas tersebut dapat dipindahkan secara individu atau berkelompok. Pemanjangan tunas secara berkelompok lebih ekonomis daripada secara individu. Setelah tumbuh cukup panjang, tunas tersebut dapat diakarkan. Pemanjangan tunas dan pengakarannya dapat dilakukan sekaligus atau secara bertahap, yaitu setelah dipanjangkan baru diakarkan. Pengakaran tunas in-vitro dapat dilakukan dengan memindahkan tunas ke media pengakaran yang umumnya memerlukan auksin seperti NAA atau IBA. Keberhasilan tahap ini tergantung pada tingginya mutu tunas yang dihasilkan pada tahap sebelumnya.

6.    Aklimatisasi

Dalam proses perbanyakan tanaman secara kultur jaringan, tahap aklimatisasi planlet merupakan salah satu tahap kritis yang sering menjadi kendala dalam produksi bibit secara masal. Pada tahap ini, planlet atau tunas mikro dipindahkan ke lingkungan di luar botol seperti rumah kaca , rumah plastik, atau screen house (rumah kaca kedap serangga). Proses ini disebut aklimatisasi. Aklimatisasi adalah proses pengkondisian planlet atau tunas mikro (jika pengakaran dilakukan secara ex-vitro) di lingkungan baru yang aseptik di luar botol, dengan media tanah, atau pakis sehingga planlet dapat bertahan dan terus menjadi bibit yang siap ditanam di lapangan. Prosedur pembiakan dengan kultur jaringan baru bisa dikatakan berhasil jika planlet dapat diaklimatisasi ke kondisi eksternal dengan keberhasilan yang tinggi

Secara singkat dapat disimpulkan cara kerja dalam kultur jaringan, antara lain :

1.      Pembuatan Media Kultur

Media merupakan faktor penting dalam kultur jaringan

2.      Intisiasi

Adalah pengambilan eksplan dari suatu bagian tumbuhan.

3.      Sterilisasi

Adalah melakukan kegiatan kultur jaringan di tempat yang steril serta juga menggunakan bahan dan peralatan yang stril.

4.      Multiplikasi

Adalah kegiatan memperbanyak calon tanaman dengan menanam eksplan pada media kultur yang terbuat dari agar, dimana media kultur tersebut sudah di perkaya dengan unsur mikro dan makro maupun hormon pertumbuhan lainnya.

5.      Pengakaran

Adalah munculnya kalus pada eksplan yaitu pertumbuhan akar yang menandai bahwa proses kultur jaringan yang dilakukan mulai berjalan dengan baik.

6.      Aklimatisasi

Adalah kegiatan memindahkan eksplan setelah menjadi plantlet keluar keluar dari ruangan aseptik ke bedeng.

Gambar 1. Tahapan Kultur Jaringan

(Sumber : Harianto, 2009)

 

F.     Macam-Macam Kultur Jaringan Tumbuhan

     Menurut pendapat yang disampaikan oleh Yusnita (2004), ada beberapa macam kultur jaringan, yaitu :

1.    Kultur meristem, menggunakan jaringan (akar, batang, daun) yang muda atau meristematik.

2.    Kultur  anter, menggunakan kepala sari sebagai eksplan.

3.  Kultur embrio, menggunakan embrio. Misalnya pada embrio kelapa kopyor yang sulit dikembangbiakan secara alamiah.

4.    Kultur protoplas, menggunakan sel jaringan hidup sehingga eksplan tanpa dinding.

5. Kultur kloroplas, menggunakan kloroplas. Kultur ini biasanya untuk memperbaiki atau membuat varietas baru.

6.    Kultur polen, menggunakan serbuk sari sebagai eksplannya.

G.           Syarat Pelaksanaan Kultur Jaringan

Berikut merupakan beberapa syarat yang harus dipenuhi agar dapat dilakukan budidaya secara kultur jaringan. Sebagai bahan dasar pembentukan kalus, maka tanaman eksplan harus memenuhi syarat berikut :

1.      Jaringan tersebut dalam masa aktif pertumbuhannya dan diharapkan masih adanya zat tumbuh yang aktif, sehingga bisa membantu perkembangan jaringan berikutnya

2.      Eksplan yang diambil bisa berasal dari bagian daun, akar, mata tunas, kuncup, ujung batang maupun bagian umbi.

3.      Eksplan yang diambil adalah bagian tanaman yang masih muda sehingga memiliki potensi tumbuh yang besar.

4.      Medium yang digunakan harus cocok, keadaan yang aseptik serta  adanya pengaturan udara yang baik khususnya untuk media kultur cair.

5.      Bagian tanaman yang digunakan yaitu bagian yang mudah tumbuh seperti jaringan meristem, misalnya : daun muda, ujung akar, ujung batang dan keping biji. 

6.      Jika menggunakan embrio bagian biji lain untuk dijasikan eksplan, perlu diperhatikan kemasakan embrio, waktu imbibisi, temperatur maupun masa dormansi

H.    Kelemahan dan Kelebihan Kultur Jaringan Tumbuhan

Dalam proses perbanyakan tanaman dengan menggunakan teknik kultur jaringan tentunga mempunyai beberapa kelebihan atau manfaat serta kekurangan. Menurut pendapat yang disampaikan oleh Harianto (2009), kelebihan dari kultur jaringan, antara lain :

a.    Melestarikan sifat tanaman induk.

b.    Menghasilkan tanaman yang memiliki sifat sama.

c.    Menghasilkan tanaman baru dalam jumlah banyak dalam waktu yang singkat.

d.   Dapat menghasilkan tanaman yang bebas virus.

e.    Dapat dijadikan sarana untuk melestarikan plasma nutfah.

f.     Untuk menciptakan varietas baru melalui rekayasa genetika. Sel yang telah direkayasa dikembangkan melalui kultur jaringan sehingga menjadi tanaman baru secara lengkap.

g.    Pelaksanaannya tidak tergantung pada musim.

h.    Pengadaan bibit tidak tergantung musim.

i.      Bibit dapat diproduksi dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif lebih cepat  (dari satu mata tunas yang sudah respon dalam 1 tahun dapat dihasilkan minimal 10.000 planlet/bibit).

j.      Bibit yang dihasilkan seragam.

k.    Bibit yang dihasilkan bebas penyakit (menggunakan organ tertentu).

l.      Biaya pengangkutan bibit relatif lebih murah dan mudah.

m.  Dalam proses pembibitan bebas dari gangguan hama, penyakit, dan deraan lingkungan  lainnya.

n.    Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki.

o.    Metabolit sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa.

Selain itu, menurut pendapat yang dikemukakan oleh Harianto (2009), beberapa kelemahan dari kultur jaringan antara lain :

a.    Diperlukan biaya awal yang relatif tinggi.

b.    Hanya mampu dilakukan oleh orang-orang tertentu, karena memerlukan keahlian khusus.

c.    Bibit hasil kultur jaringan memerlukan proses aklimatisasi, karena terbiasa dalam kondisi lembap dan aseptik.

I.       Manfaat Kultur Jaringan

Menurut pendapat yang disampaikan oleh Kusuma (2000), teknik dalam kultur jaringan ini mempunyai berbagai macam manfaat yang besar bagi manusia sesuai fungsinya, antara lain :

1.    Memperbanyak tanaman

    Melalui teknik kultur jaringan maka akan menghasilkan tanaman baru dalam jumlah banyak dengan waktu yang relative singkat, memiliki sifat morfologi dan fisiologis yang sama persis dengan induknya serta dapat memperoleh tanaman yang bersifat unggul.

2.    Untuk mengeliminasi atau menghilangkan virus

     Kultur jaringan dilakukan dalam keadaan steril didalam media sehingga tanaman yang terkena virus dapat dihilangkan jadi akan didapat tanaman yang bebas virus.

3.    Memperbaiki sifat tanaman

      Seringkali jika menggunakan perkembangbiakan secara generatif maka sifat keturunannya tidak sama dengan induknya bahkan bisa jadi lebih buruk, tetapi dengan teknik kultur jaringan dapat memperbaiki sifat tanaman bahkan dapat menghasilkan bibit unggul karena adanya sumaklonal yaitu variasi yang terjadi akibat perbanyakan yang tidak melewati zigot melainkan somatik.

4.    Untuk penyimpanan plasma nutfah

       Teknik kultur jaringan dapat dimanfaatkan dalam penyimpanan plasma nutfah atau benih, hal ini akan membantu petani menyimpan bibit selama perpuluh-puluh tahun dan dapat melestarikan tanaman.

5.    Produksi metabolisme sekunder

Selain menghasilkan energi, pada respirasi tanaman juga menghasilkan senyawa metabolit sekunder, tetapi tidak semua tanaman dapat menghasilkan senyawa metabolit sekunder. Metabolit sekunder ini berupa alkaloid, terpenoid, dan phenyl propanoid yang dapat dihasilkan.

Gambar 3. Tanaman Hasil Kultur Jaringan

(Sumber : Harianto, 2009)

J.      Penerapan Teknologi Kultur Jaringan 

Salah satu penerapan ilmu kultur jaringan adalah upaya untuk meningkatan produksi azadirahtin melalui kultur suspensi sel Azadirachta indica A. Juss melalui penambahan skualen. Azadirachta indica atau tumbuhan nimba adalah salah satu jenis tumbuhan yang menghasilkan berbagai zat aktif, salah satu bahan aktif tersebut adalah azadirahtin, yaitu suatu senyawa triterpenoid yang berguna sebagai sumber terbaik untuk biopestisida. Azadirahtin dapat digunakan sebagai biopestisida karena bersifat antifeedant dan mengganggu pertumbuhan serta reproduksi serangga. Sampai saat ini, produksi biopestisida dari tumbuhan nimba dilakukan dengan cara mengisolasi langsung dari tumbuhan utuh, terutama dari biji. Setiap gram biji nimba mengandung 3,6 mg azadirahtin, namun keberadaan nimba di Indonesia relatif sedikit karena daerah penyebarannya terbatas di Pulau Jawa dan Bali. Eksploitasi terhadap tumbuhan ini menyebabkan penurunan populasinya di alam yang secara langsung mengakibatkan berkurangnya sumber biopestisida, khususnya azadirahtin. Eksploitasi terjadi karena nimba digunakan sebagai sumber obat-obatan dan bahan bangunan. Untuk mengatasi masalah ini diperlukan metode alternatif yaitu kultur jaringan (Kusuma,  2000).

K.    Aplikasi Kultur Jaringan Tumbuhan Dalam Bidang Farmasi

Pule Pandak (Rauwolfia serpentina Benth) termasuk tanaman obat langka. Akar Pule Pandak ini mengandung alkoloid reserpine yang berfungsi sebagai obat anti Hipertensi (tekanan darah tinggi) dan obat penenang. Akarnya mengandung tidak kurang dari 20 macam alkoloid dan total ekstrak dari akarnya berkhasiat sebagai obat hipertensi, aprodisiaka dan gangguan neuropsikiatrik. Akarnya hingga kini sering digunakan dalam pengobatan tradisional dan modern. Kandungan alkoloid yang utama adalah reserpine (Bisset dan Soerohaldoko, 1958).

Kebutuhan bahan baku obat Pule Pandak untuk industri jamu dan farmasi semakin meningkat sementara laju pemanenan terjadi lebih cepat dari laju kemampuan alam untuk memulihkan populasinya. Nilai manfaat dan ekonomi yang tinggi akan tetapi tingkat kelangkaan yang semakin tinggi pula.

DAFTAR PUSTAKA

Andini. 2001. Teknik Kultur Jaringan : Pengenalan dan Petunjuk Perbanyakan Tanaman Secara Vegetatif-Modern. Kanisius. Yogyakarta.

Gunawan, L.W. 1988. Teknik Kultur Jaringan. Bogor : Bioteknologi IPB

Hardyono. 2009. Teknik Kultur Jaringan. PAU Bioteknologi, IPB : Bogor. Jakarta.

Harianto,Wijaya. 2009. Pengenalan teknik in vitro. Bumi Aksara. Jakarta.

Hendaryono, D.P.S. dan Wijayani A. 1994. Teknik Kultur Jaringan, Pengenalan dan Petunjuk Perbanyakan Tanaman secara Vegetatif Modern. Kanisius. Yogyakarta.

Hendaryono, DPS & Wijaya A. 1994. Teknik Kultur Jaringan Pengenalan dan Petunjuk Perbanyakan Tanaman Secara Vegetatif-Modern. Yogyakarta : Kanisus

Kusuma, Anjar Leo. 2000. Teori-teori Kultur Jaringan Materi Ajar.UGM. Jogjakarta.

Pramono. 2007. Pembiakan Tanaman Melalui Kultur Jaringan. Gramedia. Jakarta.

Rahardja, P. C. 1995. Kultur Jaringan : Teknik Perbanyakan Tanaman Secara Modern. Jakarta : Swadaya.

Suryowinoto, M. 1996. Pemuliaan Tanaman secara In Vitro. Yogtakarta : Kanisius.

Suryowinoto, Moeso. 1996. Pemulihan Tanaman Secara In Vitro. Yogyakarta : Kanisus.

Suryowinoto. 1991. Pemulihan Tanaman      Secara In        Vitro. Kanisius. Jogjakata.

Yusnita. 2004. Kultur Jaringan, Cara Memperbanyak Tanaman Secara Efisien. PT Agro Media Pustaka. Jakarta.

Zulkarnain. 2009. Kultur Jaringan Tanaman. Jakarta : Bumi Aksara.