Bioteknologi telah dimulai sejak manusia mulai meningkatkan kualitas hidupnya dengan memanfaatkan agen-agen biologi. Sejarah bioteknologi sebelum era teknologi maju diawali dengan ditemukannya proses fermentasi bir dan pembuatan keju oleh masyarakat Mesir dan Sumeria pada sekitar tahun 2000 SM, kemudian berkembang pada tahun 500 SM ditemukannya jamur penghasil antibiotik pada kedelai untuk menangani infeksi.
Masyarakat mesir kuno telah mengenal pemanfaatan mikroorganisme untuk pembuatan bir, anggur, cuka, yogurt, dan lain-lain. Bahkan bangsa yunani kuno telah melakukan proses bioteknologi dengan melakukan pemuliaan pada tanaman-tanaman dengan kualitas baik serta melakukan ternak hewan-hewan yang potensial untuk dimanfaatkan oleh manusia. Perkembangan bioteknologi kemudian semakin berkembang sejak ditemukannya mikroskop oleh ilmuwan Belanda, Zacharias Jansshen, pada abad 16 dan ditemukannya sel oleh Robert Hooke dan bakteri oleh Antonii van Leeuwenhoek pada abad 17.
Penemuan vaksinasi small pox oleh Edward Jenner menjadi tonggak sejarah perkembangan bioteknologi di bidang kesehatan. Pada abad 19, enzim dan protein mulai ditemukan dan pada saat yang sama, salah satu bakteri penting dalam proses pengembangan antibiotik secara bioteknologi, Escherichia coli, ditemukan. Suharto menemukan membagi Era perkembagan bioteknologi ke dalam 5 era yaitu:
a. Era Pra Pasteur, sebelum tahun 1865, penggunaan teknik fermentasi menggunakan mikroorganisme untuk menghasilkan produk.
b. Era Pasteur (1986-1940), pengembangan industri fermentasi untuk membuat etanol, butanol, asam organik serta pengolahan limbah secara aerob.
c. Era Antibiotik (1940-1960), pembuatan penisilin yang digunakan pada saat tentara Amerika di Normandy melakukan perang dunia kedua, vaksin virus, teknologi kultur sel hewan, teknologi fermentasi media cair, dan transformasi steorid.
d. Era Pasca Antibiotik (1960-1975), isolasi asam-asam amino, eludasi struktur DNA, protein sel tunggal, enzim, protein sel tunggal, biogas, dan teknologi DNA rekombinan.
e. Era Bioteknologi Modern (1975-sekarang), penggunaan rekayasa genetika, zat antibodi monoklonal, produksi hormon, dan lain-lain.
Perkembangan dan kemajuan bioteknologi tidak dapat dilepaskan dari kemajuan ilmu-ilmu lainnya seperti mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, dan genetika. Bioteknologi modern terlahir diawali dengan inovasi para ilmuwan untuk mengembangkan teknologi DNA rekombinan. Perusahaan bioteknologi pertama di dunia, Genetech, di Amerika Serikat berhasil memproduksi protein hormon insulin rekombinan yang diintroduksikan ke dalam sel bakteri E. coli menggunakan teknologi DNA rekombinan. Bioteknologi molekuler berperan dalam proses memanipulasi organisme pada taraf seluler dan molekuler.
Tabel Perkembangan sejarah bioteknologi
Tahun Penemuan
1917 Ereky memperkenalkan istilah Bioteknologi
1943 Penisilin diproduksi dalam skala industri
1944 Avery, Macleod, McCarty mendemonstrasikan bahwa DNA adalah bahan genetika
1953 Watson dan Crick menemukan struktur DNA
1961 Jurnal Biotechnology and Bioengineering didirikan 1970Enzim restriksi endonuklease pertama kali diisolasi
1972 Khorana dan tim berhasil mensintesis secara kimiawi seluruh gen tRNA 1973 Boyer dan Cohen memaparkan teknologi DNA rekombinan
Tahun Penemuan
1975 Kohler dan Mistein menjabarkan produksi antibodi monoklonal 1976 Perkembangan teknik-teknik untuk menentukan sekuen DNA
1978 Genetech menghasilkan insulin manusia dalam E. coli untuk pertama kali
1980 Mikroorganisme hasil rekayasa genetika dapat dipatenkan
1981 Untuk pertama kli automated DNA synthesizers dijual secara komersial dan kit diagnostik berdasarkan antibodi disetujuan untuk dipakai di Amerika Serikat
1982 Vaksin hewan hasil teknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannya di Eropa
1983 Plasmid Ti hasil rekayasa genetika dipakai untuk transformasi DNA rekombinan ke tanaman target
1988 Amerika Serikat memberikan patent untuk mencit yang rentan kanker hasil rekayasa genetika
1988 Metode Polymerase Chain Reaction dipublikasikan oleh
Karry Mullis
1990 Percobaan terapi gen sel somatik pada manusia disetujui oleh Amerika Serikat dfan proyek pemetaan genom manusia mulai dilakukan
1997 Kloning sel inti pada mamalia dengan menggunakan sel domba 1999 Kode genetik lengkap dari kromosom manusia telah diuraikan
2000 Para ilmuwan di Celera Genomics dan Human Genome
Project menyelesaikan konsep kasar genom manusia.
2001 Majalah Science and Nature mempublikasi urutan genom manusia dan memungkinkan ilmuwan di seluruh dunia untuk meneliti dan mencari pengobatan baru untuk penyakit terkait genetik
2002 Padi transgenik yang mengandung beta karoten mulai diproduksi
2003 Pemetaan genom manusia telah selesai dilakukan
2004 Penggunaan antibodi monoklonal yang merupakan antiangiogenik disetujui digunakan untuk terapi kanker
2005 Penanaman tanaman transgenik dilakukan di 21 negara
2006 Penggunaan vaksin untuk papillomavirus di 82 negara
2007 Para ilmuwan menemukan cara menggunakan sel kulit manusia untuk membuat sel induk embrionik
2008 Ahli kimia di Jepang untuk pertama kalinya membuat molekul DNA secara artifisial
2009 Sekunesing genom virus H1N1
2010 Craig Venter telah berhasil menunjukkan bahwa genom artifisial dapat bereplikasi secara otonom
2012 Draft genom tanaman gandum telah selesai dianalisis
2013 United States Food & Drug Administration mengeluarkan peraturan terkait dengan rancangan penggunaan obat biosimilar
Verma et al. (2011) membagi tahapan perkembangan bioteknologi ke dalam tiga tahapan atau kategori yang berbeda yaitu bioteknologi kuno, bioteknologi klasik, dan bioteknologi modern (Gambar 114).
a. Bioteknologi Kuno (sebelum – 1800)
Sebagian besar perkembangan bioteknologi dimasa kuno terjadi sebelum tahun 1800. Jika melihat semua perkembangan bioteknologi di masa kuno, sebagian besar penemuan diperoleh berdasarkan pengamatan umum tentang alam yang dapat digunakan untuk kehidupan manusia pada saat itu.
Makanan, pakaian, dan tempat tinggal merupakan kebutuhan dasar manusia yang paling penting, terlepas pada masa apa pun manusia tersebut hidup. Satu- satunya yang berbeda adalah era dimana mereka berasal. Makanan telah menjadi kebutuhan yang tidak terelakkan sejak keberadaan manusia. Pada awalnya, manusia memakan daging mentah kapanpun mereka menemukan hewan mati, namun akibat perubahan lingkungan, mereka mengalami kekurangan makanan. Pepatah lama mengatakan bahwa “kebutuhan adalah ibu dari semua penemuan”. Pada masa bioteknologi kuno, manusia mengeksplorasi kemungkinan untuk membuat makanan tersedia dengan cara menumbuhkannya didekat tempat tinggal mereka sehingga kebutuhan dasar untuk makanan dapat dipenuhi dengan mudah.
Pada masa itu, manusia membawa bibit tanaman (sebagian besar biji-bijian) dan menaburkan bibit tersebut disekitar tempat tinggalnya. Seiring dengan kebutuhan dan pengetahuan untuk membudidayakan tanaman, manusia mulai memahami pentingnya air, cahaya, dan persyaratan lainnya yang dibutuhkan tanaman agar tumbuh dengan optimal. Prinsip kebutuhan yang sama juga mendorong manusia untuk memulai domestikasi pada hewan liar untuk membantu dan memenuhi kebutuhan hidup manusia.
Gambar . Sejarah perkembangan
bioteknologi Beberapa penemuan penting telah digambarkan dalam grafik ini dengan kemungkinan untuk pertumbuhannya yang tidak terbatas di masa depan
(Sumber: Verma et al., 2011)
Pada masa ini, kebiasaan manusia untuk berburu dan mengumpulkan makanan telah hilang karena domestikasi menjadikan hewan buruan menjadi lebih dekat dan mengurangi resiko selama proses perburuan. Domestikasi hewan liar adalah awal dari observasi, implikasi, dan aplikasi pemuliaan hewan. Perkembangan ini diiringi juga dengan perkembangan pengetahuan manusia untuk mengembangkan metode pengawetan dan penyimpanan makanan. Manusia menggunakan gua-gua yang dingin untuk menyimpan makanan pada jangka yang panjang dan proses ini menjadi jalan bagi evolusi tempat-tempat penyimpanan produk makanan.
Setelah teknologi penyimpanan berkembang, manusia beralih pada penemuan- penemuan baru seperti keju, yoghurt, dan lain-lain. Ragi merupakan salah satu mikroba tertua yang telah digunakan untuk kepentingan manusia untuk membuat roti, produksi cuka, dan produk fermentasi lainnya termasuk minuman beralkohol. Cuka yang ditemukan memiliki kemampuan untuk menghambat pertumbuhan mikroba tertentu dan oleh karena itu, cuka juga sukses digunakan sebagai bahan pengawetan makanan. Penemuan dan manfaat dari proses ini mengarahkan manusia pada masa itu untuk menciptakan perbaikan lebih lanjut pada proses dan produk. Fermentasi merupakan cara yang sangat baik untuk memperbaiki kondisi kehidupan manusia pada masa itu karena menghasilkan banyak produk baru, meskipun mereka tidak paham tentang prinsip dibalik proses fermentasi.
b. Bioteknologi Klasik
Tahapan kedua perkembangan bioteknologi disebut dengan bioteknologi klasik. Tahapan ini terjadi dari tahun 1800 hingga hampir pertengahan abad ke dua puluh. Selama periode ini, berbagai variasi hasil observasi dengan bukti-bukti ilmiah mulai bermunculan dan sangat membantu untuk memecahkan pertanyaan- pertanyaan bioteknologi. Masing-masing penemuan membuka jalan bagi penemuan-penemuan baru.
Dasar-dasar transfer informasi genetik merupakan inti dari bioteknologi. Penemuan ini pertama kalinya dikemukakan oleh Gregor john Mendel (1822-
1884), biarawan Augustinian Austria, pada tumbuhan Pisum sativum (Gambar116). Mendel pada waktu itu mempresentasikan hukum pola pewarisan sifat pada forum Natural Science Society di Burn, Austria. Mendel menyatakan bahwa terdapat unit internal genetik yang tidak terlihat tetapi menjadi faktor penentu pewarisan sifat yang disebut dengan gen. Namun pada masa itu, para ilmuwan kurang tertarik dengan hasil penelitian yang diuraikan oleh Mendel hingga 34 tahun setelah kematiannya, ilmuwan lain seperti Hugo de Vries, Erich Von Tschermak, dan Carl Correns memvalidasi karya mendel pada tahun 1900. Alasan mengapa pada masa itu penelitian Mendel tidak mendapat perhatian adalah karena pada masa itu Teori Evolusi Charles Darwin begitu menyita perhatian publik sehingga menutupi pentingnya pekerjaan yang telah dilakukan oleh Mendel.
Pada masa yang sama, Robert Brown menemukan inti sel, sementara pada tahun 1868, Fredich Miescher, ilmuwan asal Swiss menemukan nukein, yaitu senyawa yang terdiri dari asam nukleat yang diekstrak dari sel nanah yaitu sel darah putih. Kedua penemuan ini menjadi dasar perkembangan biologi molekuler modern untuk menemukan DNA sebagai materi genetik dan peran DNA dalam transfer informasi genetik. Pada tahun 1881, Robert Koch, seorang dokter asal Jerman menggambarkan koloni bakteri yang tumbuh dari irisan kentang (medium pada mikroba pertama). Walter Hesse, salah satu rekan kerja Robert Koch, menemukan agar-agar setelah melihat jeli yang selalu padat bahkan suhu tinggi di musim panas. Nutrien yang menjadikan jeli memadat kemudian menjadi media pertama yang paling dapat diterima untuk membuat kultur mikroba murni sehingga mikroba dapat diidentifikasi.
Gambar Gregor Mendel, biarawan asal Austria yang menemukan pola pewarisan sifat pada mahluk hidup.
(Sumber: www.nytimes.com)
Pada tahun 1888, Heinrich Wilhem Gottfried Von Waldeyer-Hart, ilmuwan Jerman, menetapkan istilah kromosom, sebagai struktur yang terorganisir dari DNA dan protein yang ada di dalam sel. Penemuan penting selama periode ini adalah dikembangkannya vaksin terhadap cacar dan rabies oleh Edward Jenner (Gambar 117), dokter Inggris dan Louis Pasteur, ahli biologi Prancis.
Pada saat ini, perkembangan ilmu biologi telah mencapai fase ekspoensial. Johannsen memberikan istilah “genotip” dan “fenotip”. Genotip menggambarkan konstitusi genetik yang terdapat pada suatu organisme sedangkan fenotip menggambarkan tampilan organisme yang sebenarnya. Pada saat ini, genetika telah mendapatkan perhatian masyarakat luas dan dianggap sebagai ilmu yang sangat penting. Pada saat itu, di Amerika Serikat dimulai gerakan Eugenic (perlakuan yang mengarah kepada peningkatan kualitas genetik) pada tahun 1924, akibatnya pada tahun tersebut, Undang-Undang Imigrasi Amerika Serikat digunakan untuk membatasi masuknya imigran dari wilayah Selatan dan Timur Eropa atas dasar rendahnya kualiatas genetiknya.
Pada tahun 1928, Alexander Fleming (Gambar 118), seorang dokter berkebangsaan inggris, menemukan senyawa antibiotik ketika mengamati satu mikroorganisme dapat digunakan untuk menghambat pertumbuhan dan membunuh mikroorganisme yang lain. Fleming melihat bahwa semua bakteri (Staphylococcus) mati ketika dalam medium yang sama terdapat jamur yang tumbuh. Fleming menyimpulkan bahwa penisilin merupakan zat toksin antibakteri yang berasal dari jamur Penicillium notatum, dapat digunakan sebagai obat untuk melawan banyak penyakit menular yang diakibatkan oleh bakteri.
c. Bioteknologi Modern
Perang dunia kedua menjadi faktor penghambat utama berkembangnya ilmu pengetahuan. Setelah berakhirnya perang dunia kedua, beberapa penemuan yang sangat penting dilaporkan dan membuka jalan bagi bioteknologi modern. Pada tahun 1953, Watson & Crick untuk pertama kalinya melaporkan model struktur DNA yang dikenal dengan model rantai ganda DNA (Gambar 119). Model ini mampu menjelaskan berbagai fenomena terkait dengan replikasi DNA dan peran DNA dalam pewarisan sifat. Pada tahun 1961, Jacob dan Monad memperkenalkan konsep operon, sementara Kohler dan Milestein pada tahun 1975 memperkenalkan prinsip hibridisasi sitoplasma dan menghasilkan antibodi monoklonal pertama yang telah merevolusi prosedur diagnostik.
Dr. Hargobind Khorana mampu mensintesis DNA pertama di dalam tabung reaksi sementara Karl Mullis mampu memperkuat temuan Khorana dengan mengamplifikasi DNA hingga ribuan kali lebih banyak daripada jumlah DNA template yang tersedia (Gambar 120). Dengan memanfaatkan penemuan ini, para ilmuwan mampu memasukkan DNA asing ke sel inang lain dan bahkan mampu memantau introduksi DNA dari generasi ke generasi berikutnya.
Ian Wilmut, seorang ilmuwan Irlandia berhasil mengkloning mamalia dengan menggunakan domba sebagai model dan menamai domba hasil kloning tersebut dengan nama “Dolly”. Craig Venter pada tahun 2000 mampu menskuensing genom manusia dan genom manusia pertama yang dianalisis adalah genom Watson dan Graig Venter. Penemuan ini memiliki implikasi dan aplikasi yang tidak terbatas. Pada tahun 2010, Craig Venter menemukan bahwa genom sintetis dapat bereplikasi secara otonom.
Bioteknologi modern tidak dapat terlepas dari aplikasi metode mutakhir yang telah ditemukan pada tahap bioteknologi kuno, klasik, dan modern seperti:
a. Kultur Jaringan. Konsep dasar dari kultur jaringan adalah totipotensi sel.
Keuntungan teknik ini adalah sifat tanaman yang identik dengan induknya dan perbanyakan lebih cepat.
b. Analisis genetik. Analisis geneitk mempelajari sifat dan karakter gen yang diwariskan dari generasi ke generasi serta interaksi antara gen dengan lingkungannya untuk menghasilkan suatu fenotip.
c. Manipulasi organisme. Manipulasi mikroba, tanaman, atau hewan dan pemilihan individu yang diinginkan untuk perbaikan generasi yang baru.
d. Analisis DNA. Analisis DNA merupakan proses pengambilan DNA atau RNA dari organisme melalui tahapan isolasi DNA, polymerase chain reaction, elektroforesis, dan analisis hasil yang dibantu oleh software bioinformatika.
e. Teknologi DNA rekombinan. Teknologi DNA rekombinan merupakan metode untuk merekayasa genetik suatu organisme dengan mengintroduksikan gen yang interes ke dalam suatu organisme.
f. Polymerase Chain Reaction. PCR merupakan teknik amplifikais atau penggandaan gen target dengan menggunakan primer spesifik untuk inisiasi. PCR bekerja berdasarkan prinsip replikasi DNA.
g. Hibridoma. Hibridoma merupakan metode untuk menggabungkan dua jenis sel dengan tujuan mendapatkan hibrid yang memiliki kemampuan dari kedua sel sebelumnya.
h. Kloning. Kloning merupakan metode menghasilkan keturunan yang dikehendaki identik dengan sel induknya.
i. Hibridisasi DNA. Hibridisasi DNA merupakan metode untuk menyeleksi sekuen DNA dengan menggunakan probe DNA rantai tunggal untuk proses hibridisasi rantai ganda DNA.
j. Sekuensing DNA. Sekuensing DNA adalah proses pembacaan urutan basa nukleotida gen interes.
Sumber: Modul PPG (Pendidikan Profesi Guru) Modul 6. Bioteknologi
Penulis: Eko Prasetya, M. Sc, dkk
Baca Juga
Komentar
Posting Komentar