Bioteknologi & Rekayasa Genetika: Gambaran Umum

Bioteknologi adalah bidang ilmu kehidupan yang menggunakan organisme hidup dan sistem biologis untuk menciptakan organisme yang dimodifikasi atau baru atau produk yang berguna. Komponen utama bioteknologi adalah rekayasa genetika.

Konsep populer bioteknologi adalah salah satu eksperimen yang terjadi di laboratorium dan mutakhir kemajuan industri, tetapi bioteknologi jauh lebih terintegrasi ke dalam kehidupan sehari-hari kebanyakan orang daripada itu tampaknya.

Vaksin yang Anda dapatkan, kecap, keju, dan roti yang Anda beli di toko kelontong, plastik dalam keseharian Anda lingkungan, pakaian katun anti kerut Anda, pembersihan setelah berita tumpahan minyak dan banyak lagi adalah contoh dari bioteknologi. Mereka semua "menggunakan" mikroba hidup untuk menciptakan suatu produk.

Bahkan tes darah penyakit Lyme, pengobatan kemoterapi kanker payudara atau suntikan insulin mungkin merupakan hasil dari bioteknologi.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Bioteknologi bergantung pada bidang rekayasa genetika, yang memodifikasi DNA untuk mengubah fungsi atau sifat lain dari organisme hidup.

Contoh awal dari ini adalah pembiakan selektif tumbuhan dan hewan ribuan tahun yang lalu. Saat ini, para ilmuwan mengedit atau mentransfer DNA dari satu spesies ke spesies lain. Bioteknologi memanfaatkan proses ini untuk berbagai industri, termasuk obat-obatan, makanan dan pertanian, manufaktur dan biofuel.

Bioteknologi tidak akan mungkin tanpa rekayasa genetika. Dalam istilah modern, proses ini memanipulasi informasi genetik sel menggunakan teknik laboratorium untuk mengubah sifat organisme hidup.

Para ilmuwan dapat menggunakan rekayasa genetika untuk mengubah cara organisme terlihat, berperilaku, berfungsi, atau berinteraksi dengan bahan atau rangsangan tertentu di lingkungannya. Rekayasa genetika dimungkinkan di semua sel hidup; ini termasuk mikroorganisme seperti bakteri dan sel individu organisme multiseluler, seperti tumbuhan dan hewan. Bahkan gen manusia dapat diedit menggunakan teknik ini.

Kadang-kadang, para ilmuwan mengubah informasi genetik dalam sel dengan secara langsung mengubah gennya. Dalam kasus lain, potongan DNA dari satu organisme ditanamkan ke dalam sel organisme lain. Sel hibrid baru disebut transgenik.

Rekayasa genetika mungkin tampak seperti kemajuan teknologi ultra-modern, tetapi telah digunakan selama beberapa dekade, di berbagai bidang. Faktanya, rekayasa genetika modern berakar pada praktik manusia purba yang pertama kali didefinisikan oleh Charles Darwin sebagai seleksi buatan.

Seleksi buatan, yang juga disebut pembiakan selektif, adalah metode untuk memilih pasangan kawin dengan sengaja untuk tanaman, hewan, atau organisme lain berdasarkan sifat yang diinginkan. Alasan untuk melakukan ini adalah untuk menciptakan keturunan dengan sifat-sifat tersebut, dan mengulangi proses tersebut dengan generasi mendatang untuk secara bertahap memperkuat sifat-sifat dalam populasi.

Meskipun seleksi buatan tidak memerlukan mikroskop atau peralatan laboratorium canggih lainnya, ini adalah bentuk rekayasa genetika yang efektif. Meskipun dimulai sebagai teknik kuno, manusia masih menggunakannya sampai sekarang.

Contoh umum meliputi:

• Pembibitan ternak.
• Membuat varietas bunga.
• Membiakkan hewan, seperti hewan pengerat atau primata, dengan sifat spesifik yang diinginkan seperti kerentanan terhadap penyakit untuk studi penelitian.

Contoh pertama yang diketahui dari manusia yang terlibat dalam seleksi buatan suatu organisme adalah munculnya Canis lupus familiaris, atau lebih dikenal dengan anjing. Sekitar 32.000 tahun yang lalu, manusia di daerah Asia Timur yang sekarang disebut Cina, hidup dalam kelompok pemburu-pengumpul. Serigala liar mengikuti kelompok manusia dan mengais bangkai yang ditinggalkan pemburu.

Para ilmuwan berpikir kemungkinan besar manusia hanya membiarkan serigala jinak yang bukan ancaman untuk hidup. Dengan cara ini, percabangan anjing dari serigala dimulai dengan seleksi sendiri, sebagai individu dengan sifat yang memungkinkan mereka untuk mentolerir kehadiran manusia menjadi sahabat yang dijinakkan ke pemburu-pengumpul.

Akhirnya, manusia mulai dengan sengaja menjinakkan dan kemudian membiakkan beberapa generasi anjing untuk sifat-sifat yang diinginkan, terutama kepatuhan. Anjing menjadi sahabat yang setia dan protektif bagi manusia. Selama ribuan tahun, manusia secara selektif membiakkan mereka untuk ciri-ciri tertentu seperti panjang dan warna bulu, ukuran mata dan panjang moncong, ukuran tubuh, disposisi, dan banyak lagi.

Serigala liar Asia Timur dari 32.000 tahun yang lalu yang membelah 32.000 tahun yang lalu menjadi anjing terdiri dari hampir 350 ras anjing yang berbeda. Anjing-anjing awal itu secara genetik paling dekat dengan anjing modern yang disebut anjing asli Cina.

Seleksi buatan juga dimanifestasikan dengan cara lain dalam budaya manusia purba. Ketika manusia bergerak menuju masyarakat pertanian, mereka memanfaatkan seleksi buatan dengan peningkatan jumlah spesies tumbuhan dan hewan.

Mereka menjinakkan hewan dengan membiakkannya dari generasi ke generasi, hanya mengawinkan keturunan yang menunjukkan sifat yang diinginkan. Ciri-ciri ini tergantung pada tujuan hewan. Misalnya, kuda peliharaan modern biasanya digunakan di banyak budaya sebagai transportasi dan sebagai hewan pengepakan, bagian dari kelompok hewan yang biasa disebut binatang beban.

Oleh karena itu, ciri-ciri yang mungkin dicari oleh para peternak kuda adalah kepatuhan dan kekuatan, serta ketahanan dalam cuaca dingin atau panas, dan kemampuan untuk berkembang biak di penangkaran.

Masyarakat kuno juga memanfaatkan rekayasa genetika dengan cara selain seleksi buatan. 6.000 tahun yang lalu, orang Mesir menggunakan ragi untuk membuat roti dan ragi yang difermentasi untuk membuat anggur dan bir.

Rekayasa genetika modern terjadi di laboratorium alih-alih dengan pembiakan selektif, karena gen adalah disalin dan dipindahkan dari satu bagian DNA ke bagian lain, atau dari satu sel organisme ke organisme lain DNA. Ini bergantung pada cincin DNA yang disebut a plasmid.

Plasmid hadir dalam sel bakteri dan ragi, dan terpisah dari kromosom. Meskipun keduanya mengandung DNA, plasmid biasanya tidak diperlukan sel untuk bertahan hidup. Sementara kromosom bakteri mengandung ribuan gen, plasmid hanya mengandung gen sebanyak yang Anda hitung dengan satu tangan. Ini membuat mereka lebih mudah untuk dimanipulasi dan dianalisis.

Penemuan pada tahun 1960-an endonuklease restriksi, juga dikenal sebagai enzim restriksi, menyebabkan terobosan dalam pengeditan gen. Enzim ini memotong DNA di lokasi tertentu dalam rantai pasangan basa.

Pasangan basa adalah ikatan nukleotida yang membentuk untai DNA. Tergantung pada spesies bakteri, enzim restriksi akan dispesialisasikan untuk mengenali dan memotong urutan pasangan basa yang berbeda.

Konten terkait: Definisi Biologi Molekuler

Para ilmuwan menemukan bahwa mereka dapat menggunakan enzim restriksi untuk memotong potongan-potongan cincin plasmid. Mereka kemudian dapat memperkenalkan DNA dari sumber yang berbeda.

Enzim lain yang disebut DNA ligase menempelkan DNA asing ke plasmid asli di celah kosong yang ditinggalkan oleh urutan DNA yang hilang. Hasil akhir dari proses ini adalah plasmid dengan segmen gen asing, yang disebut a vektor.

Jika sumber DNA adalah spesies yang berbeda, plasmid baru disebut DNA rekombinan, atau chimera. Setelah plasmid diperkenalkan kembali ke dalam sel bakteri, gen baru diekspresikan seolah-olah bakteri selalu memiliki susunan genetik itu. Saat bakteri bereplikasi dan berkembang biak, gen juga akan disalin.

Jika tujuannya adalah untuk memasukkan DNA baru ke dalam sel organisme yang bukan bakteri, diperlukan teknik yang berbeda. Salah satunya adalah senjata gen, yang meledakkan partikel yang sangat kecil dari elemen logam berat yang dilapisi dengan DNA rekombinan pada jaringan tumbuhan atau hewan.

Dua teknik lain membutuhkan pemanfaatan kekuatan proses penyakit menular. Strain bakteri yang disebut Agrobacterium tumefaciens menginfeksi tanaman, menyebabkan tumor tumbuh di tanaman. Para ilmuwan menghapus gen penyebab penyakit dari plasmid yang bertanggung jawab atas tumor, yang disebut Ti, atau plasmid pemicu tumor. Mereka mengganti gen-gen ini dengan gen apa pun yang ingin mereka pindahkan ke dalam tanaman sehingga tanaman tersebut akan "terinfeksi" dengan DNA yang diinginkan.

Konten terkait: Biologi Sel: Gambaran Umum Sel Prokariotik & Eukariotik

Virus sering menyerang sel lain, dari bakteri hingga sel manusia, dan menyisipkan DNA mereka sendiri. SEBUAH vektor virus digunakan oleh para ilmuwan untuk mentransfer DNA ke dalam sel tumbuhan atau hewan. Gen penyebab penyakit dihilangkan dan diganti dengan gen yang diinginkan, yang mungkin termasuk gen penanda untuk memberi sinyal bahwa transfer terjadi.

Contoh pertama modifikasi genetik modern adalah pada tahun 1973, ketika Herbert Boyer dan Stanley Cohen mentransfer gen dari satu strain bakteri ke strain bakteri lainnya. Gen yang mengkode resistensi antibiotik.

Tahun berikutnya, para ilmuwan menciptakan contoh pertama dari hewan yang dimodifikasi secara genetik, ketika Rudolf Jaenisch dan Beatrice Mintz berhasil memasukkan DNA asing ke dalam embrio tikus.

Para ilmuwan mulai menerapkan rekayasa genetika ke bidang organisme yang luas, untuk sejumlah teknologi baru yang berkembang. Misalnya, mereka mengembangkan tanaman yang tahan herbisida sehingga petani bisa menyemprot gulma tanpa merusak tanaman mereka.

Mereka juga memodifikasi makanan, terutama sayuran dan buah-buahan, sehingga mereka akan tumbuh jauh lebih besar dan bertahan lebih lama daripada sepupu mereka yang tidak dimodifikasi.

Rekayasa genetika adalah dasar dari bioteknologi, karena industri bioteknologi secara umum adalah bidang yang luas yang melibatkan pemanfaatan spesies hidup lain untuk kebutuhan manusia.

Nenek moyang Anda dari ribuan tahun yang lalu yang secara selektif membiakkan anjing atau tanaman tertentu memanfaatkan bioteknologi. Begitu juga para petani dan peternak anjing modern, dan begitu juga toko roti atau kilang anggur.

Konten terkait: Bagaimana Menghubungi Perwakilan Anda Tentang Perubahan Iklim

Bioteknologi industri digunakan untuk sumber bahan bakar; di sinilah istilah "biofuel" berasal. Mikroorganisme mengkonsumsi lemak dan mengubahnya menjadi etanol, yang merupakan sumber bahan bakar yang dapat dikonsumsi.

Enzim digunakan untuk memproduksi bahan kimia dengan limbah dan biaya lebih sedikit daripada metode tradisional, atau untuk membersihkan proses manufaktur dengan memecah produk sampingan kimia.

Dari perawatan sel induk hingga tes darah yang lebih baik hingga berbagai obat-obatan, wajah perawatan kesehatan telah diubah oleh bioteknologi. Perusahaan bioteknologi medis menggunakan mikroba untuk membuat obat baru, seperti: antibodi monoklonal (obat ini digunakan untuk mengobati berbagai kondisi, termasuk kanker), antibiotik, vaksin, dan hormon.

Kemajuan medis yang signifikan adalah pengembangan proses untuk membuat insulin sintetis dengan bantuan rekayasa genetika dan mikroba. DNA untuk insulin manusia dimasukkan ke dalam bakteri, yang bereplikasi dan tumbuh dan memproduksi insulin, sampai insulin dapat dikumpulkan dan dimurnikan.

Pada tahun 1991, Ingo Potrykus menggunakan penelitian bioteknologi pertanian untuk mengembangkan sejenis beras yang diperkaya dengan beta karoten, yang tubuh diubah menjadi vitamin A, dan sangat ideal untuk ditanam di negara-negara Asia, di mana kebutaan masa kanak-kanak akibat kekurangan vitamin A adalah hal yang khusus masalah.

Miskomunikasi antara komunitas sains dan publik telah menyebabkan kontroversi besar atas organisme hasil rekayasa genetika, atau GMO. Ada ketakutan dan teriakan seperti itu atas produk pangan rekayasa genetika seperti Golden Rice, demikian sebutannya, yang meskipun tanamannya sudah siap didistribusikan ke petani Asia pada 1999, distribusi itu belum terjadi.