Baca artikel ini untuk mempelajari tentang arti, teknologi, dan penerapan bioteknologi di India!
Bioteknologi adalah salah satu teknologi baru yang memiliki potensi besar untuk negara berkembang seperti India.
Gambar milik: laney.edu/wp/technology/files/2009/01/biotech-researcher.jpg
Di bidang ini, kesenjangan teknologi antara negara-negara maju dan India dapat dipersempit secara signifikan pada pergantian abad ini dan India dapat dengan mudah menjadi pemimpin dalam bidang aplikasi tertentu.
Apa itu Bioteknologi?
Bioteknologi adalah penggunaan industri mikro-organisme dan sel tumbuhan dan hewan hidup untuk menghasilkan zat atau efek yang bermanfaat bagi manusia. Ini mencakup pembuatan antibiotik, vitamin, vaksin, plastik, dll.
Kamus Sains dan Teknologi Referensi Wordsworth mendefinisikan bioteknologi sebagai “penggunaan organisme atau komponennya dalam proses industri atau komersial, yang dapat dibantu oleh teknik manipulasi genetik dalam mengembangkan tanaman baru untuk pertanian atau industri.”
Menurut Collins Dictionary, bioteknologi adalah penggunaan organisme, bagian-bagian atau prosesnya, untuk pembuatan atau produksi zat yang bermanfaat atau komersial dan untuk penyediaan layanan seperti pengolahan limbah. Istilah ini menunjukkan berbagai proses, mulai dari penggunaan cacing tanah sebagai sumber protein, hingga manipulasi genetik bakteri untuk menghasilkan produk gen manusia seperti hormon pertumbuhan.
Kamus Pers Biologi Universitas mendefinisikan bioteknologi sebagai “penerapan teknologi pada proses biologis untuk keperluan industri, pertanian, dan medis.” Kamus Biologi Oxford mendefinisikan bioteknologi sebagai “pengembangan teknik untuk penerapan proses biologis untuk produksi bahan yang digunakan dalam kedokteran dan industri”.
Menurut Golden Treasury of Science and Technology, bioteknologi adalah teknologi yang didasarkan pada pengetahuan tentang proses kehidupan yang dimanfaatkan untuk produksi massal zat-zat bermanfaat. Jelas dari definisi di atas bahwa bioteknologi mencakup berbagai teknologi yang bergantung pada pengetahuan yang diperoleh dari penemuan-penemuan modern dalam biologi sel, biokimia, dan biologi molekuler. Teknologi ini telah memberikan dampak yang sangat besar di banyak bidang kehidupan, termasuk pertanian, pengolahan makanan, teknologi medis, dan pengolahan limbah.
Istilah bioteknologi kadang-kadang juga diterapkan pada proses di mana mikro-organisme seperti ragi dan bakteri ditumbuhkan dalam kondisi yang dikontrol secara ketat. Karena alasan ini, pembuatan bir terkadang disebut sebagai bentuk bioteknologi tertua. Teknik rekayasa genetika seringkali, tetapi tidak selalu, digunakan dalam bioteknologi.
Perbedaan dibuat antara ‘bioteknologi non-gen’ dan ‘bioteknologi gen’: yang pertama bekerja dengan seluruh sel, jaringan atau bahkan organisme individu; yang terakhir, jelas, berhubungan dengan gen—transfer gen dari satu organisme ke organisme lain, atau rekayasa genetika.
Bioteknologi non-gen adalah praktik yang lebih populer, dan kultur jaringan tanaman, produksi benih hibrida, fermentasi mikroba, produksi badan anti hibridoma atau imunokimia adalah praktik bioteknologi yang tersebar luas di negara kita. Bioteknologi gen dipraktikkan di banyak institusi di India, dan penelitian perintis sedang dilakukan.
Teknik Bioteknologi:
Bioreaktor:
Mungkin peralatan terpenting yang digunakan dalam bioteknologi adalah bioreaktor. Bioreaktor adalah wadah yang memungkinkan proses biologis berlangsung dalam kondisi optimal, menghasilkan zat bermanfaat dalam jumlah besar. Orang-orang telah menggunakan bioreaktor sederhana selama berabad-abad untuk membuat anggur dan bir.
Minuman beralkohol ini diproduksi melalui proses yang disebut fermentasi: tanpa adanya udara, sel-sel jamur mikroskopis yang dikenal sebagai ragi memecah gula dalam tong berisi cairan untuk menghasilkan alkohol. Istilah fermentasi kini berarti proses apa pun di mana mikroorganisme mengubah bahan mentah menjadi produk yang bermanfaat.
Banyak bioreaktor modern mengandung kultur bakteri (kumpulan yang terdiri dari milyaran sel). Ada ratusan jenis bakteri berbeda yang dapat digunakan untuk membuat produk yang bermanfaat, mulai dari bahan aktif yang digunakan untuk membuat deterjen hingga bahan baku yang digunakan untuk membuat plastik yang dapat terurai secara alami di lingkungan.
Karena kemajuan dalam rekayasa genetika, bioreaktor kini juga dapat membuat zat biologis kompleks yang dulunya sangat sulit atau tidak mungkin diperoleh. Salah satu produk pertama yang dibuat dalam bioreaktor adalah hormon insulin manusia, yang digunakan untuk mengobati diabetes.
Bakteri adalah alat yang sangat serbaguna dalam bioteknologi, tetapi mereka tidak dapat menghasilkan protein yang sangat besar atau kompleks. Sebaliknya, sel-sel organisme yang lebih maju digunakan untuk tujuan ini. Baru-baru ini, para ilmuwan telah menemukan cara untuk membiakkan sel mamalia dalam bioreaktor untuk menghasilkan antibodi dan protein berguna lainnya.
Beberapa bioreaktor melakukan proses kimiawi tanpa menggunakan sel hidup. Sebaliknya, enzim digunakan untuk memicu konversi satu bahan kimia atau bahan menjadi bahan lainnya. Proses ini, disebut biotransformasi, merupakan bidang utama bioteknologi. Banyak bahan penting kini diproduksi dengan cara ini, termasuk sirup jagung, vitamin C, dan bahan kimia tertentu yang digunakan oleh industri farmasi.
Fusi Sel:
Fusi sel melibatkan penggabungan dua sel untuk membuat satu sel yang berisi semua materi genetik dari sel asli. Teknik ini telah digunakan untuk membuat tanaman baru dengan menggabungkan sel-sel dari spesies yang tidak secara alami berhibridisasi (dari persilangan) dan kemudian menghasilkan tanaman utuh dari sel yang digabungkan.
Contoh paling terkenal adalah kentang, yang merupakan persilangan antara kentang dan tomat. Tanaman kentang memiliki ciri-ciri dari kedua induknya; mereka menghasilkan kentang dan tomat, meskipun tomatnya agak kecil.
Fusi sel digunakan untuk membuat sel yang menyatu dikenal sebagai antibodi monoklonal, yang merupakan protein pelindung yang diproduksi oleh klon sel imun tunggal. Antibodi monoklonal semakin penting untuk merancang tes diagnostik baru dan lebih akurat.
Misalnya, mereka digunakan untuk mengelompokkan darah, mengukur kadar berbagai obat dalam darah, mendiagnosis kehamilan dan mendeteksi ovulasi, mendeteksi hormon seks dalam urin, dan menguji keberadaan sel kanker. Karena antibodi monoklonal dapat dibuat untuk mencari dan mengenali kanker di mana pun mereka berada di dalam tubuh, banyak penelitian telah dilakukan mengenai kemungkinan penggunaan metode ini untuk membawa zat beracun atau radioaktif ke sel tumor dan menghancurkannya.
Ada beberapa cara untuk melakukan fusi sel. Untuk sel hewan dan bakteri, teknik yang paling umum adalah menggunakan virus atau polimer kimia untuk melemahkan dinding luar sel dan menyebabkan ikatan m menjadi satu. Sel tumbuhan tidak dapat menyatu dengan cara ini; dinding sel mereka harus benar-benar dihapus. Ini dilakukan dengan membuatnya dicerna oleh enzim.
Penggunaan Liposom:
Liposom adalah kapsul bola mikroskopis yang terbentuk ketika molekul biologis yang disebut lipid membentuk suspensi dalam air. Molekul lipid dalam liposom mengatur dirinya sendiri sehingga menciptakan ruang kecil di dalam pusat liposom yang dapat membawa zat lain, seperti obat.
Liposom penting dalam bioteknologi, karena mereka menawarkan cara baru untuk mengantarkan obat tertentu ke bagian tertentu dari lapisan v. Misalnya, obat yang disebut peptida dapat dikemas dalam liposom dan ditelan.
Liposom akan melindungi peptida dari pencernaan oleh asam di lambung, memungkinkannya diserap ke dalam usus. Liposom juga bisa disuntikkan langsung ke dalam darah. Mereka diketahui menumpuk di jaringan yang meradang dan pada jenis tumor tertentu, sehingga mereka dapat membantu mengantarkan obat antikanker atau antiinflamasi ke targetnya.
Kultur Sel atau Jaringan:
Menurut Collins Dictionary of Biology, kultur jaringan adalah “suatu teknik di mana sel-sel individu tumbuh dan membelah dalam bak cairan nutrisi steril yang sering mengandung hormon dan zat pertumbuhan. Metode ini digunakan secara luas di laboratorium biologi, misalnya dalam penelitian kanker, pemuliaan tanaman dan analisis rutin kariotop kromosom”.
Menurut Oxford Science Dictionary, kultur jaringan adalah pertumbuhan organisme hidup di luar tubuh dalam media kultur yang sesuai. Media biakan (atau nutrisi) mengandung campuran nutrisi baik dalam bentuk padat maupun dalam bentuk cair.
Dalam kultur jaringan, jaringan hidup ditumbuhkan secara in vitro (bahasa Latin, dalam gelas) atau in vivo (dalam benda hidup). Untuk kultur in vitro, jaringan dari tumbuhan atau hewan ditempatkan dalam suatu media, biasanya cairan, di mana bermacam-macam zat telah dilarutkan. Beberapa di antaranya menyehatkan jaringan; yang lain mendekati susunan kimia dari lingkungan normalnya.
Kontaminasi oleh bakteri, kendala utama pada masa awal kultur jaringan, dikendalikan oleh antibiotik yang ditambahkan ke media. Kultur jaringan in vivo dilakukan dengan menanamkan jaringan ke dalam tumbuhan atau hewan hidup. Misalnya, seorang ilmuwan dapat mentransfer jaringan kanker dari seekor tikus ke sejumlah tikus lain, untuk menguji efek dari berbagai konsentrasi obat antikanker.
Baik metode in vitro dan in vivo telah disempurnakan ke titik di mana sel tunggal yang diisolasi dari jaringan dapat berhasil dikultur. Teknik ini disebut kultur sel. Hampir setiap kemajuan dalam biologi dan kedokteran dalam setengah abad terakhir berutang sesuatu pada teknik kultur jaringan dan kultur sel. Misalnya vaksin untuk penyakit virus, seperti polio.
Virus harus dibiakkan pada jaringan hidup secara in vitro; pengenalan di bawah mikroskop kromosom yang menunjukkan berbagai jenis kelainan pada janin (jaringan janin untuk pemeriksaan pertama kali ditanam secara in vitro)-, menumbuhkan kulit untuk dicangkokkan ke bokong yang luas; perbanyakan varietas asparagus, anggrek, dan banyak tanaman lain yang diinginkan, menggunakan irisan jaringan yang sangat tipis; ribuan tanaman identik (klon) diproduksi dengan cara ini.
Rekayasa genetika:
Rekayasa genetika adalah istilah yang diterapkan pada teknik yang mengubah gen (bahan herediter) atau kombinasi gen dalam suatu organisme. Dengan mengubah gen suatu organisme, para ilmuwan dapat memberikan ciri-ciri yang berbeda pada organisme dan keturunannya. Selama ribuan tahun, pemulia tumbuhan dan hewan telah menggunakan metode pemuliaan untuk menghasilkan kombinasi gen yang menguntungkan.
Para “insinyur genetika” ini telah menghasilkan sebagian besar varietas bunga, sayuran, biji-bijian, sapi, kuda, anjing, dan kucing yang penting secara ekonomi. Pada 1970-an dan 1980-an, para ilmuwan mengembangkan cara untuk mengisolasi gen individu dan memasukkannya kembali ke dalam sel atau ke tumbuhan, hewan, atau organisme lain. Teknik semacam itu mengubah hereditas sel atau organisme.
Untuk mengisolasi gen, para ilmuwan menggunakan teknik yang disebut splicing gen. Dalam penyambungan gen, fragmen DNA seukuran gen diisolasi dari satu organisme dan bergabung dengan molekul DNA dari organisme lain atau dari organisme yang sama. Fragmen DNA seukuran gen diisolasi melalui enzim restriksi.
Enzim ini bereaksi secara kimiawi dengan urutan basa spesifik pada molekul DNA dan memecah molekul pada titik tersebut. Titik ini disebut situs belahan dada. Setelah gen diisolasi, enzim yang disebut ligase digunakan untuk menyambung gen ke fragmen DNA lain.
Molekul hibrida yang terbentuk disebut DNA rekombinan. DNA rekombinan kemudian dimasukkan kembali ke dalam sel. Ia mampu bereplikasi di dalam sel saat sel membelah. Dengan demikian, jumlah molekul DNA rekombinan meningkat dengan cepat.
Beberapa bakteri mengandung molekul DNA sirkular kecil yang disebut plasmid. Plasmid ditemukan dalam sel bakteri di luar kromosom sel. Plasmid dapat diisolasi dan dibelah pada tempat pembelahan dengan menggunakan enzim restriksi. Fragmen DNA dari sumber mana pun kemudian dapat digabungkan ke plasmid, menggunakan ligase untuk membentuk molekul DNA sirkular hibrid.
Ketika plasmid DNA hibrida dicampur dengan sel bakteri yang disiapkan secara khusus, beberapa sel akan mengambil molekul hibrida dalam proses yang disebut transformasi. Campuran sel-sel bakteri tersebut kemudian ditempatkan pada media kultur khusus sehingga sel-sel yang “diubah” terpisah jauh.
Setiap sel yang diubah dengan informasi genetik yang baru ditambahkan tumbuh dalam semalam menjadi koloni jutaan sel. Koloni ini mewakili klon — yaitu, sekelompok sel yang identik secara genetik.
Teknik untuk mengisolasi dan mengubah gen pertama kali dikembangkan oleh ahli genetika Amerika pada awal 1970-an. Selama akhir 1970-an, para peneliti menggunakan teknik rekombinan-DNA untuk merekayasa bakteri untuk menghasilkan insulin dalam jumlah kecil.
Insulin diproduksi dengan penyambungan gen insulin dari sel manusia ke plasmid dari sel bakteri Escherichia coli. Para peneliti juga merekayasa E. Coli untuk membuat protein yang disebut interferon. Protein ini biasanya diproduksi oleh sel-sel tubuh sebagai respons terhadap infeksi virus.
Pada awal 1980-an, metode rekayasa genetika telah disesuaikan dengan produksi zat ini dalam skala besar. Pada tahun 1982, di Amerika Serikat, insulin yang diproduksi oleh bakteri menjadi obat DNA rekombinan pertama yang disetujui untuk digunakan pada manusia.
Juga, pada awal 1980-an, ahli genetika membuat kemajuan dalam menggunakan teknik rekayasa genetika untuk menambahkan gen ke organisme yang lebih tinggi. Para peneliti memasukkan gen hormon pertumbuhan manusia ke dalam tikus, dan tikus tersebut tumbuh dua kali ukuran normalnya.
Pada tahun 1982, para peneliti berhasil mentransfer gen dari satu spesies lalat buah ke spesies lainnya. Pada tahun yang sama, ahli genetika membuktikan bahwa gen dapat dipindahkan di antara spesies tanaman. Pada tahun 1987, para ilmuwan memasukkan gen dari sel bakteri ke dalam tanaman tomat, membuat tanaman tersebut kebal terhadap ulat.
Paten pertama dikeluarkan di AS pada tahun 1986, pada tanaman yang direkayasa secara genetik—varietas com dengan peningkatan nilai gizi. Pada tahun 1988, paten pertama pada hewan tingkat tinggi yang direkayasa secara genetik dikeluarkan, sekali lagi di AS. Hewan itu, sejenis tikus, dikembangkan untuk digunakan dalam penelitian kanker.
Banyak orang menderita penyakit yang disebabkan oleh cacat genetik yang diwarisi dari orang tua mereka. Menggunakan teknik DNA rekombinan, para ilmuwan telah menguji DNA yang diisolasi dari sel bayi yang belum lahir untuk mengetahui apakah bayi tersebut akan memiliki penyakit. Dokter pada akhirnya mungkin dapat mengobati bayi dalam kandungan ibu untuk mencegah suatu penyakit.
Juga, para peneliti telah menyelidiki metode terapi gen dalam upaya menyembuhkan penyakit. Metode tersebut melibatkan penyisipan gen dari individu atau organisme lain ke dalam sel pasien di luar tubuh dan kemudian mengembalikan sel yang telah diubah ini ke dalam tubuh pasien.
Mikroba hasil rekayasa genetika telah digunakan untuk meningkatkan efisiensi produksi pangan. Misalnya, rennin, enzim yang digunakan untuk membuat keju, diproduksi secara alami di perut anak sapi.
Melalui penyambungan gen, rennin dapat diperoleh dengan lebih murah. Rekayasa genetika juga berpotensi dalam pengendalian pencemaran. Para peneliti sedang bekerja untuk mengembangkan mikro-organisme yang secara kimiawi memecah sampah, zat beracun, dan limbah umum lainnya.
Sejumlah besar hormon pertumbuhan yang ditemukan pada sapi diperoleh dari bakteri hasil rekayasa genetika. Saat diobati dengan hormon ini, sapi perah meningkatkan jumlah susunya, dan sapi potong memiliki daging yang lebih sedikit. Rekayasa genetika juga telah digunakan untuk meningkatkan nilai gizi dan ketahanan herbisida jagung. Bakteri yang diubah secara genetik telah digunakan pada tanaman untuk melindunginya dari serangga dan dari embun beku.
Sidik Jari DNA:
Juga disebut sidik jari genetik, teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi komponen DNA (bahan gen) yang unik untuk individu tertentu. Sama seperti sidik jari satu orang berbeda dari sidik jari orang lain dan dapat digunakan untuk identifikasi, demikian pula sebagian kecil DNA suatu organisme (yang ada di setiap sel tubuh) secara unik membedakan organisme tertentu dari organisme lainnya.
Potongan materi genetik yang bervariasi ini berbentuk rangkaian DNA yang disebut satelit mini, yang diulang beberapa kali. Jumlah pengulangan satelit mini per wilayah gen dapat sangat bervariasi antara individu yang tidak berkerabat.
Analisis kimia DNA suatu organisme dari sampel darah, jaringan, semen, dll, menggunakan teknik kromatografi dan elektroforesis, menghasilkan pola bercak dua dimensi. Ini sesuai dengan profil genetik organisme itu, lengkap dengan urutan berulang yang dapat dipilih.
Meskipun relatif baru, sidik jari DNA menjadi teknik forensik yang mapan dan telah berhasil digunakan sebagai bukti dalam kasus pemerkosaan di pengadilan. Ini juga digunakan untuk menyelidiki hubungan keluarga dalam populasi hewan, dan untuk mengukur tingkat perkawinan sedarah dengan melihat tingkat variabilitas profil DNA. Membandingkan pola DNA orang tua dan keturunan dapat berguna dalam mencegah perdagangan spesies yang terancam punah atau dalam membuktikan gugatan paternitas.
Kloning:
Kloning adalah produksi hewan, tumbuhan, atau mikroorganisme yang identik dari satu individu. Klon adalah organisme yang diturunkan dari induk tunggal melalui aktivitas non-seksual. Kloning alami umum terjadi pada tanaman, mikroorganisme, dan hewan sederhana seperti karang.
Banyak organisme yang bereproduksi secara aseksual menghasilkan klon mereka sendiri. Tetapi mamalia, yang semuanya bereproduksi secara seksual, tidak dapat mengkloning secara alami. Keturunan mamalia mewarisi materi genetiknya bukan dari satu induk tetapi masing-masing setengah dari kedua induknya. Oleh karena itu, anak muda yang dihasilkan tidak pernah merupakan salinan identik dari salah satu induknya. Klon alami pada mamalia terbatas pada produksi kembar identik.
Kloning bukanlah sesuatu yang baru. Para ilmuwan telah lama mengkloning tanaman dan hewan tingkat rendah. Beberapa tanaman seperti wortel dan tembakau dapat dikloning dengan mengambil beberapa sel dari spesimen hidup dan menumbuhkannya pada jeli nutrisi. Sel-sel kemudian tumbuh dan membelah sampai seluruh tanaman terbentuk. Bentuk kultur jaringan ini sekarang tersebar luas.
Kloning hewan didasarkan pada teknik yang dikenal sebagai “transfer nuklir”. Ini melibatkan penggabungan dua sel bersama; sel donor yang berisi semua DNA-nya (berisi semua informasi genetik sel) dan sel telur yang DNA-nya telah dihilangkan. Begitu kedua sel menyatu dengan bantuan pulsa elektrik, sel telur ‘enucleated’ yang dihasilkan ditanamkan pada ibu.
Namun, untuk waktu yang lama, teknik ‘transfer nuklir’ yang digunakan pada amfibi dan bahkan mamalia hanya berhasil jika sel donor diambil langsung dari embrio awal. Menggunakan sel-sel dari embrio tidak terlalu sulit karena sel-sel yang buruk belum berdiferensiasi dan menjadi sel khusus untuk berbagai bagian tubuh, seperti sel tulang atau sel otak.
Namun, upaya untuk mengkloning hewan dari sel yang lebih tua yang telah berdiferensiasi secara konsisten berakhir dengan kegagalan, dengan cacat kromosom yang mencolok. Ketidakmampuan para ilmuwan untuk mengkloning dari sel yang lebih tua, baik dari embrio maju maupun sel dewasa, membuktikan bahwa sel dewasa tidak dapat menyesuaikan diri dengan ritme reproduksi yang cepat dari sel telur penerima yang telah dienukleasi.
Pada tahun 1997, para ilmuwan yang dipimpin oleh Dr Wilmut di Institut Roslin di Edinburgh berhasil, untuk pertama kalinya, mengkloning seekor domba, bernama Dolly, dari sel ambing domba dewasa. Menurut para ilmuwan ini, kunci sukses dalam kloning dengan bantuan sel yang lebih tua terletak pada koordinasi status sel donor dan sel telur penerima.
Saat mengkloning Dolly, dipastikan bahwa ketika sel dewasa diambil dari ambing domba betina, sel tersebut berada pada tahap yang tepat dari siklus hidupnya sebagai sel telur tempat ia ditransplantasikan. Sel ambing donor secara kimiawi dipaksa ke dalam keadaan hibernasi, yang dikenal sebagai quiescene— yaitu, ia hidup tetapi telah berhenti berkembang biak (Quiescence terjadi secara alami di beberapa sel tetapi Dr. Wilmut dan timnya telah menginduksinya di dalam sel donor. dengan membuatnya kelaparan nutrisi.)
Ini memungkinkan sel dewasa berada di awal siklus sel dan memiliki jumlah DNA yang normal. Setelah peleburan, sel telur yang telah dibuahi ditanam ke dalam saluran reproduksi ibu pengganti dan seiring berjalannya waktu, Dolly lahir.
Namun, teknologinya belum sempurna. Dari 277 pasang sel yang menyatu dimana sel donor berasal dari jaringan dewasa, hanya satu—Dolly—yang selamat. Pada April 1998, Dolly melahirkan anak domba melalui reproduksi seksual, membuktikan bahwa meskipun asalnya tidak biasa, Dolly mampu berkembang biak secara normal dan menghasilkan keturunan yang sehat.
Namun, pada 14 Februari 2003, Dolly dihukum mati setelah ia menunjukkan gejala penyakit paru-paru progresif. Kloning transgenik juga sedang diujicobakan dan disempurnakan. Para ilmuwan juga menghasilkan klon transgenik pertama, Polly, seekor domba dengan gen manusia. Beginilah cara Polly diproduksi: gen manusia ditambahkan ke nukleus sel domba yang diambil dari domba dewasa, yang kemudian digabungkan dengan sel embrio domba yang nukleusnya telah dihilangkan.
Embrio yang dihasilkan kemudian ditransplantasikan ke domba betina. Gen manusia yang terkandung dalam domba yang dihasilkan dengan teknik baru mampu menghasilkan protein manusia dalam susu Polly yang kemudian dapat diekstraksi dan digunakan dalam pengobatan banyak penyakit manusia seperti hemofilia, gangguan tulang, dll.
Kloning memungkinkan untuk setiap domba yang diproduksi menjadi betina dan menghasilkan susu dan juga untuk kawanan yang akan diproduksi dalam satu generasi. Domba yang dibuat dengan cara ini dapat menghasilkan alpha 1, antitrypsin, protein darah yang digunakan untuk mengobati gejala cystic fibrosi. Mereka juga telah direkayasa secara genetik untuk menghasilkan fibrinogen, faktor VII dan faktor IX—semua produk pembekuan darah dan protein C aktif, yang mencegah pembekuan (digunakan dalam pengobatan hemofilia).
Teknologi Inseminasi Buatan dan Transfer Embrio:
Inseminasi buatan adalah pemasukan semen secara buatan ke dalam saluran reproduksi hewan betina. Ini digunakan secara luas dalam pengembangbiakan hewan, seperti domba dan sapi. Semen yang dikumpulkan dari hewan jantan dengan karakter keturunan yang diinginkan dapat dibekukan dan diangkut jarak jauh untuk membuahi hewan betina. Metode ini juga digunakan untuk wanita manusia yang ingin hamil di mana konsepsi normal tidak memungkinkan.
Prosedur transplantasi embrio melibatkan operasi pengangkatan sel telur yang telah dibuahi dari betina dan memindahkannya ke dalam rahim ibu lain (penerima). Teknik ini dapat dimodifikasi untuk meningkatkan fleksibilitasnya. Misalnya, embrio terkadang dibekukan dan disimpan dalam penyimpanan jangka pendek sebelum transplantasi.
Telur juga telah dibuahi secara artifisial di laboratorium (fertilisasi in vitro) dan kemudian ditempatkan di dalam rahim induknya. Selain itu, embrio dapat dibelah pada tahap awal perkembangan menggunakan bedah mikro; setiap bagian dari embrio kemudian dapat ditransplantasikan ke ibu penerima, yang nantinya akan melahirkan kembar identik. Prosedur ini disebut kembaran buatan.
Teknologi Sel Punca:
Sel punca adalah sel yang tidak berdiferensiasi yang membelah secara mitosis, menimbulkan, biasanya dengan suksesi tahapan, menjadi sel fungsional yang matang. Sel punca di sumsum tulang, misalnya, memunculkan seluruh jajaran sel darah sistem kekebalan.
Sel punca adalah sel yang ditemukan di sebagian besar, jika tidak semua, organisme multisel. Istilah “sel induk” diusulkan untuk penggunaan ilmiah oleh ahli histologi Rusia Alexander Maksimov pada tahun 1908.
Riset di bidang sel punca tumbuh dari temuan ilmuwan Kanada Ernest A. McCulloch dan James E. Till pada 1960-an. Dua jenis besar sel punca mamalia adalah: sel punca embrionik yang diisolasi dari massa sel dalam blastokista, dan sel punca dewasa yang ditemukan di jaringan dewasa.
Dalam embrio yang sedang berkembang, sel punca dapat berdiferensiasi menjadi semua jaringan embrio khusus. Pada organisme dewasa, sel induk dan sel progenitor bertindak sebagai sistem perbaikan tubuh, mengisi kembali sel-sel khusus, tetapi juga mempertahankan pergantian normal organ regeneratif, seperti darah, kulit, atau jaringan usus.
Saat ini, sel punca dewasa yang sangat plastis dari berbagai sumber, termasuk darah tali pusat dan sumsum tulang, secara rutin digunakan dalam terapi medis. Garis sel embrionik dan sel induk embrionik autolog yang dihasilkan melalui kloning terapeutik juga telah diusulkan sebagai kandidat yang menjanjikan untuk terapi masa depan.
Definisi klasik dari sel induk mensyaratkan bahwa ia memiliki dua sifat: (i) pembaharuan diri atau kemampuan untuk melewati banyak siklus pembelahan sel sambil mempertahankan keadaan tidak berdiferensiasi, dan (ii) potensi atau kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi sel khusus. jenis. Sel induk dapat dari jenis berikut:
Sel induk totipoten (dengan kata lain, mahakuasa) dapat berdiferensiasi menjadi jenis sel apa pun. Sel-sel tersebut dapat membangun organisme yang lengkap dan layak. Mereka dihasilkan dari perpaduan sel telur dan sperma.
Sel induk berpotensi majemuk berasal dari sel totipoten dan dapat berdiferensiasi menjadi hampir semua sel, yaitu sel yang berasal dari salah satu dari tiga lapisan germinal.
Sel punca multipoten dapat berdiferensiasi menjadi sejumlah sel, tetapi hanya dari keluarga sel yang terkait erat.
Sel punca Oligopoten dapat berdiferensiasi menjadi hanya beberapa sel, seperti sel punca limfoid atau myeloid.
Sel unipoten hanya dapat menghasilkan satu jenis sel, milik mereka sendiri; tetapi mereka memiliki sifat pembaharuan diri.
Sifat sel punca dapat diilustrasikan secara in vitro, menggunakan metode seperti uji klonogenik, di mana sel tunggal dicirikan oleh kemampuannya untuk berdiferensiasi dan memperbaharui diri. Selain itu, sel punca dapat diisolasi berdasarkan seperangkat penanda permukaan sel yang khas. Namun, kondisi kultur in vitro dapat mengubah perilaku sel, membuatnya tidak jelas apakah sel akan berperilaku serupa secara in vivo. Perdebatan yang cukup ada apakah beberapa populasi sel dewasa yang diusulkan benar-benar sel punca.
Garis sel induk embrionik (garis sel ES) adalah kultur sel yang berasal dari massa sel dalam blastokista. Sel-sel ES bersifat pluripoten dan mereka dapat berkembang menjadi masing-masing dari lebih dari 200 jenis sel tubuh orang dewasa bila diberikan stimulasi yang cukup dan diperlukan untuk jenis sel tertentu. Mereka tidak berkontribusi pada membran ekstra-embrionik atau plasenta.
Hampir semua penelitian hingga saat ini dilakukan menggunakan sel punca embrionik tikus (mES) atau sel punca embrionik manusia (hES). Keduanya memiliki karakteristik sel punca esensial,
Istilah sel punca dewasa mengacu pada sel apa pun yang ditemukan dalam organisme berkembang yang memiliki sifat sel punca. Juga dikenal sebagai sel punca somatik dan sel punca germline (memunculkan gamet), mereka dapat ditemukan pada anak-anak, serta orang dewasa.
Sel induk dewasa berpotensi majemuk jarang dan umumnya berjumlah kecil tetapi dapat ditemukan di sejumlah jaringan termasuk darah tali pusat. Pada tikus, sel induk berpotensi majemuk dihasilkan langsung dari kultur fibroblas dewasa. Sayangnya, banyak tikus yang tidak hidup lama dengan organ sel punca. Sebagian besar sel punca dewasa dibatasi garis keturunannya (Multipoten) dan umumnya dirujuk berdasarkan asal jaringannya.
Perawatan sel induk dewasa telah berhasil digunakan selama bertahun-tahun untuk mengobati leukemia dan kanker tulang/darah terkait melalui transplantasi sumsum tulang. Sel induk dewasa juga digunakan dalam kedokteran hewan untuk mengobati cedera tendon dan ligamen pada kuda.
Sel induk multi-poten juga ditemukan dalam cairan ketuban. Sel-sel induk ini sangat aktif, berkembang secara luas tanpa pengumpan dan tidak bersifat tumorigenik. Sel induk ketuban bersifat Multi-poten dan dapat berdiferensiasi dalam sel-sel garis adipogenik, osteogenik, miogenik, endotel, hati, dan juga saraf.
Peneliti medis percaya bahwa terapi sel punca memiliki potensi untuk secara dramatis mengubah pengobatan penyakit manusia. Sejumlah terapi sel punca dewasa sudah ada, khususnya transplantasi sumsum tulang yang digunakan untuk mengobati leukemia.
Teknologi yang berasal dari penelitian sel punca diharapkan di masa depan dapat mengobati berbagai penyakit yang lebih luas termasuk kanker, penyakit Parkinson, cedera tulang belakang, sklerosis lateral amiotrofik, sklerosis multipel, dan kerusakan otot, di antara sejumlah gangguan dan kondisi lainnya.
Penggunaan sel punca dewasa dalam penelitian dan terapi tidak sekontroversial sel punca embrionik, karena produksi sel punca dewasa tidak memerlukan penghancuran embrio. Selain itu, karena dalam beberapa kasus sel punca dewasa dapat diperoleh dari penerima yang dimaksud, (auto-graft) risiko penolakan pada dasarnya tidak ada dalam situasi ini.
Penelitian sel punca embrionik manusia kontroversial karena, dengan keadaan teknologi saat ini, memulai lini sel punca membutuhkan penghancuran embrio manusia dan/atau kloning terapeutik. Namun, baru-baru ini, telah ditunjukkan secara prinsip bahwa garis sel punca dewasa dapat dimanipulasi untuk menghasilkan garis sel punca seperti embrio menggunakan biopsi sel tunggal yang mirip dengan yang digunakan dalam diagnosis genetik pra-implantasi yang memungkinkan pembuatan sel punca tanpa embrionik. penghancuran.
Penentang penelitian berpendapat bahwa teknologi sel punca embrionik adalah lereng yang licin untuk kloning reproduktif dan secara mendasar dapat merendahkan nilai kehidupan manusia. Mereka yang tergabung dalam gerakan pro-kehidupan berpendapat bahwa embrio manusia adalah kehidupan manusia yang berhak dilindungi.
Pendukung penelitian sel induk embrionik berpendapat bahwa penelitian semacam itu harus dilakukan karena pengobatan yang dihasilkan dapat memiliki potensi medis yang signifikan. Juga dicatat bahwa kelebihan embrio yang dibuat untuk fertilisasi in vitro dapat disumbangkan dengan persetujuan dan digunakan untuk penelitian. Debat berikutnya telah mendorong otoritas di seluruh dunia untuk mencari kerangka peraturan.
Transplantasi Sel Punca untuk Gangguan Darah:
Transplantasi sel punca pertama kali digunakan dalam pengobatan kelainan darah dan merupakan terobosan. Secara konvensional dikenal sebagai transplantasi sumsum tulang , sel punca yang bertanggung jawab untuk produksi sel darah berada di sumsum tulang (yang merupakan jaringan khusus di dalam rongga tulang). Sel darah berasal dari sumsum tulang dari sel induk atau “sel induk”.
Terminologi yang lebih komprehensif untuk transplantasi sumsum tulang adalah transplantasi sel punca hematopoietik atau transplantasi sel punca darah. Kata haematopoiesis berarti produksi sel darah, yang meliputi sel darah merah, sel darah putih dan trombosit.
Sumbernya adalah sumsum tulang; dari sirkulasi darah, juga dikenal sebagai sel punca darah tepi dan darah tali pusat. Donor diberikan anestesi umum dan sumsum tulang diaspirasi dari berbagai tempat di tulang pinggul dan dikumpulkan dalam sebuah tas.
Untuk mengumpulkan sel punca dari darah tepi, pendonor diberikan suntikan khusus yang disebut faktor pertumbuhan untuk merangsang produksi sel punca dalam jumlah yang meningkat. Ini akan beredar dalam aliran darah. Donor terhubung ke mesin yang disebut mesin pemisah sel, yang dapat memisahkan sel punca dari darah donor dan mengembalikan sisa darah ke donor.
Sel induk darah diberikan hanya sebagai infus intravena seperti transfusi darah. Sel punca secara otomatis akan menemukan jalan pulang, di sumsum tulang. Ini akan menggantikan sumsum pasien yang sakit untuk menghasilkan sel darah yang sehat. Donor terbaik adalah saudara kandung pasien atau saudara kembar atau anggota keluarga besar. Donor yang tidak terkait juga dapat digunakan.
Bagaimana donor yang tidak terkait diidentifikasi?
Di negara maju, ada pendaftaran donor sumsum tulang nasional yang mendaftarkan donor sukarela yang bersedia mendonorkan sumsum tulang mereka. Registri sumsum tulang memelihara basis data mereka dengan pengetikan HLA mereka. Kebugaran mereka untuk menyumbangkan sumsum juga dinilai.
Registri sumsum tulang terkait dengan pendaftar internasional lainnya. Jika seorang pasien membutuhkan transplantasi sel punca darah dan jika pasien tidak memiliki donor keluarga yang sesuai, pencarian dilakukan melalui pendaftaran nasional pada basis data elektronik.
Tiga kelompok utama penyakit dapat diobati dengan metode ini: penyakit ganas seperti leukemia atau kanker sel darah; penyakit di mana produksi darahnya sendiri rusak seperti anemia aplastik; dan penyakit genetik seperti talasemia dan kondisi defisiensi imun.
Karena pasien akan dibiarkan tanpa kekebalan sampai sel induk darah baru mengambil alih, dia sangat rentan terhadap infeksi untuk sementara waktu. Pasien harus dirawat di lingkungan yang sangat bersih, sebaiknya di ruangan yang dapat mengalirkan udara tersaring sehingga semua mikroorganisme tersaring. Pasien juga akan memerlukan dukungan produk darah dan dukungan antibiotik. Kebutuhan akan perawatan suportif yang sangat agresif inilah yang membuat transplantasi sel punca darah menjadi mahal.
Hingga beberapa tahun yang lalu, transplantasi sel punca darah terbatas pada pasien hingga dekade keempat. Dengan kemajuan teknik sekarang transplantasi sel punca darah dapat diberikan bahkan kepada pasien lanjut usia. Dalam beberapa situasi, sel punca milik pasien dikumpulkan, disimpan, dan ditransplantasikan setelah perawatan kemoterapi dosis tinggi.
Darah tali pusat merupakan sumber sel punca baru-baru ini yang memberikan banyak harapan bagi pasien yang kekurangan donor keluarga. Darah tali pusat kaya akan sel punca pembentuk darah. Tali pusat adalah penghubung antara ibu dan janin. Setelah bayi lahir, tali pusarnya dipotong dan dibuang.
Penemuan bahwa darah tali pusat merupakan sumber yang kaya akan sel punca darah telah menyebabkan pembentukan bank darah tali pusat di seluruh dunia dan sel punca darah tali pusat disimpan untuk tujuan menyelamatkan nyawa. Beberapa bank darah tali pusat swasta dan publik telah muncul di banyak negara dan mereka berjejaring. Sel punca darah tali pusat mudah didapat. Tingkat kecocokan yang dibutuhkan antara pasien dan donor bisa jadi kurang ketat dibandingkan dengan transplantasi sumsum tulang konvensional.
Aplikasi Bioteknologi:
Bioteknologi memiliki berbagai aplikasi di banyak bidang kehidupan.
Obat-obatan:
Bioteknologi modern, dalam arti menghasilkan zat-zat bermanfaat dalam bioreaktor, pertama kali digunakan dalam pengobatan untuk menumbuhkan biakan kapang guna menghasilkan antibiotik. Saat ini, sejumlah antibiotik digunakan untuk menyembuhkan berbagai penyakit.
Mereka termasuk ciprofloxacin (Grup spektrum luas), Amoxicillin dan Ampicillin (grup Penisilin), Erythromycin (grup alternatif Penisilin), Metronidazole (grup anti protozoa) dan tetrasiklin (Grup spektrum luas).
Hormon untuk mengobati orang sekarang dapat diproduksi oleh mikroorganisme yang telah dimodifikasi secara genetik. Generasi buatan adalah teknik yang sangat berguna dalam kasus di mana hormon yang akan dibuat adalah protein dan oleh karena itu dapat dibuat langsung dari gen tunggal.
Para peneliti di Inggris telah menghasilkan domba hasil rekayasa genetika yang susunya mengandung protein yang disebut Factor-VIII, protein yang memungkinkan darah manusia menggumpal. Ini akan membantu dalam pengobatan hemofilia. Penderita hemofilia adalah orang yang darahnya tidak mengandung zat pembekuan apa pun, dan mereka harus diobati dengan faktor VIII. Faktor VIII mahal untuk diproduksi secara industri, tetapi domba yang direkayasa secara genetik dapat memproduksinya secara massal dengan mudah dan mengurangi biaya perawatan tersebut.
Reagen yang diproduksi oleh bioteknologi digunakan dalam operasi transplantasi untuk menentukan kompatibilitas organ donor. Ada juga potensi penggunaan rekayasa genetika dalam kedokteran, seperti terapi gen dan pemetaan gen manusia.
Sekelompok obat baru ditargetkan pada protein vital dalam sel yang berikatan dengan situs spesifik gen dan mengatur aktivitasnya yang disebut ‘obat berbasis faktor transkripsi’; obat ini bertindak sebagai protein faktor transkripsi yang penting untuk mengubah informasi genetik yang dikodekan dalam gen menjadi asam ribonukleat (RNA), RNA pembawa pesan—suatu proses yang disebut ‘transkripsi’.
Pesan genetik yang dibawa oleh mRNA diterjemahkan menjadi protein—produk akhir dari gen aktif. Karena siklus hidup banyak bakteri, jamur, dan virus patogen bergantung pada aktivitas protein faktor transkripsi, obat berbasis struktur baru terhadap protein ini dapat menghambat pertumbuhan organisme penginfeksi.
Misalnya, obat yang menghambat aktivitas protein faktor transkripsi—protein VP-16 dari virus Herpes simpleks, sedang dalam proses. Protein virus ini bertanggung jawab untuk mengaktifkan gen virus yang diperlukan untuk penggandaan virus.
Perusahaan-perusahaan biotek juga mengincar obat-obatan yang dapat berinteraksi secara selektif dengan gen. Perbatasan baru desain obat yang elegan ini menggunakan bentangan kecil DNA dan RNA komplementer yang disebut oligonukleotida yang dapat mengikat bentangan nukleotida target, yang bisa berupa mRNA atau DNA dan mematikan gen sesuka hati.
Saat mRNA menguraikan rangkaian asam amino yang merangkai bersama untuk membuat protein, molekul ini dikatakan masuk akal. Oligonukleotida yang menghambat mRNA memproduksi protein dengan mengikatnya disebut sekuens ‘antisense’.
Bertindak sebagai obat genetik baru, banyak obat antisense oligonukleotida yang memblokir aktivitas gen yang salah atau gen organisme penyebab penyakit telah mencapai uji klinis. Jika oligonukleotida berikatan dengan DNA, terbentuk triple helix yang kembali menonaktifkan gen tersebut.
Teknik triple helix ini dengan mudah mematikan virus yang struktur genetiknya sudah diketahui dengan baik. Sebenarnya untuk menggunakan oligonukleotida sebagai obat terapeutik, dilakukan sedikit modifikasi pada struktur kimianya sehingga menjadi resisten terhadap nuklease seluler yang dapat menurunkannya.
Untuk ini, atom oksigen kritis di setiap blok penyusun nukleotida diganti dengan atom belerang. Kelas khusus oligonukleotida ini, yang disebut S-Oligos atau fosforotioat digunakan sebagai penyeret untuk menonaktifkan gen. Mereka dapat dengan mudah disintesis dengan teknik otomatis.
Empat bank gen telah diperkuat sehubungan dengan koleksi, konservasi dan karakterisasi lebih banyak aksesi plasma nutfah . Sebuah protokol yang cepat dan sangat dapat direproduksi untuk perbanyakan in vitro dari Picrorhiza scrophulariflora telah dikembangkan. Garis hasil tinggi Nothapodytes nimmoniana dengan lebih dari 1 persen camplothecin diidentifikasi dari Western Ghats.
Evaluasi kinerja plantlet kultur jaringan elit vis-a-vis stek batang vanili (Vanilla planifolia) di lahan petani seluas 20 ha di negara bagian Tripura telah dimulai. Kultur sel Commiphora wightii ditanam di bioreaktor pengangkutan udara untuk produksi guggulsterone.
Proyek jaringan pengembangan produk herbal terstandar untuk mastitis sapi juga telah dimulai. Polisakarida pektik yang dimurnikan dari Aegle marmelos telah menunjukkan aktivitas anti-leishmanial in vivo yang signifikan. Ekstrak akar clitorea ternatea dan taraxerol menunjukkan penghambatan aktivitas asetilkolinesterase yang signifikan dan sifat peningkatan kognitif .
Pekerjaan kloning dan karakterisasi elemen pengatur gen yang terlibat dalam biosintesis pikrosida di Picrorhiza kurrooa telah dimulai. Pada tahun 2008, gen sintase 4, 11-diena panjang penuh yang terlibat dalam regulasi biosintesis seskuiterpen di Artemisia annua telah dikloning. Empat gen jalur biosintesis alkaloid isoquinoline di Papaver somniferum juga telah dikloning.
Biokatalis:
Enzim adalah biokatalis yang digunakan untuk meningkatkan atau menurunkan laju reaksi biokimia. Enzim telah lama digunakan dalam pembuatan keju, bir, dan anggur. Aplikasi komersial enzim untuk tujuan lain telah berkembang baru-baru ini. Lebih dari 25 enzim diproduksi secara bioteknis.
Sirup jagung fruktosa tinggi diproduksi oleh pencernaan enzimatis pati jagung, lebih manis dari sukrosa gula dan digunakan dalam industri minuman untuk membumbui minuman ringan dan dalam industri pembuat roti komersial untuk membumbui biskuit dan kue manis. Dalam industri susu, enzim sangat penting untuk produksi keju. Enzim sangat penting dalam industri minuman dan kemasan.
Teknologi untuk produksi dan aplikasi berbagai enzim yang memiliki kepentingan industri seperti keratinase, pullulanase, selulosa, laktase, protease, dll., telah dikembangkan selama periode Rencana Kesepuluh (2002-2007). Untuk Rencana Kesebelas (2008-2013), penekanan telah diberikan pada produksi enzim seperti hidrolase, L-asparaginase, fitase, kitinase, dll., dan produk jamur yang penting secara medis seperti fumagillin, lovosatin, dan ezetimibe.
Proyek-proyek baru yang relevan dengan sektor kesehatan difokuskan pada pengembangan sistem penghantaran obat vesikuler baru untuk psoriasis dan diagnostik berbasis biochip untuk mendeteksi penyakit genetik. Proyek hiperproduksi zat warna/pigmen dari fungi rendah terpilih untuk aplikasi dalam industri pewarnaan tekstil, pengembangan bioreaktor membran untuk sintesis lipid terstruktur, persiapan biosensor amperometrik untuk penentuan trigliserida, pengembangan kit imunodiagnostik untuk deteksi Karnal bunt di banyak gandum, produksi anggur dari mangga, dan desain dan optimalisasi gasifier biomassa unggun terfluidisasi yang bersirkulasi telah diterapkan. Area dorong telah diidentifikasi untuk implementasi sebagai program kerja jaringan / proyek mode misi untuk implementasi selama Rencana ke-11.
Pertanian:
Produktivitas dan keragaman pertanian dapat memperoleh manfaat besar dari bioteknologi . Produksi tanaman hasil rekayasa genetika adalah penerapan bioteknologi yang paling terkenal di bidang pertanian. Aplikasi penting adalah perbanyakan tanaman baru melalui kultur jaringan.
Tanaman transgenik tersebut pertama kali muncul secara komersial pada tahun 1996. Dengan bantuan teknik kultur jaringan, tanaman yang hampir tak terbatas dapat diperbanyak dari satu tanaman yang memiliki karakteristik yang diinginkan.
Keuntungannya adalah perbanyakan progeni sejati memastikan pertumbuhan yang seragam dan perilaku produktivitas untuk setiap spesies dalam lingkungan agroklimat tertentu melalui generasi berturut-turut. Variasi kromosom yang muncul melalui siklus kultur jaringan dapat efektif dalam menghasilkan perbaikan genetik pada tanaman.
Selama periode Rencana Kesepuluh (2002-2007), arah kegiatan adalah kultur jaringan tanaman untuk perbanyakan massal bahan tanam yang diinginkan, pemanfaatan pasar molekuler untuk karakterisasi keragaman genetik dan aksesi unggul dengan mengacu pada identifikasi sifat-sifat yang diinginkan, biologi molekuler alat untuk produksi varietas unggul melalui pendekatan pemuliaan transgenik dan molekuler.
Struktur dan keragaman genetik populasi pada pinus Himalaya juga sedang dianalisis. Alat molekuler juga digunakan untuk evaluasi dan karakterisasi genom. Proyek-proyek di bidang tanaman hortikultura berfokus terutama pada produksi bahan tanam berkualitas bebas penyakit, perbaikan tanaman, dengan referensi khusus untuk memperpanjang masa simpan dan studi karakterisasi genetik.
Penekanan terutama diberikan pada peningkatan sumber daya berbasis hutan termasuk kayu dan non-kayu melalui intervensi bioteknologi dan program-program tertentu juga sedang dikembangkan untuk pinus dan Eucalyptus. Kentang, bawang, brinjal dan okra telah diidentifikasi dan program telah didukung. Inisiatif Genom Solanaceae Internasional juga diluncurkan selama periode tersebut. Studi genomik struktural dan fungsional saat ini sedang didukung.
Beberapa aplikasi lain di bidang pertanian adalah sebagai berikut.
Benih Hibrida:
Hibrida adalah produk dari penyatuan dua genotipe yang berbeda dan mampu menjalankan fungsinya lebih efisien daripada induknya dalam kondisi agronomi yang berbeda. Ini biasanya dilakukan dengan metode bioteknologi.
Benih Buatan:
Pengembangan benih buatan atau sintetik yang terdiri dari embrio kultur jaringan yang dikemas dalam lapisan pelindung merupakan bidang yang muncul untuk produksi benih berkualitas dalam jumlah tak terbatas.
Peningkatan Fotosintesis:
Peningkat fotosintesis adalah serangkaian bahan kimia alami baru yang memiliki potensi untuk meningkatkan produktivitas tanaman. Para ilmuwan telah menetapkan bahwa bahkan dosis 1 bagian per juta (ppm) dapat meningkatkan fotosintesis tanaman hingga 100 persen atau lebih dan meningkatkan hasil tanaman seperti sereal, kacang-kacangan dan sayuran.
Tanaman dan Tanaman Tahan Stres:
Teknik bioteknologi baru telah sangat meningkatkan ruang lingkup untuk mengembangkan varietas tanaman yang lebih baik dari segala jenis. Sekarang layak untuk mengembangkan dan memperbanyak tanaman yang tahan terhadap berbagai kendala seperti kekeringan, salinitas dan berbagai hama dan penyakit.
Pupuk hayati:
Semakin disadari bahwa efek yang sama seperti pupuk kimia dapat dicapai dengan meningkatkan dan mentransfer kemampuan fiksasi nitrogen pada tanaman. Dalam konteks ini, organisme mikro seperti Rhizobium, Azobacter, Clostridium dan ganggang biru sebagai pemecah nitrogen, subtil bacillus dan jamur mikrortigal sebagai pelarut fosfat; azolla sebagai penyumbang bahan organik dan pengikat nitrogen serta trobasil sebagai penghasil sulfat sangat menjanjikan. Telah ditemukan bahwa inokulasi dengan kultur rizobial pada korps nadi yang berbeda meningkatkan hasil secara signifikan.
Bio-insektisida dan Bio-pestisida:
Penggunaan beberapa pestisida kimia secara intensif dan berulang menyebabkan toksisitas di lingkungan dan resistensi pestisida pada hama sasaran. Bioteknologi menawarkan beberapa cara untuk mengatasi efek samping yang merugikan dengan memungkinkan petani mengadopsi strategi alternatif menuju pengendalian hama. Ini termasuk penggunaan agen kontrol biologis, atraktan dan agen yang mempengaruhi pertumbuhan. Selain ramah lingkungan, bio-pestisida bersifat non-karsinogenik dan memiliki tingkat spesifisitas serangga yang tinggi.
Bioteknologi Pangan:
Bioteknologi memenuhi harapan konsumen akan pasokan makanan berkualitas tinggi yang andal dengan memproduksi strain mikroorganisme yang andal dan berkinerja tinggi seperti ragi untuk pembuatan bir dan pembuatan kue. Roti, keju, anggur, bir, yogurt, dan cuka semuanya dibuat dengan membiakkan mikroorganisme dan benar-benar merupakan produk bioteknologi tertua. Namun, metode yang diperbarui kini digunakan untuk membuat barang-barang tradisional tersebut.
Mikroorganisme memiliki banyak kegunaan lain dalam industri makanan. Dalam beberapa kasus, mikroorganisme ini dapat dimakan seperti ekstrak ragi yang digunakan untuk memanggang roti. Lainnya digunakan untuk membuat vitamin seperti B 12 . Bakteri asam laktat yang ditingkatkan secara genetik digunakan sebagai kultur starter untuk membuat keju. Dua asam amino (bahan penyusun protein) dalam aspartam pemanis buatan dibuat dengan fermentasi bakteri.
Beberapa makanan yang direkayasa secara genetik dan terjadi secara alami memiliki manfaat kesehatan tertentu. Mereka baru-baru ini disebut nutraceuticals, indikasi peran mereka sebagai persilangan antara suplemen nutrisi dan obat-obatan. Mereka termasuk antioksidan, dianggap mengurangi risiko kanker, dan minyak atau asam spesifik yang mengurangi kadar kolesterol dan risiko penyakit jantung. Kemungkinan lebih banyak nutraceuticals akan diidentifikasi.
Ahli bioteknologi juga sedang mengembangkan tes yang memungkinkan pendeteksian mikroorganisme pencemar makanan dan toksin yang dihasilkannya, yang mungkin hanya ada dalam jumlah kecil. Bioteknologi juga memiliki aplikasi dalam mendeteksi mutagen (zat yang menyebabkan mutasi genetik) pada produk makanan individu.
Saat ini, sebagian besar bahan makanan di AS mengandung bahan rekayasa genetika (GM) karena sekitar 75 persen dari semua tanaman rekayasa hayati ditanam di sana. Budidaya tanaman GM dalam skala besar juga telah disetujui di beberapa negara lain seperti Jepang, Kanada dan beberapa negara Eropa.
Makanan yang berasal dari tanaman GM semakin meningkat. Monsanto, perusahaan multinasional AS, menjual jagung, kedelai, dan jagung RG yang menghasilkan biopestisida alami karena secara genetik dirancang untuk membawa gen toksin dari bakteri, Bacillus thuringiensis. Disebut gen toksin, gen ini memberikan ketahanan tanaman GM terhadap berbagai hama serangga.
Beberapa tanaman RG yang telah disetujui untuk digunakan sebagai makanan di negara-negara tertentu termasuk jagung, jagung, kedelai, tomat, kentang, dan pepaya.
Selama periode Rencana Kesepuluh (2002-2007), penekanan utama adalah pada pengembangan dan penggunaan nutraceuticals dan probiotik untuk kesehatan holistik. Logistik telah digarap untuk periode Rencana Kesebelas (2008-2013) untuk mendirikan Institut Bioteknologi Pangan Nasional (NABI), dan Unit Bioproses (BPU) sebagai lembaga otonom di bawah Departemen Bioteknologi (DBT), Kementerian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi.
Baik NABI dan BPU direncanakan untuk membuat Taman Agrofood yang dirancang untuk menampung perusahaan baru. Ketiganya—NABI, BPU, dan Taman—akan membentuk apa yang disebut Agro-pangan. Cluster di Mohali di Punjab.
Bahan Bakar dan Pakan:
Bioteknologi telah menyediakan alternatif yang bersih dan terbarukan untuk bahan bakar fosil tradisional, yang pembakarannya berkontribusi terhadap pemanasan global. Teknik kultur jaringan untuk perbanyakan massal menawarkan cara tidak hanya perbanyakan cepat dan massal stok plasma nutfah yang ada untuk produksi energi kayu dan biomassa tetapi juga untuk penghijauan hutan yang terdegradasi secara cepat dan untuk regenerasi tutupan hijau.
Biomassa adalah sumber karbon yang dapat digunakan untuk proses bioteknologi. Proporsi biomassa tertinggi dihasilkan di hutan diikuti oleh padang rumput dan pertanian. Bioteknologi dapat memainkan peran penting dalam tiga cara dalam produktivitas biomassa, dengan meningkatkan jumlah biomassa yang tersedia, dengan meningkatkan konversinya menjadi bahan bakar serbaguna dan mengurangi tekanan pada sumber energi yang ada, dengan proses penghematan energi dan peningkatan pemulihan bahan bakar fosil. . Dua produk utama dari konversi biomassa adalah gas metana dan etanol cair; produk lain seperti bahan bakar padat, hidrogen, dan gas berenergi rendah juga akan tersedia.
Untuk menghasilkan metana, limbah manusia, hewan, atau sayuran dimasukkan ke dalam unit tertutup yang disebut digester. Dalam alat ini, bakteri dapat berkembang biak tanpa oksigen mencerna dan memfermentasi limbah, menghasilkan gas metana. Gas ini dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk produksi listrik skala kecil, memasak, penerangan, dan pemanas. Bubur yang tertinggal di akhir proses juga bermanfaat sebagai pupuk.
Lingkungan:
Ada banyak aplikasi bioteknologi yang dapat dikategorikan secara luas sebagai lingkungan. Salah satu area baru yang penting adalah deteksi kontaminan mikrobiologis. Tes serupa dengan yang digunakan untuk mendeteksi kontaminan dalam makanan sedang dikembangkan di lingkungan yang lebih luas. Tes ini dapat mengidentifikasi residu kimia yang dihasilkan dari penggunaan pestisida atau insektisida dalam produksi bahan makanan.
Aplikasi bioteknologi lingkungan lainnya termasuk bioremediasi atau pembersihan polusi yang “ramah lingkungan” seperti tumpahan minyak.
Pengembangan Biosensor:
Bidang bioteknologi baru yang menjanjikan lainnya adalah pengembangan biosensor. Ini menggabungkan komponen biologis (seperti enzim) dengan berbagai komponen elektronik untuk memicu sirkuit ketika jenis bahan kimia tertentu terdeteksi. Biosensor mampu mendeteksi kadar protein, hormon, polutan, gas, dan molekul lain yang sangat rendah.
Orang-orang menemukan banyak aplikasi untuk biosensor dalam industri, di mana mereka dapat dengan cepat mendeteksi dan mengukur kadar asam, alkohol, dan fenol. Polisi dan dokter menggunakan kit diagnostik berdasarkan biosensor untuk mendeteksi sejumlah kecil obat pada manusia. Sistem canggih sedang dikembangkan di mana biosensor digabungkan dengan sistem alarm di pabrik industri untuk memperingatkan pekerja tentang bahaya sebelum tingkat paparan racun yang kritis tercapai.
Biosensor juga membantu ahli geologi di industri pertambangan untuk mendeteksi sejumlah kecil mineral berharga dalam sampel bijih dari bawah tanah. Setelah mineral diekstraksi, mikroorganisme digunakan dalam pencucian biologis, yang menghilangkan dan memulihkan logam (seperti tembaga, seng, dan perak) dan radionuklida (uranium) dari bijih kadar rendah dan air limbah.
Selain penggunaannya dalam pertambangan, mikroorganisme juga sedang dikembangkan yang dapat digunakan dalam peleburan dan pemurnian logam, pelapisan dan penyelesaian logam, pemrosesan ulang bahan bakar nuklir, dan pemulihan bahan berguna dari tempat pembuangan sampah.
Peternakan:
Hewan memenuhi kebutuhan susu, daging, serat, dan kekeringan manusia. Penerapan bioteknologi di bidang ini, dalam meningkatkan efisiensi produksi melalui manipulasi dan kontrol sistem fisiologis dan meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan hewan, dianggap sangat penting.
Transplantasi embrio yang digunakan pada ternak sapi, kambing, babi, dan domba bertujuan untuk meningkatkan jumlah keturunan dari betina yang berkualitas. Dalam prosedur ini, wanita berperingkat tinggi diberikan perawatan hormon untuk membuatnya menghasilkan lebih banyak sel telur dari biasanya. Betina kemudian dikawinkan dengan banteng yang sama berharganya.
Telur yang telah dibuahi kemudian dipindahkan ke betina lain yang sehat tetapi umumnya kurang berharga. Teknik tersebut memungkinkan seekor betina unggul memiliki beberapa keturunan setiap tahunnya. Transplantasi embrio umumnya berhasil, tetapi aplikasinya saat ini bersaksi, karena merupakan prosedur yang mahal dan sangat teknis.
Kloning embrio untuk menghasilkan duplikat genetik hewan secara artifisial juga dimungkinkan. Segera setelah kelahiran Dolly pada Februari 1997, ilmuwan Amerika juga mengumumkan kloning monyet dengan menggunakan teknologi transfer nuklir sel somatik. Namun, dalam kasus monyet, sel yang mematikan digunakan sebagai pengganti sel dewasa seperti dalam kasus Dolly.
Pada bulan Februari 1998, ilmuwan Perancis dan Amerika mengumumkan kloning anak sapi dengan menggunakan sel embrio seperti yang telah dilakukan pada monyet. Pada tahun 1997, para ilmuwan di Skotlandia untuk pertama kalinya berhasil mengkloning seekor domba, bernama Dolly, dari sel tubuh orang dewasa dan bukan dari embrio.
Manipulasi langsung dan pengubahan materi genetik hewan—rekayasa genetika—memiliki potensi untuk menghasilkan perubahan yang lebih drastis lagi dalam pemuliaan hewan. Diyakini bahwa babi yang diubah secara genetik suatu hari nanti dapat menyediakan organ yang kompatibel untuk transplantasi darurat (xenotransplantasi) ke manusia.
Kloning dan rekayasa genetika cenderung berada di garis depan kemajuan pemuliaan hewan di masa depan. Namun, ada keberatan etis terhadap beberapa aplikasi potensial dari teknologi ini dan kekhawatiran tentang kesejahteraan hewan yang terlibat. Yang juga tidak pasti adalah efek jangka panjang dari menciptakan hewan hasil rekayasa genetika.
Meskipun secara teoritis memungkinkan, kloning manusia secara teknis sangat sulit, karena manusia adalah yang paling maju dari semua makhluk hidup. Prospek kloning manusia juga telah mengangkat tidak hanya banyak pertanyaan ilmiah, tetapi juga moral, etika, dan filosofis.
Badan kesehatan PBB telah mengutuk kloning manusia (yang masih kemungkinan kecil) sebagai “tidak dapat diterima secara etis”. Skeptis menganggap kloning sebagai gangguan pada tatanan alam.
Mereka mengklaim bahwa upaya yang disengaja dan artifisial akan dilakukan melalui kloning untuk meningkatkan sifat yang diinginkan dan menciptakan manusia yang unggul. Seiring berjalannya waktu, teknologi, yang diidam-idamkan, akan dikomersialkan, dengan manusia mengambil alih peran Tuhan.
Namun, para ilmuwan dan peneliti mengatakan bahwa dilema moral dan etika berada di luar cakupan pekerjaan mereka. Mereka berpendapat bahwa kloning manusia tidak mungkin dilakukan untuk tujuan yang disebutkan di atas. Menyoroti dampak positif dari teknologi terobosan , mereka mengatakan bahwa kloning dapat diterapkan pada manusia untuk mengobati penyakit dengan menciptakan sel dan organ untuk menggantikan bagian yang sakit.
Selanjutnya, akan menjadi lebih mudah untuk mempelajari penyakit genetik. Produksi obat-obatan dalam skala massal akan menjadi mungkin.
Kloning Terapi dilakukan untuk membuat obat-obatan dan pada akhirnya akan membantu pasien menumbuhkan jaringannya sendiri. Meskipun para ilmuwan telah menggunakan kloning terapeutik untuk menyembuhkan sebagian tikus laboratorium dengan penyakit sistem kekebalan, upaya untuk mengkloning embrio manusia telah gagal sampai sekarang.
