MAKALAHBIOTEKNOLOGI DASAR

PERAN REKAYASA GENETIK PADA BIOTEKNOLOGI

NAMA: SUHARLINA TAHIRNIM: H311 12 275JURUSAN: KIMIA

DASAR-DASAR REKAYASA GENETIKJURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS HASANUDDINMAKASSAR2014BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangBioteknologi diartikan sebagai penerapan prinsip ilmu dan rekayasa dalam pemanfaatan makhluk hidup (bakteri,fungi,virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim,alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Bioteknologi secara umum berarti meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut.Selama beberapa dasawarsa belakangan ini, nampak semakin berkembangnya bioteknologi tradisional maupun modern di berbagai bidang. Manfaat senyawa biologis dalam ilmu bioteknolgi dapat ditingkatkan dengan cara melakkan sebuah rekayasa genetika. Rekayasa ini dapat diterapkan dalam beberapa bidang seperti bidang industri enzim, pangan, pertanian, peternakan, kesehatan dan farmasi. Pada industri enzim, enzim protease dan lipase digunakan dalam deterjen. Dimana masing-masing enzim berfungsi sebagai pendegradasi protein dan lemak. Sementara pada bidang pangan, ilmu bioteknologi tradisional digunakan pada pembuatan keju, yoghurt, mentega, tempe dan pengawetan makanan. Sementara pada bioteknologi modern, pemanfaatan pada bidang pangan contohnya adalah peningkatan kandungan vitamin A pada berasGolden Rice.Pada bidang pertanian, contohnya adalah melakukan rekayasa genetik atau transgenik pada tanaman agar tahan terhadap hama dan penyakit. Contohnya adalah menggunakanBacillus thuringiensisyang menghasilkan protein anti cacing pada tanaman jagung, sehingga dapat mengurangi penggunaan pertisida. Dan juga dapat melakukan rekayasa DNA rekombinan agar tanaman menghasilkan bibit yang unggul.

B. Rumusan masalah Apa pengertian dari Bioteknologi ? Apa pengertian rekayasa genetik ? Bagaimana karakteristik bakteri bacillus thuringensis ? Bagaimana peranan toksin Bt dalam upaya tanaman tahan hama ? Bagaimana cara perakitan tanaman transgenik tahan hama ?C. Tujuan Untuk mengetahui pengertian dari bioteknologi Untuk mengetahui pengertian rekayasa genetik Untuk menjelaskan karakteristik bakteri bacillus thuringensis Untuk menjelaskan peran toksin Bt dalam tanaman tahan hama Untuk mengetahui cara perakitan tanaman transgenic yang tahan terhadap hama penyakit

BAB IIISI

Bioteknologi dalam istilah sederhana dapat diartikan sebagai upaya pemanfaatan mahluk hidup atau bagian-bagiannya untuk menghasilkan baranatau jasa secara industry. Sejalan dengan perkembangan teknologi, penggunaan mahluk hidup atau bagianbagiannya sudah mengarah pada rekayasa genetic suatu organisme baik organisme tingkat rendah seperti jamur, bakteri, atau virus maupun organisme tingkat tinggi seperti binatang, tumbuhan, bahkan manusia.Rekayasa genetika merupakan penerapan teknik-teknik biologi molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu. Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing. Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun. Manfaat rekayasa genetika diantaranya meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia seperti insulin dan hormon pertumbuhan, menyediakan bahan makanan yang lebih melimpah dan sumber energi yang terbaharui, proses industri yang lebih murah dan mengurangi polusi.

Bakteri Bacillus thuringiensisKlasifikasi Bacillus thuringiensis :Kerajaan : EubacteriaFilum : FirmicutesKelas : BacilliOrdo : BacillalesFamili : BacillaceaeGenus : BacillusSpesies : Bacillus thuringiensisBacillus thuringiensis adalah bakteri gram-positif, berbentuk batang, yang tersebar secara luas di berbagai negara. B. thuringiensis dibagi menjadi 67 subspesies (hingga tahun 1998) berdasarkan serotipe dari flagela (H). Bakteri ini termasuk patogen fakultatif dan dapat hidup di daun tanaman konifer maupun pada tanah. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi. Saat sporulasi terjadi, tubuhnya akan terdiri dari protein Cry yang termasuk ke dalam protein kristal kelas endotoksin delta yang toksik terhadap sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia dan insekta.. Apabila serangga memakan toksin tersebut maka serangga tersebut dapat mati. Oleh karena itu, protein atau toksin Cry dapat dimanfaatkan sebagai pestisida alami. Sembilan puluh lima persen kristal terdiri dari protein dengan asam amino terbanyak terdiri dari asam glutamat, asam aspartat dan arginin, sedangkan lima persen terdiri dari karbohidrat yaitu mannosa dan glukosa. Kristal protein tersusun dari subunit-subunit protein yang berbentuk batang atau halter, mempunyai berat molekul 130 140 kDa yang berupa protoksin. Protoksin akan menjadi toksin setelah mengalami hidrolisis dalam kondisi alkalin di dalam saluran pencernaan serangga. Hidrolisis ini melepaskan protein kecil dengan berat molekul sekitar 60 kDa dan bersifat toksik. Kristal protein mempunyai beberapa bentuk. Ada hubungan nyata antara bentuk kristal dengan kisaran daya bunuhnya. Varietas yang memiliki daya bunuh terhadap serangga ordo Lepidoptera, memiliki kristal toksin yang berbentuk bipiramida dan jumlahnya hanya satu tiap sel, sedangkan yang berbentuk kubus, oval dan amorf umumnya toksik terhadap serangga ordo Diptera dan jumlahnya dapat lebih dari satu tiap sel. Kristal yang mempunyai daya bunuh terhadap serangga ordo Coleoptera berbentuk empat persegi panjang dan datar atau pipih. Toksisitas B. thuringiensis terhadap serangga dipengaruhi oleh strain bakteri dan spesies serangga yang terinfeksi. Faktor pada bakteri yang mempengaruhi toksisitasnya adalah struktur kristalnya, yang pada salah satu strain mungkin mempunyai ikatan yang lebih mudah dipecah oleh enzim yang dihasilkan serangga dan ukuran molekul protein yang menyusun kristal, serta susunan molekul asam amino dan kandungan karbohidrat dalam kristal. Struktur kristal pada inklusi paraspora yang mengandung lebih dari satu macam protein kristal insektisida (insecticidal crystal protein, ICP) atau disebut juga delta endotoksin. Berdasarkan komposisi ICP penyusunnya, kristal tersebut dapat membentuk bipimiramida, kuboid, romdoid datar, atau campuran dari beberapa tipe kristalCiri khas dari bakteri ini yang membedakannya dengan spesiesBacilluslainnya adalah kemampuan membentuk kristal paraspora yang berdekatan dengan endospora selama fase sporulasi III dan IV. Sebagian besar ICP disandikan oleh DNA plasmid yang dapat ditransfer melaluikonjugasiantargalurB. thuringiensis, maupun dengan bakteri lain yang berhubungan. Selama pertumbuhan vegetatif terjadi, berbagai galurB. thuringiensismenghasilkan bermacam-macamantibiotik,enzim, metabolit, dan toksin, yang dapat merugikan organisme lain. Selain endotoksin (ICP), sebagian subspesiesB. thuringiensisdapat membentuk beta-eksotoksi yang toksik terhadap sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia dan insekta.

Gambar 1. Bakteri bacillus thuringensis

Toksin BtProtein atau toksin Cry tersebut akan dilepas bersamaan dengansporaketika terjadi pemecahandinding sel.Apabila termakan oleh larva insekta, maka larva akan menjadi inaktif, makan terhenti, muntah, atau kotorannya menjadi berair. Bagian kepala serangga akan tampak terlalu besar dibandingkan ukuran tubuhnya. Selanjutnya, larva menjadi lembek dan mati dalam hitungan hari atau satu minggu. Bakteri tersebut akan menyebabkan isi tubuh insekta menjadi berwarna hitam kecoklatan, merah, atau kuning, ketika membusuk. Toksin Cry sebenarnya merupakan protoksin, yang harus diaktifkan terlebih dahulu sebelum memberikan efek negatif. Aktivasi toksin Cry dilakukan oleh protease usus sehingga terbentuk toksin aktif dengan bobot 60 kDA yang disebut delta-endotoksin. Delta-endotoksin ini diketahui terdiri dari tiga domain. Toksin tersebut tidak larut pada kondisi normal sehingga tidak membahayakan manusia, hewan tingkat tinggi, dan sebagian insekta. Namun. pada kondisi pH tinggi (basa) seperti yang ditemui di dalam usus lepidoptera, yaitu di atas 9.5, toksin tersebut akan aktif.Selanjutnya, toksin Cry akan menyebabkan lisis (pemecahan) usus Lepidoptera.

Gambar 2. Gen Crystal yang dihasilkan oleh B. thuringensisB. thuringiensisdapat memproduksi dua jenis toksin, yaitu toksin kristal (Crystal, Cry) dan toksin sitolitik (cytolytic, Cyt). Toksin Cyt dapat memperkuat toksin Cry sehingga banyak digunakan untuk meningkatkan efektivitas dalam mengontrol insekta. Lebih dari 50 gen penyandi toksin Cry telah disekuens dan digunakan sebagai dasar untuk pengelompokkan gen berdasarkan kesamaan sekuens penyusunnya.

Tabel di bawah ini merupakan klasifikasi toksin Bt pada tahun 1995:GenBentuk KristalBobot Protein (kDa)Insekta yang dipengaruhi

cry I [several subgrup:A(a), A(b), A(c), B, C, D, E, F, G]bipiramida130-138larva Lepidoptera

cry II [subgrup A, B, C]kuboid69-71lepidoptera and diptera

cry III [subgrup A, B, C]Datar/tidak teratur73-74Koleoptera

cry IV [subgrup A, B, C, D]bipiramida73-134Diptera

cry V-IXberbagai macam35-129berbagai macam

Tanaman Transgenik Tanaman transgenik adalah merupakan aplikasi bioteknologi pada tanaman yang telah direkayasa bentuk maupun kualitasnya melalui penyisipan gen atau DNA binatang, bakteri, mikroba, atau virus untuk tujuan tertentu. Organisme transgenik adalah suatu organisme yang mengandung transgen melalui proses bioteknologi (bukan proses pemuliaan tanaman), Transgen adalah gen asing yang ditambahkan kepada suatu spesies. Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari jasad lain. Gen yang ditransfer dapat berasal dari jenis (spesies) lain seperti bakteri, virus, hewan, atau tanaman lain .CaraPerakitan Tanaman Transgenik Tahan Hama1. Menentukan prioritas jenis atau spesies hama yang akan dikendalikan dengan tanaman transgenik yang akan dirakit. Untuk keperluan ini umumnya akan dicari hama yang tidak mempunyai sumber gen tahan dari spesies tanaman inangnya, misalnya hama penggerek batang padi, penggerek batang jagung, hama kepik, dan hama pengisap polong. Setelah itu ditentukan kandidat gen tahan yang akan dipakai, misalnya Bt-toksin,proteinase inhibitor(PI)2. Setelah gen yang diinginkan didapat maka dilakukan perbanyakan gen yang disebut dengan istilahkloninggen. Pada tahapankloninggen, DNA yang mengkode protein cry akan dimasukkan ke dalamvektor kloning(agen pembawa DNA), contohnyaplasmidBacillus thuringiensi. Kemudian, vektor kloning akan dimasukkan ke dalam bakteri sehingga DNA tersebut dapat diperbanyak seiring dengan perkembangbiakanbakteri.3. Apabila gen yang diinginkan telah diperbanyak dalam jumlah yang cukup maka akan dilakukan transfer gen tersebut ke dalam sel tumbuhan yang berasal dari bagian tertentu, salah satunya adalah bagian daun.Transfergen ini dapat dilakukan dengan beberapa metode, yaitu metodesenjata gen, metodetransformasi DNAyang diperantaraibakteri Agrobacterium tumefaciens, danelektroporasi(metode transfer DNA dengan bantuan listrik). Berikut adalah penjelasan tentang beberapa metode transfer gen. Metode senjata genataupenembakan mikro-proyektil. Metode ini sering digunakan padaspesiesjagungdanpadi. Untuk melakukannya, digunakan senjata yang dapat menembakkan mikro-proyektil berkecepatan tinggi ke dalam sel tanaman. Mikro-proyektil tersebut akan mengantarkan DNA untuk masuk ke dalam sel tanaman. Penggunaansenjata genmemberikan hasil yang bersih dan aman, meskipun ada kemungkinan terjadi kerusakan sel selama penembakan berlangsung. Metode transformasi yang diperantarai olehAgrobacterium tumefaciens. BakteriAgrobacterium tumefaciensdapat menginfeksi tanaman secara alami karena memilikiplasmid Ti, suatu vektor (pembawa DNA) untuk menyisipkan genasing.Didalamplasmid Titerdapat gen yang menyandikan sifat virulensi untuk menyebabkanpenyakit tanamantertentu. Gen asing yang ingin dimasukkan ke dalam tanaman dapat disisipkan di dalamplasmid Ti. Selanjutnya,A. tumefacienssecara langsung dapat memindahkan gen pada plasmid tersebut ke dalamgenom(DNA) tanaman. Setelah DNA asing menyatu denganDNAtanaman maka sifat-sifat yang diinginkan dapat diekspresikan tumbuhan. Metode elektroporasi.Pada metodeelektroporasiini,sel tanamanyang akan menerima gen asing harus mengalami pelepasandinding selhingga menjadiprotoplas(sel yang kehilangandinding sel). Selanjutnya sel diberi kejutan listrik denganvoltasetinggi untuk membuka pori-pori membran sel tanaman sehinggaDNAasing dapat masuk ke dalam sel dan bersatu (terintegrasi) dengan DNAkromosomtanaman. Kemudian, dilakukan proses pengembalian dinding sel tanaman.4. Setelah proses transfer DNA selesai, dilakukan seleksi sel daun untuk mendapatkan sel yang berhasil disisipi gen asing. Hasil seleksi ditumbuhkan menjadikalus(sekumpulan sel yang belum terdiferensiasi) hingga nantinya terbentukakardantunasApabila telah terbentuk tanaman muda (plantlet), maka dapat dilakukan pemindahan ke tanah dan sifat baru tanaman dapat diamati.

Skema perakitan tanaman transgenik tahan hamamenentukan spesies hama tanaman yang akan dikendalikan

menentukan gen tahan hama yaituBt-toksindengan memakaigen cry (gen Bt)

perbanyakan dengan cloning gen(DNA pengkode protein cry -> masuk ke vector cloning (plasmid Bacillus thuringiensi) -> DNA diperbanyak melalui bakteri)

mentransfer gen ke bagian sel tumbuhan (biasanya bagian daun)metode transfer gen : metode senjata gen metode transformasi DNA metode elektroporasi

seleksi sel daun yang berhasil disisipi gen asing

menumbuhkan hasil seleksi menjadi kalus -> sampai tumbuh akar dan tunas

sampai terbentuk plantlet (tanaman muda) dan dipindahkan pertumbuhannya ke tanah

mengamati sifat baru tanaman transgenik tahan hama

Contoh beberapa tanaman transgenic :TanamanGen ketahananSumber genHasil

Azuki bean-amylaseinhibitorTanaman commonbeanTahan serangan hamaKumbang Brucus

Kacang pea(Pisum sativum L.)-amylaseinhibitorTanaman common beanTahan serangan hamaBruchus pisorium

KapasBtBacillus thuringiensisTahan serangan hamaCotton bollworm

JagungBtBacillus thuringiensisTahan serangan hamaCorn borer

KentangBtBacillus thuringiensisTahan serangan hamaColorado potato Beetle

Tomat Flavr Savrpolygalacturonase(PG)Sejenis ikan yanghidup di AntartikaTahan lama dalamPenyimpanan

Gambar 3. Contoh beberapa tanaman transgenikTanaman Azuki bean transgenik melalui transformasi gen a-amylase inhibitor yang diperoleh dari common bean, telah menunjukkan ketahanan terhadap hama kumbang Bruchus. Schroeder et al. (1995) dan Shade et al. (1994) juga berhasil mentransformasikan gen aamylase inhibitor dari common bean ke tanaman kacang pea (Pisum sativum L.) dan menunjukkan ketahanan terhadap kumbang Bruchus (Bruchus pisorum). snowdrop lectin dari Galanthus nivalis agglutinin (GNA) menunjukkan hasil paling beracun terhadap serangga hama, dengan menurunkan tingkat hidup wereng coklat sampai 50% pada konsentrasi 0.6 m (Gatehouse, 1998). Rao, et al. 1999 berhasil merakit padi transgenic yang mengandung gen GNA melalui system transformasi particle bombardment dari embrio muda dan elektropora-si dari protoplas. Hasil uji bioasai, padi transgenik tersebut dapat menurunkan tingkat hidup, keperidian, dan memper-lambat pertumbuhan wereng coklat. Hingga tahun 1990an, beberapa tanaman telah berhasil ditransformasi menggunakan gen ketahanan terhadap OPT tertentu baik menggunakan vector bakteri maupun menggunakan metode DNA uptake dan penembakan mikroproyektil .

BAB IIIKESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

Amirhusain, B., 2004, Perakitan Tanaman Transgenik, Jurnal Litbang Pertanian, 23(1):1-7.

Hartono, R., 2011, BIOTEKNOLOGI PENGEMBANGAN TANAMAN RESISTEN HAMA DAN PENYAKIT, (Paper biologi molecular).http://id.wikipedia.org/wiki/Tanaman_transgenik

http://id.wikipedia.org/wiki/Bacillus_thuringiensis

https://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/11/28/rekayasa-genetika-bakteri-bacillus-thuringiensis-dalam-perakitan-tanaman-transgenik-tahan-hama/

https://aguskrisnoblog.wordpress.com/2012/01/09/rekayasa-genetika-bakteri-bacillus-thuringirnsis-dalam-perakitan-tanaman-transgenik-tahan-hama-serangga-2/