PENDAHULUAN

Latar belakang

Bioteknologi merupakan ilmu “tua” yang menjadi muda berkat sebuah

revolusi ilmu pengetahuan. Sudah sejak 8000 tahun yang lalu, bangsa Mesir kuno

menggunakan sejenis mikroba yeast Saccharomyces atau ragi untuk pembuatan roti

dan minuman anggur. Ragi itu merubah gula dalam cairan anggur menjadi alkohol.

Penggunaan mikroba lainnya dikenal dalam pembuatan keju seperti jenis Roquefort,

Gorgonzala, Brie dan yang mungkin lebih terkenal, jenis Camembert di pusat

pembuatan keju dunia yaitu Swiss. Lebih dekat kepada kita, nenek moyang bangsa

Indonesia telah menggunakan kapang yang lain yaitu Rhizopus untuk membuat

tempe dari kedelai. Semua ini adalah penggunaan mikroba atau mikroorganisme pada

tingkat sel untuk tujuan pangan. Ilmu tua bioteknologi adalah penggunaan jasad

renik atau makhluk hidup secara umum pada tingkat sel atau disebut seluler.

Bioteknologi adalah penggunaan organisme hidup dan komponennya dalam

bidang pertanian, pangan dan proses-proses industri lainnya. Penggunaan terpadu

biokimia, mikrobiology dan ilmu keteknikan untuk mewujudkan aplikasi teknologi

dari mikro-organisme, kultur jaringan dan bagian-bagian lainnya. produk yang

berguna.

Bioteknologi dalam perikanan yaitu dengan teknologi DNA, RNA, dan

protein diaplikasikan untuk melengkapi pegetahuan dasar tentang struktur DNA,

RNA, dan protein dan terapanya menggunakan teknik – teknik baru untuk

memproduksi substansi penting dalam sifat organisme. Salah satu basic bioteknologi

dalam perikanan adalah aqua genom.

Tujuan

Sebagai salah satu tugas terstruktur mata kuliah bioteknologi dan

meningkatkan pemahaman tentang DNA,RNA, dan protein serta penerapanya

dalam dunia perikanan salah satunya aqua genom.

POKOK PEMBAHASAN

Apa itu DNA, RNA dan Protein?

DNA (deoxyribonucleic acid) atau asam deoksiribosa nukleat (ADN)

merupakan tempat penyimpanan informasi genetic. Menurut Klug dan Cummings

1994, DNA adalah asam nukleat yang mengandung materi genetic dan berfungsi

sebagai pengatur perkembangan biologis seluruh bentuk kehidupan secara seluler.

DNA terdapat dalam nucleus, mitokondria dan kloroplas. DNA juga dapat diartikan

sebagai material khas kromosom yang tidak terdapat pada bagian lain atau pada

bagian lain yang tidak terdapat konsentarsi yang cukup untuk dapat memperlihatkan

warna (Robert Feulgen). DNA juga merupakan serangkaian molekul tersusun dari

basa purin (adenine dan guanine) dan pirimidin (timine dan cytosine) serta gula dan

phosphate sebagai bahan dasar penyusun gen.

Basa-basa berpasangan

Rantai gula fosfat

Struktur DNA

Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model

molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda atau yang lebih dikenal

dengan heliks ganda Watson – Crick. DNA merupakan makromolekul polinukleotida

yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang – ulang, tersusun rangkap,

membentuk DNA haliks ganda dan berpilin ke kanan. Setiap nukleotida terdiri atas

tiga gugus molekul yaitu:

1. Gula 5 karbon (2-deoksiribosa).

2. basa nitrogen yang terdiri golongan purin yaitu adenin (Adenin = A) dan

guanin (guanini = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine = C)

dan timin (thymine = T).

3. gugus fosfat.

Gambar 2 Struktur doubel helix DNA (Watson and Cricks, 1953)

DNA Sebagai Materi Genetik

DNA mempunyai peran penting dalam transformasi materi genetik, istilah

transformasi awalnya digunakan untuk menjelaskan kejadian perubahan genetik dari

sel bakteri akibat adanya benda asing yang masuk atau diambil oleh bakteri tersebut.

Namum dengan ditemukannya bahwa benda asing tersebut adalah DNA pengertian

transformasi disini adalah proses pengambilan DNA asing oleh suatu sel yang

mengambilnya melalui proses rekombinasi. Beberapa pembuktian yang menjelaskan

masalah tersebut adalah sebagai berikut :

1. F. Griffith (1928):

1. Noncapsulated pneumococci (non pathogen).

2. Capsulated pneumococci: pathogen, mematikan mencit.

3. Noncapsulated pneumococci (hidup) + capsulated pneumococci yang

telah mati mematikan mencit.

4. Ada transforming factor.

DNA merupakan Senyawa Khas Kromosom

Pembuktian pertama dilakukan dengan cara pewarnaan kromosom dalam

studi mikroskopik. Seorang ahli kimia dari Jerman Robert Feulgen, telah menunjukan

bahwa bila DNA dipanaskan dengan asam fuchsin akan timbul warna merah tua yang

mengikat. Percobaan tersebut dilaksanankan di dalam tabung reaksi dan sepuluh

tahun kemudian hasil penemuan Feulgen diterapkan pada sel hidup. Ternyata

perlakuan itu tidak merusak sel atau jaringan, kromosom muncul dengan warna yang

jelas dan bagian selnya tidak berwarna. Kekhasan DNA pada kromosom yang

sebelumnya telah diakui sebagai organel tempat gen, mendorong orang untukl

menyimpulkan bahwa DNA merupakan bahan dasr penyusun gen.

Replikasi DNA

Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA.Saat suatu sel membelah secara

mitosis, tiap-tiap sel hasila pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti

induknya.Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum pembelahan

dimulai.Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru

dari rantai nukleotida lama.Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu

molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai

cetakan.Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model.

1. Model konservatif yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai yang

berfungsi sebagai cetakan untuk dua rantai DNA baru.

2. Model semikonservatif yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru

disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing – masing rantai DNA

lama tersebut.

3. Model dispertif yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan

sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.

Berikut adalah gambaran replikasi yang terjadi terhadap DNA :

Dari ketiga model replikasi tersebut, model semikonservatif merupakan model

yang tepat untuk proses replikasi DNA.Replikasi DNA semikonservatif ini berlaku

bagi organisme prokariot maupun eukariot.Perbedaan replikasi antara organisme

prokariot dengan eukariot adalah dalam hal jenis dan jumlah enzim yang terlibat,

serta kecepatan dan kompleksitas replkasi DNA.Pada organisme eukariot, peristiwa

replikasi terjadi sebelum pembelahan mitosis, tepatnya pada fase sintsis dalam siklus

pembelahan sel.

Isolasi DNA

DNA juga dapat diisolasi, baik pada manusia maupun pada tumbuhan. DNA

manusia dapat diisolasi melalui darah. Darah manusia terdiri atas plasma darah,

globulus lemak, substansi kimia (karbohidrat, protein dan hormon), dan gas (oksigen,

nitrogen dan karbon dioksida). Plasma darah terdiri atas eritrosit (sel darah merah),

leukosit (sel darah putih) dan trombosit (platelet). Komponen darah yang diisolasi

yaitu sel darah putih. Sel darah putih dijadikan pilihan karena memiliki nukleus, di

mana terdapat DNA di dalamnya. DNA pada tumbuhan juga dapat diisolasi,

contohnya pada tumbuhan bawang merah (Allium cepa) dan pada pisang (Musa sp.)

(Kimball 2005: 8; Kent & Carr 2001: 317)

Fungsi dan peranan DNA adalah untuk menentukan sifat – sifat organisme.

Timbul pertanyaan bagaimana caranya DNA dapat berperan dalam proses

kehidupan?. Dalam sel DNA berperan dengan cara mengandilkan proses

pembentukan rantai protein. Protein merupakan salah satu senyawa penting dalam

kehidupan organisme. Protein terdapat dalam berbagai bentuk seperti enzim, protein

pengangkut, protein cadangan, antibody, hormone dan sebagainya.

RNA

RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul

yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik.RNA sebagai

penyimpan informasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan

retrovirus.RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi

untuk sintesis protein.RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim ( ribozim ) yang dapat

mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain.

Gambar 2 Sruktur dari RNA

Struktur RNA

RNA merupakan rantai tungga polinukleotida.Setiap ribonukleotida terdiri

dari tiga gugus molekul, yaitu :

1. 5 karbon

2. basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan

golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)

3. gugus fosfat

Purin dan primidin yang berkaitan dengan ribose membentuk suatu molekul yang

dinamakan nukleosida atau ribonukleosida, yang merupakan precursor dasar untuk

sintesis DNA. Ribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat membentuk suatu

nukleosida . RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, shingga

RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA.

Tipe RNA

RNA terdiri dari tiga tipe, yaitu mRNA ( messenger RNA ) atau RNAd

( RNA duta ), tRNA ( transfer RNA ) atau RNAt ( RNA transfer ), dan rRNA

( ribosomal RNA ) atau RNAr ( RNA ribosomal ).

RNAd

RNAd merupakan RNA yang urutan basanya komplementer dengan salah satu

urutan basa rantai DNA.RNAd membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari

kromosom (di dalam inti sel) ke ribosom (di sitoplasma).Kode genetik RNAd tersebut

kemudian menjadi cetakan utnuk menetukan spesifitas urutan asam amino pada rantai

polipeptida.RNAd berupa rantai tunggal yang relatif panjang.Berikut gambarnya :

RNAr

RNAr merupakan komponen struktural yang utama di dalam ribosom.Setiap

subunit ribosom terdiri dari 30 - 46% molekul RNAr dan 70 - 80% protein.

RNAt

RNAt merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke

ribosom.Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian baa pendek ( disebut

antikodon ).Suatu asam amino akan melekat pada ujung RNAt yang berseberangan

dengan ujung antikodon.Pelekatan ini merupakan cara berfungsinya RNAt, yaitu

membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna dalam sintesis protein yaitu

pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada RNAd.

Tranfer RNA

Transfer RNA mempunyai peranan yang sangat penting dalam sintesis

protein, menyediakan molekul adaptor yang menyempurnakan translasi dari setiap

molekul triplet kedalam asam amino. Transfer RNA (tRNA) adalah molekul RNA

yang membawa asam amino untuk membentuk polipeptida (to the growing

polypeptide). Transfer RNA (singkatan tRNA) adalah RNA gugus kecil (biasanya

sekitar 74-95 nucleotida) yang mentranfer asam amino spesifik untuk menyusun

rantai polipeptida pada ribosom site dari sintesis protein selama proses translasi.

Untuk tRNA yang berperan pada duplikasi yang mempunyai 3' 3' lokasi terminal

untuk penyusunan asam amino. Hubungan covalent ini dikatalisasi oleh satu

aminoacyl tRNA synthetase. Itu juga berisi tiga daerah dasar disebut anticodon bisa

berasarkan kesesuaian pasangan tiga daerah codon terhadap mRNA. Masing-masing

jenis dari molekul tRNA mungkin dihubungkan hanya satu jenis asam amino, tetapi

karena kode genetik berisi berbagai codon yang menetapkan asam amino sama,

molekul tRNA membawa anticodons yng berbeda boleh saja membawa asam amino

sama.Aksi terakhir dari tRNA pada sintesis protein, semua tRNA berada di P dan A

pada ribosome, dimana akhirnya mereka dapat berasosiasi dengan mRNA melalui

pemasangan kodon dan anticodon. Sementara di akhir lainnya polipetida sedang

ditransfer. Untuk sites P dan A menyambut semua tRNA. Pasangan terakhir harus

sesuai dengan bentuk dan ukuran umumnya. Setiap asam amino disusun atau

direpresentasikan oleh lebih dari satu tRNA. Multiple tRNA representing asam

amino yang sama disebut dengan isoaccepting tRNAs. Group dari isoaccepting

tRNAs harus berisi dengan aminoactyl-tRNA synthethase specific untuk asam

aminonya

Fungsi dan peranan RNA

RNA dapat berperan sebagai materi genetic seperti pada virus atau sebagai

penghubung DNA dengan protein pada semua organisme.

PEMANFAATAN KERAGAMAN GENETIK DALAM

PENGELOLAAN SUMBERDAYA HAYATI LAUT

PERANAN GENETIK DALAM PENGELOLAAN SUMBERDAYA LAUT

Indonesia sebagai salah satu pusat keanekaragaman hayati dunia yang memiliki

Indeks Keanekaragaman Hayati (Biodiversity Index) tinggi. Lingkungan laut Indonesia

dengan berbagai macam habitat yang ada di dalamnya tersebar luas di antara dua wilayah

laut, wilayah paparan dan wilayah laut dalam. Terdapatnya dua paparan luas di bagian barat

dan bagian timur Indonesia yang dipisahkan oleh laut yang dalam memberikan gambaran

akan terdapatnya berbagai ragam jenis biota dan habitat (Tabel 1). Pengelolaan sumberdaya

hayati laut telah didefinisikan sebagai penerapan IPTEK kelautan terhadap permasalahan

pemanfaatan sumberdaya untuk memperoleh hasil optimum dalam kegiatan perikanan

komersial. Untuk itu pengelolaan suatau sumberdaya hayati laut memerlukan pengetahuan

yang mendasari prinsip-prinsip biologi, ekologi dari sumberdaya tersebut. Selama ini

pengelolaan sumberdaya hayati laut pada umummnya hanya ditekankan pada pengertian

yang sempit yaitu berapa kelimpahan dan ukuran biota yang akan di panen. Akibat dari fokus

jangka pendek dan sempit tersebut, maka perspektif biologi dari pengelolaan sumberdaya

telah didominasi pengetahuan tentang dinamika populasi dan ekologi terhadap pemahaman

tentang pentingnya aspek genetika populasi. Akibat sempitnya pemahaman ini, mungkin

dalam jangka pendek belum dapat dilihat dampaknya, namun dalam waktu jangka panjang

akan menghadapi permasalahan yang sangat serius. Salah satu contoh kelimpahan dan ukuran

ikan dalam populasi tidak dapat dijamin kelestariannya (sustainability) hanya dengan

membuat keseimbangan antara rekruitmen dan panen (harvest), tetapi akan menyangkut

kemampuan reproduksi, kelangsungan hidup (survival) yang sarat akan muatan genetik.

Manajemen sumberdaya hayati laut yang berhasil tentunya akan pertimbangan aspek

genetika populasi.

PERBAIKAN STOK ALAMI MELALUI RESTOKING

Mempertahankan keragaman genetik suatu populasi tidak selalu mudah dengan

meningkatnya tekanan eksploitasi maupun dari pencemaran lingkungan. Salah satu contoh

yang terjadi di perairan wilayah laut kawasan timur Indonesia dengan tingkat penangkapan

yang tinggi di berbagai tempat dengan cara pengeboman ikan yang akibatnya akan merusak

ekosistem terumbu karang yang pada akhirnya akan terjadi penurunan tingkat keragaman

genetik yang cukup serius. Salah satu contoh yaitu ikan Napoleon (Cheilinus undulatus) yang

populasi di alam semakin sedikit. Maka perlu adanya monitoring genetik sumberdaya hayati

laut, sehingga tingkat kestabilan populasi akan diketahui. Jika kondisi seperti ini dibiarkan

tanpa dikontrol, bukan tidak mungkin di masa yang akan datang produksi ikan, udang,

kepiting, teripang dan moluska dari perairan wilayah Indonesia akan semakin menurun dan

bahkan suatu ketika akan terjadi kepunahan dari beberapa jenis. Salah satu contoh dari jenis

bulu babi Tripneustes gratilla (Gambar 1) dan jenis ikan bandeng Chanos sp. (Gambar 2).

Perbaikan kondisi menurunnya keragaman genetik suatu populasi dapat dilakukan

(preventive) dengan mengurangi tingkat eksploitasinya. Cara lain yang dapat dilakukan untuk

meningkatkan keragaman hayati suatu populasi dapat dengan introduksi individu-individu

baru yang memiliki keragaman genetik yang lebih tinggi kedalam populasi lokal.

Menurut TURNER dalam DEAN (1979) melakukan restoking adalah sebagai berikut :

1. Stok yang akan ditransfer harus memiliki komposisi genetik yang tidak jauh berbeda

dengan populasi lokal, sehingga tidak terjadi hibridisasi.

2. Jangan sampai terjadi kompetisi dengan jenis lokal.

3. Populasi yang direstoking harus bebas dari penyakit.

4. Populasi yang direstoking harus dapat hidup dan bereproduksi.

MANFAAT KERAGAMAN GENETIK DALAM MARIKULTUR

Konsep pemanfaatan keragaman genetik dalam marikultur sedikit agak berbeda dengan

pemanfaatannya dalam pengelolaan sumberdaya hayati laut. Dalam pengembangan

marikultur, keragaman genetik dipandang sebagai sumber gen. Dari sumber gen yang

beragam, memungkinkan untuk mencari gengen unggul yang kemudian melalui proses

seleksi, hibridisasi maupun transfer gen sehingga dapat dihasilkan suatu individuindividu

yang memiliki keunggulan baik dari segi pertumbuhan, tahan terhadap penyakit maupun

kemampuan adaptasi yang tinggi. Setelah didapatkan individu-individu unggul, maka tujuan

marikultur adalah bagaimana memproduksi secara massal dan seragam. Pemanfaatan

keragaman genetik sumberdaya hayati laut dalam marikultur, relatif belum banyak dilakukan

di Indonesia, namun yang telah dilakukan umumnya adalah dari jenis ikan tawar, sedangkan

untuk jenis ikan laut yang telah banyak dilakukan oleh negara lain adalah jenis ikan salmon.

Dimana telah dilakukan seleksi induk secara intensif terhadap gen-gen spesifik dan sudah

menghasilkan dalam keberhasilan produksi. Pada umumnya hasil seleksi telah mampu

menghasilkan perubahan dalam metabolisme dan khususnya efisiensi pertumbuhannya.

Negara Taiwan dan Hawai telah berhasil dalam melakukan seleksi untuk jenis ikan bandeng

(Chanos chanos), dari benih yang diimpor ke Indonesia menunjukkan memiliki keunggulan

yang lebih khususnya dalam keseragaman ukuran dan kecepatan pertumbuhannya. Secara

umum, pemanfaatan keragaman genetik sumberdaya hayati laut di Indonesia masih sangat

kurang. Salah satu contoh dalam usaha persilangan induk udang windu (Penaeus monodon)

telah dicoba dari beberapa populasi asal Aceh, Cilacap danSumbawa untuk memdapatkan

benih yang tahan terhadap penyakit, namun hasilnya masih kurang memuaskan (SUGAMA

et al., 1996).

PEMANFAATAN KERAGAMAN GENETIK LEWAT PROSES SELEKSI

Proses seleksi dengan pemanfaatan keragaman genetik adalah untuk mendapatkan karakter

unggul yang terdapat dalam suatu individu populasi. Dengan mendapatkan karakter unggul

yang diharapkan misalnya : bentuk ukuran tubuh, bentuk warna ataupun bentuk lainnya,

maka perlu dari populasi tersebut dicari individu-individu yang mempunyai dan memiliki

karakter yang diinginkan. Selanjutnya dilakukan seleksi lewat suatu proses persilangan

sampai mendapatkan individu yang murni. Dari karakter genetik yang murni ini seterusnya

dilakukan persilangan sampai mendapatkan individu yang unggul. Individu-individu murni

biasanya disebut “parent stock”. Proses seleksi ini dapat dilakukan secara alami ataupun

buatan. Proses seleksi buatan lewat Ginogenesis dilakukan dengan pemurnian melalui

segregasi, dalam proses ini pembuahan dilakukan di luar tubuh. Sedangkan melalui seleksi

alami, hasil tersebut baru dapat diperoleh setelah lebih dari 3 generasi bahkan sampai tujuh

generasi.

MATA KULIAH BIOTEKNOLOGI

TUGAS MATA KULIAH

BIOTEKNOLOGI

O L E H :

CARLES SUGARA

NIM. 0810810032

PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2007

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan

rahhmatnya, sehingga tugas paper mata kuliah Bioteknologi dapat selesai tepat pada

waktunya. Judul tulisan yang dijadikan topik adalah Pengetahuan Tentang

Bioteknologi khususnya mengenai DNA sebagai material genetik.

Penulis mengucapkan terimah kasih yang sedalam-dalamnya kepada Ibu Uun

Yahunar S.Pi,Msi. sebagai dosen mata kuliah Bioteknologi yang telah memberikan

arahan dan bimbingannya. Penulis juga mengucapkan terimah kasih kepada teman-

teman dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesain paper ini.

Kami menyadari tulisan ini masih banyak kekurangan. Untuk itu saran

perbaikan dari pembaca sangat kami harapkan. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat

bagi para pembaca.

Malang, Maret 2009