Bioteknologi adalah bidang multidisiplin yang menggabungkan ilmu pengetahuan alam dan teknis untuk memungkinkan pemanfaatan organisme dan komponennya untuk barang dan jasa. Istilah bioteknologi pertama kali digunakan oleh Károly Ereky pada tahun 1919 untuk merujuk pada produksi produk dari bahan dasar dengan bantuan organisme hidup. Prinsip dasar bioteknologi mencakup pemanfaatan sistem dan organisme biologis, seperti bakteri, ragi, dan tanaman, untuk melakukan tugas tertentu atau menghasilkan zat berharga.
Bioteknologi mempunyai dampak yang signifikan pada banyak bidang masyarakat, mulai dari kedokteran, pertanian, hingga ilmu lingkungan. Salah satu teknik utama yang digunakan dalam bioteknologi adalah rekayasa genetika, yang memungkinkan para ilmuwan memodifikasi komposisi genetik organisme untuk mencapai hasil yang diinginkan. Hal ini dapat melibatkan penyisipan gen dari satu organisme ke organisme lain, dan akibatnya, menciptakan sifat-sifat baru atau memodifikasi sifat-sifat yang sudah ada. Teknik penting lainnya yang digunakan dalam bioteknologi termasuk kultur jaringan, yang memungkinkan peneliti mengolah sel dan jaringan di laboratorium untuk tujuan penelitian dan pengobatan, dan fermentasi, yang digunakan untuk menghasilkan berbagai produk seperti bir, anggur, dan keju.
Penerapan bioteknologi beragam dan telah mengarah pada pengembangan produk-produk penting seperti obat-obatan yang menyelamatkan jiwa, biofuel, tanaman hasil rekayasa genetika, dan bahan-bahan inovatif. Teknologi ini juga telah digunakan untuk mengatasi tantangan lingkungan, seperti pengembangan plastik biodegradable dan penggunaan mikroorganisme untuk membersihkan lokasi yang terkontaminasi. Bioteknologi adalah bidang yang berkembang pesat dengan potensi signifikan untuk mengatasi tantangan global yang mendesak dan meningkatkan kualitas hidup masyarakat di seluruh dunia; namun, meskipun memiliki banyak manfaat, hal ini juga menimbulkan tantangan etika dan sosial, seperti pertanyaan seputar modifikasi genetik dan hak kekayaan intelektual. Akibatnya, terdapat perdebatan dan peraturan seputar penggunaan dan penerapan bioteknologi di berbagai industri dan domain.
Sejarah
Definisi luas dari "memanfaatkan sistem bioteknologi untuk menghasilkan produk" tentu saja mencakup banyak jenis pertanian yang berasal dari manusia, namun hal tersebut biasanya bukan hal pertama yang terlintas dalam pikiran. Memang benar, budidaya tanaman dapat dianggap sebagai usaha bioteknologi yang paling awal. Pertanian telah diteorikan menjadi metode umum dalam menghasilkan makanan sejak Revolusi Neolitikum. Melalui bioteknologi awal, para petani paling awal memilih dan membudidayakan tanaman yang paling sesuai (misalnya tanaman dengan hasil panen tertinggi) untuk menghasilkan makanan yang cukup guna mendukung populasi yang terus bertambah. Ketika tanaman dan ladang bertambah besar dan sulit dikelola, ditemukan bahwa beberapa spesies dan produk sampingan berhasil menyuburkan, mengisi kembali nitrogen, dan mengendalikan hama. Sepanjang sejarah pertanian, para produsen secara tidak sengaja telah mengubah genetika tanaman mereka dengan memperkenalkan tanaman tersebut ke lingkungan baru dan membiakkannya dengan tanaman lain – salah satu bentuk bioteknologi yang pertama. Proses ini juga termasuk dalam fermentasi awal bir. Proses-proses ini diperkenalkan di awal Mesopotamia, Mesir, Cina dan India, dan masih menggunakan metode biologis dasar yang sama. Dalam pembuatan bir, biji-bijian malt (mengandung enzim) mengubah glukosa dari biji-bijian menjadi gula dan kemudian menambahkan ragi tertentu untuk menghasilkan bir. Dalam proses ini, karbohidrat dalam sereal dipecah menjadi alkohol, seperti etanol. Belakangan, budaya lain menghasilkan proses fermentasi asam laktat, yang menghasilkan makanan lain yang diawetkan, seperti kecap. Fermentasi juga digunakan pada periode ini untuk menghasilkan roti beragi. Meskipun proses fermentasi belum sepenuhnya dipahami sampai karya Louis Pasteur pada tahun 1857, ini masih merupakan penggunaan bioteknologi pertama untuk mengubah sumber makanan menjadi bentuk lain. Sebelum masa karya dan keberadaan Charles Darwin, para ilmuwan hewan dan tumbuhan telah menggunakan pembiakan selektif. Darwin melengkapi kumpulan karyanya dengan pengamatan ilmiahnya tentang kemampuan sains untuk mengubah spesies. Catatan-catatan ini berkontribusi pada teori seleksi alam Darwin.
Manusia telah menggunakan pembiakan selektif selama ribuan tahun untuk meningkatkan hasil tanaman dan ternak sehingga dapat dikonsumsi. Dalam perkembangbiakan selektif, organisme dengan sifat-sifat yang diinginkan dikawinkan untuk menghasilkan keturunan dengan sifat-sifat yang sama. Misalnya, teknik ini digunakan pada jagung untuk menghasilkan tanaman terbesar dan termanis. Para peneliti menyelidiki metode produksi barang tertentu dan mengembangkan pemahaman mikrobiologi yang lebih mendalam sekitar awal abad ke-20. Menggunakan Clostridium acetobutylicum untuk menghasilkan pati jagung, Chaim Weizmann menggunakan kultur mikrobiologi murni untuk pertama kalinya pada tahun 1917. Proses ini menghasilkan aseton, yang sangat dibutuhkan Inggris untuk membuat bahan peledak selama Perang Dunia I. Antibiotik juga telah dikembangkan berkat bioteknologi. Penicillium adalah jamur yang diidentifikasi Alexander Fleming pada tahun 1928. Melalui usahanya, Howard Florey, Ernst Boris Chain, dan Norman Heatley mampu memurnikan komponen antibiotik yang dihasilkan oleh jamur tersebut, menciptakan apa yang sekarang dikenal sebagai penisilin.
Penisilin pertama kali tersedia untuk digunakan sebagai obat pada tahun 1940 untuk mengobati infeksi bakteri pada manusia. Kebanyakan orang percaya bahwa bidang bioteknologi kontemporer dimulai pada tahun 1971, ketika Paul Berg dari Stanford meraih kesuksesan awal dengan studi penyambungan gennya. Pada tahun 1972, Herbert W. Boyer dari Universitas California, San Francisco, dan Stanley N. Cohen dari Universitas Stanford membuat kemajuan penting dalam teknik baru ini ketika mereka berhasil memasukkan materi genetik ke dalam bakteri, sehingga memungkinkan materi impor tersebut berkembang biak. Pada tanggal 16 Juni 1980, Mahkamah Agung Amerika Serikat memutuskan dalam keputusan Diamond v. Chakrabarty bahwa mikroba hasil rekayasa genetika dapat dipatenkan, sehingga memperluas kelayakan finansial bisnis bioteknologi. Ananda Chakrabarty, seorang karyawan General Electric yang lahir di India, menciptakan strain bakteri Pseudomonas yang dimodifikasi yang dapat mendegradasi minyak mentah, dan dia menyarankan penggunaannya untuk membersihkan tumpahan minyak. (Pekerjaan Chakrabarty mencakup transfer seluruh organel antar strain bakteri Pseudomonas, bukan modifikasi gen). Mohamed M. Atalla dan Dawon Kahng menciptakan transistor efek medan semikonduktor oksida logam (MOSFET) pada tahun 1959. Biosensor pertama dibuat pada tahun 1962 oleh Champ Lyons dan Leland C. Clark, dua tahun kemudian. Penelitian selanjutnya mengarah pada pengembangan MOSFET biosensor, yang sekarang banyak digunakan untuk menilai karakteristik lingkungan, kimia, biologi, dan fisik. Piet Bergveld menciptakan transistor efek medan peka ion (ISFET) pada tahun 1970, yang merupakan BioFET pertama. MOSFET jenis khusus ini memiliki membran peka ion, larutan elektrolit, dan elektroda referensi sebagai pengganti gerbang logam. Dalam banyak aplikasi biologis, termasuk deteksi hibridisasi DNA, deteksi biomarker darah, deteksi antibodi, pengukuran glukosa, penginderaan pH, dan teknologi genetika, ISFET digunakan. BioFET lain telah diciptakan pada pertengahan 1980an, seperti transistor efek medan kimia (ChemFET), FET sensor gas (GASFET), FET sensor tekanan (PRESSFET), ISFET referensi (REFET), FET yang dimodifikasi oleh enzim (ENFET) , dan FET yang dimodifikasi secara imunologis (IMFET). BioFET diciptakan pada awal tahun 2000-an, termasuk FET yang dimodifikasi gen (GenFET), BioFET potensial sel (CPFET), dan transistor efek medan DNA (DNAFET). Perkembangan industri bioteknologi dipengaruhi oleh perbaikan global dalam undang-undang hak kekayaan intelektual dan penegakannya, serta meningkatnya kebutuhan akan produk farmasi dan medis untuk mengobati penduduk AS yang menua dan sakit.
Industri bioteknologi diperkirakan akan mendapatkan keuntungan dari meningkatnya permintaan biofuel, karena Departemen Energi memproyeksikan bahwa pada tahun 2030, penggunaan etanol dapat mengurangi jumlah bahan bakar yang dihasilkan dari minyak bumi di Amerika Serikat hingga 30%. Dengan menciptakan benih hasil rekayasa genetika yang tahan terhadap hama dan kekeringan, sektor bioteknologi telah memungkinkan industri pertanian AS dengan cepat meningkatkan pasokan jagung dan kedelai, yang merupakan input utama untuk bahan bakar nabati. Bioteknologi meningkatkan produksi biofuel dengan meningkatkan produktivitas pertanian.
Rekayasa genetika
Rekayasa genetika menandai puncak permulaan bioteknologi. Dua peristiwa penting kini diakui sebagai titik balik ilmiah yang menandai dimulainya zaman yang menyatukan genetika dan bioteknologi. Yang pertama terjadi pada tahun 1953 ketika Watson dan Crick menemukan struktur DNA. Yang kedua terjadi pada tahun 1973 ketika Cohen dan Boyer menemukan teknologi DNA rekombinan, yang mencakup pemotongan sepotong DNA dari plasmid bakteri E. coli dan mentransfernya ke DNA bakteri lain. Secara teori, metode ini memungkinkan bakteri mengambil DNA dan membuat protein dari spesies lain, termasuk manusia. Sering disebut "rekayasa genetika", hal ini akhirnya dipahami sebagai dasar dari teknologi baru. Pembahasan mengenai rekayasa genetika terbukti menjadi sebuah isu yang membawa bioteknologi menjadi perhatian masyarakat umum, dan pekerjaan yang dilakukan di bidang ini dibentuk oleh interaksi antara ilmuwan, pembuat kebijakan, dan masyarakat umum. Pada periode ini, terjadi beberapa kemajuan teknologi yang menakjubkan dan bahkan menakutkan. Transplantasi jantung pertama yang dilakukan oleh Christiaan Barnard pada bulan Desember 1967 menjadi pengingat bagi masyarakat bahwa identitas tubuh seseorang menjadi semakin bermasalah. Meskipun hati telah lama dianggap sebagai inti jiwa dalam imajinasi puitis, kini ada kemungkinan seseorang ditentukan oleh hati orang lain. Pada bulan yang sama, Arthur Kornberg mengatakan dia berhasil mereplikasi gen virus secara biokimia. “Direktur Institut Kesehatan Nasional menyatakan bahwa kehidupan telah disintesis.” Karena sifat genetik dapat dikaitkan dengan penyakit seperti talasemia beta dan anemia sel sabit, rekayasa genetika kini menjadi agenda ilmiah. Kemajuan ilmu pengetahuan mendapat perlawanan karena ketidakpercayaan budaya. Para ilmuwan dan pengetahuan mereka dipandang dengan rasa tidak percaya. Bom Waktu Biologis, yang ditulis oleh jurnalis Inggris Gordon Rattray Taylor pada tahun 1968, menjadi sukses besar. Menurut pengantar penulis, penemuan replikasi gen virus oleh Kornberg mungkin mengarah pada bakteri kiamat yang mematikan.
Istilah "kloning" mendapatkan popularitas di media. Buku Ira Levin tahun 1976 The Boys from Brazil mengeksplorasi gagasan kloning Adolf Hitler dari sel yang masih hidup, sebuah konsep yang disindir oleh Woody Allen dalam filmnya tahun 1973, Sleeper. Para ilmuwan, dunia usaha, dan pemerintah mulai menghubungkan potensi DNA rekombinan dengan aplikasi bioteknologi yang sangat berguna sebagai solusi terhadap permasalahan masyarakat. Joshua Lederberg, seorang profesor Stanford dan pemenang Nobel, adalah salah satu ilmuwan penting yang mencoba menekankan aspek positif dari rekayasa genetika. Lederberg menekankan studi dengan bakteri, sedangkan istilah "rekayasa genetika" pada tahun 1960-an mencirikan eugenika dan pekerjaan yang melibatkan perubahan genom manusia. Lederberg menggarisbawahi betapa pentingnya berkonsentrasi pada penyembuhan individu yang masih hidup. Meskipun ada kemungkinan bahwa suatu hari nanti biologi molekuler akan memungkinkan modifikasi genom manusia, Lederberg mengatakan dalam artikelnya tahun 1963, "Masa Depan Biologis Manusia" bahwa "yang kita abaikan adalah eufenika, rekayasa perkembangan manusia." Istilah "euphenics" digunakan oleh Lederberg untuk menyoroti pentingnya mengubah fenotipe setelah pembuahan dibandingkan dengan genotipe, yang akan berdampak pada generasi berikutnya. Gagasan bahwa rekayasa genetika mungkin memiliki dampak signifikan terhadap manusia dan masyarakat berawal dari penemuan DNA rekombinan Cohen dan Boyer pada tahun 1973. S
ekelompok ahli biologi molekuler terkemuka yang dipimpin oleh Paul Berg menulis kepada Science pada bulan Juli 1974, dengan alasan bahwa penelitian tersebut berpotensi menimbulkan dampak buruk sehingga memerlukan penundaan hingga dampaknya dipertimbangkan secara menyeluruh. Ide ini dibahas dalam konferensi yang diadakan pada bulan Februari 1975 di Asilomar, sebuah situs yang akan terus hidup dalam sejarah Semenanjung Monterey Kalifornia. Hasil bersejarah dari kebijakan ini adalah seruan yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk melarang penggunaan produk ini selama 16 bulan hingga standar Institut Kesehatan Nasional (NIH) dikembangkan, atau hingga penelitian dapat diatur sedemikian rupa sehingga masyarakat tidak perlu khawatir.
Teknologi Biosensor
Mohamed M. Atalla dan Dawon Kahng merancang MOSFET (transistor efek medan oksida logam-semikonduktor), yang mereka tunjukkan pada tahun 1960. Biosensor dibuat pada tahun 1962 oleh L.C. Clark dan C. Lyons, dua tahun kemudian. Selanjutnya, MOSFET biosensor (BioFET) diciptakan, dan sejak saat itu, banyak faktor fisik, kimia, biologi, dan lingkungan yang berbeda telah diukur dengan menggunakan MOSFET biosensor. Piet Bergveld menciptakan transistor efek medan peka ion (ISFET) pada tahun 1970 dengan tujuan menggunakannya untuk aplikasi biologis dan elektrokimia. Ini adalah BioFET pertama. P.F. Cox menerima paten untuk FET adsorpsi (ADFET) pada tahun 1974, sedangkan I. Lundstrom, M.S. Shivaraman, CS Svenson, dan L. Lundkvist memamerkan MOSFET sensitif hidrogen pada tahun 1975. ISFET adalah jenis MOSFET unik yang memiliki membran sensitif ion, larutan elektrolit, dan elektroda referensi sebagai pengganti gerbang logam, yang diberi jarak terpisah jarak tertentu. Dalam banyak aplikasi biologis, termasuk deteksi hibridisasi DNA, deteksi biomarker darah, deteksi antibodi, pengukuran glukosa, penginderaan pH, dan teknologi genetika, ISFET digunakan. BioFET lain telah diciptakan pada pertengahan 1980an, seperti transistor efek medan kimia (ChemFET), FET sensor gas (GASFET), FET sensor tekanan (PRESSFET), ISFET referensi (REFET), FET yang dimodifikasi oleh enzim (ENFET) , dan FET yang dimodifikasi secara imunologis (IMFET). BioFET diciptakan pada awal tahun 2000-an, termasuk FET yang dimodifikasi gen (GenFET), BioFET potensial sel (CPFET), dan transistor efek medan DNA (DNAFET).
Bioteknologi dan Industri
Sektor bioteknologi baru, yang berasal dari mikrobiologi industri selama berabad-abad, mulai berkembang pesat pada pertengahan tahun 1970an. Setiap terobosan ilmiah diubah menjadi acara publisitas yang dimaksudkan untuk memenangkan hati masyarakat dan investor. Sekalipun keuntungan masyarakat dan ekspektasi bisnis terhadap produk baru kadang-kadang dilebih-lebihkan, banyak orang yang siap menerima rekayasa genetika sebagai hal besar berikutnya dalam teknologi. Bioteknologi menjadi sektor yang sah pada masa pertumbuhannya pada tahun 1980an, sehingga memunculkan asosiasi perdagangan baru seperti Organisasi Sektor Bioteknologi (BIO). Setelah insulin, industri farmasi yang menghasilkan banyak uang—hormon pertumbuhan manusia dan interferon, yang disebut-sebut sebagai pengobatan ajaib untuk penyakit akibat virus—menjadi berita utama yang mendominasi. Pada tahun 1970-an, kanker menjadi fokus utama sejak virus semakin dikaitkan dengan penyakit ini. Pada tahun 1980, teknologi DNA rekombinan telah memungkinkan bisnis baru bernama Biogen untuk menciptakan interferon. Masyarakat yang biasanya khawatir dan ragu-ragu menjadi lebih antusias ketika interferon ditemukan dan prospek pengobatan kanker mendorong dana untuk penelitian. Selain itu, pada tahun 1980-an terjadi penambahan AIDS pada krisis kanker tahun 1970-an, yang menciptakan pasar yang sangat besar untuk pengobatan yang efektif dan, lebih cepat lagi, pasar untuk tes diagnostik berbasis antibodi monoklonal.
Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat (FDA) hanya mengizinkan lima protein yang berasal dari sel hasil rekayasa genetika sebagai obat pada tahun 1988: aktivator plasminogen jaringan (TPa), alfa-interferon, hormon pertumbuhan manusia, vaksinasi hepatitis B, dan insulin sintetis. TPa digunakan untuk melisiskan bekuan darah. Namun, 125 obat rekayasa genetika lainnya akan diizinkan pada akhir tahun 1990an. Krisis keuangan global tahun 2007–2008 membawa sejumlah perubahan pada pendanaan dan struktur organisasi sektor bioteknologi. Pertama, hal ini menyebabkan penurunan investasi keuangan secara keseluruhan di sektor ini, secara global; dan kedua, di beberapa negara seperti Inggris, hal ini menyebabkan transisi dari strategi bisnis yang terkonsentrasi pada upaya melakukan penawaran umum perdana (IPO) menjadi melakukan penjualan dagang. Sektor bioteknologi mulai mengalami peningkatan dalam investasi keuangan pada tahun 2011, dan pada tahun 2014, kapitalisasi pasar global telah mencapai $1 triliun.
Sumber: