Bioteknologi modern, atau generasi ketiga, adalah aplikasi komersial organisme hidup atau produk mereka, yang melibatkan manipulasi yang disengaja dari molekul DNA mereka, ini menyiratkan serangkaian perkembangan dalam teknik laboratorium, yang selama dekade terakhir telah bertanggung jawab untuk kepentingan ilmiah dan komersial bioteknologi.
Bioteknologi modern mirip dengan bioteknologi tradisional dalam memanfaatkan organisme hidup. Jadi apa yang membuat bioteknologi modern itu modern? itu bukan modern dalam arti menggunakan berbagai organisme hidup, tetapi dalam teknik untuk melakukannya. Pengenalan sejumlah besar teknik-teknik baru telah mengubah wajah bioteknologi klasik selamanya.
Teknik-teknik modern, diterapkan terutama untuk sel dan molekul, memungkinkan untuk mengambil keuntungan dari proses biologis dalam cara yang sangat tepat. Misalnya, rekayasa genetika telah memungkinkan kita untuk mentransfer sifat sebuah gen tunggal dari satu organisme ke organisme lain.
Apa itu Bioteknologi?
Secara sederhana, bioteknologi adalah teknologi berbasis biologi – memanfaatkan bioteknologi seluler dan proses biomolekuler untuk mengembangkan teknologi dan produk yang membantu meningkatkan kehidupan kita dan kesehatan planet kita. Kita telah menggunakan proses biologis mikroorganisme selama lebih dari 6.000 tahun untuk membuat produk makanan yang berguna, seperti roti dan keju, dan untuk melestarikan produk susu.
Apa itu Bioteknologi modern?
Bioteknologi modern menyediakan produk terobosan dan teknologi untuk memerangi melemahkan dan langka penyakit, mengurangi jejak lingkungan kita, memberi makan yang lapar, menggunakan lebih sedikit energi yang lebih bersih, dan memiliki tingkat aman yang tinggi, bersih dan proses industri manufaktur lebih efisien.
Penemuan bahwa gen terdiri dari DNA dan dapat diisolasi, disalin dan dimanipulasi telah menyebabkan era baru bioteknologi modern. Selandia Baru memiliki banyak aplikasi untuk bioteknologi modern.
ekstraksi DNA
Bioteknologi modern melibatkan pembuatan produk yang berguna dari seluruh organisme atau bagian dari organisme, seperti molekul, sel, jaringan dan organ. Perkembangan terakhir di bidang bioteknologi termasuk tanaman rekayasa genetika dan hewan, terapi sel dan nanoteknologi. Produk-produk ini tidak digunakan sehari-hari tetapi mungkin bermanfaat bagi kita di masa depan.
Hari ini, lima cabang di mana bioteknologi modern dibagi – manusia, lingkungan, industri, hewan dan tumbuhan – membantu kita melawan kelaparan dan penyakit, menghasilkan lebih aman, lebih bersih dan lebih efisien, mengurangi jejak ekologi kita dan menghemat Energi. Semua ini telah menggairahkan pasar saham seperti Wall Street, di mana biotek adalah salah satu sektor yang paling menguntungkan di NASDAQ Composite Index pada tahun 2019.
Kebutuhan dan anteseden untuk bioteknologi modern
Bioteknologi modern berdasarkan penggunaan teknik DNA rekombinan baru, antibodi monoklonal dan metode kultur sel dan jaringan baru. Ini adalah sistem baru yang digunakan untuk mengubah atau memodifikasi sifat genetik organisme dengan cara yang benar-benar ditargetkan.
Pada abad ke-20, serangkaian penemuan mulai dilakukan yang memungkinkan untuk meletakkan dasar untuk pengembangan lebih lanjut, seperti:
1940 penemuan DNA sebagai bahan gen dan dianggap sebagai faktor transformasi.
1953: Watson dan Crick menjelaskan struktur heliks ganda DNA.
1956: Enzim yang terlibat dalam sintesis asam nukleat ditemukan dan enzim DNA polimerase I diisolasi, mengidentifikasi mekanisme replikasi DNA.
1966: Penjelasan kode genetik. Terlihat bahwa urutan 3 nukleotida menentukan masing-masing dari 20 asam amino, ditemukan bahwa kode genetik bersifat universal, ia bekerja dengan cara yang sama di semua organisme hidup dari mikroorganisme paling sederhana hingga manusia.
1970: Enzim spesifik yang memotong dan mengikat DNA diidentifikasi, memungkinkan DNA untuk dimodifikasi dan ditukar dari organisme hidup apa pun ke organisme lain.
1973: Fragmen DNA dimasukkan ke dalam bakteri, yang mampu mensintesis protein manusia.
Perkembangan ini memungkinkan kemajuan yang dipercepat dalam teknik Biologi Molekuler.
rekayasa genetika
Setiap organisme hidup memiliki molekul tertentu di mana informasi tentang cara menghasilkan zat yang diperlukan untuk kehidupan disimpan. Molekul ini disebut DNA.
Teknologi DNA menawarkan banyak kemungkinan dalam penggunaan industri mikroorganisme dengan aplikasi mulai dari produksi rekombinan obat terapeutik, vaksin, makanan dan produk pertanian.
Pada gilirannya, metodologi untuk produksi zat melalui DNA rekombinan ini memiliki dampak besar pada biaya pembuatan produk dan terutama pada keamanan bagi konsumen dan produsen.
Melalui Rekayasa Genetika, peningkatan kapasitas produksi tercapai, keamanan produk yang lebih baik bagi konsumen dan produsen, biaya produksi yang lebih rendah.
Penerapan rekayasa genetika.
Organisme yang digunakan saat ini dalam Bioteknologi dapat serumit sapi, atau sesederhana ragi yang digunakan untuk produksi bir atau roti.
Prosedur Rekayasa Genetika memungkinkan pengembangan proses bioteknologi dengan berbagai jenis sel, di mana vektor penurunan telah dibuat yang memiliki urutan DNA yang sesuai.
Pengetahuan yang luas tentang genom dan protein bakteri Escherichia coli, menjadikannya salah satu organisme yang paling banyak digunakan dalam pengembangan dan penerapan ilmu ini.
Teknik bioteknologi modern dikelompokkan menjadi dua kelompok besar: teknologi DNA dan kultur jaringan. Yang pertama melibatkan manipulasi gen yang menentukan karakteristik seluler tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme.
Yang kedua bekerja pada tingkat sel yang lebih tinggi (dengan komponennya: membran, kloroplas, mitokondria, dan termasuk sel, jaringan, dan organ yang berkembang dalam kondisi terkendali.
Bioteknologi dalam kesehatan manusia
Di bidang kesehatan manusia selama tahun 1980-an, bioteknologi mengarah pada penemuan dan produksi produk komersial pertama seperti insulin manusia, hormon pertumbuhan manusia dan kemudian aktivator Jaringan Plastiminogenik serta sejumlah polipeptida dan protein yang aktif secara biologis. Itu muncul pada tahun 1976 dengan berdirinya perusahaan Genentech, AS pada tahun 1991.
Di bidang manusia, bioteknologi telah memungkinkan pengembangan antibodi monoklonal, dalam penggunaan tanaman transgenik untuk produksi protein terapeutik dan obat-obatan, serta vaksin terhadap Hepatitis A.
Ini telah memungkinkan pengembangan teknik untuk diagnosis penyakit menular atau ketidakcocokan genetik, berdasarkan aplikasi teknologi DNA, seperti mendiagnosis infeksi virus, bakteri atau jamur, membedakan antara individu yang terkait erat atau memetakan lokasi spesifik gen di sepanjang DNA. molekul dalam sel.
Tuberkulosis, AIDS, popillomatosis dan banyak penyakit menular lainnya, selain kelainan bawaan seperti cystic fibrosis atau anemia sel sabit.
Produk seperti antibodi monoklonal dan antigen rekombinan digunakan dalam diagnosis penyakit manusia dan dalam banyak aplikasi pertanian penting dalam identifikasi patogen tanaman dan hewan dengan implikasi ekonomi dalam pemantauan dan pengendalian hama.
Bioteknologi tumbuhan
Dalam pengembangan bioteknologi tanaman terdapat dua komponen penting dan independen yaitu kultur jaringan dan penelitian dalam biologi molekuler. Studi yang ketat dan komprehensif dimulai pada tahun 1970.
Munculnya
Dasar ilmiah untuk pengembangan sel tumbuhan dan sistem kultur jaringan didasarkan pada teori sel Shleinden 1838 dan Schwann 1839 yang menyatakan bahwa sel-sel individu dalam suatu organisme memiliki kapasitas untuk hidup mandiri dan pada konsep Darwin tentang regulasi hormonal pertumbuhan tanaman., Darwin, 1890.
Sekitar tahun 1830 studi terorganisir dimulai. Mereka sangat dipengaruhi oleh penemuan zat pengatur tumbuh tumbuhan alami pertama pada tahun 1935, asam indoleasetat auksin.
Pada tahun 1934 Roger Gautheret di Amerika Serikat dan Pierre Nobercourt di Prancis memulai eksperimen pertumbuhan tak terbatas akar dan sel tanaman dalam kultur dan organogenesis in vitro.
- Dengan membudidayakan sel akar tanaman tomat yang terinfeksi virus, White juga mengamati bahwa akar yang sering disubkultur bebas virus.
- Hal ini memungkinkan penggunaan meristem untuk eliminasi virus dan mikropropagasi industri untuk meletakkan dasar bagi pekerjaan saat ini pada mikropropagasi industri di seluruh dunia.
- Penemuan sitokinin dan, merupakan landasan penting dalam pengembangan teknik untuk regenerasi seluruh tanaman dari sel yang dikultur.
- Pada tahun 1980 regenerasi tanaman terbatas pada beberapa spesies dikotil sebagai model, dan sebagian besar spesies legum, monotiledon dan kayu terus menjadi bandel untuk pertumbuhan berkelanjutan dan regenerasi dalam kultur in vitro.
Isolasi tahun 1969 dan fusi protoplas tanaman tahun 1970, dan regenerasi tanaman sangat berguna untuk pengenalan langsung DNA, yang mengarah pada perolehan tanaman transgenik dan studi dasar tentang fungsi promotor dan gen pengatur.
Bioteknologi hewan
Penerapan awal diarahkan pada sistem diagnostik, vaksin dan obat-obatan baru, fertilisasi embrio in vitro, penggunaan hormon pertumbuhan, diberikan atau melalui transgenesis untuk meningkatkan pertumbuhan dan produksi susu, pakan ternak dan makanan tambahan.
Inseminasi buatan sapi telah tersedia selama bertahun-tahun, dalam dua puluh tahun terakhir teknik telah dikembangkan yang memungkinkan transfer embrio bedah. Hal ini menyebabkan perkembangan layanan lain seperti sexing, teknik pembekuan dan lain-lain.
Untuk penyakit hewan, banyak vaksin yang lebih stabil dan mudah diproduksi untuk melawan penyakit babi dan sapi telah dikembangkan. Penanda molekuler berbasis DNA digunakan untuk mempercepat pemilihan proses pemuliaan tradisional, yang dapat diterapkan pada hewan dan tumbuhan.
Kloning somatik menawarkan kemungkinan baru dalam perbaikan hewan, konservasi SDGT dan sebagai alat yang lebih efektif untuk penelitian dan pelatihan.
Teknik yang berkaitan dengan transfer embrio, kriopreservasi embrio dan semen, inseminasi buatan banyak digunakan pada tanaman.
Pengetahuan Biologi Molekuler dari sebagian besar patogen yang mempengaruhi tanaman telah memungkinkan penggunaan teknik berdasarkan deteksi asam nukleat mereka, yang dikenal sebagai hibridisasi molekuler.
Saat ini, alat diagnostik telah dimasukkan ke dalam bakteri, teknik PCR Polymerase Chain Reaction yang memungkinkan mendeteksi keberadaan DNA patogen bahkan ketika mereka dalam jumlah kecil dan pada tahap awal proses infeksi.
Penerapan Bioteknologi Modern
Bioteknologi modern menggunakan teknik manipulasi DNA canggih untuk mendapatkan individu yang meningkatkan produksi. Ini menggunakan rekayasa genetika untuk membuat organisme yang dimodifikasi secara genetik (GMO) untuk tujuan yang berbeda:
Dalam industri pertanian dan peternakan, bioteknologi modern menciptakan produk GMO yang:
- Tahan hama dan kekeringan.
- Tahan suhu rendah.
- Tahan variasi salinitas.
- Dapatkan produksi yang lebih tinggi.
- Menghasilkan zat, seperti vitamin atau protein, yang tidak dimiliki oleh organisme yang tidak dimodifikasi.
- Tahan herbisida.
- Menghasilkan buah dengan pematangan tertunda.
Mendapatkan makanan transgenik.
Makanan yang lebih murah karena produksinya yang lebih besar dan dengan karakteristik yang menarik untuk konsumsi manusia, meskipun ada ahli dan organisasi yang menentang komersialisasi karena mereka tidak mengetahui kemungkinan efek spesies ini terhadap lingkungan dan kesehatan manusia.
Dalam industri farmasi, menciptakan GMO yang mampu menciptakan molekul atau zat yang tidak akan mereka hasilkan secara alami. Dengan demikian, Anda bisa mendapatkan antibiotik, hormon, vaksin, dan protein yang tidak menimbulkan efek penolakan pada orang yang menerimanya.
Dalam kedokteran, produk bioteknologi modern melalui:
- Analisis genetik, mendeteksi penyakit genetik sebelum berkembang (Alzheimer, Parkinson, dll.) dan mampu mencegah dan menanganinya pada tahap awal.
- Terapi gen, memperkenalkan gen tertentu ke pasien untuk melawan penyakit tertentu. Mereka dapat menggantikan gen yang diubah, menghambat aksi gen yang rusak, atau memasukkan gen baru.
- Perbandingan DNA dua orang untuk identifikasi korban, bukti ayah atau tanggung jawab kejahatan.
- Di lingkungan, melalui bioremedikasi, mikroorganisme, jamur, tanaman atau enzim yang berasal darinya digunakan untuk mengembalikan lingkungan yang terkontaminasi ke kondisi alaminya.
GMO digunakan untuk:
- Memulihkan tanah yang terkontaminasi logam berat.
- Dapatkan energi dari air limbah di instalasi pengolahan.
- Mendegradasi limbah beracun, seperti slicks minyak, di mana bakteri yang mampu mendegradasi hidrokarbon minyak bumi dan mengubahnya menjadi zat yang kurang berbahaya bagi lingkungan dapat digunakan.
- Dapatkan plastik biodegradable dari bakteri rekayasa genetika.
Walaupun terkadang digunakan secara sinonim, namun genetically modified organism (GMO) adalah makhluk hidup yang DNA-nya telah dimodifikasi secara artifisial, sedangkan organisme transgenik disebut sebagai individu yang mengandung gen dari individu dari spesies lain, sehingga tidak sinonim. Makanan yang mengandung produk dari organisme ini dalam komposisinya disebut makanan transgenik.
