BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi adalah ilmu terapan, yang mempelajari prinsip-prinsip ilmiah dengan menggunakan organisme atau bagian organisme untuk menghasilkan suatu produk yang digunakan untuk kepentingan manusia merupakan Bioteknologi melibatkan peran ilmu mikrobiologi, kimia, biokimia, genetika, biologi sel, biologi molekuler, dan teknik kimia. Contoh penerapan bioteknologi dalam kehidupan sehari-hari adalah pemanfaatan berbagai mikroorganisme dalam pembuatan makanan fermentasi. Dalam perkembangannya. penerapan bioteknologi berkembang dengan pesat. Dengan demikian, dapat dipahami bahwa bioteknologi telah tumbuh dan berkembang menjadi suatu bidang studi yang penting dan menarik. Di saat sekarang dan masa depan, bioteknologi menjadi tumpuan harapan umat manusia untuk meningkatkan kesejahteraan hidupnya.

A. Bioteknologi Konvensial dan Modern

Bioteknologi dapat diterapkan secara konvensional ( tradisional ) dan modern.

Bioeknologi Konvensional

Dalam bioteknologi konvensional, biasanya dilakukan secara sederhana, tidak diproduksi dalam jumlah besar, dan tidak menggunakan prinsip - prinsip ilmiah. Selain itu, bioteknologi konvensional bisanya hanya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri dan jamur dan diproduksi dalam jumlah kecil. Contoh produk bioteknologi konvensional yang telah lama ada antara lain tempe, oncom, tape, tuak, dan kecap.

BioteknologiModern

Sedangkan bioteknologi modern, biasanya dilakukan dengan peralatan canggih, diproduksi dalam jumlah besar, dan menggunakan prinsip-prinsip ilmiah. Dalam bioteknologi modern selain menggunakan mikroorganisme juga dapat menggunakan bagian-bagian tubuh organisme seperti tumbuhan dan hewan. Contoh produk bioteknologi modern misalnya produksi vaksin, asam amino, obat, pengolahan limbah, pembasmi hama tanaman, pemisahan logam, dan sebagainya.

B. Pemanfaatan Mikroorganisme

Beberapa jenis jamur dan bakteri dapat dimanfaatkan untuk mengasilkan berbagai macam bahan makanan dan minuman. Pada masa lampau, bioteknologi dilakukan dengan proses yang amat sederhana dan produk yang dihasilkan dalam jumlah yang kecil. Tetapi sekarang, bioteknologi dilakukan dalam proses yang canggih dan produk yang dihasilkan berjumlah besar. Dalam bioteknologi, pemanfaatan mikroorganisme sangatlah penting artinya. Beberapa pemanfaatan mikroorganisme dalam bioteknologi di berbagai bidang adalah sebagai berikut.

1. Mikroorganisme untuk Mengubah dan Menghasilkan Bahan Makanan

Berbagai jenis makanan dan minuman yang diproduksi melalui proses fermentasi telah dikenal dan digemari sejak dahulu. Berbagai jenis makanan dan minuman fermentasi antara lain tempe, kecap, tauco, asinan, tape, brem, cuka, keju, mentega, yoghurt, nata de coco, roti, produk bir, dan anggur.

Berbagai mikroorganisme dapat mengubah makanan tertentu menjadi bentuk makanan lain melalui proses fermentasi. Makanan yang terbentuk dari hasil fermentasi mengandung nilai gizi lebih tinggi dan cita rasa serta aroma yang lebih menarik. Setiap proses fermentasi memanfaatkan aktivitas metabolisme suatu mikroorganisme tertentu atau campuran dari beberapa spesies mikroorganisme.

Proses bioteknologi ini selalu melalui fermentasi dengan bantuan mikroorganisme seperti khamir, kapang, dan bakteri. Untuk meningkatkan produksi akan kebutuhan protein melalui pemanfaatan mikroorganisme, kini telah dikembangkan pembuatan protein sel tunggal atau single cell protein (SCP). Protein sel tunggal adalah bahan makanan yang berasal dari mikroorganisme. Bahan makanan ini memiliki kadar protein yang tinggi yaitu sekitar 80%. Beberapa contoh mikroorganisme untuk pembuatan protein sel tunggal adalah, sebagai berikut.

Mikroorganisme pembuatan protein

Keterangan

Spirulina Spirulina merupakan mikroorganisme yang mampu melakukan fotosintesis. Mikroorganisme ini telah dikembangkan sebagai sumber pangan di beberapa negara, seperti: Amerika Serikat, Perancis, dan Meksiko

ChIorella Chlorella merupakan ganggang hijau bersel tunggal yang mengandung 50% protein dari berat kering. Chlorella digunakan sebagai makanan suplemen yang dikemas dalam tablet.

Saccharomyces cerevisiae (ragi) dan Candida utilis

Kedua jenis mikroorganisme ini menghasilkan protein dengan kandungan asam nukleat tinggi.

2. Mikroorganisme untuk Menghasilkan Antibiotik

Mikroorganisme dapat dimanfaatkan sebagai penghasil obat-obatan. Obat-obatan yang dihasilkan tersebut digunakan untuk menyembuhkan berbagai penyakit terutama penyakit yang disebabkan oleh mikroorganisme. Hal ini dikarenakan beberapa jenis mikroorganisme mampu menghasilkan antibiotik. Antibiotik adalah suatu senyawa organik yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme yang dapat menghambat atau mematikan mikroorganisme lain (bakteri penyebab penyakit).

Penisilin

Penisilin Alexander Fleming pada tahun 1929. Antibiotik tersebut ditemukan pada kapang Penicillium notatum, dan Penicillium chrysogenum. Beberapa antibiotik selain penisilin, adalah streptomisin, sefalosporin, tetrasiklin, tetramisin, basitrosin,

neomisin, dan amfisilin. Streptomisin merupakan antibiotik yang dihasilkan oleh sejenis kapang, yaitu Streptomyces griseus. Antibiotik ini terutama digunakan untuk pengobatan penyakit TBC. Sefalosporin merupakan antibiotik yang dihasilkan oleh sejenis kapang Cephalosporium acremonium. Sefalosporin dikembangkan terutama untuk mengobati penyakit radang paru-paru (pneumonia). Tetrasiklin merupakan antibiotik berspektrum luas, yang dapat digunakan untuk mengobati infeksi yang disebabkan oleh banyak bakteri. Produk-produk antibiotik yang dihasilkan melalui bioteknologi ini dapat menurunkan angka kematian berjuta-juta manusia dari berbagai penyakit infeksi.

Produksi antibiotik baru dapat dihasilkan melalui rekayasa genetika. Dengan teknologi rekayasa genetika, bakteri dapat menghasilkan beberapa senyawa obat, hormon, enzim, dan vaksin.

3. Mikroorganisme untuk produksi asam amino

Pentingnya peranan asam amino di bidang gizi, kesehatan, industri pangan, dan industri kimia lainnya, mengakibatkan secara otomatis banyak dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari, hal ini menyebabkan perkembangannya sangat pesat agar semua kebutuhan atas asam amino terpenuhi. Mikroorganisme penghasil asam amino yang berpotensi tinggi adalah golongan bakteri. Contoh asam amino yang dihasilkan bakteri yaitu asam glutamat, merupakan asam amino yang sampai saat ini diproduksi dengan menggunakan bakteri Corynebacterium glutamicum.

1. Mikroorganisme untuk Menghasilkan Energi

Gas bio dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar, misalnya bahan bakar kompor, gas bio dapat diperoleh dengan menggolah kotoran hewan. Bakteri pengurai tertentu, misalnya yang hidup di lambung sapi atau hewan memamah biak lainnya, menghasilkan enzim selulase yang akan merombak selulosa menjadi karbon dioksida (C02) dan metana (CH4). Metana inilah yang disebut gas bio. Dengan teknik sederhana, limbah pertanian, dan limbah peternakan serta sampah-sampah yang mengandung selulosa difermentasikan dengan menggunakan bakteri pengurai tersebut menjadi gas bio.

5. Mikroorganisme untuk Meningkatkan Produksi Pertanian

Pengendalian hama tanaman juga dapat dilakukan dengan menggunakan musuh alamiahnya, yaitu predator, dan parasit dari hama tersebut. Pengendalian hama dengan menggunakan musuh alamiahnya dikenal dengan biological control atau pengendalian hayati. Mikroorganisme juga dapat dimanfaatkan dalam mengendalikan hama. Pada masa sekarang ini dikenal adanya pestisida mikroba. Pestisida mikroba adalah agen pengendali hama yang merupakan zat-zat atau substansi dari mikroba, misalnya jamur, bekteri, virus, dan protozoa. Pengendalian hama secara biological control dikenal lebih ramah lingkungan karena efektif pada sasarannya dan tidak mencemari lingkungan. Untuk meningkatkan produksi hasil pertanian, terutama kacang-kacangan, saat ini sedang dikembangkan bakteri pengikat nitrogen bebas dari udara. Bakteri yang mampu mengikat nitrogen bebas dari udara adalah bakteri Rhizobium dan Azotobacter. Melalui rekayasa genetika terhadap kedua bakteri

tersebut akan diperoleh keturunan (strain bakteri) yang memiliki kemampuan lebih baik untuk mengikat nitrogen di udara. Pemanfaatan bakteri Rhizobium yang telah direkayasa dapat meningkatkan produksi panen pada tanaman kedelai.

6. Mikroorganisme untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan

Banyak sekali pencemaran yang terjadi pada saat ini, sehingga para ahli telah melakukan rekayasa genetika terhadap mikroorganisme. Tujuannya yaitu untuk memperoleh mikroorganisme yang mampu membersihkan lingkungan, misalnya terhadap pencemaran limbah beracun. Beberapa bakteri dapat digunakan sebagai agen bioremediasi. Bioremediasi adalah usaha memperbaiki kualitas lahan (tanah dan air) dari pencemaran dengan menggunakan makhluk hidup, seperti mikroorganisme dan tanaman hijau. Misalnya bakteri kemolitotrof yang dapat mengambil dan mengumpulkan ion-ion logam berat beracun yang mencemari tanah dan air bawah tanah akibat adanya pencemaran industri. Pemanfaatan bakteri kelompok metanogen dapat merombak limbah pertanian atau limbah peternakan untuk menghasilkan gas bio. Pengembangan gas bio memiliki manfaat ganda, yaitu dapat menghemat pemakaian bahan bakar minyak (BBM), dan pemanfaatan limbah sehingga mengurangi pencemaran lingkungan. Saat ini telah dikembangk:m strain bakteri yang mampu merombak senyawa-senyawa minyak. Bakteri strain tersebut menggunakan minyak (yang tumpah di permukaan laut) sebagai bahan makanannya.

7. Mikroorganisme untuk Industri Pertambangan

Dalam bioteknologi telah dikembangkan penggunaan bakteri untuk pemisahan tembaga dari bijihnya, yaitu bakteri Thiobacilus ferrooxidans. Bakteri tersebut termasuk jenis bakteri kemolitotrof atau bakteri pemakan batuan yang tumbuh subur di lingkungan bersifat asam. Bakteri Thiobacillus ferrooxidans mampu memisahkan tembaga dari bijihnya melalui reaksi kimia sehingga melepaskan logam tembaga (Cu) dari batuan. Industri pertambangan juga telah menggunakan bakteri kemolitotrof untuk memperoleh logam lain seperti mangan (Mn) dan uranium. Dengan demikian, dalam bioteknologi pemanfaatan mikroorganisme juga berperan dalam bidang industri pertambangan.

c. Kultur Jaringan (Tissue Culture), Hidroponik, dan Aeroponik

1. Kultur Jaringan (Tissue Culture)

Kultur jaringan pertama dilakukan oleh F.C. Steword, ahli fisiologi tumbuhan Amerika Serikat pada tahun 1958. Kultur jaringan adalah membiakkan bagian tanaman yang ditumbuhkan dalam media buatan sehingga tumbuh menjadi tanaman sempurna. Teknik ini juga dikenal dengan nama kultur in vitro. Pada dasarnya, prinsip kultur jaringan tidak berbeda dengan cara reproduksi vegetatif, yaitu menyetek.

Proses membiakkan tanaman dengan kultur jaringan terdiri dari tiga langkah utama, yaitu sebagai berikut:

Langkah I, yaitu inisiasi (penanaman bagian tumbuhan yang akan dibiakkan). Penanaman dilakukan dalam medium yang steril (bebas mikroorganisme).

Langkah II, yaitu multiplikasi (pembiakan atau perbanyakan jaringan pokok). Tanaman yang telah tumbuh dari langkah I diperbanyak dan ditanam dalam medium

pertumbuhan. Medium pertumbuhan diberi zat pengatur pertumbuhan yang dapat memacu pertumbuhan batang.

Langkah III, yaitu pengakaran (pembentukan akar). Pada langkah ini diberi hormon untuk memacu pembentukan akar dan tanaman secara sempurna.

Setelah melalui tiga langkah tersebut, tanaman hasil pembiakan kultur jaringan dipindahkan untuk ditanam di dalam greenhouse (rumah kaca). Di dalam greenhouse tanaman dipelihara sehingga akan tumbuh dan berkembang sesuai dengan yang diinginkan.

Kultur jaringan digunakan untuk mengatasi kebutuhan pangan yang semakin meningkat. Melalui kultur jaringan, dapat diperoleh beberapa keuntungan sebagai berikut:

Dapat menghasilkan tanaman baru dalam jumlah yang banyak dalam waktu singkat. Dapat menghasilkan tanaman baru yang memiliki sifat fisiologi dan morfologi sarna

persis dengan induknya. Dapat digunakan untuk upaya konservasi tumbuhan langka. Dengan cara kultur

jaringan, tumbuhan langka tertentu dapat dibiakkan lebih banyak.

2. Hidroponik

Hidroponik adalah suatu cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman. Makanan tanaman yang ditanam secara hidroponik diperoleh dari air yang mengandung zat-zat anorganik yang diberikan melalui pipa-pipa air atau dengan cara disiramkan. Kalau pada bercocok tanam dengan tanah, zat-zat makanan diperoleh tanaman dari dalam tanah. Sedangkan hidroponik, makanan diperoleh tanaman dari air yang mengandung zat-zat anorganik.

Beberapa keuntungan bercocok tanam secara hidroponik antara lain sebagai berikut:

Tempat atau lahan yang lebih sempit dapat ditanami tanaman yang lebih banyak karena tanaman dapat ditanam secara bertingkat.

Mineral atau pupuk yang diberikan (diperlukan) tanaman dapat diperhitungkan dengan cermat sesuai keperluan. Dengan demikian, penggunaan pupuk menjadi lebih efisien.

Bibit penyakit, misalnya bakteri. jamur, dan cacing yang berasal dari tanah dapat dihindari. Sementara itu, hama, misalnya serangga, dapat dicegah karena dikelola secara khusus.

Gulma, misalnya rum putteki dan alang-alang dapat dicegah keberadaannya. Kualitas buah dan tanaman yang dihasilkan lebih baik sehingga meningkatkan

produksi panen. Tidak tergantung dengan musim karena dikelola secara khusus.

3. Aeroponik

Aeroponik merupakan cara bercocok tanam di udara. Akar tanaman diletakkan menggantung dalam suatu wadah yang dijaga kelembabannya. Zat makanan diperoleh melalui larutan nutrien yang disemprotkan ke bagian akar tanaman. Sistem aeroponik memiliki kelebihan dibandingkan sistem hidroponik. Pada sistem aeroponik, akar yang menggantung akan lebih banyak menyerap oksigen sehingga meningkatkan

metabolisme dan kecepatan pertumbuhan tanaman. Selain itu, tidak ada air yang hilang akibat penguapan.

D. Rekayasa Genetika

Sifat makhluk hidup tersimpan didalam gen. Gen adalah penentu sifat yang terdapat dalam kromosom. Dalam bioteknologi telah dikembangkan pula suatu teknik rekayasa genetika. Teknik rekayasa genetika adalah suatu cara mengganti atau menambah DNA dari organisme lain ke susunan DNA asli dalam suatu sel dari suatu organisme. Teknik ini juga disebut rekombinasi genetika. Rekayasa genetika atau manipulasi teknik dalam genetika ini digunakan untuk mendapatkan kombinasi sifat keturunan yang diinginkan.

Rekombinasi DNA

Teknik rekayasa genetika dilakukan dengan cara pencangkokan atau pencampuran DNA, yaitu dengan menyisipkan DNA asing pada DNA asli. Dalam proses ini diperlukan mikroorganisme sebagai pembawa, biasanya adalah bakteri. Rekayasa genetika yang merupakan bioteknologi modern telah menghasilkan berbagai produk. Beberapa contoh produk rekayasa genetika antara lain vaksin hepatitis, hormon insulin, antibodi monoklonal, dan penggabungan protoplasma.

Fusi Sel

Fusi Sel adalah meleburkan dua sel berbeda agar diperoleh sel baru yang memiliki gabungan sifat kedua sel induknya. Secara alami, fusi sel terjadi pada proses pembuahan, yaitu meleburnya spermatozoa dan sel ovum menjadi zigot. Dengan mempelajari proses fusi sel alami, para pakar berhasil memfusikan sel tikus dan sel manusia, juga antar sel tumbuhan.

Dalam rekayasa genetika diperoleh beberapa produk antara lain

Produk rekayasa genetika KeteranganVaksin Hepatitis Vaksin hepatitis merupakan vaksin untuk mencegah

hepatitis (penyakit radang hati). Sebelum dikembangkan teknik rekayasa genetika, vaksin hepatitis dibuat dari plasma darah penderita hepatitis. Namun, dengan rekayasa genetika, gen yang bertanggung jawab membentuk selubung protein (antigen) di sekeliling virus telah berhasil diisolasi.Gen ini selanjutnya disisipkan ke dalam sel khamir. Sel khamir yang telah disisipi gen virus akan menghasilkan selubung protein yang digunakan untuk membuat vaksin hepatitis.

Hormon Insulin Hormon insulin merupakan hormon yang berguna untuk menolong penderita kencing manis (diabetes melitus). Hormon insulin hasil rekayasa genetika digunakan untuk penderita kencing manis di tahun 1982.

Sebelum rekayasa genetika dikembangkan, hormon insulin diambil dari sapi dan babi. Namun biaya yang dikeluarkan cukup mahal dan produk yang dihasilkan jumlahnya terbatas. Selain itu, hormon insulin pada sapi dan babi berbeda dengan harmon insulin pada manusia. Beberapa penderita mengalami alergi. Dengan rekayasa genetika, hormon insulin dapat dibuat dalam jumlah besar dan murah, serta secara kimia sama dengan hormon insulin manusia

Antibodi Monoklonal Sel darah putih membuat beribu-ribu antibodi untuk melawan penyakit yang masuk ke dalam tubuh manusia. Tentu saja antibodi yang murni khusus untuk penyakit tertentu yang sangat sulit dipisahkan. Dengan rekayasa genetika, antibodi yang murni dapat diperoleh dengan cara menggabungkan sel limfosit (penghasil antibodi) dengan sel yang terkena penyakit. Antibodi yang diperoleh dengan cara demikian ini disebut antibodi monoklonal. Para ilmuwan berharap antibodi monoklonal dapat digunakan untuk pengobatan penyakit kanker. Pada saat sekarang, antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mengobati keracunan dan mengetahui adanya kehamilan

Penggabungan Protoplasma

Protoplasma merupakan seluruh bagian sel tanpa dinding sel. Penggabungan protoplasma merupakan rekayasa genetika yang dapat dimanfaatkan dalam bidang pertanian. Misalnya, penggabungan protoplasma untuk menghasilkan tanaman hibrida yang memiliki sifat-sifat baru dan penggabungan protoplasma untuk mengatasi penyakit tanaman.

E. Dampak Penerapan Bioteknologi Bioteknologi telah bermanfaat di berbagai bidang seperti bidang pangan,

kesehatan, pertambangan, pencemaran lingkungan, dan sebagainya. Di bidang pangan, seperti dihasilkannya berbagai makanan produk fermentasi, pengendalian hama pertanian, dan peningkatan produksi pertanian. Di bidang kesehatan, seperti dihasilkannya berbagai obat-obatan (antibiotik) dan vaksin.

Khusus dalam penerapan bioteknologi konvensional, yang biasanya dilakukan oleh sebagian penduduk berdasarkan pengalaman yang diwariskan turun-temurun dapat memberikan nilai tambah tersendiri. Misalnya sebagian penduduk membuat tempe, oncom, tape, asinan sayur, dan sebagainya. Pembuatan makanan fermentasi tersebut dapat dijadikan sebagai pekerjaan yang menghasilkan sumber penghasilan. Meskipun bioteknologi modern telah memberikan dampak yang positif untuk kesejahteraan hidup manusia, namun dampak negatif haruslah dicermati dengan baik. Misalnya, melalui rekayasa genetika dapat muncul hewan atau tumbuhan transgenik. Organisme transgenik adalah organisme yang materi genetisnya telah diubah dengan

teknik rekombinasi DNA. Beberapa dampak negatif yang dapat ditimbulkan dalam rekayasa reproduksi adalah

1. Dapat mengurangi keanekaragaman hayati semakin lama makin berkurang sehingga keragaman plasma nutfah makin menyempit.

2. Munculnya tanaman transgenic yang dikhawatirkn dapat merusak keseimbanagan alam. ( misalnya tanaman kapas transgenik yang menyebabkan munculnya gulma yang resisten terahadap herbisida )

3. Menimbulkan pro dan kontra pada masyarakat, terutama rekayasa reproduksi antar spesies yang melibatan gen manusia.

4. Munculnya kasus bayi tabung yang dianggap melanggar norma yang berlaku.