BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip dan kerekayasaan terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun menghasilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia.

Ilmu-ilmu yang digunakan dalam bioteknologi:

1.      Mikrobiologi : mempelajari mikroba atau jasad renik.

2.      Biologi sel : mempelajari sel.

3.      Genetika : mempelajari pewarisan sifat-sifat genetic makhluk hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya.

4.      Biokimia : mempelajari makhluk hidup dari aspek kimia.

PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi sesungguhnya bukan hal baru, tapi telah digunakan ribuan tahun yang lalu, walaupun dalam bentuk yang sederhana. Mereka telah mengenal cara pembuatan makanan dan minuman dengan proses fermentasi atau peragian, seperti yoghurt, cuka, dll. Orang Sumeria dan Babilon telah minum bir sejak tahun 6000 SM. Orang Mesir juga sudah membuat adonan kue asam sejak tahun 4000 SM. Namun, bukti pasti bahwa mikroorganisme melakukan fermentasi muncul dari hasil penelitian Louis Pasteur antara tahun 1857-1876. Hal tersebut menyebabkan Louis Pasteur dianggap sebagai bapak bioteknologi.

Bioteknologi Tradisional (Konvensional)

Bioteknologi Tradisional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroba, proses biokimia dan proses genetik alami seperti mutasi dan rekombinasi genetik. Penangkaran ternak dan tanaman panen, pembuatan alkohol, minuman keras dan minuman anggur telah dikenal di masyarakat tradisional. Pada abad ke-18 baru disadari bahwa pembuatan minuman beralkohol tersebut melibatkan mikroba melalui proses peragian yang merubah fruktosa dan glukosa menjadi alcohol dan gula.

Aplikasinya dalam berbagai bidang:

«         Pangan

§  Tempe, menggunakan jamur Rhizopus;

§  Oncom, menggunakan jamur Neurospora stophila;

§  Tapai ketan, menggunakan khamir Saccharomyces cerevicae;

§  Kecap, menggunakan jamur Aspergillus.

«                     Pertanian

§  Tanaman hidroponik, merupakan cara bercocok tanam tanpa  menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman;

§  Suatu tanaman jenis mustard alami yang diseleksi oleh manusia menghasilkan tanaman brokoli, kubis, kembang kol, dll.

«                            Peternakan

§  Domba ankon, merupakan domba berkaki pendek dan bengkok;

§  Sapi “Jersey” yang diseleksi oleh manusia agar menghasilkan sisi dengan kandungan krim lebih banyak.

«  










               Kesehatan dan Pengobatan

§  Antibiotic, diisolasi dari bakteri dan jamur;

§  Vaksin, merupakan mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikan, bermanfaat untuk meningkatkan imunitas.

Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia. Bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi DNA dilakukan dengan memodifikasi gen-gen spesifik dan memindahkannya pada organisme yang berbeda seperti bakteri, hewan dan tumbuhan.

Aplikasinya dalam berbagai bidang:

«      Pangan

§  Buah tomat hasil manipulasi genetic sehingga tahan lama, tidak cepat matang serta membusuk;

§  Kentang yang telah mengalami mutasi genetic sehingga kadar pati kentang meningkat 20% dari kentang biasa.

«         Pertanian

§  Tanaman kedelai Tengger dan kedelai hijau Camar yang berumur pendek dengan produktivitas tinggi, diperoleh dari radiasi seleksi biji-biji kedelai;

§  Tanaman jagung dan kapas yang resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu.

«     Peternakan

§  Pembelahan embrio secara fisik (splitting) mampu menghasilkan kembar identic pada domba, sapi, babi dan kuda;

§  Ternak unggul hasil manipulasi genetic.

«       Kesehatan dan pengobatan

§  Hormon pertumbuhan somatotropin yang dihasilkan oleh Escerichia coli;

§  Manipulasi produksi vaksin dengan menggunakan E. coli agar lebih efisien.

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN MIKROORGANISME

Bioteknologi tradisional maupun modern telah menggunakan mikroorganisme sebagai bagian suatu proses untuk menghasilkan produk dan jasa. Bioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir dan kapang, dengan alasan:

«  Pertumbuhannya cepat;

«  Sel-selnya memiliki kandungan protein yang tinggi;

«  Dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya;

«  Menghasilkan produk yang tidak toksik;

«  Sebagai organisme hidup, reaksi biokimianya dikontrol oleh enzim organisme itu sendiri sehingga tidak memerlukan tambahan reaktan dari luar.

Bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme antara lain penemuan dan penyelesaian masalah pangan, obat-obatan, pembasmian hama tanaman, pencemaran dan pemisahan logan dari bijih logam.

Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan atau Minuman

Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi. Proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organic menjadi produk organic yang lebih sederhana. Mikroorganisme pada proses fermentasi menyebabkan perubahan senyawa-senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa yang lebih sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman. Misalnya, oncom dapat dibuat dari ampas tahu, singkong, kelapa, atau kacang tanah, dengan penambahan mikroorganisme berupa Neurospora. Nerurospora mengeluarkan enzim amilase, lipase, dan protease yang aktif selama proses fermentasi, juga menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi pada pembuatan oncom juga menyebabkan terbentuknya sedikit alcohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.

Mikroorganisme dapat dijadikan langsung sebagai sumber makanan. Hal ini dikarenakan (1) massa microorganism dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dalam waktu satu jam, sedangkan massa tumbuhan atau hewan memerlukan waktu berminggu-minggu dan (2) massa mikroba minimal mengandung 40% protein serta memiliki kandungan bitamin dan mineral yang tinggi.

Makanan yang berasal dari mikroorganisme disebut protein sel tunggal (PST) atau disebut juga single-cell protein (SCP). Protein sel tunggal merupakan makanan kaya protein yang berasal dari mikroorganisme. Contohnya yaitu jamur Fusarium graminearum yang mengandung protein 45% dan lemak 13%.

Mikroorganisme Penghasil Obat

Mikroorganisme dapat membantu bidang pengobatan. Mikroorganisme tersebut misalnya digunakan untuk membuat antibiotic dan vaksin.

«  Antibiotik

Merupakan senyawa yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Antibiotic terbagi dalam empat kelompok, yaitu:

§  Penisilin;

§  Sefalosporin : dihasilkan oleh jamur Cephalosporium;

§  Tetrasiklin : dihasilkan oleh bakteri Streptomycin aureofaciens;

§  Eritromisin.

«  Vaksin

Merupakan mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang relah dilemahkan. Vaksin dimasukan (dengan suntikan atau oral) ke dalam tubuh manusia agar system kekebalan tubuh manusia aktig melawan mikroorganisme tersebut. Vaksin berasal dari sumber-sumber berikut ini:

§  Mikroorganisme yang telah mati;

§  Mikroorganisme yang telah dilemahkan;

Vaksin yang dihasilkan dari mikroorganisme yang telah dilemahkan disebut vaksin atenuasi.

§  Suatu substansi mikroorganisme yang tidak menyebabkan penyakit.

Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman

Mikroorganisme di alam dapat dijadikan sebagai agen pengendali hayati, yaitu pengendalian terhadap hama ddengan menggunakan musuh alami. Misalnya pengendali hama serangga pada tanaman pertanian dengan menggunakan bakteri pathogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensis (Bt).

Bakteri Bt dapat ditemukan di tanah dan tanaman. Bacillus thuringiensis merupakan spesies bakteri yang dikembangkan menjadi insektisida mikrobal. Bakteri Bt menghasilkan protein Kristal yang dapat membunuh serangga maupun larva atau ulat serangga. Beberapa Bt yang tersedia secara komersial dengan hama targetnya adalah sebagai berikut:

§  Bacillus thuringiensis varietas tenebrionis menyerang kumbang kentang Colorado dan larva kumbang daun;

§  Bacillus thuringiensis varietas kurstaki menyerang berbagai jenis ulat tanaman pertanian;

§  Bacillus thuringiensis varietas israelensis menyerang nyamuk dan lalat hitam;

§  Bacillus thuringiensis varietas aizawai menyerang larva ngengat dan berbagai ilat, terutama ulat ngengat diamondback.

Protein Kristal Bt akan berpengaruh efektif terhadap larva, ulat serangga dan serangga bila Bt yang dikonsumsi dalam jumlah yang mencukupi dan pH usus serangga berada pada kondisi alkali (basa).

Mikroorganisme Pengolah Limbah

Mikroorganisme membantu pengolahan berbagai jenis limbah, terutama dalam penguraian limbah organic. Limbah organik dari rumah tangga, pasar, atau industri sering dibuang langsung ke sungai, yang mengakibatkan pencemaran di sungai atau timbulnya limbah cair. Mikroorganisme mengolah limbah cair melalui proses penguraian secara aerob dan anaerob. Pada pemrosesan aerob terdapat mikroorganisme yang menguraikan materi organic dari limbah menjadi mineral-mineral, gas-gas dan air. Aktivitas ini membutuhkan banyak oksigen. Reaksi-reaksi penguraian yang terjadi adalah:

«  Pengolahan dengan Lumpur Aktif

Sistem ini adalah pengolahan limbah cair dengan membiakkan bakteri aerobic dalam suatu tangki limbah yang diberi aerasi dengan tujuan untuk menurunkan bahan organic yang mengandunhg karbon atau nitrogen dalam limbah. Bakteri yang berperan adalah bakteri heterotrof. Sumber energinya berasal dari oksidasi senyawa organic dari bahan organic karbon yang menghasilkan karbon diokasidam ammonia, bahan untuk sel baru, dan lumpur.

Mikroorganisme

                      

«  Pengolahan dengan Saringan tetes

Sistem ini adalah dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Biofilm merupakan lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar tangki limbah.

«  Penguraian Lumpur

Penguraian lumpur yaitu proses penguraian bahan padat yang terakumulasi dari pemrosesan aerob atau dari endapan perlakuan fisik sebelumnya.

Mikroorganisme Pemisah Logam dari Bijih Logam

            Mikroorganisme berperan dalam usaga mendapatkan logam dari biji logam. Peranan mikroorganisme di dalam proses ekstraksi logam dari bijihnya sangat penting karena:

«  Deposit-deposit mineral yang lebih kaya sudah banyak berkurang. Kini, bijih bermutu rendah banyak diolah dan membutuhkan pengembangan teknik-teknik yang dapat mengekstasi logam dengan lebih sempurna.

«  Metode pengolahan bijih secara tradisional yaitu dengan peleburan, merupakan penyebab utama polusi udara dan kini banyak ditentang oleh kelompok pecinta lingkungan.

            Mikroorganisme mampu memperbaiki kedua keadaan ini. Misalnya, beberapa bakteri aerobik autotrofik, Thiobacillus oxidans dan T. ferrooxidans bila ditumbuhkan dalam lingkungan yang mengandung bijih tembaga akan menghasilkan asam dan mengoksidasi bijih tersebut disertai pemisahan logam tembaganya. Proses ini disebut pencucian mikrobal.

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN KULTUR JARINGAN TUMBUHAN

• Kultur jaringan merukapan salah satu teknik kloning tumbuhan.
• Disebut juga mikropropagasi, yaitu bentuk perbanyakan tumbuhan secara vegetatif dengan memanipulasi jaringan somatik (jaringan tubuh) tumbuhan di dalam kultur aseptik (bebas kuman) dengan lingkungan terkontrol.
• Potongan akar, batang, atau daun yang dapat membentuk tumbuhan utuh dinamakan eksplan.
• Eksplan memiliki sifat totipotensi, yaitu kemampuan sel tumbuhan untuk berkembang menjadi tumbuhan yang utuh. Sifat ini dimiliki oleh bagian-bagian tumbuhan yang masih tumbuh.
• Kalus adalah potongan jaringan tumbuhan yang terdiri dari sejumlah kecil sel-sel pada medium kultur yang sesuai dan dibiarkan tumbuh menjadi massa sel yang belum terdeferensiasi.
• Medium kultur: gula, garam anorganik, nitrogen organik, hormon pertumbuhan.

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN REKAYASA GENETIK

• Rekayasa genetik (juga disebut DNA rekombinan dan pencangkokan gen) adalah teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolaso, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya (secara in vitro).
• 50 tahun yang lalu, Dr. Paul Berg, Dr. Stanley Cohen, Dr. Annie Chang dari Stanford University, serta Dr. Herbert Boyer dan Dr. Robert Helling dari University of California menemukan bahwa bahan kimia tertentu yaitu enzim restriksi endonuklease dapat berfungsi sebagai ”gunting molekuler” yang dapat mengenal dan memotong secara kimiawi tempat-tempat khusu di sepanjang sebuah molekuk DNA.
• Penemuan enzim ligase: dapat menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan. Hibrid yang terbentuk dengan cara ini desebut DNA rekombinan.
• Sebuah gen harus diangkut oleh suatu materi genetik khusus yang disebut vektor, salah satu yang bermanfaat adalah plasmid yaitu molekul DNA sirkuler kecil yang terdapat di luar kromosom bakteri.
• Plasmid berasal dari bakteri. DNA dipotong oleh enzim restriksi, fragmen DNA baru disisipkan, kemudian plasmid dikembalikan. Saat bakteri membelah diri, rekombinan juga.
• Manfaat di bd. kedokteran yaitu pembuatan insulin manusia oleh bakteri, terapi gen (kelainan gen dapat diganti dengan klon nya), dan antibodi monoklonal.
• Manfaat di bd. Peternakan dan pertanian yaitu organisme transgenik (pada hewan, embrio, dan inti).
• Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri tanah yang menyebabkan infeksi tumor pada tanaman. Bakteri ini digunakan untuk menunda pematangan buah, ketahanan terhadap pestisida, dan resistensi terhadap lingkungan.

PENANGGULANGAN DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI

• Alergi: dengan melakukan pengujian jangka lama pada konsumen, produk diberi label
• Hilangnya plasma nutfah: pemeliharan jenis hewan dan tumbuhan di situs konservasi
• Rusaknya ekosistem: go green!