Bioteknologi

Kecap dan cuka sering digunakan untuk membuat makanan menjadi lebih enak, misalnya ditambahkan ke dalam mie bakso. Tahukah kamu kalau kecap dan cuka merupakan hasil bioteknologi? Apakah yang dimaksud bioteknologi? Bagaimanakah perkembangannya? Apa peranan mikroorganisme dalam bioteknologi? Bagaimanakah penerapan bioteknologi dalam kehidupan? Ayo pelajari bab ini agar kamu dapat menemukan jawaban dari pertanyaan-pertanyaan tersebut.
Setelah mempelajari bab ini, diharapkan kamu dapat mendefinisikan pengertian bioteknologi, mendeskripsikan pengertian mikroorganisme dalam bioteknologi, mendeskripsikan keuntungan bioteknologi dalam kaitannya dengan produksi pangan, dan mendeskripsikan penerapan bioteknologi dalam berbagai bidang kehidupan.
Pernahkah kamu memakan tempe atau meminum yoghurt? Tempe dan yoghurt merupakan makanan hasil bioteknologi. Bioteknologi merupakan ilmu terapan yang mempelajari prinsip-prinsip biologi yang digunakan oleh manusia untuk tujuan tertentu.
Bioteknologi berguna untuk merekayasa organisme maupun komponen organisme untuk menghasilkan barang dan jasa yang penting bagi kehidupan manusia. Untuk lebih mengetahui manfaat bioteknologi dalam mendukung kelangsungan hidup manusia melalui produksi pangan, coba kamu cermati uraian berikut.

A. Perkembangan Bioteknologi

Penerapan bioteknologi sudah dilakukan orang sejak dulu, misalnya dalam pembuatan makanan fermentasi dan pembuatan obat. Makanan dan minuman hasil fermentasi, seperti tempe, tape, bir, yoghurt, dan cuka. Dengan bioteknologi dihasilkan obat-obatan, seperti vaksin hepatitis, antibiotik, dan hormon insulin. Tahun 1797, Edward Jenner menggunakan mikroorganisme hidup untuk menghasilkan vaksin penyakit cacar. Beberapa penerapan bioteknologi oleh para ahli dapat kamu lihat pada tabel berikut.

Tabel 6.1 Perkembangan Penerapan Bioteknologi

No. Tahun Penerapan Bioteknologi 1. 1750 – 1850 Orang telah menggunakan cara penanaman kacang-kacangan secara bergantian sehingga tanah menjadi subur. 2. 1850 Makanan hewan dan baja kimia telah dihasilkan. 3. 1856 Gregor Mendel berhasil menyilangkan sifat-sifat tanaman kacang kapri. 4. 1864 Louis Pasteur menemukan bahwa mikroorganisme bisa dimatikan. 5. 1893 Robert Koch menciptakan teknik mengkultur bakteri. 6. 1928 Alexander Fleming menemukan penisilin. 7. 1953 Watson dan Crick mengemukakan struktur DNA 8. 1973 Gen diambil dan dipisahkan dari sel. 9. 1996 Ian Wilmut dan teman-teman berhasil mengkloning hewan.

Saat ini, bioteknologi dapat digunakan untuk mendeteksi penyakit pada seseorang secara dini. Bioteknologi dibagi menjadi dua macam, yaitu bioteknologi sederhana (konvensional) dan bioteknologi modern.
Dalam bioteknologi, manusia memanfaatkan sel hewan dan sel tumbuhan atau mikroorganisme, misalnya jamur, bakteri, dan kapang. Penerapan bioteknologi didukung oleh berbagai ilmu, seperti mikrobiologi (cabang biologi yang mempelajari mikroba atau jasad renik), biologi sel (mempelajari sel), genetika (cabang biologi yang mempelajari sifat-sifat keturunan), dan biokimia (cabang ilmu kimia yang mempelajari aspek kimia pada makhluk hidup).

1.    Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi yang menggunakan organisme atau mikroba untuk menghasilkan suatu senyawa kimia atau produk dengan aktivitas-aktivitas mikroba dan belum menggunakan enzim.
Ciri-ciri bioteknologi konvensional adalah:

1. Dikenal sejak awal peradaban manusia.
2. Menggunakan secara langsung hasil yang diproduksi organisme atau mikroorganisme berupa senyawa kimia atau bahan pangan tertentu yang bermanfaat bagi manusia.
3. Peralatan yang digunakan sederhana.
4. Pemanfaatan mikroorganisme terbatas.

2.    Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang memanfaatkan biologi molekuler dan sel untuk menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia. Penerapan bioteknologi modern berdasarkan pada rekayasa genetika dan rekayasa biokimia.
Rekayasa genetika adalah teknik pengambilan gen tertentu untuk menghasilkan organisme yang memiliki keunggulan secara genetik. Sedangkan, rekayasa biokimia seperti penggunaan tangki reaktor untuk pertumbuhan mikroorganisme untuk proses biologis tertentu supaya tidak terkontaminasi mikroorganisme lain.
Ciri-ciri bioteknologi modern adalah:

1. Mulai berkembang sejak ditemukan DNA.
2. Organisme atau mikroorganisme digunakan untuk memperbaiki serta meningkatkan kinerja genetik suatu organisme yang bermanfaat bagi manusia.
3.  Peralatan yang digunakan sudah modern.
4. Pemanfaatan mikroorganisme ditambah dengan teknologi modern.

B. Peranan Mikroorganisme dalam Bioteknologi

Penerapan bioteknologi dalam kehidupan, biasanya menggunakan mikroorganisme. Mikroorganisme memiliki peranan yang sangat penting dalam pengembangan bioteknologi di berbagai bidang kehidupan. Peranan mikroorganisme dalam berteknologi adalah sebagai berikut.

1. Penghasil Makanan atau Minuman

Mikroorganisme dapat dimanfaatkan untuk membuat tempe, oncom, makanan, tuak, cuka, dan kecap. Saat ini, pembuatan bahan makanan tersebut dikembangkan secara ilmiah dengan menggunakan teknologi yang lebih maju sehingga menghasilkan produk yang berkualitas, seperti bir, anggur, yoghurt, roti, keju, dan nata de coco. Proses pembuatan tempe masih perlu ditingkatkan dengan berbagai penelitian karena tempe memiliki kandungan zat gizi tinggi, terutama protein nabati dan memiliki beberapa khasiat antara lain menurunkan kolesterol darah.

Gambar 6.2 Makanan yang dihasilkan dengan bioteknologi

Beberapa jamur juga dapat digunakan menghasilkan zat warna, misalnya jamur Neurospora sitophila sebagai penghasil warna merah dan orange, digunakan untuk membuat oncom. Bahan pewarna yang alami untuk makanan lebih aman dibandingkan pewarna sintetik karena pada umumnya pewarna sintetik dapat menyebabkan keracunan.
Contoh mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan produk makanan, antara lain:

• Rhizopus oligospurus (pembuatan tempe)
• Acetobacter xylinum (pembuatan nata de coco)
•  Saccharomyces cerevisiae (pembuatan roti dan tapai)
• Penecilium camemberti dan Penecillium requeforti (keju)
•  Aspergillus wentii (pembuatan kecap)
• Lactobacillus bulgaricus (keju dan yoghurt)

Gambar 6.3 Mikroorganisme yang membantu pembuatan

2. Penghasil Protein Sel Tunggal (PST)

Mikroorganisme, seperti ganggang, jamur, maupun bakteri, dapat menghasilkan protein. Protein ini berada di dalam sel, bukan merupakan bahan yang disekresikan oleh sel.

a. Kelebihan PST

PST sangat menguntungkan karena dapat digunakan sebagai sumber protein. Hal ini disebabkan karena:

• Secara umum, organisme dapat membelah diri dengan cepat.
•  Tidak memerlukan lahan yang terlalu luas.
• Dapat hidup di tempat limbah buangan, seperti selulosa, limbah minyak bumi, atau limbah organik yang lain.
• Mikroorganisme fotosintetik seperti ganggang dapat memanfaatkan energi cahaya untuk digunakan sebagai penghasil PST.

Contoh protein sel tunggal adalah Spirulina dan Chorella.

b. Kekurangan PST

Ada beberapa kekurangan PST, antara lain:

• PST mempunyai dinding sel yang terdiri atas selulosa, khususnya ganggang, sedangkan manusia tidak dapat mencerna selulosa.
• PST yang dihasilkan kurang menarik, seperti jeli.
•  Kandungan asam nukleat (DNA dan RNA) dari PST cukup tinggi dan sulit dicerna serta dapat menimbulkan asam urat.

3. Penghasil Zat-Zat Organik

Beberapa mikroorganisme dapat menghasilkan zat-zat organik, seperti etanol, asam cuka, asam sitrat, aseton, dan gliserol. Zat-zat organik itu dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya sebagai bahan minuman.

Gambar 6.6 Zat-zat organik

Untuk menghasilkan etanol (alkohol) dibutuhkan sel-sel ragi dengan bahan baku karbohidrat, seperti singkong dan beras. Adapun proses pembuatannya sering disebut dengan istilah fermentasi (proses peragian). Proses ini berlangsung secara anaerobik dan menghasilkan karbon dioksida dalam bentuk gelembung udara.

4. Penghasil Obat

Berbagai macam mikroorganisme bermanfaat sebagai penghasil obat-obatan, contohnya Penicillium menghasilkan zat antibiotik yang mematikan mikroorganisme lain, disebut penisilin. Penisilin sangat penting karena dapat memberantas berbagai penyakit infeksi. Namun, ada beberapa jenis bakteri yang kebal terhadap penisilin karena dapat menghasilkan enzim yang dapat menghambat kerja penisilin.

Gambar 6.7 Penicillium

5. Pemisahan Logam dari Bijihnya

Gambar 6.8 Thiobacillus ferooxidans

Bakteri kemolitotrof merupakan salah satu bakteri yang mampu memisahkan logam dari bijihnya. Bakteri ini hidup dari zat-zat anorganik, seperti besi dan belerang, dan memperoleh energi dari pemecahan bahan kimia tersebut. Energi tersebut digunakan untuk sintesis karbon dioksida dan air menjadi zat-zat organik. Proses sintesis ini dikenal dengan sebutan kemosintesis. Salah satu contoh bakteri pemisah logam ini adalah bakteri Thiobacillus ferooxidans yang digunakan untuk mengekstraksi tembaga dari bijih tembaga. Bakteri ini tumbuh subur dalam suasana asam dan tanpa zat organik.
Proses pemisahannya sebagai berikut:
Bijih logam tembaga berkualitas rendah yang dikenal sebagai larutan peluluh, ditimbun. Disinilah banyak ditemukan bakteri.
Kemudian, ke dalam larutan itu ditambahkan larutan asam sulfat sehingga terjadi reaksi antara tembaga dan asam sulfat membentuk tembaga sulfat (CuSO₄). Setelah itu, logam besi ditambahkan ke dalam larutan tersebut sehingga besi akan bereaksi dengan tembaga sulfat untuk melepaskan tembaga tersebut.
Melalui proses tersebut diperoleh tembaga murni yang telah terpisah dari bijihnya. Seluruh proses itu dibantu oleh bakteri Thiobacillus ferrooxidans.

6. Penghasil Energi

Saat ini, persediaan bahan bakar makin menipis. Oleh karena itu, para ahli berusaha mencari solusi untuk menyelesaikan masalah energi melalui bioteknologi sehingga dapat diperoleh energi yang aman dan tersedia secara lestari.
Salah satu energi yang dikembangkan melalui bioteknologi saat ini adalah biogas. Biogas merupakan gas metana yang diproduksi oleh mikroorganisme di dalam medium kotoran ternak.
Kotoran ternak dicerna oleh mikroorganisme menjadi gas metana yang kemudian dialirkan ke rumah-rumah sebagai penghasil energi. Sedangkan, limbahnya dapat digunakan sebagai pupuk.
Cara pembuatannya adalah campuran kotoran ternak dan air dimasukkan pada tangki pengumpul, kemudian diaduk. Setelah rata, tangki pengumpul dimasukkan ke dalam tangki pencerna.

7. Pengurai Limbah

Pengolahan limbah secara biologis merupakan pengolahan limbah dengan menggunakan bakteri untuk mencerna limbah tersebut. Pengolahan limbah dengan cara ini tidak membutuhkan biaya yang besar dan lebih ramah lingkungan.
Limbah industri harus diolah terlebih dahulu melalui Unit Pengolahan Limbah (UPL) sebelum dikeluarkan ke lingkungan agar tidak terjadi pencemaran. Dalam UPL biologis, bakteri pencerna dimasukkan ke dalam bak berisi limbah yang diberi aerator (alat pemasok udara) untuk memasukkan oksigen yang berguna untuk pernapasan bakteri secara aerobik. Limbah akan terurai dan dapat dibuang ke lingkungan setelah air dipisahkan dari endapan limbah yang tidak berbahaya.

C. Penerapan Bioteknologi

Bioteknologi sangat bermanfaat bagi perkembangan kehidupan manusia. Berikut ini adalah penerapan bioteknolgi dalam bidang peternakan, pertanian, dan kedokteran.

1. Bidang Peternakan

Bioteknologi dapat digunakan untuk mengembangkan produk-produk peternakan, seperti vaksin dan antibodi. Selain itu, untuk mengobati penyakit hewan serta hormon pertumbuhan yang merangsang pertumbuhan hewan ternak melalui rekombinasi DNA.
Rekayasa genetika merupakan suatu upaya memanipulasi sifat makhluk hidup untuk menghasilkan makhluk hidup dengan sifat yang diinginkan. Manipulasi sifat genetik ini dilakukan dengan menambah atau mengurangi DNA. DNA rekombinan merupakan proses menggabungkan dua DNA dari sumber yang berbeda.
Selain itu, dikembangkan organisme transgenetik, yaitu organisme yang mengandung gen dari spesies lain. Organisme transgenetik dilakukan dengan menyuntikkan DNA asing pada sel-sel telur atau sel-sel embrio awal sehingga diperoleh organisme yang berkualitas sesuai dengan keinginan. Teknologi ini mempunyai prospek untuk mengembangkan hewan-hewan yang bernilai ekonomis, misalnya ikan, sapi, kambing, domba, dan lain-lain.

2. Bidang Pertanian

Saat ini, pengembangan bioteknologi banyak diterapkan di bidang pertanian, seperti kultur jaringan untuk menghasilkan tanaman tahan hama dan pengembangan tanaman dengan media selain tanah yang dikenal dengan nama hidroponik.

a. Kultur Jaringan

Saat ini, kultur jaringan dikembangkan untuk memperoleh individu baru dalam jumlah yang banyak. Media kultur merupakan tempat tumbuhnya sel tumbuhan. Media tumbuh sel tumbuhan dapat di dalam tabung yang steril, artinya tabung yang bebas dari hama. Medium itu biasanya dibuat dari agar-agar yang diberi berbagai nutrisi yang diperlukan tumbuhan.
Kultur jaringan tumbuhan dapat dilakukan hanya dengan mengambil beberapa milimeter pucuk tumbuhan yang mengandung jaringan muda atau jaringan lain yang bersifat meristematik. Bagian tumbuhan yang dikultur disebut sebagai eksplan.
Keuntungan dari pengembangan kultur jaringan tumbuhan, antara lain:

• Berlangsung cepat dalam memperoleh tumbuhan baru.
• Hemat tempat dan waktu.
• Bibit terhindar dari hama dan penyakit.
• Memiliki sifat identik.
• Jumlah tidak terbatas.

Gambar 6.11 Kultur jaringan pada tumbuhan

b.    Pembentukan Tumbuhan yang Tahan Hama

Teknik untuk memperoleh tanaman yang berkualitas adalah melalui rekayasa genetika, yaitu dengan rekombinasi gen dan kultur sel. Tanaman yang dapat dikultur dengan cepat adalah tanaman dari satu sel somatik, seperti wortel, jeruk, tomat, kentang, dan tembakau.
Sebagai contoh, untuk mendapatkan tanaman kentang yang tahan terhadap penyakit, perlu ada gen yang mengekspresikan sifat kebal terhadap penyakit, lalu gen ini disisipkan pada sel tanaman kentang yang kemudian ditumbuhkan menjadi tanaman kentang yang kebal penyakit. Selanjutnya, tanaman baru ini dapat diperbanyak dan disebarluaskan.
Dalam menyisipkan gen ke sel tanaman dibutuhkan vektor, seperti plasmid dari bakteri Agrobacterium tumenfaciens. Secara alami, bakteri ini dapat menginfeksi tanaman dan menyebabkan tumor sehingga plasmid bakteri ini disebut plasmid Ti (Tumor inducing = penyebab tumor).

c.    Hidroponik dan Aeroponik

info :
Hidroponik adalah
teknik menanam
tanaman dalam media
selain tanah. Sedangkan,
aeroponik adalah teknik
penanaman sayuran
dengan media styrofoam
yang berlubang-lubang.

Penerapan bioteknologi dalam bidang pertanian juga dapat dilakukan dengan cara menanam tanaman dalam media selain tanah, yang disebut hidroponik. Hidroponik dapat dilakukan dengan menggunakan media air dan pasir.
1)    Hidroponik dengan media air. Tumbuhan ditanam di dalam air dan ditambah unsur-unsur hara yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan tersebut.
2)    Hidroponik dengan media pasir. Media yang digunakan dapat juga dengan arang, sabut kelapa, atau batu-batuan. Dalam teknik ini, sebaiknya ditambahkan unsur-unsur hara. Dalam teknik hidroponik yang perlu diperhatikan adalah kelembapan udara dan intensitas cahaya agar pertumbuhan dan perkembangan tanaman cukup baik.

Gambar 6.12 Hidroponik

Keuntungan teknik hidroponik, antara lain:

• Masih dapat bercocok tanam di lahan yang sempit.
• Dapat menggunakan pupuk dengan efisien.
• Hama dan penyakit tanaman dapat dihindari.

Selain hidroponik, penanaman dapat dilakukan dengan cara aeroponik. Aeroponik adalah teknik penanaman sayuran dengan menggunakan styrofoam yang berlubang-lubang sehingga akar tanaman menjuntai ke bawah. Kemudian, air yang telah dicampur dengan unsur-unsur hara disemprotkan sehingga akar-akar bisa menyerapnya. Biasanya, penanaman sayur-sayuran menggunakan teknik ini.

3. Bidang Kedokteran

Bioteknologi di bidang kedokteran dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, di antaranya adalah sebagai berikut:

a.    Pembuatan Antibodi Monoklonal

Antibodi berupa protein yang dihasilkan oleh sel limfosit B atau sel T untuk melawan antigen (benda asing) yang masuk ke dalam tubuh. Secara alami, tubuh memiliki kemampuan untuk memproduksi antibodi. Fusi atau penggabungan antara sel limfosit B dan sel mieloma menghasilkan sel hibridoma. Sel ini berfungsi untuk mengatasi penyakit kanker.

b.    Terapi Gen Manusia

Rekayasa genetik mempunyai potensi untuk memperbaiki kelainan genetik secara individual. Terapi gen merupakan perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki gen. Untuk kelainan genetik yang diakibatkan oleh tidak berfungsinya satu alela, secara teoritis dapat diperbaiki dengan mengganti gen yang tidak normal dengan gen normal dengan menggunakan teknik rekombinasi DNA. Alela yang baru dapat disisipkan ke dalam sel-sel somatis pada anak-anak dan dewasa, sel-sel germ (sel-sel yang memproduksi gamet), atau sel-sel embrio.

c. Pembuatan Obat dan Vaksin

Penyakit yang disebabkan oleh virus tidak dapat diobati sehingga perlu dilakukan pencegahan dengan menggunakan vaksin.
Ada dua jenis vaksin tradisional untuk penyakit yang disebabkan oleh virus, antara lain:

• Partikel virus yang virulen yang dikurangi keganasannya secara kimiawi maupun fisik.
• Virus aktif, tapi tidak patogen.

Kedua virus tersebut merangsang tubuh menghasilkan antibodi untuk melawan penyakit.
Sekarang telah dilakukan modifikasi vaksin melalui bioteknologi, antara lain:

• DNA rekombinan dapat menggerakkan pembuatan suatu protein khusus dalam jumlah besar dari selubung protein virus, bakteri, dan mikroba lain. Protein ini dapat memicu terbentuknya respon kekebalan untuk melawan penyakit.
• Rekayasa genetika dapat digunakan untuk memodifikasi genom patogen sehingga menjadi lemah. Vaksinasi dengan makhluk hidup yang lemah lebih efektif dari protein vaksin karena hanya dengan memasukkan sedikit saja akan menghasilkan respon kekebalan yang besar.

D. Ringkasan

• Bioteknologi adalah ilmu terapan yang mempelajari prinsip-prinsip biologi yang digunakan oleh manusia untuk tujuan tertentu.
• Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi yang menggunakan organisme atau mikroba untuk menghasilkan suatu senyawa kimia atau produk dengan aktivitas-aktivitas mikroba dan belum menggunakan enzim.
• Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang memanfaatkan biologi molekuler dan sel untuk menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia dengan menggunakan prinsip rekayasa genetika dan rekayasa biokimia.
• Rekayasa genetika adalah teknik pengambilan gen tertentu untuk menghasilkan organisme yang memiliki keunggulan secara genetik.
•  Contoh penerapan rekayasa biokimia adalah penggunaan tangki reaktor untuk pertumbuhan mikroorganisme untuk proses biologis tertentu supaya tidak terkontaminasi mikroorganisme lain.
•  Peranan mikroorganisme dalam pengembangan bioteknologi di berbagai bidang kehidupan adalah penghasil makanan atau minuman, penghasil PST (protein sel tunggal), penghasil zat-zat organik, penghasil obat, pemisah logam dari bijihnya, penghasil energi, dan pengurai limbah.
• Bioteknologi dapat digunakan untuk mengembangkan produk-produk peternakan, seperti vaksin dan antibodi.
•  Kultur jaringan dikembangkan untuk memperoleh individu baru dalam jumlah yang banyak.
• Teknik rekombinasi gen dan kultur sel dikembangkan untuk memperoleh tanaman yang berkualitas.
• Hidroponik adalah cara menanam tanaman dalam media selain tanah.
• Aeroponik adalah teknik penanaman sayuran dengan menggunakan styrofoam yang berlubang-lubang sehingga akar tanaman menjuntai ke bawah.
• Bioteknologi di bidang kedokteran dimanfaatkan untuk membuat antibodi monoklonal, terapi gen manusia, dan pembuatan obat dan vaksin.