PENJELASAN BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi
Filed under: Materi Biologi by Willy putra — 8 Komentar
12 April 2009
A. PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang
menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa
guna kepentingan manusia. Ilmu-ilmu pendukung dalam bioteknologi
meliputi mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi sel, teknik
kimia, dan enzimologi. Dalam bioteknologi biasanya digunakan
mikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilai
tambah suatu bahan
B. BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERN
Bioteknologi dapat digolongkan menjadi bioteknologi konvensional/
tradisional dan modern. Bioteknologi konvensional merupakan
bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk
memproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan,
seperti tempe, tape, oncom, dan kecap.
Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Proses
yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnya
antara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk keju
dan yoghurt. Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masa
lalu. Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaitu
adanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahu
adanya penggunaan enzim
1. Pengolahan Bahan Makanan
a. Pengolahan produk susu
Susu dapat diolah menjadi bentuk-bentuk baru, seperti
yoghurt, keju, dan mentega.
1) Yoghurt
Untuk membuat yoghurt, susu dipasteurisasi terlebih dahulu,
selanjutnya sebagian besar lemak dibuang. Mikroorganisme
yang berperan dalam pembuatan yoghurt, yaitu Lactobacillus
bulgaricusdan Streptococcus thermophillus. Kedua bakteri tersebut
ditambahkan pada susu dengan jumlah yang seimbang, selanjutnya
disimpan selama ± 5 jam pada temperatur 45oC. Selama penyimpanan
tersebut pH akan turun menjadi 4,0 sebagai akibat dari kegiatan
bakteri asam laktat. Selanjutnya susu didinginkan dan dapat
diberi cita rasa.
2) Keju
Dalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaitu
Lactobacillus dan Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi
memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat.
Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu
dengan suhu 90oC atau dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai
30oC. Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat dari
kegiatan bakteri tersebut pH menurun dan susu terpisah menjadi
cairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan enzim renin
dari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim renin
dewasa ini telah digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin.
Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada temperatur
32oC – 420oC dan ditambah garam, kemudian ditekan untuk
membuang air dan disimpan agar matang. Adapun whey yang
terbentuk diperas lalu digunakan untuk makanan sapi.
3) Mentega
Pembuatan mentega menggunakan mikroorganisme Streptococcus
lactis dan Lectonostoceremoris. Bakteri-bakteri tersebut
membentuk proses pengasaman. Selanjutnya, susu diberi cita rasa
tertentu dan lemak mentega dipisahkan. Kemudian lemak mentega
diaduk untuk menghasilkan mentega yang siap dimakan.
b. Produk makanan nonsusu
1) Kecap
Dalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus oryzae dibiakkan
pada kulit gandum terlebih dahulu. Jamur Aspergillus oryzae
bersama-sama dengan bakteri asam laktat yang tumbuh pada kedelai
yang telah dimasak menghancurkan campuran gandum.
Setelah proses fermentasi karbohidrat berlangsung cukup lama
akhirnya akan dihasilkan produk kecap.
2) Tempe
Tempe kadang-kadang dianggap sebagai bahan makanan
masyarakat golongan menengah ke bawah, sehingga masyarakat
merasa gengsi memasukkan tempe sebgai salah satu menu makanannya.
Akan tetapi, setelah diketahui manfaatnya bagi kesehatan,
tempe mulai banyak dicari dan digemari masyarakat dalam
maupun luar negeri. Jenis tempe sebenarnya sangat beragam, bergantung
pada bahan dasarnya, namun yang paling luas penyebarannya
adalah tempe kedelai.
Tempe mempunyai nilai gizi yang baik. Di samping itu tempe
mempunyai beberapa khasiat, seperti dapat mencegah dan mengendalikan
diare, mempercepat proses penyembuhan duodenitis, memperlancar
pencernaan, dapat menurunkan kadar kolesterol, dapat
mengurangi toksisitas, meningkatkan vitalitas, mencegah anemia,
menghambat ketuaan, serta mampu menghambat resiko jantung
koroner, penyakit gula, dan kanker.
Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan dasar kedelai
juga diperlukan ragi. Ragi merupakan kumpulan spora mikroorganisme,
dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan tempe
paling sedikit diperlukan empat jenis kapang dari genus Rhizopus,
yaitu Rhyzopus oligosporus, Rhyzopus stolonifer, Rhyzopus
arrhizus, dan Rhyzopus oryzae. Miselium dari kapang tersebut akan
mengikat keping-keping biji kedelai dan memfermentasikannya
menjadi produk tempe. Proses fermentasi tersebut menyebabkan
terjadinya perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat.
Perubahan tersebut meningkatkan kadar protein tempe sampai
sembilan kali lipat.
c) Tape
Tape dibuat dari bahan dasar ketela pohon dengan
menggunakan sel-sel ragi. Ragi menghasilkan enzim yang dapat
mengubah zat tepung menjadi produk yang berupa gula dan
alkohol. Masyarakat kita membuat tape tersebut berdasarkan
pengalaman.
2. Bioteknologi Bidang Pertanian
a. Penanaman secara hidroponik
Hidroponik berasal dari kata bahasa Yunani hydro yang berarti
air dan ponos yang berarti bekerja. Jadi, hidroponik artinya
pengerjaan air atau bekerja dengan air. Dalam praktiknya hidroponik
dilakukan dengan berbagai metode, tergantung media yang digunakan.
Adapun metode yang digunakan dalam hidroponik, antara
lain metode kultur air (menggunakan media air), metode kultur pasir
(menggunakan media pasir), dan metode porus (menggunakan
media kerikil, pecahan batu bata, dan lain-lain). Metode yang tergolong
berhasil dan mudah diterapkan adalah metode pasir.
Pada umumnya orang bertanam dengan menggunakan tanah.
Namun, dalam hidroponik tidak lagi digunakan tanah, hanya
dibutuhkan air yang ditambah nutrien sebagai sumber makanan bagi
tanaman. Apakah cukup dengan air dan nutrien? Bahan dasar yang
dibutuhkan tanaman adalah air, mineral, cahaya, dan CO2.
Cahayatelah terpenuhi oleh cahaya matahari. Demikian pula CO2 sudah
cukup melimpah di udara. Sementara itu kebutuhan air dan mineral
dapat diberikan dengan sistem hidroponik, artinya keberadaan tanah
sebenarnya bukanlah hal yang utama.
Beberapa keuntungan bercocok tanam dengan hidroponik,
antara lain tanaman dapat dibudidayakan di segala tempat; risiko
kerusakan tanaman karena banjir, kurang air, dan erosi tidak ada;
tidak perlu lahan yang terlalu luas; pertumbuhan tanaman lebih
cepat; bebas dari hama; hasilnya berkualitas dan berkuantitas tinggi;
hemat biaya perawatan.
Jenis tanaman yang telah banyak dihidroponikkan dari
golongan tanaman hias antara lain Philodendron, Dracaena, Aglonema,
dan Spatyphilum. Golongan sayuran yang dapat dihidroponikkan,
antara lain tomat, paprika, mentimun, selada, sawi, kangkung,
dan bayam. Adapun jenis tanaman buah yang dapat dihidroponikkan,
antara lain jambu air, melon, kedondong bangkok, dan
belimbing.
b. Penanaman secara aeroponik
Aeroponik berasal dari kata aero yang berarti udara dan
ponos yang berarti daya. Jadi, aeroponik adalah pemberdayaan
udara. Sebenarnya aeroponik merupakan tipe hidroponik (memberdayakan
air), karena air yang berisi larutan unsur hara disemburkan
dalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman. Akar
tanaman yang ditanam menggantung akan menyerap larutan hara
tersebut.
Prinsip dari aeroponik adalah sebagai berikut. Helaian
styrofoam diberi lubang-lubang tanam dengan jarak 15 cm. Dengan
menggunakan ganjal busa atau rockwool, anak semai sayuran
ditancapkan pada lubang tanam. Akar tanaman akan menjuntai
bebas ke bawah. Di bawah helaian styrofoam terdapat sprinkler
(pengabut) yang memancarkan kabut larutan hara ke atas hingga
mengenai akar.
3. Bioteknologi Modern
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli
telah mulai lagi mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan
prinsip-prinsip ilmiah melalui penelitian. Dalam bioteknologi
modern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektif
dan efisien.
Dewasa ini, bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalam
industri makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, seperti
rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi,
dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta perkembangan
ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin
besar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang. Beberapa
penerapan bioteknologi modern sebagai berikut.
a. Rekayasa genetika
Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan
gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang
diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau
rekombinasi DNA.
Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan
sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap
makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat
direkomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifatsifat
makhluk hidup secara turun-temurun.
Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyak
cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid,
dan rekombinasi DNA.
1) Transplantasi inti
Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke sel
yang lain agar didapatkan individu baru dengan sifat sesuai dengan
inti yang diterimanya. Transplantasi inti pernah dilakukan terhadap
sel katak. Inti sel yang dipindahkan adalah inti dari sel-sel usus katak
yang bersifat diploid. Inti sel tersebut dimasukkan ke dalam ovum
tanpa inti, sehingga terbentuk ovum dengan inti diploid. Setelah
diberi inti baru, ovum membelah secara mitosis berkali-kali
sehingga terbentuklah morula yang berkembang menjadi blastula.
Blastula tersebut selanjutnya dipotong-potong menjadi banyak sel
dan diambil intinya. Kemudian inti-inti tersebut dimasukkan ke
dalam ovum tanpa inti yang lain. Pada akhirnya terbentuk ovum
berinti diploid dalam jumlah banyak. Masing-masing ovum akan
berkembang menjadi individu baru dengan sifat dan jenis kelamin
yang sama.
2) Fusi sel
Fusi sel adalah peleburan dua sel baik dari spesies yang sama
maupun berbeda supaya terbentuk sel bastar atau hibridoma. Fusi
sel diawali oleh pelebaran membran dua sel serta diikuti oleh
peleburan sitoplasma (plasmogami) dan peleburan inti sel (kariogami).
Manfaat fusi sel, antara lain untuk pemetaan kromosom,
membuat antibodi monoklonal, dan membentuk spesies baru. Di
dalam fusi sel diperlukan adanya:
a) sel sumber gen (sumber sifat ideal);
b) sel wadah (sel yang mampu membelah cepat);
c) fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).
3) Teknologi plasmid
Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di dalam
sel bakteri atau ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid, antara
lain:
a) merupakan molekul DNA yang mengandung gen tertentu;
b) dapat beraplikasi diri;
c) dapat berpindah ke sel bakteri lain;
d) sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan plasmid induk.
Karena sifat-sifat tersebut di atas plasmid digunakan sebagai
vektor atau pemindah gen ke dalam sel target.
4) Rekombinasi DNA
Rekombinasi DNA adalah proses penggabungan DNA-DNA
dari sumber yang berbeda. Tujuannya adalah untuk menyambungkan
gen yang ada di dalamnya. Oleh karena itu, rekombinasi
DNA disebut juga rekombinasi gen.
Rekombinasi DNA dapat dilakukan karena alasan-alasan
sebagai berikut.
1) Struktur DNA setiap spesies makhluk hidup sama.
2) DNA dapat disambungkan
b. Bioteknologi bidang kedokteran
Bioteknologi mempunyai peran penting dalam bidang kedokteran,
misalnya dalam pembuatan antibodi monoklonal, vaksin,
antibiotika dan hormon.
1) Pembuatan antibodi monoklonal
Antibodi monoklonal adalah antibodi yang diperoleh dari
suatu sumber tunggal. Manfaat antibodi monoklonal, antara lain:
a) untuk mendeteksi kandungan hormon korionik gonadotropin dalam
urine wanita hamil;
b) mengikat racun dan menonaktifkannya;
c) mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan
lain.
2) Pembuatan vaksin
Vaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadap
tubuh yang berasal dari mikroorganisme. Vaksin didapat dari
virus dan bakteri yang telah dilemahkan atau racun yang diambil
dari mikroorganisme tersebut.
3) Pembuatan antibiotika
Antibiotika adalah suatu zat yang dihasilkan oleh organisme
tertentu dan berfungsi untuk menghambat pertumbuhan organisme
lain yang ada di sekitarnya. Antibiotika dapat diperoleh dari jamur
atau bakteri yang diproses dengan cara tertentu.
Zat antibiotika telah mulai diproduksi secara besar-besaran
pada Perang Dunia II oleh para ahli dari Amerika Serikat dan
Inggris.
4) Pembuatan hormon
Dengan rekayasa DNA, dewasa ini telah digunakan mikroorganisme
untuk memproduksi hormon. Hormon-hormon yang
telah diproduksi, misalnya insulin, hormon pertumbuhan, kortison,
dan testosteron.
c. Bioteknologi bidang pertanian
Dewasa ini perkembangan industri maju dengan pesat.
Akibatnya, banyak lahan pertanian yang tergeser, lebih-lebih di
daerah sekitar perkotaan. Di sisi lain kebutuhan akan hasil pertanian
harus ditingkatkan seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk.
Untuk mendukung hal tersebut, dewasa ini telah dikembangkan
bioteknologi di bidang pertanian. Beberapa penerapan bioteknologi
pertanian sebagai berikut.
1) Pembuatan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen
Nitrogen (N2) merupakan unsur esensial dari protein DNA
dan RNA. Pada tumbuhan polong-polongan sering ditemukan nodul
pada akarnya. Di dalam nodul tersebut terdapat bakteri Rhizobium
yang dapat mengikat nitrogen bebas dari udara, sehingga tumbuhan
polong-polongan dapat mencukupi kebutuhan nitrogennya sendiri.
Dengan bioteknologi, para peneliti mencoba mengembangkan
agar bakteri Rhizobium dapat hidup di dalam akar selain tumbuhan
polong-polongan. Di samping, itu juga berupaya meningkatkan
kemampuan bakteri dalam mengikat nitrogen dengan teknik
rekombinasi gen.
Kedua upaya di atas dilakukan untuk mengurangi atau meniadakan
penggunaan pupuk nitrogen yang dewasa ini banyak
digunakan di lahan pertanian dan menimbulkan efek samping yang
merugikan.
2) Pembuatan tumbuhan tahan hama
Tanaman yang tahan hama dapat dibuat melalui rekayasa
genetika dengan rekombinasi gen dan kultur sel. Contohnya, untuk
mendapatkan tanaman kentang yang kebal penyakit maka diperlukan
gen yang menentukan sifat kebal penyakit. Gen tersebut, kemudian
disisipkan pada sel tanaman kentang. Sel tanaman kentang
tersebut, kemudian ditumbuhkan menjadi tanaman kentang yang
tahan penyakit. Selanjutnya tanaman kentang tersebut dapat diperbanyak
dan disebarluaskan.
d. Bioteknologi bidang peternakan
Dengan bioteknologi dapat dikembangkan produk-produk
peternakan. Produk tersebut, misalnya berupa hormon pertumbuhan
yang dapat merangsang pertumbuhan hewan ternak. Dengan
rekayasa genetika dapat diciptakan hormon pertumbuhan hewan
buatan atau BST (Bovin Somatotropin Hormon). Hormon tersebut
direkayasa dari bakteri yang, jika diinfeksikan pada hewan dapat
mendorong pertumbuhan dan menaikkan produksi susu sampai
20%.
e. Bioteknologi bahan bakar masa depan
Kamu sudah mengetahui bahwa bahan bakar minyak
termasuk sumber daya yang tidak bisa diperbarui. Oleh karena itu,
suatu saat akan habis. Hal itu merupakan tantangan bagi para
ilmuwan untuk menemukan bahan bakar pengganti yang diproduksi
melalui bioteknologi.
Saat ini telah ditemukan dua jenis bahan bakar yang diproduksi
dari fermentasi limbah, yaitu gasbio (metana) dan gasahol
(alkohol).
Alternatif bahan bakar masa depan untuk menggantikan
minyak, antara lain adalah biogas dan gasohol. Biogas dibuat dalam
fase anaerob dalam fermentasi limbah kotoran makhluk hidup. Pada
fase anaerob akan dihasilkan gas metana yang dibakar dan digunakan
untuk bahan bakar.
Di negara Cina, dan India terdapat beberapa kelompok masyarakat
yang hidup di desa yang telah menerapkan teknologi
fermenter gasbio untuk menghasilkan metana. Bahan baku teknologi
fermenter tersebut adalah feses hewan, daun-daunan, kertas,
dan lain-lain yang akan diuraikan oleh bakteri dalam fermenter.
Sedangkan teknologi gasohol telah dikembangkan oleh
negara Brazil sejak harga minyak meningkat sekitar tahun 1970.
Gasohol dihasilkan dari fermentasi kapang terhadap gula tebu yang
melimpah. Gasohol bersifat murah, dapat diperbarui dan tidak
menimbulkan polusi.
f. Bioteknologi pengolahan limbah
Kaleng, kertas bekas, dan sisa makanan, sisa aktivitas
pertanian atau industri merupakan bahan yang biasanya sudah tak
dikehendaki oleh manusia. Bahan-bahan tersebut dinamakan limbah
atau sampah. Keberadaan limbah sangat mengancam lingkungan.
Oleh karena itu, harus ada upaya untuk menanganinya. Penanganan
sampah dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya dengan
ditimbun, dibakar, atau didaur ulang. Di antara semua cara tersebut
yang paling baik adalah dengan daur ulang.
Salah satu contoh proses daur ulang sampah yang telah diuji
pada beberapa sampah tumbuhan adalah proses pirolisis. Proses
pirolisis yaitu proses dekomposisi bahan-bahan sampah dengan
suhu tinggi pada kondisi tanpa oksigen. Dengan cara ini sampah
dapat diubah menjadi arang, gas (misal: metana) dan bahan
anorganik.
Bahan-bahan tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebagai
bahan bakar. Kelebihan bahan bakar hasil proses ini adalah
rendahnya kandungan sulfur, sehingga cukup mengurangi tingkat
pencemaran. Bahan hasil perombakan zat-zat makroorganik (dari
hewan, tumbuhan, manusia ataupun gabungannya) secara biologiskimiawi
dengan bantuan mikroorganisme (misalnya bakteri, jamur)
serta oleh hewan-hewan kecil disebut kompos.
Dalam pembuatan kompos, sangat diperlukan mikroorganisme.
Jenis mikroorganisme yang diperlukan dalam pembuatan kompos
bergantung pada bahan organik yang digunakan serta proses
yang berlangsung (misalnya proses itu secara aerob atau anaerob).
Selama proses pengomposan terjadilah penguraian, misalnya
selulosa, pembentukan asam organik terutama asam humat yang
penting dalam pembuatan humus. Hasil pengomposan bermanfaat
sebagai pupuk.
Bioteknologi dapat diterapkan dalam pengolahan limbah,
misalnya menguraikan minyak, air limbah, dan plastik. Cara lain
dalam mengatasi polusi minyak, yaitu dengan menggunakan
pengemulsi yang menyebabkan minyak bercampur dengan air
sehingga dapat dipecah oleh mikroba. Salah satu zat pengemulsi,
yaitu polisakarida yang disebut emulsan, diproduksi oleh bakteri
Acinetobacter calcoaceticus. Dengan bioteknologi, pengolahan
limbah menjadi terkontrol dan efektif. Pengolahan limbah secara
bioteknologi melibatkan kerja bakteri-bakteri aerob dan anaerob.
