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. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli teknlogi mulai mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip ilmiah melalui penelitian dan berupaya menghasilkan produk secara efektif
dan efisien.
Bioteknologi tidak hanya di manfaatkan dalam industri makanan, tetapi telah mencakup berbagai bidang seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan
sumber
energi
dan
lainnya.
Dengan
adanya
penelitian
serta
perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin besar manfaatnya untuk masa yang akan datang. Berikut beberapa penerapan bioteknologi. A. Rekayasa Genetika Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan mahluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencakokan gen atau rekombinasi DNA.
Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan menggabungkan sifat mahluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap mahluk hidup
mempunyai
struktur
yang
sama,
sehingga dapat direkomendasikan. direkomendasikan. Selanjutnya
DNA
tersebut
akan
mengatur sifat mahluk hidup secara turun temurun. Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan dengan beberapa cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi
1
plasmid dan rekomendasi DNA. Berikut penjelasannya : A. Transplantasi Inti Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke sel yang lain agar didapatkan individu baru dengan sifat yang sesuai dengan inti yang di terimanya. Sebagai contoh, tansplantasi inti pernah di lakukan pada sel katak. Inti sel yang dipindahkan adalah inti dari sel usus katak yang bersifat diploid, inti sel tersebut di masukan ke dalam ovum tanpa inti sehingga terbentuk 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 d iambi intinya. Kemudian intiinti tersebut dimasukan ke dalam ovum tanpa inti. Pada akhirnya terbentuk ovum berinti diploid dalam jumlah yang banyak. Dan masing-masing ovum akan berkembang menjadi individu baru dengan sifat dan jenis kelamin yang sama.
B. Fungsi Sel Fusi sel adalah peleburan 2 sel baik dari spesies yang sama maupun berbeda agar terbentuk sel bastar atau hibridoma. Fusi sel di awali oleh pelebaran membrane dua sel lalu diikuti oleh peleburan sitoplasma (plasmogami) dan peleburn inti sel (kariogami). Manfaat fungsi sel antara lain untuk pemetaan kromosom, lalu membuat antibody monoclona dan membentuk spesies baru. Dan di dalam fungsi sel diperlukan adanya: 1. Sel sumber gen (sumber sifat ideal). 2. Sel wadah (sel yang mampu membelah cepat) 3. Fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel). C. Teknologi Plasmid Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat dalam sel bakteri atau ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid antara lain : 1. Merupakan molekul DNA yang mengandung DNA tertentu. 2. Dapat beraplikasi diri. 3. Dapat berpindah ke sel bakteri lain.
2
4. Sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan pasmid induk. Karena sifat-sifat tersebut plasmid digunakan sebagai vector atau pemindah gen ke dalam sel target. D. 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 mempunyai alasan sebagai berikut: 1. Struktur DNA setiap mahluk hidup sama. 2. DNA dapat di sambungkan.
B. Bioteknologi Bidang Kedokteran Bioteknologi
mempunyai
peranan
penting
dalam
bidang
kedokteran,
misalnya pembuatan antibodi monoklonal, vaksin, antibiotika dan hormon. Dan berikut penjelasannya: 1. Antibodi Monoklonal Antibodi monoklonal adalah antibodi yang diperoleh dari suatu sumber tunggal. manfaat antibody monoclonal antara lain : 1. Untuk mendeteksi kandungan hormon kronik gonadotropin dalam urine wanita hamil 2. Mengikat racun dan menonaktifkannya 3. Mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan lain. 2. Pembuatan Vaksin Vaksin digunakan untuk mencegah serangan tubuh yang berasal dari mikro organisme. Vaksin di dapat dari virus dan bakteri yang telah di lemahkan atau racun yang di ambil dari mikroorganisme tesebut. 3. Pembuatan Antibiotika Antibiotika adalah suatu zat yang dihasilkan oleh organisme tertentu dan berfungsi untuk menghambat pertumbuhan organisme lain yang ada di sekitarnya.
3
Antibiotika dapat diperoleh dari jamur atau bakteri yang diproses dengan cara tertentu.
4. Pembuatan Hormon Dengan rekayasa DNA, telah digunakan mikroorganisme untuk memproduksi hormon.
Hormon-hormon
yang
telah
diproduksi
misalnya
insulin,
hormon
pertumbuhan, kortison dan tertosteron.
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
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.
4
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 rennin dari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim rennin dewasa ini telah digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin. Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada temperature 32oC – 420oC dan ditambah garam, kemudian ditekan untuk membuang air dan disimpan agar matang. 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 non susu 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 Jenis tempe sebenarnya sangat beragam, bergantung pada bahan dasarnya, namun yang paling luas penyebarannya adalah tempe kedelai. Tempe mempunyai nilai gizi yang baik.
5
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.
3) 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
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. a. 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,
6
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. b. 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.
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%. 3. Bioteknologi bahan bakar masa depan
dua jenis bahan bakar yang diproduksi dari fermentasi limbah, yaitu gasbio (metana) dan gasohol (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.
7
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. 4. 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.
8
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.
9
