Bioteknonogi

Bioteknologi
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.