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.