BIOTEKNOLOGI

PERKEMBANGAN DAN PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI

Perkembangan dan Prinsip Dasar Bioteknologi - Bioteknologi merupakan suatu usaha terpadu dari bebagai disiplin ilmu untuk mengolah bahan baku dengan memanfaatkan mikrorganisme dan komponen-komponen lainnya untuk menghasilkan barang dan jasa. Disiplin ilmu yang terlibat dalam bioteknologi, di antaranya Kimia, Biokimia, Rekayasa Biokimia, Teknik Kimia, Mikrobiologi, dan tentunya ilmu Biologi.

Pada masa lalu, bioteknologi selalu diartikan sebagai teknologi fermentasi. Namun, seiring dengan perkembangan zaman, bioteknologi semakin berkembang tidak hanya pada mikroorganisme sehingga definisi bioteknologi berubah menjadi lebih luas. Dari sekian banyak definisi bioteknologi, salah satu definisi yang dibuat oleh nited Nation onvention on iological Diversity mencakup semua dan paling luas. Definisi tersebut menyebutkan bahwa bioteknologi adalah semua aplikasi teknologi yang menggunakan sistem biologi, organisme hidup, atau turunannya untuk membuat atau memodifikasi produk atau proses untuk keperluan umum.

Salah satu ciri dari bioteknologi adalah digunakannya agen biologi dalam proses tersebut. Agen biologi tersebut dapat  berupa mikro organisme, hewan, tumbuhan, atau bagian dari makhluk hidup tersebut.  ioteknologi secara sederhana telah dikenal manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Contohnya, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, atau keju. Saat ini, bioteknologi berkembang pesat terutama di negara-negara maju. Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai teknologi, misalnya rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinasi DNA dan kloning.

Perkembangan bioteknologi sangat dipengaruhi oleh perkembangan ilmu-ilmu dasar, seperti perkembangan mikrobiologi, genetika, dan biokimia. Mikrobiologi mempunyai peranan sangat penting karena studi awal mengenai manipulasi genetika dilakukan terhadap kelompok mikroorganisme. Penelitian awal terhadap mikroorganisme relatif lebih sederhana dibandingkan kelompok makhluk hidup lainnya. Selain itu, kelompok mikroorganisme mudah ditumbuhkan; pertumbuhannya relatif cepat, mudah dilakukan persilangan, analisis genetika, fisiologi, dan biokimia. Penelitian awal mengenai makhluk hidup transgenik hasil persilangan gen juga dilakukan terhadap mikroorganisme.

Mikrobiologi bukan satu-satunya ilmu dasar yang berperan penting dalam pengembangan bioteknologi. Genetika dan biokimia pun berperan penting dalam pengembangan bioteknologi. Genetika beserta pemahaman mengenai pola perwarisan sifat dan substansi genetik menjadi dasar dalam teknologi rekombinasi DNA, persilangan, dan mutasi. Biokimia memberikan dasar pemahaman mengenai struktur genetik dan makromolekul lain, misalnya enzim.

Pada akhirnya, mikrobiologi, genetika, dan biokimia berkembang secara simultan dan saling memengaruhi sehingga mendorong perkembangan bioteknologi. Ketiga ilmu dasar tersebut selanjutnya mendukung perkembangan biologi molekular sebagai suatu disiplin ilmu baru yang melandasi pegetahuan mengenai makhluk hidup dilihat dari molekul pembentuknya. Biologi molekular menjadi ilmu yang mendasari bioteknologi modern.

Ilmu-ilmu dasar dan teknologi yang lain juga mempunyai peranan penting dalam perkembangan bioteknologi. Perkembangan bioteknologi saat ini sudah sedemikian luas sehingga batasan antardisiplin ilmu dan antarteknologi semakin tipis dan sulit dibedakan.

BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERN’

 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 digunakanmikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilai tambah suatu bahan

 BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERN

Bioteknologi dapat digolongkan menjadi bioteknologi konvensional/tradisional dan modern. Bioteknologi konvensional merupakanbioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untukmemproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan,seperti tempe, tape, oncom, dan kecap.Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Prosesyang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnyaantara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk kejudan yoghurt. Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masalalu. Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaituadanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim 

1. Pengolahan Bahan Makanan

a.  Pengolahan produk susuSusu 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, yaituLactobacillus dan Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat.

Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susudengan suhu 90oC atau dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai30oC. Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat darikegiatan bakteri tersebut pH menurun dan susu terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan enzim renindari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim renindewasa 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.

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.

c) Tape

Tape dibuat dari bahan dasar ketela pohon denganmenggunakan sel-sel ragi. Ragi menghasilkan enzim yang dapatmengubah zat tepung menjadi produk yang berupa gula danalkohol. Masyarakat kita membuat tape tersebut berdasarkanpengalaman.

2. Bioteknologi Bidang Pertanian

a. Penanaman secara hidroponik

Hidroponik berasal dari kata bahasa Yunani hydro yang berartiair dan ponos yang berarti bekerja. Jadi, hidroponik artinyapengerjaan air atau bekerja dengan air. Dalam praktiknya hidroponikdilakukan 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 (menggunakanmedia kerikil, pecahan batu bata, dan lain-lain). Metode yang tergolongberhasil dan mudah diterapkan adalah metode pasir.

Pada umumnya orang bertanam dengan menggunakan tanah.Namun, dalam hidroponik tidak lagi digunakan tanah, hanyadibutuhkan air yang ditambah nutrien sebagai sumber makanan bagitanaman. Apakah cukup dengan air dan nutrien? Bahan dasar yangdibutuhkan tanaman adalah air, mineral, cahaya, dan CO2. 

b. Penanaman secara aeroponik

Aeroponik berasal dari kata aero yang berarti udara danponos yang berarti daya. Jadi, aeroponik adalah pemberdayaanudara. Sebenarnya aeroponik merupakan tipe hidroponik (memberdayakanair), karena air yang berisi larutan unsur hara disemburkandalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman.

Prinsip dari aeroponik adalah sebagai berikut. Helaianstyrofoam diberi lubang-lubang tanam dengan jarak 15 cm. Denganmenggunakan ganjal busa atau rockwool, anak semai sayuranditancapkan pada lubang tanam. Akar tanaman akan menjuntaibebas ke bawah. Di bawah helaian styrofoam terdapat sprinkler(pengabut) yang memancarkan kabut larutan hara ke atas hinggamengenai akar.

3. Bioteknologi Modern

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahlitelah mulai lagi mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkanprinsip-prinsip ilmiah melalui penelitian. Dalam bioteknologimodern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektifdan efisien.

Dewasa ini, bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalamindustri makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, sepertirekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi,dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta perkembanganilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makinbesar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang. Beberapapenerapan 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.

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.